Мехатронный горизонтальный стенд двунаправленного удара с маятниковым инерционным блоком тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Решетов Дмитрий Валентинович

• Решетов Дмитрий Валентинович
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Решетов Дмитрий Валентинович

Введение

1 Мехатронный стенд двунаправленного удара

1.1 Анализ известных мехатронных ударных стендов

1.1 Общие требования к мехатронному стенду двунаправленного удара

1.2 Компоновки горизонтальных ударных стендов

1.3 Приводы в горизонтальных ударных машинах

1.4 Разработка схем стенда двунаправленного удара

1.5 Выводы по главе

2 Математическая модель горизонтальной ударной машины с маятниковым инерционным блоком

2.1 Силы трения в ударной каретке и в инерционном блоке

2.2 Усилие торможения ударной каретки

2.3 Сила сопротивления пневматических пружин подвески

2.4 Сила разгона ударной каретки пневмоприводом

2.5 Реакция формирователя импульса ударного ускорения

2.6 Динамика движения ударной каретки

2.7 Чувствительность ударного ускорения к управляющим параметрам

2.8 Динамика движения инерционного блока

2.9 Метод определения параметров пневмопружин и демпферов в подвеске инерционного блока

2.10 Выводы по главе

3 Разработка алгоритмов управления мехатронным стендом двунаправленного удара

3.1 Методика ручного управления движением каретки

3.2 Методика автоматического управления движением каретки с учетом чувствительности ускорения к управляющим параметрам

3.3 Выводы по главе

4 Экспериментальное исследование мехатронного стенда двунаправленного

удара

4.1 Технические характеристики и описание устройства стенда

4.3 Порядок работы на ударном стенде

4.4 Экспериментальное исследование ударного стенда

4.5 Выводы по главе

Заключение

Список литературы

Приложение А Акт об использовании и внедрении результатов

Приложение Б Модель ударной машины стенда СОУГ2000

Приложение В Начальные данные для математической модели ударной машины

стенда СОУГ2000

Приложение Г Аттестат стенда СОУГ2000

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Мехатронный горизонтальный стенд двунаправленного удара с маятниковым инерционным блоком»

Актуальность темы исследования

Некоторые промышленные изделия в процессе эксплуатации испытывают большие нагрузки, сравнимые с нагрузками при ударе. Встает вопрос об ударной прочности и ударной устойчивости такого объекта. Согласно ГОСТ Р 51371-99 [1], ударная прочность определяется как способность изделия сохранять механическую целостность при воздействии одиночных и многократных ударов, а ударная устойчивость - как способность сохранять работоспособность при таких воздействиях.

Исследования ударопрочности и удароустойчивости изделий выполняются на мехатронных ударных стендах вертикального и горизонтального исполнения. Если изделие большое и тяжелое, используются горизонтальные стенды. Их задача заключается в разгоне изделия, закрепленного на каретке, до достаточно высокой скорости с последующем ударом каретки с изделием о формирователь импульса ударного ускорения.

Разгон каретки с изделием следует осуществлять на коротком пути, так как длина стенда обычно ограничена. При этом при коротком пути разгона упрощается привод каретки. Однако интенсивный разгон на коротком пути (несколько метров) изделия большой массы (несколько тонн) требует больших сил разгона, измеряющихся в десятках, сотнях и тысячах килоньютонов.

Большинство горизонтальных ударных стендов воспроизводят удар в одном направлении. Для воспроизведения удара в противоположном относительно изделия направлении, изделие переустанавливают (переворачивают) и перезакрепляют на каретке. При большом, сложном и дорогом изделии операции переналадки стенда и переустановки изделия весьма трудоемки и занимают много времени, а это время, согласно программе испытаний, лимитировано. Альтернативой переустановки является применение стенда двунаправленного удара в двух противоположных направлениях. Правда, привод такого стенда по ряду причин существенно сложнее привода однонаправленного удара.

Все современные сложные ударные стенды, в том числе разработанный и исследованный в настоящей диссертации, имеют явные признаки мехатронного устройства: точную механику, многочисленные датчики положения и состояния отдельных устройств, сложный программно-аппаратный комплекс для управления устройствами стенда с целью получения заданных параметров удара.

