Комбинированные испытания

7.5. /. Условия испытаний на комбинированное воздействие внешних факторов и применяемое

испытательное оборудование

В условиях реальной эксплуатации, хранения и транспортирования изделия подвергаются одновременному воздействию ряда внешних факторов, что требует осуществления комбинированных испытаний. Комбинированные испытания могут быть механическими, климати­ческими, механоклиматическими и др.

К комбинированным механическим испытаниям относятся испыта­ния на совместное воздействие линейного ускорения и вибрации, требующие создания испытательного оборудования, объединяющего вибростенд с центрифугой. Возможны два варианта: установка цент­рифуги на стол вибростенда или вибростенда на стол центрифуги.

При размещении центрифуги на столе вибростенда 1 (рис. 7.27) для получения определенного суммарного ускорения необходима ка­чественная балансировка изделия 4 и противовеса 2. Ответственны­ми элементами конструкции являются упорный подшипник 5 и кол­лектор токосъемника, являющийся продолжением приводного вала 3 и обеспечивающий подведение и съем сигналов с испытуемого изде­лия. Подобная установка позволяет получить вибрации с ускорением до 25g в диапазоне частот 25—2000 Гц, действующие перпендикуляр­но к направлению действия линейного ускорения до 15#.

При размещении электродинамического вибростенда на столе 2 центрифуги с гидравлическим приводом 1 (рис. 7.28) важным требо­ванием, предъявляемым к такой установке, является обеспечение статической и динамической балансировок стола центрифуги. Для этого на противоположных концах стола размещают два идентичных вибростенда 3. Питание к вибростендам подводится с помощью кол­лектора токосъемника 7 с контактными кольцами из серебряного сплава. Подача гидравлической жидкости к гидроприводу вращаю­щейся центрифуги осуществляется через шарнирные соединения 8. Испытания можно проводить при линейных ускорениях и вибраци-

СЕ

Источник вибраций

Рис. 7.27. Центрифуга на столе вибростенда

Рис. 7.28. Вибростенд на столе центрифуги

ях, действующих по оси, нормальной к направлению линейного ус­корения.

Иногда возникает необходимость испытаний на воздействие виб­рации, действующей в других направлениях, но при этом не допус­каются вибрации по оси, касательной (тангенциальной) к направле­нию вращения стола, из-за возникновения деформации кручения, действующей на стол центрифуги. В данном случае необходимо под­вижную катушку вибростенда удерживать в центрированном положении в магнитном поле при расположении оси вибрации в одной плоско­сти с направлением линейного ускорения. Для этого при нормальных гравитационных нагрузках используется пневматическая пружина, же­стко связанная с подвижной системой. Предотвращение приложе­ния моментных нагрузок на стол центрифуги случайным образом по отношению к приложению постоянно направленных перегрузок обес­печивается специальным зажимом 4 для стягивания вибрационных стендов в местах, соответствующих центру тяжести. В конструкции стяжного приспособления 6 предусмотрена также возможность пред­варительного механического напряжения стола центрифуги, для кон­троля которого используется тензометрический датчик 5. Для одно­временного воздействия механических и температурных факторов испытуемое изделие 10обертывается изоляционным материалом, про­питанным согревающей или охлаждающей жидкостью. Уровень виб­ронагружения фиксируется вибропреобразователем 9.

К комбинированным климатическим испытаниям можно отнести составное циклическое испытание на воздействие температуры и влаж­ности. Эти испытания проводят для выявления отказов, которые вызываются явлением, иногда называемым «дыханием». Ему под­вержены изделия относительно больших габаритных размеров, име­ющие зазоры между уплотнениями и металлическими конструкциями или между уплотнениями и проволочными выводами. Наличие зазо­ров приводит к проникновению в них влаги (воды), которая, замер­зая при пониженной температуре, вызывает их увеличение. Этим испытаниям должны подвергаться, в частности, изделия, имеющие полости, которые образуются при опрессовке пластмассой.

