Разработка стендов для ресурсных испытаний изделий авиационной и другой техники

Одной из актуальных проблем современного машиностроения является проблема повышения надежности и долговечности элементов конструкций по критериям долговечности и, в частности, критериям усталостного разрушения металлов. Проблема своевременного выявления и предотвращения усталостных разрушений в ответственных узлах весьма актуальна для всех отраслей машиностроения. Особенно она значима в таких отраслях, где аварии вследствие разрушения деталей ведут к катастрофическим последствиям. Для решения этой задачи необходимо разработать комплексный подход, применяемый на всех стадиях от проектирования, изготовления, монтажа до эксплуатации деталей и узлов, выполненных как из металлических, так и из композиционных материалов (КМ). На стадии проектирования необходимо компьютерное моделирование изделий и узлов техники с построением математических моделей с учетом всех факторов, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации. На стадиях же изготовления, монтажа и контроля технологических процессов необходимы промежуточные испытания элементов и узлов и разработка системы контроля этих изделий.

Важнейшими характеристиками надежности конструкций, в том числе и авиационных, являются долговечность, определяемая сроком службы, и ресурс. Ресурс элементов конструкций определяется по нескольким различным критериям: усталостным разрушением деталей, их износом, наличием остаточных деформаций, коррозией и другими факторами.

Для определения ресурса элементов конструкций авиационной техники необходимы испытания, которые условно можно подразделить на следующие группы:

• -    научно-исследовательский эксперимент, проводимый на стадии подготовки к разработке изделия;

• -    испытания отдельных узлов создаваемого изделия, проводимые в процессе разработки и доводки;

• -    доводочные испытания узлов создаваемого изделия, проводимые в процессе разработки и доводки;

• -    доводочные и специальные испытания опытного изделия;

• -    испытания серийных изделий.

Каждое серийное изделие, изготовленное на заводе, проходит стендовые испытания, целью которых являются: проверка качества производства и сборки; первоначальная приработка деталей, приводов, агрегатов; отладка агрегатов и систем; определение характеристик. Программа таких испытаний составляется либо как длительная, соответствующая программе государственных испытаний, либо как ускоренная эквивалентно циклическая, имитирующая условия эксплуатации, с увеличением доли наиболее напряженных и переменных режимов. Ресурсные периодические испытания отдельного агрегата разрабатываются на основе программы государственных испытаний и соответствуют ей по общей продолжительности, разбивке по этапам и режимам.

Рис. 1. Чертеж стенда для испытания среднего участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги

Рис. 2. Чертеж стенда для испытания комлевого участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости вращения

Рис. 3. Чертеж стенда для испытания комлевого участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги

По заказу ЗАО «Улан-Удэнский лопастной завод» ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» и ООО «Малое инновационное предприятие «Надежность, прочность изделий и конструкций» при ВСГУТУ проводят науч- но-производственный комплекс работ по ресурсным испытаниям авиационных изделий на

Рис. 4. Стенды для испытания на усталостную прочность образцов лопастей несущего винта вертолета: а – стенд для испытания среднего участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги с подключением противообледенительной системы; б – стенд для испытания среднего участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги; в – стенд для испытания комлевого участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости вращения; г – стенд для испытания комлевого участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги

Комплекс работ включает контрольно-аппаратное и тензоизмерительное оборудование, автоматизированный процесс испытаний и обработку результатов с использованием современных компьютерных технологий. Научно-производственная лаборатория благодаря унификации стендов может провести также работы по ресурсным испытаниям элементов конструкции для изделий и узлов, выпускаемых как на машиностроительных предприятиях Республики Бурятия, так и для деталей из других областей народного хозяйства: сельскохозяйственный и железнодорожный транспорт, строительство, автомобилестроение, судостроение и др.

В лаборатории для проведения испытаний разработана конструкторская документация для четырех стендов: сборочные и деталировочные чертежи, учебно-технические плакаты, формуляры и руководства по эксплуатации стендов для испытаний на усталостную прочность. Чертежи и фотографии некоторых стендов представлены на рисунках 1–4 в следующей последовательности: стенд для испытания среднего участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги с подключением противообледенительной системы и без нее (рис. 1); стенд для испытания комлевого участка лопасти несущего винта вертолета в плос- кости вращения (рис. 2); стенд для испытания комлевого участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги (рис. 3).

Конструкция стендов максимально унифицирована и содержит следующие сборочные единицы: подвесная опора, вибратор, силовозбудитель, натяжной узел, тросовая пелена, неподвижные опоры, переходники, направленный тандер, динамометр. Фотографии некоторых из вышеперечисленных узлов представлены на рисунках 5-9 [3].

Рис. 5. Подвесная опора, вибратор, двигатель

Рис. 6. Силовозбудитель с переходником

Рис. 7. Узел натяжения

Рис. 8. Тросовая пелена

Рис. 9. Неподвижная опора

Фиксация образцов на стендах в зависимости от режимов испытаний осуществляется различными способами, в том числе с помощью клиновидной заделки или Т-образных металлических наконечников.

Для всех стендов для испытания на усталостную прочность лопастей вертолета разработаны формуляры и руководства по эксплуатации.

На стендах посредством воспроизведения нагрузок, предусмотренных программой динамических испытаний, снимаются показания, на основании которых и принимается решение о соответствии объекта установленным техническим условиям.

По завершении испытаний производятся полная разборка изделия, промывка, осмотр и дефектация его узлов и деталей. Микрометрическим обмером определяется износ, вытяжка, деформации нагруженных деталей, проверяются балансировка роторов, затяжка ответствен- ных резьбовых соединений. Специальными методами, принятыми в данном производстве -рентгеноскопическим, люминесцентным, токовихревым, - проверяют отсутствие микротрещин. Общим требованием к состоянию деталей после испытания является отсутствие дефектов аварийного характера, препятствующих дальнейшему продолжению испытаний. Испытания квалифицируются как успешные, если при их проведении не было разрушений испытываемых агрегатов и узлов, а также отказов и дефектов других основных деталей, которые в эксплуатационных условиях могут привести к отказам с опасными последствиями.