Очевидно, актуальной является задача создания горизонтального стенда двунаправленного удара большой грузоподъемности. Для этого необходимо теоретическое и экспериментальное исследование стенда, так как без этого невозможно определить параметры отдельных устройств, разработать алгоритмы его настройки и управления и связать параметры удара с настройкой машины.

Исторически Высшая школа автоматизации и робототехники СПбПУ Петра Великого занимается разработками в области испытательного оборудования. К числу традиционных направлений школы относятся разработки градуировочных и испытательных центрифуг [2; 3 и др.] и стендов одиночных и повторяющихся (многократных) ударов [4; 5 и др.].

Степень разработанности темы исследования

Систематизация знаний в практических вопросах проведения ударных испытаний началась в 1950-ых годах. Основу научных знаний по данной тематике заложил журнал «The Shock and Vibration Bulletin» с материалами ежегодных симпозиумов, посвященных ударным воздействиям, вибрациям и сопутствующим условиям среды. Значительный вклад в содержание журнала внесли как в аспекте теории, так и практики испытаний, такие ученые как Brooks R. O. и Methews F. H.

Параллельно с этим в СССР на момент конца 60-ых годов вышло первое издание книги «Инженерные методы исследования ударных процессов» Батуева Г. С. и др., целиком посвященное ударным процессам, включая их теоретическую основу, методы экспериментального воспроизведения и особенности практического применения. Следует также отметить работы таких ученых и инженеров как Бездетко Е. М., Фатькина В. А., Шумского А. С. и др.

Отдельно можно отметить вклад в практику проектирования испытательных машин ученых Санкт-Петербургского политехнического университета Петра

Великого: Дьяченко В. А., Попова А. Н., Тимофеева А. Н., Полищука М. Н., Каразина В. И., Хлебосолова И. О., Евграфова А. Н., Козликина Д. П. и др.

В последние годы проблемами разработки горизонтальных стендов занимались Ефремов А. К., Капустян А. В., Корушнов С. В., Тищенко Г. П., Солдатенков И. С., Орлов А. С. и многие другие исследователи. Среди зарубежных авторов стоит отметить публикации Richard H. Chalmers, Ming YAN, ZhaoDong WEN, Muhammad A. Kariem, Rachman Setiawan, SHEN Zhiqiang и др. Следует указать также работы Zhi-yi Zhang и Jongsoo Bae о воспроизведении двунаправленных ударов на вертикальных стендах и работы DeVost V. F. и Hughes P. S. - на горизонтальных стендах.

Во всех перечисленных работах оставались нерешенными многие проблемы испытания объектов больших масс и габаритов при воспроизведении ударного ускорения в двух направлениях. Практически не исследуются способы и особенности разгона каретки с испытываемым изделием, а также принципы построения алгоритмов и систем управления мехатронными стендами, которые позволяли бы реализовывать ударные перегрузки изделия в двух направлениях без переустановки изделия на каретке стенда.

Цель и задачи работы

Целью работы является разработка принципов построения мехатронного горизонтального стенда двунаправленного удара с маятниковым подвесом инерционного блока и анализ возможностей его применения при проведении испытаний на ударопрочность и удароустойчивость крупногабаритных изделий машиностроения.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ известных мехатронных ударных стендов и особенностей воспроизведения двунаправленного удара при стендовых испытаниях и обоснование принципа устройства мехатронного стенда с маятниковым подвесом инерционного блока с учетом требований к режимам работы.

2. Разработка математической модели мехатронного горизонтального стенда с маятниковым подвесом инерционного блока и определение основных параметров

управления движением ударной каретки, влияющих на величину ударного ускорения испытываемого объекта.

3. Синтез алгоритмов управления движением ударной каретки, обеспечивающих выход на заданное значение ускорения испытываемого объекта.

4. Исследование динамики инерционного блока стенда и разработка метода определения параметров пневмогидравлической подвески по критериям минимума времени колебаний блока и минимума динамической нагрузки на фундамент ударной машины стенда в зависимости от режима испытаний.