Для реализации указанных испытаний используют термовлаго ка­меры, которые должны обеспечивать выполнение следующих усло­вий:

• повышение температуры от —10±2 до +25±2°С за время не более 90 мин. и от 25±2 до 65±2°С за время 1,5—2,5 ч;

• понижение температуры от 25±2 до — 10±2°С за время, не более 30 мин. и поддержание температуры — 10±2°С в течение 3 ч;

• поддержание относительной влажности 93±3% при постоянной температуре и 80—96% во время пониженной температуры.

Термовлагокамеры построены на тех же принципах, что и каме­ры тепла и влаги. Возможно построение термовлагокамер с нагревом за счет циркуляции воздуха, нагретого косвенным способом в тепло­обменнике, и увлажнения инжекционным способом — барботирова- нием (рис. 7.29), а также с косвенным нагревом нагревателями за рубашкой камеры и увлажнением, аналогичным указанному выше (рис. 7.30).

К охладителю К обогревателю

	‘ ■ 4 • • ;	1 « % L* • **	* « 1 / *. 9 * >	• V • • I.
•. * ‘ : *. , .•.		1 _ НИМ		•. «* * * <7
• • , ♦ • • •• •.		1 " • 1		• • .# Ч
lil	• *• • • • *		I У	* • 4 . •« ..
	і • •« • . і	! • *. •. J* • •• V Л •••’,. . *..■ •: • і 7 » f І «•*••• • • #	V-* .	£

Комбинированно-последовательное испытание на воздействие хо­лода, пониженного атмосферного давления и влажного тепла имити­рует условия, возникающие в неотапливаемых и негерметизирован — ных зонах летательных аппаратов. Поскольку с увеличением высоты температура и давление убывают, то при подъеме летательного аппа­рата происходит интенсивное охлаждение всех изделий, находящихся в некомфортных зонах. При спуске во влажную атмосферу давление и температура повышаются и изделие покрывается инеем. Образо-

Рис. 7.30. Термовлагокамера с косвенным термостатированием, нагревате­лями в зарубашечном пространстве камеры и увлажнением за счет барботи — рования: 1 — вентилятор; 2 — нагреватель; 3 — осушитель; 4 — холодильная установка; 5 — увлажнитель; 6 — воздушный фильтр; 7 — измеритель коли­чества воздуха; 8 — воздушный насос; 9 — термостат термоносителя; 10 — насос термоносителя

вавшаяся при оттаивании инея влага или вода проникает внутрь изде­лия, чему способствует разность давлений. Оставшаяся в изделии вода при соответствующих условиях превращается в лед. Если испы­туемое изделие имеет движущиеся части, то вследствие образования льда перемещение их может быть нарушено. Поэтому в испытатель­ной камере должны быть предусмотрены средства контроля за этими перемещениями. Следовательно, в процессе испытаний необходимо сначала воспроизвести воздействие холода и пониженного атмосфер­ного давления не ниже 1 кПа, а затем воздействие повышенных влаж­ности и давления.

Для проведения указанных испытаний необходимо иметь термо- влагобарокамеру, позволяющую соответственно воспроизводить ис­пытательные режимы, предусмотренные при испытаниях на воздей­ствие пониженной (повышенной) температуры и пониженного атмосферного давления, а также относительной влажности более 95%.

Увлажнение осуществляется подачей водяного пара в рабочий объем камеры. Кроме того, камера должна иметь нагревательные прибо­ры, позволяющие нагревать ее до 35°С за период времени, не превы­шающий 1 ч.

В основе построения термовлагобарокамеры лежат принципы, используемые при создании термовлагокамер и барокамер. В термо- влагобарокамерах при пониженном давлении нагрев может осуществ­ляться только через рубашку (стенку камеры), так как принудитель­ное перемещение воздуха в данном случае неэффективно. Для одновременного установления пониженного давления, температуры и влажности воздуха с относительно высокой стабильностью воздей­ствия данных факторов наиболее целесообразно осуществлять кос­венный нагрев камеры с расположением нагревателей за рубашкой камеры (рис. 7.31).

