Опыт проектирования ударных стендов на базе гидроупругого привода

В Донбасской государственной машиностроительной академии под руководством Л.Л. Роганова был разработан гидроупругий привод, использующий для работы энергию предварительно сжатой жидкости. Анализ основных характеристик гидроупругого привода позволил обосновать целесообразность его использования для ударных стендов. Стенды с регулируемым гидроупругим приводом, реализующие принцип разгона, обладают относительной простотой конструкции, отличаются удобством в регулировании параметров ударного нагружения и их стабильностью.

При проектировании ударных стендов техническим заданием определены следующие исходные данные: пиковое значение ударного ускорения, его длительность, масса испытуемого изделия. Кроме того, могут быть заданы форма ударного импульса и количество ударных импульсов в единицу времени. Если разрабатываемый стенд предназначен для испытания изделий различной массы, то должен быть задан диапазон их изменения, либо ряд конкретных значений масс. Аналогично, при дискретном изменении пикового значения и времени действия импульса ударного ускорения задается весь ряд значений параметров, а при плавном изменении – диапазон регулирования.

Для обеспечения регулирования параметров, определенных в техническом задании, производится выбор конструктивной схемы (одной или нескольких). С целью предварительной оценки величин конструктивных параметров гидроупругого привода выполняется приближенный расчет. По результатам этого расчета производится анализ предлагаемых вариантов и начинается эскизное проектирование оптимального варианта с учетом особенностей выбранной конструктивной схемы. На основании эскизного проекта производится уточненный расчет с использованием математических моделей, наиболее полно учитывающих особенности оптимальной конструкции, условий эксплуатации, режима работы. Этот расчет выполняется на ЭВМ с использованием численных методов для решения соответствующих дифференциальных уравнений. В результате расчета уточняются конструктивные параметры привода и стенда в целом. После чего разрабатывается технический проект и, наконец, рабочая конструкторская документация, необходимая для реализации проекта в реальной конструкции.

При выборе конструктивных схем стенда необходимо учитывать следующие особенности гидроупругого привода. Так, регулирование пикового значения ударного ускорения может производиться за счет изменения давления рабочей жидкости при зарядке, площади плунжера и массы подвижных частей. Очевидно, что с точки зрения реализации наиболее прост и удобен способ, связанный с изменением давления. Однако если пиковые ускорения при испытаниях различных изделий являются величинами разного порядка, то более эффективным будет регулирование за счет изменения площади плунжера.

Регулирование времени действия импульса ударного ускорения, если временной диапазон не очень широк, наиболее рационально выполнять путем изменения объема рабочей жидкости. Если же длительность импульса при проведении испытаний изменяется более чем в 4 раза, то становятся очевидными преимущества конструктивных схем с параллельным и последовательным соединением гидропружин.

Предварительный расчет обычно выполняется для одномассовой модели. Величина давления зарядки определяется по приближенной формуле

p=ma/(kpS),

где p – давление зарядки; m – масса подвижных частей; a – пиковое ускорение; kp – коэффициент потерь давления (в первом приближении для давлений до 25 МПа  kp= ( 0,5…0,6);  S – площадь плунжера.

Объем сжимаемой жидкости на этом этапе равен

V=4ES2t2/(9,87m),

где t – время действия ударного ускорения; E – приведенный модуль объемной упругости гидроупругого привода.

Величина активного хода плунжера

h=pV/(ES).

С учетом результатов расчетов производится выбор насосной станции в соответствии с давлением зарядки. По величине объема сжимаемой жидкости и активного хода назначаются размеры камеры давления для принятого диаметра плунжера.

Уточненные расчеты для соответствующих конструктивных схем ударных стендов выполняются согласно разработанным математическим моделям.

Автор: Шишлаков Петр Васильевич, к.т.н., доцент кафедры теоретической и прикладной механики Одесского национального морского университета