5. Верификация математической модели, апробация предложенных принципов построения ударной машины и алгоритмов управления движением ударной каретки, создание и экспериментальное исследование мехатронного стенда двунаправленного удара.

Объектом исследования и разработки является мехатронный горизонтальный стенд двунаправленного удара с маятниковым подвесом инерционного блока, предназначенный для воспроизведения знакопеременной перегрузки без переустановки испытываемого изделия большой массы и габаритов.

Научная новизна

1. Предложен принцип устройства мехатронного горизонтального стенда двунаправленного удара с маятниковым подвесом инерционного блока, заключающийся в том, что для обеспечения возможности проведения испытаний со знакопеременной перегрузкой используется пневмопривод, управляемый с помощью быстродействующих клапанов высокого давления и расхода.

2. Разработана и верифицирована математическая модель испытательного стенда с мехатронным пневматическим приводом, в которой учитывается динамика быстродействующих клапанов, установлены доминирующие зоны чувствительности ударного ускорения к изменению рабочего давления и начального положения ударной каретки.

3. Разработан метод определения параметров пневмопружин и демпферов в подвеске инерционного блока по критериям минимумов времени колебаний

инерционного блока и динамической нагрузки на фундамент машины в зависимости от режима испытаний.

4. Предложен алгоритм управления ударной кареткой, обеспечивающий регулирование одного или двух параметров в зависимости от требуемой погрешности воспроизведения ударного ускорения.

Теоретическая и практическая значимость исследования

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в разработке модели стенда и методов, обеспечивающих научно обоснованный подход к разработке мехатронных горизонтальных ударных стендов. Разработан, изготовлен и аттестован стенд СОУГ2000, который позволяет проводить испытания изделий больших масс и габаритов без их переустановки на каретке стенда.

Методология и методы исследования

Применялись численные методы вычислительной математики, аналитической механики и средства компьютерного моделирования в средах MATLAB, MATLAB Simulink и других программных комплексах, а также экспериментальные методы (испытания стенда).

Положения, выносимые на защиту

1. Принцип устройства мехатронного горизонтального стенда двунаправленного удара с маятниковым подвесом инерционного блока и пневмоприводом.

2. Разработанная верифицированная математическая модель стенда, учитывающая динамику быстродействующих клапанов.

3. Метод определения параметров пневмопружин и демпферов подвески инерционного блока в зависимости от режима испытаний изделия.

4. Алгоритм управления движением ударной каретки, обеспечивающий регулирование одного или двух параметров в зависимости от требуемой погрешности воспроизведения ударного ускорения.

Степень достоверности полученных результатов

Достоверность полученных результатов обеспечена корректным применением уравнений механики и математических методов, а также

тестированием средствами компьютерного моделирования и натурными экспериментами.

Публикации и апробация результатов

По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 в издании, входящем в перечень ВАК, 2 в издании, индексируемом в базе Scopus, и 4 публикации в РИНЦ.

Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: 12-я, 13-я, 14-я международные научно-практические конференции «Современное машиностроение: Наука и образование MMESE» (Санкт-Петербург, 2023-2025 гг.).

Личный вклад автора

Соискателем предложен принцип построения мехатронного горизонтального стенда двунаправленного удара с маятниковым подвесом инерционного блока, метод определения параметров пневмогидравлической подвески в зависимости от режимов испытаний. Основные научные положения, математическая модель, результаты моделирования, эксперименты и теоретические выводы сформулированы и выполнены автором лично.

Внедрение

Результаты работы внедрены в АО «Государственное машиностроительное конструкторское бюро «Вымпел» им. И. И. Торопова».

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Диссертационная работа выполнена в рамках специальности 2.5.4. Роботы, мехатроника и робототехнические системы по пунктам:

п. 3. Развитие принципов и методов построения мехатронных устройств и систем как результата синергетического объединения узлов точной механики, электротехнических, электропневматических, электрогидравлических, электронных и компьютерных компонентов с целью проектирования и практического применения качественно новых машин, систем и модулей с высокоэффективным цифровым управлением их функциональными движениями.