Указанное сочетание внешних воздействующих факторов предъяв­ляет определенные требования к системе регулирования. Непрерыв­ное увлажнение или осушение воздуха в камере создает искусствен­ное натекание воздуха, которое должно постоянно компенсироваться

Рис. 7.31. Термовлагобарокамера: 1 — вентилятор; 2 — датчик температуры; 3 — система регулирования; 4 — вспомогательный воздушный насос; 5 — вентиль; 6 — увлажнитель; 7 — водяной насос; 8 — вакуумный насос; 9 — холодильная установка; 10 — измеритель количества воздуха; 11 — воздуш­ный фильтр; 12 — смеситель со свежим воздухом; 13 — термостат; 14 — насос термоносителя; 15 — нагреватель

работой вакуумного насоса и комбинацией клапанов, регулирующих давление в камере. Наличие вакуума в камере приводит к тому, что температуру точки росы увлажненного воздуха при нормальном дав­лении необходимо пересчитывать, так как в вакуумной камере опре­деленное количество водяного пара распределяется в большем про­странстве, чем при нормальном давлении. Так, например, воздух при нормальном давлении 101,5 кПа (760 мм рт. ст.) и температуре точки росы т = + 50 °С имеет абсолютную влажность 82 г м”3, а при пониженном давлении, т. е. при 50,7 кПа (380 мм рт. ст.), абсолют­ная влажность будет 41 г м”3, что соответствует т = 36 °С. Для ув­лажнения или обезвоживания из системы циркуляции воздуха отво­дится часть воздушного потока и пропускается через устройство увлажнения или обезвоживания.

Измерение влажности воздуха в рассматриваемых камерах целесо­образнее проводить с помощью аспирационного психрометра в канале отходящего воздуха испытательной камеры, т. е. в канале засасывания вакуумного насоса. Такие конструкции являются вакуумно-надеж­ными. Для непрерывного измерения и регистрации целесообразно использовать хлористо-литиевый датчик, который обеспечивает ре­гулировку влажности при изменении температуры точки росы на ±0,5…±1 °С, что соответствует ±3…±5% относительной влажности. Психрометр и хлористо-литиевый датчики обеспечивают заданную точ­ность при давлениях до 53,4 кПа (400 мм рт. ст.), а воспроизводимые результаты измерения — при давлении до 26,7 кПа (200 мм рт. ст).

При измерении температуры необходимо учитывать уменьшение коэффициента теплоотдачи, что приводит к увеличению времени реакции термометра на изменение температуры по сравнению с ус­ловиями нормального атмосферного давления и к тому, что нагрев осуществляется в основном посредством излучения. Наличие простран­ственной нестабильности температуры в вакууме и увеличение влия­ния теплопроводности приводят к росту погрешностей измерений.

К недостаткам термовлагобарокамер следует отнести указанное выше определенное натекание, а также загрязнение воздуха в камере испарениями рабочей жидкости насоса и вентилей, пылью и водой, содержащимися в нагнетаемом воздухе при восстановлении давления до нормального значения.

Комбинированные механоклиматические испытания предусматри­вают совместное воздействие вибрации и тепловлажностного факто­ра. Получили распространение комбинированные испытания на воз­действие сухого тепла или холода и синусоидальной вибрации. Испытаниям могут подвергаться тепловыделяющие и нетепловыделяю­щие изделия. Комбинированное воздействие повышенной темпера­туры и вибрации иногда приводит к повышению температуры сопря­женных поверхностей за счет трения, вызываемого вибрацией, что в свою очередь ухудшает некоторые механические свойства изделия.

Комбинированное воздействие вибрации, повышенных темпера­тур и влажности приводит к росту интенсивности отказов вследствие попадания влаги внутрь вакуумированных объемов (например, в элек­тровакуумных приборах), вызывая последующее снижение герметич­ности уплотнительных частей. Кроме того, оно обусловливает уско­рение процессов коррозии, ухудшающих качество заземления и повреждающих защитные покрытия, что приводит в ряде случаев к электрическим отказам. Комбинированное воздействие пониженной температуры и вибрации может вызвать изменение свойств у многих материалов. Будучи гибкими и эластичными в нормальных услови­ях, они под действием холода становятся хрупкими и жесткими, что изменяет их реакцию на воздействие вибрации.

