Разработка и исследование пневмогидравлического стенда для испытания изделий высоким давлением. Испытательное оборудование

1.

ТЕМА: РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ
ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОГО СТЕНДА ДЛЯ
ИСПЫТАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ
Студент группы ТММ – 122, МТФ, Нуркаев Р.А.
Научный руководитель – к.т.н., зав. кафедрой Косорукова О.В.

2.

Испытательное
оборудование
(испытательный
стенд)
–
лабораторное техническое устройство, позволяющее проводить
приёмочные, контрольные и специальные испытания различных
объектов, при проведении которых объект подвергаются
воздействию нагрузок, сопоставимых или превышающих таковые в
реальных условиях. Основное назначение испытательных стендов
– выявление скрытых дефектов и конструктивных недостатков.
Стенд испытательный предназначен для проверки изделия на
прочность
и
герметичность
избыточным
испытательным
давлением. Потребовалось увеличить давление испытания до
1040 кгс/см2.
В данном случае наиболее эффективными преобразователями
давления являются мультипликаторы, которые позволяют в
десятки раз увеличивать давление при небольшом расходе.
Основное преимущество мультипликаторов заключается в том, что
они позволяют получить требуемое технологическое усилие
достаточно простым способом без увеличения мощности
гидроагрегата.

3.

Цель работы: Дополнить существующий испытательный стенд для испытания
изделий
избыточным
давлением
мультипликатором
давления,
с
расширением его функциональных возможностей и повышения надежности,
для получения избыточного давления
гидроиспытания 1040 кг/см2 с
последующим исследованием его функционирования.
Задачи: исследования
Изучение конструктивного строения испытательного стенда и принципа
работы
Усовершенствование
конструкции
мультипликатора
давления
для
расширением его функциональных возможностей и повышения надежности
Составление
математической и имитационной модели испытательного
стенда
Выводы на основании проведенных моделирований

4.

Объектом исследования в данной работе является испытательный
стенд ОАО «ЗиД». Стенд предназначен для проверки избыточным
испытательным давлением изделий.
Предметом исследования являются методика испытания изделий
избыточным давлением.

5.

Новизна работы:
Модернизация испытательного стенда посредством включения в его
конструкцию гидравлического мультипликатора высокого давления.
Доработка мультипликатора давления с целью расширения его
функциональных возможностей и повышения надежности
Математическое и имитационное моделирование работы стенда
Технический результат, на достижение которого направлено
изобретение, заключается в разделении рабочих полостей для
возможности использования разных жидких сред, повышение
надежности, возможности подтяжки уплотнений без полной разборки
мультипликатора, удобство замены уплотнений без смешивания
рабочих жидкостей, удобство замены направляющей штока и
подтверждается Патентом № 2 705 498 Российская Федерация, МПК
F15B 3/00 (2006.01), C1 (2006.01). Мультипликатор. : № 2019100957 :
заявл. .01.10.2019 : опубл. 07.11.2019

6.

Указанный результат достигается следующими доработками:
1).Новым является то, что между кольцом нажимным и штоком, и между кольцом нажимным и верхней
крышкой, замыкающей цилиндр с полостью низкого давления, предусмотрена система уплотнений,
препятствующих смешиванию рабочих сред, а крышка, замыкающая узел уплотнений снаружи кольца нажимного,
являющегося направляющей штока, выполнена разрезной и в ней сделан выступ с возможностью взаимодействия
с проточкой, выполненной на кольце нажимном, между верхней крышкой, замыкающей цилиндр и фланцем,
притягивающим стакан, в конструкцию мультипликатора введена распорная втулка, в торце которой выполнена
проточка с возможностью взаимодействия с проточкой в верхней крышке, замыкающей цилиндр, кольцо нажимное
увеличено по высоте и является направляющей для штока, а в отверстии стакана, по которому перемещается
шток, выполнен гарантированный зазор по диаметру для предотвращения износа стакана и гарантированного
перемещения штока без заклинивания [7].
2). Выполнение между кольцом нажимным и штоком, и между кольцом нажимным и верхней крышкой,
замыкающей цилиндр с полостью низкого давления системы уплотнений, состоящей из резинового кольца и
фторопластовых колец по краям, препятствует смешиванию рабочих сред. Крышка, замыкающая систему
уплотнений снаружи кольца нажимного, являющегося направляющей штока, выполнена разрезной, и в ней сделан
выступ, который вкладывается в проточку, выполненную на кольце нажимном, что позволяет при замене самой
изнашиваемой части мультипликатора, шевронных уплотнений, и демонтаже стакана с полостью высокого
давления кольцу нажимному оставаться на штоке, что предотвращает смешивание рабочих сред полостей
высокого и низкого давления. Что, в свою очередь, при ремонте мультипликатора позволяет не снимать крышки,
замыкающие нижнюю полость низкого давления, не сливать из полости рабочую жидкость.
3).В конструкцию мультипликатора введена распорная втулка, с торца которой, касающегося верхней
крышки, выполнена проточка. Такая же проточка выполнена в верхней крышке, замыкающей цилиндр. При
наличии утечек через шевронные уплотнения из полости высокого давления рабочая жидкость будет проходить
через зазор между верхней крышкой, замыкающей цилиндр, и стаканом, через проточку в верхней крышке,
замыкающей цилиндр, и через проточку в распорной втулке наружу, что позволяет визуально контролировать
наличие утечек в полости высокого давления. Также при помощи подшлифовки распорной втулки или замены
втулки на втулку с меньшей высотой и затягивания шпилек закрепляющих фланец, который крепит стакан,
возможно осуществлять подтяжку шевронных уплотнений, что позволяет устранить утечки в полости высокого
давления, не разбирая узла.
4).Отсутствие жестких прокладок между шевронными уплотнениями позволяет увеличить количества
уплотнений для обеспечения герметичности мультипликатора для создания высокого давления без значительных
увеличений габаритных размеров мультипликатора.
5).В отверстии стакана, по которому перемещается шток, выполнен зазор = 0,4 мм по диаметру для
предотвращения износа стакана и гарантированного перемещения штока без заклинивания , а также для
беспрепятственного прохождения рабочей жидкости через данный зазор и проточку в кольце опорном к
шевронным уплотнениям, обеспечивая раскрытие шевронных уплотнений и надежное уплотнение штока. Кольцо
нажимное увеличено по длине и является направляющей для штока. Для уменьшения габаритных размеров
мультипликатора часть кольца нажимного с системой уплотнений установлено в понижении в верхней крышки,
замыкающей цилиндр. Кольцо нажимное является изнашиваемой частью, данная конструкция обеспечивает
быструю замену кольца нажимного, т.к. оно установлено без запрессовки