п. 4. Математическое и полунатурное моделирование мехатронных и робототехнических систем, включая взаимодействие со средой, анализ их характеристик, оптимизация и синтез по результатам моделирования.

п. 5. Методы, алгоритмы, программные и аппаратные средства управления роботами, робототехническими и мехатронными системами, включая адаптивное, оптимальное, распределенное, интеллектуальное и супервизорное управление.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и четырех приложений. Общий объем работы 125 страниц, в тексте имеется 58 рисунков и 3 таблицы. Библиографический список содержит 107 наименований.

1 Мехатронный стенд двунаправленного удара

Горизонтальные ударные стенды предназначены для воспроизведения импульсов ударных ускорений в направлении перпендикулярном вектору силы тяжести.

Такое исполнение обусловлено, как правило, либо характером динамического нагружения изделия в условиях нагрузок, возникающих во время его эксплуатации [6], либо значительными массогабаритными характеристиками изделия, затрудняющими воспроизведение удара в вертикальном направлении при испытаниях [7-9].

Примеры изделий, подверженных горизонтальным перегрузкам, показаны на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Примеры изделий с горизонтальной динамической нагрузкой

1.1 Анализ известных мехатронных ударных стендов

На практике применяются испытательные машины, различающиеся принципом разгона ударной каретки, ее габаритами и диапазоном воспроизводимых ускорений. Существенным конструктивным фактором также является ограничение длины разгонного участка требованиями к общим габаритам стенда, при которых необходимо обеспечить достижение требуемых скоростей соударения.

Рассмотрим типовые конструкции горизонтальных ударных стендов, применяемые для воспроизведения заданных параметров ударных перегрузок, и проанализируем их основные технические характеристики. Для наглядного сравнения последних составлена сравнительная таблица 1.1.

На рисунке 1.2 представлена установка ServoSLED компании Seatle Safety (США), предназначенная для испытаний автомобильной техники при моделировании различных дорожно-транспортных аварий и динамического нагружения в процессе движения по криволинейным траекториям.

Отличительной особенностью стенда является наличие управляемого устройства торможения на основе гидравлических сервоклапанов, позволяющего задавать произвольный закон изменения ударного ускорения.

Рисунок 1.2 - Внешний вид стенда ServoSLED [10]

Таблица 1.1- Основные характеристики горизонтальных ударных стендов

Наименование стенда Тип привода Масса испытываемого изделия, кг Габариты каретки, длина х ширина, мм Параметры импульса ускорения Усилие разгона, не менее, кН Длина пути разгона, м Линейный габарит, не менее, м

Пиковое ускорение, g Форма импульса

ServoSLED (коми. Seattle Safety) (США) пневмоката-пультный 2500 3000x1500 90 (при массе объекта 250 кг) произвольная 1500 25 30,0

HITS 40G (коми. Lansmont) (США) пневматический 2720 2690x1400 40 полусинус трапеция 1000 5 12,0

ГУС ВСТС-1200/300 (коми. «Вибро-сервистест») (РФ) гидравлический 1200 определяются заказчиком стенда 300 полусинус 1500 - п,о

ГУС ВСТС- 450/300 (коми. «Вибро-сервистест») (РФ) электромеханический (кулачковый) 500 - - 5,4

Fraunhofer HITS (коми. Lansmont) (США) Электромеханический (линейный двигатель) 1500 1600x1200 20 произвольная - 17 20,0

Пневмокатапультный привод стенда обеспечивает силу разгона ударной каретки до 1500 кН с массой испытываемого изделия до 2500 кг. Для испытаний автомобильной техники устанавливаются ограничения со стороны регламентирующих стандартов ANCAP Safety (США) и Euro NCAP (ЕС) [11] по максимальному ускорению ударной каретки на этапе разгона. Чтобы при этих ограничениях достигнуть требуемой скорости соударения, длина разгонного участка должна быть значительной и составляет десятки метров. В сочетании с типовым для горизонтальных машин последовательным расположением привода и разгонной каретки это приводит к значительным габаритам всей установки. По этой причине стенды подобного типа могут эксплуатироваться только на специально созданных полигонах, адаптированных под их габариты.

