Результат интеллектуальной деятельности: Блочно-модульный нагружатель гидравлический в стендах прочностных испытаний

Заявляемое изобретение относится к области экспериментальной техники, в частности к нагружателям гидравлическим, и может быть использовано преимущественно в стендах прочностных испытаний натурных конструкций, в том числе авиационных, в которых на объект испытаний воздействуют непосредственно или опосредовано, например, через систему рычагов, блоков, демпфирующих устройств, испытательных столов и т.п.

Из уровня техники известен гидроцилиндр нагружения, шток которого связан со штоком испытуемого объекта жесткой кинематической связью, в которой между штоками установлен датчик нагрузки, при этом рабочие полости гидроцилиндра нагружения соединены с электрогидравлическим преобразователем, два входа которого двумя параллельными цепями соединены с программируемым устройством управления (ППУ), причем одна из цепей включает первый электронный регулятор и первый цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который соединен с ППУ, а вторая цепь включает второй электронный регулятор и второй ЦАП, который соединен со вторым выходом ППУ (патент №74470 на полезную модель «Испытательный стенд для создания регулируемых динамичных нагрузок», дата подачи 14.02.2008 г., опубликовано 27.06.2008 г.).

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является гидроцилиндр, входящий в любой из каналов многоканальной системы нагружения и воспроизводящий нагрузку на конструкцию, при этом гидроцилиндр связан с сервоклапаном, через динамометр с нагружаемой конструкцией и через нормирующий усилитель с локальным блоком управления в виде микропроцессора, содержащего генератор синусоидального сигнала задания нагрузок, который через полевой шинный интерфейс подключен к удаленному блоку управления (патент №2303804 на изобретение «Многоканальная система нагружения», дата подачи 02.08.2005 г., опубликовано 27.07.2007 г.).

Недостатки известных систем связаны с низкой степенью унификации, обусловленной жестким неизменяемым конструктивным построением канала нагружения, что препятствует процедуре изменения связей между элементами (реконфигурации).

Известные технические решения ненадежны. Так, например, снижение свойств и параметров устройства по патенту №74470 связано со сложностью организации каналов передачи данных и использованием шинного интерфейса, которые также затрудняют монтаж и обслуживание системы. Обратная связь предусмотрена только по одному параметру - силе.

Надежность системы по патенту №2303804 снижается из-за необходимости постоянной работы редукционного клапана, особенно в условиях динамической нагрузки, и параллельного управления двумя сервоприводами на одном объекте (редукционный клапан и сервораспределитель).

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, является повышение степени унификации устройства за счет создания универсальной блочно-модульной конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что блочно-модульный нагружатель гидравлический в стендах прочностных испытаний, включающий, гидроцилиндр, связанный с клапаном управления и снабженный, по меньшей мере, одним датчиком контролируемого параметра, узлами крепления, блоком управления, связанным с автоматизированной системой управления, согласно изобретению представляет собой автономно-управляемый гидроцилиндр двустороннего действия, на котором с возможностью переустановки размещены, блок управления и выполненные с возможностью присоединения дополнительных устройств узлы крепления, при этом каждое из упомянутых устройств и узлов исполнено в виде отдельного модуля, а связь блока управления, датчиков и автоматизированной системы управления выполнена проводной и/или беспроводной.

В качестве датчика контролируемого параметра может быть использован любой из перечисленных: или датчик силы, или датчик положения, или датчик деформации, или датчик скорости, или датчик ускорения, или датчик давления, или датчик расхода, или т.п., проводной или беспроводной связью соединенные с автоматизированной системой управления (АСУ).

Блок управления и автоматизированная система управления, представляющие собой совокупность датчиков, ЭВМ (на чертеже не показаны), и исполнительного устройства, в качестве которого применяют гидроцилиндр двустороннего действия, и клапан (клапаны) управления образуют нагружатель гидравлический, имеющий обратную связь по любой из следующих величин: сигнал, поступающий от датчика контролируемого параметра; сигнал, обработанный по определенному алгоритму, в котором в качестве переменных величин задан сигнал, поступивший с датчика контролируемого параметра.

В качестве узлов крепления может быть использован, например, шарнирный, фланцевый, или иной узел, выполненные с возможностью монтажа, как со стороны поршневой, так и со стороны штоковой полости гидроцилиндра, что повышает степень унификации изделия. При этом каждый такой узел выполнен с возможностью присоединения к нему любого устройства, включая датчик, или блок управления, или дополнительные узлы крепления и т.п.

Гидроцилиндр снабжен съемными элементами крепления, являющимися его неотъемлемой частью и с помощью которых на гидроцилиндре монтируют блок управления и дополнительную оснастку, причем установка оснастки и блока управления может быть реализована как со стороны штоковой, так и поршневой полостей гидроцилиндра. Элементы крепления могут быть изготовлены в виде фланцев, резьбовых переходных или иных переходных элементов.

Блок управления, в котором могут быть объединены гидравлический блок управления и защиты (БУиЗ), клапан управления, проводной или беспроводной связью соединенные с автоматизированной системой управления (АСУ). При этом АСУ может как входить в состав блока управления, в том числе частично, так и быть установленной вне блока управления, но быть связанной с ним проводной/беспроводной связью. Блок управления дополнительно может содержать электронный блок управления, связанный с АСУ.

