Гидростенд*
Стенд предназначен для определения стойкости грузонесущих кабелей к многократному перегибу при наличии растягивающих усилий (ГОСТ 12182.1—80).
Конструкция гидростенда состоит из собственно стенда и маслостанции, обеспечивающей управление, регулировку натяжения гидроцилиндров. Соединение маслостанции с гидроцилиндрами 4 (рис. 2.9) происходит либо при помощи металлических трубопроводов, либо при помощи стандартных гидрорукавов (шлангов). Маслостанция включает в себя электродвигатель мощностью 1 кВт, шестеренчатый гидронасос НШ-10, гидрораспределитель Р-75-ВЗ, установленные на общей раме 6. Стенд состоит из узла привода 2, приводного барабана 3, натяжного ролика 5, установленных на раме.
*В разработке проекта стенда принимал участие А. С. Плотников.
Рис. 2.9. Общая схема гидростенда
Узел привода представляет собой шатунно-кривошипный механизм, включающий электродвигатель 4А112МВ6УЗ ГОСТ 19523-74, мощностью 4 кВт с угловой скоростью 104 1/с (1000 об/мин); через клиноременную двойную передачу, с передаточным числом равным 2,15, крутящий момент передается червячному редуктору РЧН-180-1 с передаточным числом равным 51, приводящим во вращательное движение маховик. На маховике установлена ось шатуна, эксцентрично установленная к ведомой оси редуктора. Второй шарнир шатуна закреплен на зубчатом секторе узла приводного барабана. Таким образом, вращательное движение маховика преобразуется в возвратно-поступательное движение зубчатого сектора.
Приводной барабан установлен на валу, получающем крутящий момент парой зубчатый сектор—шестерня. Таким образом, барабан получает возвратно-вращательное движение. Вал барабана установлен в шариковых подшипниках.
Узел натяжения состоит из ролика, вращающегося на оси натяжного устройства на шариковых подшипниках. Ось скользит в пазах рамы стенда рри помощи направляющих и шарикоподшипников. На цапфы оси закреплены проушины гидроцилпндров натяжения. Силовое замыкание осуществляется не через раму, а через гидроцилиндры. Одна из проушин каждого из гидроцилиндров закреплена на раме стенда, вторая — на подвижной цапфе оси натяжного ролика.
Отметим две особенности испытаний на стенде. Первая состоит в том, что возвратно-поступательное движение при условии натяжения создает в кабеле продольную волну, вторая в том, что при растяжении—сжатии кабель проявляет себя как разномодульный стержень.
Рассмотрим задачу о продольных колебаниях разномодульного стержня [28]. Запишем дифференциальные уравнения продольных колебаний:
40
ρ—плотность материала стержня (кабеля); Е+ — модуль упругости при растяжении; Е~ — модуль упругости при сжатии.
Запишем решение, приведенное С. А. Амбарцумяном [28] для задачи о консоли (рис. 2.10, а), которая была растянута силой Р, приложенной к свободному концу х=l, а затем в момент времени l=0 внезапно освобождена. Для этой задачи начальные и граничные условия будут такими:
Рис. 2.10. Расчетные схемы задачи о продольных колебаниях разномодульного стержня
Всюду пунктирной линией обозначены кривые для п=1, сплошной — для п=50. Из графиков видно, что точность расчета существенно зависит от числа членов ряда, особенно когда речь идет о второй задаче (учет скорости движения стержня требует увеличения числа членов ряда). На рис. 2.11 приведены графики зависимости безразмерного перемещения сечений кабеля для задачи о предварительном растяжении стержня силой Р. Из графиков следует (здесь Е+=5Е~), что большую часть времени из периода колебаний кабель находится в сжатом состоянии.
Рис. 2.11. Продольные перемещения точек кабеля (первая задача)
На рис. 2.12-2.14 приведены графики зависимости перемещения сечений кабеля соответственно для скоростей движения v=0,1; 0,2; 0,5. Здесь наблюдается обратная картина: кабель большую часть времени из периода колебаний находится в растянутом состоянии (этого времени тем больше, чем больше скорость движения ν).
Рис. 2.12. Продольные перемещения точек кабеля (вторая задача, υ = 0,1 м/с)
Проанализируем работу гидростенда в режиме реверсирования (2.37). Именно в моменты изменения направления вращения наблюдаются эффекты, характерные для второй задачи, однако в этом случае задачу следует обратить (изменить направление скорости), а в формуле (2.37) учитывать изменение направления и изменением его знака; следует также изменить на рис. 2.12-2.14 знаки перемещений.
Рис. 2.13. Продольные перемещения точек кабеля (вторая задача, υ = 0,2 м/с)
Тогда окажется, что и в этом случае кабель большую часть времени из периода колебаний будет находиться в состоянии сжатия. А так как общую задачу деформирования кабеля на гидростенде следует рассматривать как суперпозицию обеих решенных задач, то видно, что вследствие перестройки конструкции кабеля при растяжении происходит накопление эффектов сжатия, которые начинают проявлять себя как накопленные дефекты в виде «жучков».
Рис. 2.14. Продольные перемещения точек кабеля (вторая задача, v= 0,5 м/с)
Качественно это происходит так. Когда идет волна сжатия, одновременно с перемещением и возникает волна кручения φ, то есть согласно моторности существует прямая зависимость
, причем для кручения добавляется крутка жил, а так как предел упругости для меди мал, то происходит переход части проволок в пластическое состояние. Последующие циклы добавляют повреждения. Приведенные расчеты являются основой для оценки стойкости кабеля при наработке на стенде.