Аналогично автомобильному транспорту, грузы, перевозимые железнодорожным транспортом, также подвержены динамическим воздействиям. Как отмечает William I. Kipp в статье [12], наибольшую точность воспроизведения подобных нагрузок обеспечивают горизонтальные ударные установки, соответствующие стандарту ASTM D4003 (США) [13]. В качестве примера такой установки можно привести стенд HITS 40G компании Lansmont (Рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Внешний вид стенда HITS 40G [14]

Помимо управляемого торможения, на данном стенде реализована возможность соударения каретки с упором-прокладкой (shock programmer в англ. литературе), чаще всего из гиперупругого материала, для получения импульсов

ускорения полусинусоидальной формы.

Для стенда HITS 40G характерна последовательная компоновка приводной системы, ударной каретки и сейсмической массы (инерционного блока), что обуславливает большие габариты стенда - длина достигает около 12 м. Мехатронный привод располагается под ударной кареткой и управляется с помощью быстродействующих пневмоклапанов, обеспечивающих разгон каретки с изделием массой до 2720 кг. При этом усилия разгона достигают 1000 кН.

Поскольку шток приводного пневмоцилиндра жестко соединён с ударной кареткой, стенд позволяет не только реализовывать однократный удар, но и воспроизводить серию испытаний с многократными ударами, в отличие от машины на рисунке 1. 2.

На стенде ГУС ВСТС-1200/300 (Рисунок 1.4) компании «Вибросервистест» (РФ) используется несколько другой принцип воспроизведения ударной перегрузки: боек - отдельный массивный элемент, разгоняется гидроцилиндром и затем ударяет по каретке с установленным на ней испытываемым изделием. В месте удара бойка по каретке располагаются формирователи импульса ударного ускорения.

Рисунок 1.4 - Внешний вид стенда ГУС ВСТС-1200/300 [15]

По информации от производителя габариты ударной каретки проектируются под параметры конкретного изделия и могут достигать 1,5 м. Грузоподъемность

установки составляет 1200 кг. Поскольку энергия удара бойка пропорциональна его массе и квадрату скорости, а существенно увеличить скорость гидравлическим приводом затруднительно, для обеспечения требуемой энергии удара масса бойка увеличивается до соотношения с массой изделия 1:60.

В этом стенде, аналогично ранее рассмотренным схемам, применяется последовательная компоновка всех элементов, в результате чего общая длина установки равняется примерно 11м.

Данный производитель испытательного оборудования также предлагает на рынке ударный стенд серии ГУС-ВСТС 450/300 с электромеханическим приводом (Рисунок 1.5). Несмотря на меньшую грузоподъёмность - до 500 кг, - стенд позволяет воспроизводить многократные удары с максимальной частотой до 90 уд/мин.

Рисунок 1.5 - Внешний вид стенда ГУС-ВСТС 450/300 [16]

Боек приводится в движение кулачковым механизмом, который обеспечивает небольшой ход и невысокую скорость перед ударом. В связи с этим ударная машина отличается компактными габаритами. Высокие значения ударного ускорения достигаются здесь не за счёт мощности привода, а благодаря жесткости формирователя импульсов.

На рисунке 1.6 показан ударный стенд Fraunhofer HITS компании Lansmont (США). Аналогично стенду на рисунке 1.2, он предназначен для моделирования

транспортных нагрузок и допускает два режима работы: воспроизведение управляемого торможения и создание ударной перегрузки. При грузоподъёмности 1500 кг разгон и торможение реализуются по направляющим длиной порядка 17 м. Габариты ударной каретки определяются спецификой испытаний и соответствуют стандартным размерам двух европаллет.

Рисунок 1.6 - Внешний вид стенда Fraunhofer HITS [17]

Большая протяжённость разгонного участка объясняется двумя факторами: во-первых, регламентирующими ограничениями на допустимое ускорение в фазе разгона, во-вторых, потребной мощностью привода - при большем пути разгона достигаемая скорость получается при меньшем среднем ускорении и, соответственно, меньшей мощности.