Каждое устройство и узел, входящие в состав заявляемого блочно-модульного нагружателя гидравлического, выполнено в виде отдельного модуля, что значительно расширяет возможности по реконфигурации - изменению связей между конструктивными элементами, что, в свою очередь, влияет на повышение степени унификации изделия, расширяет его технологические возможности по применению в стендовом оборудовании, а также существенно сокращает время на проведение монтажных/демонтажных работ.

Предлагаемое к защите техническое решение поясняется чертежами, где

Фиг. 1-7 - блок-схемы с вариантами конфигурации блочно-модульного нагружателя гидравлического.

Нагружатель гидравлический, применяемый в стендах прочностных испытаний и присоединяемый к объекту испытаний, содержит гидроцилиндр двустороннего действия 1, который снабжен, по меньшей мере, одним датчиком контролируемого параметра 2, который может быть установлен как со стороны поршневой полости гидроцилиндра (фиг. 2), так и со стороны штоковой полости (фиг. 3). В зависимости от поставленной технической задачи может быть выбрано и установлено несколько соответствующих датчиков контролируемого параметра, включая датчики силы, перемещения, деформации и т.п. На гидроцилиндре 1 с помощью элементов крепления смонтирован блок управления (БУ) 3, который, в свою очередь, проводной/беспроводной связью подключен к автоматизированной системе управления (АСУ) (на чертеже не показана) и датчику/датчикам контролируемого параметра. Применение гидроцилиндра двустороннего действия способствуют унификации конструкции нагружателя.

На торцах гидроцилиндра 1 установлены узлы крепления 4, которые могут быть выполнены, например, шарнирными или фланцевыми, или иными соединительными узлами. Возможны варианты одновременного использования в нагружателе разнотипных узлов. Узлы крепления 4 унифицированы, что позволяет устанавливать их как со стороны поршневой, так и со стороны штоковой полости гидроцилиндра, а также присоединять к ним дополнительные устройства и/или узлы крепления. В блок управления 3 входит клапан управления и электронный блок управления (на чертеже не показаны), а также может входить гидравлический блок управления и защиты (БУиЗ) 3. Автоматизированная система управления (АСУ), датчики контролируемого параметра 2, блок управления 3 и гидроцилиндр 1 двустороннего действия образуют единичный канал нагружения.

Каждое устройство или узел, входящие в состав нагружателя выполнено в виде отдельного самостоятельного блока, который может быть без особых проблем смонтирован или демонтирован, перемещен с одной стороны цилиндра на другую, либо размещен рядом с цилиндром, в частности, блок управления, АСУ, датчики, что не только повышает степень унификации, но и значительно упрощает эксплуатацию и обслуживание устройства.

Осуществление изобретения подтверждается примерами конкретного выполнения.

Перед началом испытаний нагружатель устанавливают на объекте испытаний и подключают к источнику гидропитания (на чертеже не показан).

В режиме испытаний от АСУ, формирующей управляющие сигналы, на входящий в состав блока управления 3 клапан управления, который, в свою очередь, связан с гидроцилиндром, поступает сигнал любой формы, например, о величине нагрузки и времени выхода на нее. Как вариант, АСУ может одновременно получать управляющий сигнал от поставщика задачи верхнего уровня. В этом случае сигналы имеют различный функциональный характер. Основная управляющая АСУ может находиться как в составе электронного блока управления (фиг. 1), так и быть вынесена на верхний уровень (фиг. 2), а также может быть установлена удаленно. В первом случае блок управления с верхнего уровня получает сигналы основного задания (макрозадачи), а АСУ обрабатывает сигналы от датчиков контролируемого параметра, управляет клапаном управления и решает все текущие задачи, необходимые для достижения макрозадач. Во втором случае вся работа АСУ вынесена на верхний уровень, а электронный блок блока управления является ретранслятором сигнала, поступившего от АСУ. В случае отсутствия в блоке управления электронного блока сигнал напрямую передается на клапан управления. В АСУ также поступают сигналы, транслируемые от датчиков. На основе поступившего сигнала АСУ направляет сигнал на клапан управления, который инициирует или прямое, или обратное перемещение штока гидроцилиндра, посредством которого происходит нагружение объекта испытаний, с которым гидроцилиндр сопряжен.

Блок управления, получая сигналы от датчиков контролируемого параметра, реализует функции регулирования. Линии обратной связи и иные сигналы используют для осуществления дополнительного контроля состояния нагружателя и обнаружения аварийных ситуаций в случае превышения критических перемещений или заданных нагрузок. В случае возникновения таких ситуаций сигнал с датчика 2 передается в АСУ, в которой полученный сигнал обрабатывается, в случае необходимости корректируется и в виде новой уставки передается линиям управления.

В зависимости от поставленных технических задач нагружатель может быть дополнительно оборудован различными блоками защиты и управления, цифровыми системами управления, системами сбора информации и телеметрии, а также проводными/беспроводными коммуникациями, соединяющими все элементы в единую конструкцию.

Предлагаемое устройство управляется независимой АСУ, что также позволяет рационально распределить и унифицировать выполнение соответствующих функций.

Модульно-блочное построение конструкции способствует повышению степени унификации изделия, возможности при необходимости присоединения дополнительных устройств в виде, например, датчиков, блоков управления, узлов крепления или иных гидроцилиндров. Значительно упрощается монтаж/демонтаж и обслуживание нагружателя гидравлического в стендах прочностных испытаний.