7.

При проведенном патентном обзоре выбран мультипликатор принянтый
за прототип.
В работе предлагается решить задачи по усовершенствованию стенда
испытаний избыточным давлением на базе усовершенствованной конструкции
мультипликатора.
В работе предлагается:
1)
создание
гидравлического
мультипликатора,
обеспечивающего
расширение функциональных возможностей;
2) cоздание давления в полости высокого давления до 1600 бар,
применение его как для одинаковых, так и для разных сред в полости
пониженного и повышенного давления;
3) повышение надежности уплотнений с возможностью их подтяжки без
разборки всего узла, удобства при разборке и ремонте мультипликатора;
4) исключение возможности смешивания различных жидких сред в полостях
высокого и низкого давления и исключение утечек в полости высокого давления,
что обеспечивает постоянное давление на выходе до 1600 бар;
5) удобство замены изнашиваемых частей мультипликатора, а также
исключает возможность заклинивания штока при его перемещении.

8.

Мультипликатор в разрезе
а) Верхняя крышка с проточкой (поперечный разрез); б), в) Проточка в распорной втулке; г) Крышка с выступом; д)
Проточка в кольце опорном и зазор в отверстии стакана, по которому перемещается шток.

9.

Мультипликатор работает следующим образом. Подается рабочая
жидкость в полость низкого давления 4. При этом поршень 9
перемещается вверх, создавая в полости 8 над штоком высокое
давление, которое во столько раз больше давления, подаваемого в
полость низкого давления 4, во сколько раз площадь поршня 9 больше
площади штока 10. Жидкость под давлением в полости высокого
давления 8 через зазор 17 в отверстии стакана 7 попадает через
проточку 16 в торце кольца опорного 14 на шевронные уплотнения 12,
обеспечивая раскрытии шевронных уплотнений 12 и надежное
уплотнение штока 10. При наличии утечек в полости высокого
давления через шевронные уплотнения рабочая жидкость будет
выдавливаться через зазор 23 между крышкой 2 и стаканом 7, через
проточку 24 в верхней крышке 2 и проточку 22 в распорной втулке 21
наружу мультипликатора.

10.

Стенд испытательный СБ

11.

Пневмогидравлическая схема испытательного стенда с
мультипликатором давления

12.

Принцип работы схемы следующий. Рабочая жидкость
подается в систему от насосной станции через
гидроцилиндр поступает в мультипликатор.
Также через блок подачи воздуха воздух подается в
контур пневмосистемы. Через пневмораспределители
воздух поступает к клапанам мультипликатора.
Открывая клапаны, рабочая жидкость поступает в
камеру низкого давления. Мультипликатор передвигает
рабочий орган и сжимает рабочую жидкость, повышая ее
давление. Далее жидкость с избыточным давлением
поступает в испытательную камеру.
При этом возможен гидравлический удар, при котором
мультипликатор может получать неисправности.
Для
сглаживания
этого
удара
конструкция
мультипликатора
совершенствуется
дополнительными
уплотнителями,
обеспечивающими
прочность
между
средами низкого и высокого давления.

13.

Пeрeдаточная функция – один из способов математического описания
динамической системы. Используется в основном в теории управления, связи и
цифровой обработке сигналов. Представляет собой дифференциальный оператор,
выражающий связь между входом и выходом линейной стационарной системы.
Зная входной сигнал системы и передаточную функцию, можно восстановить
выходной сигнал.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

Заключение
1). Исследован испытательный стенд повышенного давления для комплексных испытаний
изделий гидропневмоавтоматики высоким давлением. Проведен анализ существующих
методов
испытаний
изделий
гидропневмоавтоматики.
Выделены
наиболее
распространенные методы с использованием насосов и мультипликаторов.
2) На основе проведенного патентного поиска различных конструкций мультипликаторов и
предложено использовать мультипликатор с доработками в конструкции с целью
повышения его надежности при работе в условиях гидравлических ударов и
предотвращения утечек.
3). Получена математическая модель системы избыточного давления, построены
функциональная и структурная схемы системы. На е основе проведено ее моделирование
с использованием пакета Matlab.
4) произведен конструктивный расчет элементов мультипликатора и трубопровода с целью
рекомендаций по повышению надежности работы испытательного стенда.
Практическая новизна достигнута за счет следующего :
1) выбрана и усовершенствована конструкция мультипликатора давления подтверждается
Патентом № 2 705 498 Российская Федерация, МПК F15B 3/00 (2006.01), C1 (2006.01).
Мультипликатор. : № 2019100957 : заявл. .01.10.2019 : опубл. 07.11.2019
2) ввода в схему испытательного стенда избыточного давления
мультипликатора
усовершенствованной конструкции и проведения математического моделирования данной
системы;
3) проведенных расчетов на прочность элементов испытательного стенда.