Существенной конструктивной особенностью является также ограничение максимальной скорости каретки в конце разгона: каретка несёт подвижный кабель питания обмоток, что накладывает дополнительные требования по допустимой скорости и динамике движения.

В результате анализа существующих конструкций горизонтальных ударных стендов сделаем следующие выводы:

1) На данный момент отсутствуют стенды, обеспечивающие проведение испытаний изделий массой до 2500 кг и длиной до 10 м с воспроизведением ударных перегрузок величиной до 50 g;

2) Для разгона ударной каретки в установках высокой грузоподъёмности требуется создание разгонных усилий порядка 1000 кН, что предъявляет повышенные требования к конструкции привода;

3) Увеличение скорости ударной каретки, достигаемое за счёт удлинения пути разгона, приводит к росту линейных габаритов испытательной машины до десятков метров, что, в свою очередь, требует размещения установки в специально спроектированном помещении или на отдельном испытательном полигоне;

4) Воспроизведение знакопеременных ударных перегрузок на существующих стендах обеспечивается исключительно путём перезакрепления испытуемого изделия, что, во-первых, снижает производительность и затрудняет проведение серийных испытаний, а, во-вторых, исключает возможность воспроизведения сложных типов динамического нагружения.

1.1 Общие требования к мехатронному стенду двунаправленного удара

При разработке стенда двунаправленного удара необходимо определить ключевые технические требования, исходя из ожидаемых режимов ударного воздействия и параметров испытываемых объектов. Машина должна выполнять следующие задачи.

1) Большая грузоподъемность и вместимость. Обеспечение грузоподъемности до 2500 кг и габаритной вместимости при длине изделия до 10 м;

2) Двунаправленное ударное воздействие. Воспроизведение ударных ускорений вдоль одной оси в двух противоположных направлениях - так называемые прямой и обратные удары - с заданным сочетанием пикового значения ускорения и длительности импульса без необходимости перезакрепления изделия (Рисунок 1.7);

+А

йс

£ ГС о о.

о >,

о о

X

о.

£

Трямой улар

иоратнып удар

/

1 N У /

\ 1 \ ч. У /

■4 1 г,

Время, с

Рисунок 1.7 - Схема знакопеременной ударной перегрузки

3) Регулирование параметров импульса. Обеспечение широкого диапазона регулирования параметров ударного импульса при пиковом ускорении до 50 g;

4) Временной интервал между ударами. Возможность задания требуемого временного интервала между прямым и обратным ударами;

5) Точность и повторяемость. Обеспечение точности ± 20% [1] и повторяемости параметров ударных импульсов;

6) Динамическая нагрузка на конструкцию. Фундамент и конструкция стенда должны выдерживать возникающую динамическую нагрузку, в том числе, при воспроизведении высокоэнергетических ударов;

7) Компактность конструкции. Обеспечение минимально возможных габаритов ударной машины при сохранении требуемых функциональных характеристик;

8) Возможность контроля и регистрации параметров, то есть наличие системы измерения, контроля и регистрации параметров ударного воздействия.

Все эти требования должны быть реализуемы в рамках конструктивных, метрологических и нормативных ограничений. Часть таких ограничений связана с

устройством самого стенда, часть - с регламентирующими документами [18; 19], устанавливающими требования к контролю ускорений на разных этапах испытаний. Кроме того, необходимо обеспечить безопасность испытаний и целостность помещения, фундамента, стенда и окружающего оборудования.

1.2 Компоновки горизонтальных ударных стендов

Рассмотренные испытательные стенды (Рисунки 1.2 - 1.6) анализировались преимущественно с точки зрения их функциональных возможностей при проведении испытаний крупногабаритных изделий большой массы. Однако при этом не учитывался аспект, связанный с динамическим воздействием на фундамент машины во время воспроизведения ударных нагрузок. Этот параметр является важным фактором, определяющим общую конструкцию стенда.