Для реализации, комбинированных механоклиматических испыта­ний необходимо специальное оборудование, позволяющее воспроиз­водить воздействие климатических факторов и вибрации. С этой целью в едином комплексе совмещают климатическую камеру и вибростенд, к которому предъявляются следующие основные требования:

• герметичность уплотнения между камерой и подвижными час­тями вибростенда, что обеспечивает паронепроницаемость, а следовательно, исключает изменение температуры и возник­новение конденсации влаги;

• вакуумонепроницаемость при работе камеры в режиме пони­женного атмосферного давления;

• отсутствие механической связи вибростенда через уплотнение с камерой, что исключает, с одной стороны, передачу колеба­ний вибростенда на камеру, а с другой — изменение характера нагрузки вибростенда и соответствующее изменение частот и амплитуд вибрации;

• тепловая изоляция камеры, исключающая теплообмен через уп­лотнение и обеспечивающая постоянство температуры в камере.

При соединении камеры с вибростендом надо учитывать, что камеры имеют относительно большую толщину изоляции стенок (100— 150 мм), а это приводит к необходимости иметь в ряде случаев доста­точно длинный плунжер (более 170 мм), что дает возможность раз­мещать стол вибростенда в камере так, чтобы его верхняя кромка не опускалась ниже уровня пола камеры. Имеется ряд конструктивных решений относительно совместной работы испытательной камеры с вибростендом: например, соединение жестко установленного вибро­стенда без плунжера с перемещаемой в вертикальной плоскости ка­мерой и в горизонтальной плоскости агрегатной частью (на специ­альных роликах) (рис. 7.32, а); жестко установленные камера и

‘/

агрегатная часть и перемещаемый на роликах вибростенд с демонти­руемым плунжером (рис. 7.32, б). Для испытаний изделий больших габаритных размеров и массы может использоваться специальная каме­ра, имеющая гидравлическое устройство, обеспечивающее ее подъем над неподвижно установленным вибростендом (рис. 7.32, в).

Для соединения плунжера с камерой или корпуса вибростенда с камерой необходимо создать соединяющие элементы, удовлетворяю­щие сформулированным выше требованиям. Как указывалось, для реализации некоторых соединений нужен специальный плунжер дос­таточно большой длины, жестко соединенный со столом вибростенда и проходящий через теплоизоляцию. При выборе материала плунже­ра следует учитывать, что плунжер должен обладать большой жестко­стью, иметь малую массу, быть низкотеплопроводным. Указанные требования весьма противоречивы.

Плунжеры могут изготавливаться из магниевых сплавов и корро­зионно-стойкой стали. Для сохранения неизменными значений па­раметров испытательного режима камеры и исключения влияния вос­производимых в ней воздействий климатических факторов на конст­рукцию вибростенда необходимо предусмотреть специальную изоля­цию. С этой целью между стенкой (полом) камеры и плунжером, а также между стенкой и корпусом вибростенда помещают уплотнение из губчатой резины или полиуретановой пены. Достоинствами пос­ледней являются ее паронепроницаемость и влагоустойчивость благо­даря наличию закрытых пор. Указанные уплотнения дополняют плос­кими или тарельчатыми мембранами, защищающими подвижную систему вибростенда от загрязнений, а также действия конденсиро­ванной влаги и инея. При размещении изоляции между стенкой (по­лом) камеры и корпусом вибростенда отпадает необходимость в со­здании плунжера, однако возникает задача герметизации внутренних полостей вибростенда, что требует соответствующих соединений между вибростендом и камерой.

Современное комбинированное испытательное оборудование ос­нащается системой автоматического регулирования и управления, использующей цифровой задатчик программы, построенный на мик — роЭВМ. Автоматический регулятор вибрации обеспечивает цифро­вую установку заданного режима испытаний и его индикацию.