1. Основы проектирования ударного стенда

Основной задачей при проектировании новых или совершенствовании существующих ударных стендов является разработка и создание высоко-производственных и экономических устройств с максимальной интенси-фикацией технологических процессов. Современное проектирование любых испытательных стендов, в том числе и ударных, включает:

- постановка задачи;

- сбор и анализ информации о подобных система и элементах;

- получение исходных данных и условий для работы объектов;

- анализ процессов, связанных с работой испытательной системы;

-составление при необходимости физической или математической модели создаваемой или совершенствуемой системы;

- исследование этой модели с учетом оптимальных показателей и создание новых схем и конструкций испытательного стенда.

Проектирование ударных установок состоит из трех стадий:

- составление проектного задания;

- разработка технического проекта;

- выполнение рабочих чертежей.

Требуемые параметры ударной нагрузки могут быть обеспечены лишь соответствующим выбором условий воспроизведения, в число которых входят объекта v₀ (при заданной массе) в момент начала взаимодействия с тормозным устройством и путь объекта до остановки x_max (путь торможе-ния).

В табл. приведены выражения для v₀, x_max, x_τ типичных импульсов ударного нагружения.

Т а б л и ц а 1

Закон n(t) 0 ≤ t ≤ τ	v0	xmax	xτ = v0τ - xmax
nmax =const	gnmaxτ
1-t/τ			----

2. Алгоритм разработки ударного стенда

1.1. Исходные данные: M_an, a·b·c, , t, n(t), Ц.М.

1.2. Скорость контакта:

, [м/с],

где: k_v – коэффициент формы (0,5…1,0)

Для полусинусоиды – 2/π,

Для треугольной – 0,5,

Для синусквадратной – 0,5,

Для прямоугольной – 1,0.

n_max – максимальная ударная перегрузка,

τ – длительность ударного ускорения (для симметричного импульса длительность фронта τ_ф = 0,5τ)

1.3. Энергия разгонной системы (первое приближение) F_pc/Q_p ≤ 0,1a_max/g

W_треб = M /2 = Q_pH + Q_mcx – A_аэр – F_тр + F_pcHk_n = W_{распол.}, [Дж]

K_n = 0,8 – коэффициент полноты,

= M_ап + М_пл + М_пп + М_рс, [кг]

- суммарная масса подвижных элементов (аппарат, платформа, переходное приспособление, присоединенная масса элементов разгонной системы)

= M_ап + М_пл + М_пп + М_ТС

М_пл = М_ап

М_пп = 0,2 М_ап

М_ТС = 0,1 М_ап

Q_p – вес подвижных элементов на этапе разгона;

Q_ТС – вес подвижных элементов на этапе торможения;

H, x – перемещение разгонной системы и обжатие тормозного устройства (путь торможения);

А_аэр, А_тр – работы аэродинамического сопротивления и трения соответственно;

А_аэр = S_мидH;

A_тр = F_бокf_тр(V₀)Н;

(А_аэр + A_тр) k_д

1.4. Перемещение, на котором разгонная система обеспечивает скорость V₀:

H = f (F_рс, n₀, Q_p, Q_mc, x, A_аэр, A_тр), [м],

где F_рс – переменная сила, действующая на этапе функционирования разгонной системы;

n₀ – обратная перегрузка на этапе функционирования РС; n₀ ≤ 0,1 n_max при свободном падении [м]

1.5. Обжатие тормозной системы:

X_max = k_xV₀τ_ф, [м]

k_x - коэффициент формы (0,5…0,7)

для треугольной – 2/3;

синусквадратной – 0,7;

полусинусоида - 2/π;

прямоугольная – 0,5;

1.6. Максимальная тормозная сила

F_{m max} = gn_max [Н]

= - М_РС - М_{ТС ,} [кг]

М_ТС = 0,1 М_ЛА

7. Формирование ударного импульса n(t)

Теоретически и экспериментально подбираем динамическую силовую характеристику тормозного устройства F_m(x) [Н/м];

Эмпирическая зависимость ,

а – коэффициент податливости материала, зависит от свойств материала и формы деформируемого элемента. В каждом случае его следует определять экспериментально по кривой ударного процесса;

k – коэффициент, зависящий от формы соударяющихся частей в зоне контакта,

k = 0,6…1,2 (при V=1,5…30 м/с);

- жесткость тормозной системы;

, [c]

Для увеличения τ необходимо увеличить или уменьшить с.

1.8. Разработка рабочих чертежей конструкции стенда, имея переме-щение разгонной системы, обжатие x_max и динамическую (теоретическую) характеристику Fm(x), максимальную тормозную силу тормозной системы F_{m max} (При необходимости производится математическое моделирование).

1.9. Прочностной расчет элементов стенда (платформа, тормозная система, переходное приспособление, разгонная система, ферма, фундамент и т.д.):

• Прочность, устойчивость, срез, изгиб, кручение и т.д.,

• Аварийные ситуации (разрушение аппарата, …)

Выбор расчетных случаев.

10. Проверочный расчет характеристик стенда с учетом внесенных конструктивных изменений:

Изм W_потр при V₀ = const

1.11. Подбор и разработка контрольно-измерительной и анализирую-щей аппаратуры (первичные преобразователи, погрешности, основная и вспомогательная аппаратура).

1.12. Разработка методики ударных испытаний:

• Разработка методики измерений;

• Разработка алгоритма обработки результатов.

13. Изготовление ударного стенда, курирование изготовления. Корректировка рабочих чертежей и расчета.

14. Определение предельных эксплуатационных характеристик стенда.

Изменяя от М_пл до , получаем

V₀( ); n(t, ); x_var;

V₀ (n,t) (n_min τ_max) (n_max τ_min).

13. Прогнозирование – перенос результатов исследований на эксплуатационные режимы.