Разработка и исследование различных типов фундаментов машин при динамическом нагружении представляет собой самостоятельную область исследований. Основные положения и рекомендации по проектированию таких фундаментов изложены в СП 26.13330.2012 «Фундаменты машин с динамическими нагрузками» [20].

Согласно требованиям этого документа, фундамент испытательных стендов следует выполнять из бетона класса по прочности на сжатие не ниже В15. Конструкцию необходимо отделять сквозным швом от фундамента здания, пола и окружающего оборудования. Шов заполняют виброизоляционным материалом или элементами динамического гашения колебаний.

При проектировании ударных стендов предельная амплитуда колебаний основания и фундамента не должна превышать 0,05 - 0,3 мм [20]. При этом масса фундамента должна превосходить массу подвижных частей в 3 - 5 раз. На практике [8] это соотношение обычно значительно выше.

Согласно инженерной практике [8], при соотношении массы ударной каретки с испытываемым изделием и массы станины около 1:20 и более и при ограничениях на пиковое ударное ускорение машина монтируется непосредственно на силовой

цеховой пол с жестким креплением станины к полу. В этом случае демпфирование удара осуществляется массой станины и жестким креплением к фундаменту. Эта схема получила название бесфундаментной [8], поскольку позволяет установить машину непосредственно на цеховый пол.

Если указанное выше соотношение обеспечить не удается, то прибегают к установке ударной машины на массивный фундамент (Рисунок 1.8).

1 2 3 4 5 6 7

Рисунок 1.8 - Схема ударной машины при установке на фундамент: 1 - цеховый пол; 2 и 6 - формирователи прямого и обратного ударов; 3 - боек; 4 - испытываемое изделие; 5 - ударная каретка; 7 - станина; 8 - железобетонный фундамент; 9 - песчаная засыпка; 10 - грунт

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Решетов Дмитрий Валентинович, 2026 год

/ / У //

[7 1/ \\

/Г \ 1 \ V \

г и \\ \ \

1/ Л

0

25

5 10 15 20

Время Лмс

Рисунок 4.12 - Сравнение ударного ускорения при моделировании и

эксперименте

30

Это свидетельствует о хорошем соответствии математической модели и её применимости в качестве основы для определения параметров элементов испытательной машины при проектировании, а также оценке параметров управления движения каретки при настройке режимов ударов.

4.5 Выводы по главе

В данной главе приведено описание созданного мехатронного ударного стенда СОУГ2000. Представлены основные технические характеристики и порядок работы на стенде.

В результате экспериментальных исследований стенда определены зависимости ударного ускорения от давления в ресивере разгона при различных

массах имитатора изделия, а также характер разброса результатов при повторных испытаниях с одинаковыми управляющими параметрами.

Проведена верификация разработанной в главе 2 математической модели путем сравнения с результатами натурных испытаний. Среднее относительное расхождение модели и экспериментов не превышает 14 %.

Полученные результаты могут быть использованы не только для оценки функциональных возможностей ударных стендов, но и в качестве теоретической и методической базы при проектировании конструкций, систем управления и регулирования параметров испытаний стендов данного типа.

Испытания стенда показали его способность воспроизводить ударные ускорения в диапазоне от 1 до 500 м/с2 со знакопеременной перегрузкой, что соответствует требованиям по испытаниям изделий авиационно-космического назначения.

Заключение

Настоящая диссертационная работа посвящена разработке принципов построения уникального горизонтального стенда СОУГ2000. Стенд оснащен пневмоприводом высокой энергии и мощности, что позволяет разгонять каретку с изделием большой массы до высокой скорости на коротком пути. Другой особенностью стенда является возможность производить удары с двух противоположных сторон изделия без его переустановки. Разработан, изготовлен и введен в эксплуатацию мехатронный ударный стенд при непосредственном участии автора диссертации.

В диссертационной работе получены следующие результаты, имеющие научную новизну и практическое значение:

1. Предложен принцип устройства мехатронного горизонтального стенда двунаправленного удара с маятниковым подвесом инерционного блока, заключающийся в том, что для обеспечения возможности проведения испытаний со знакопеременной перегрузкой используется пневмопривод, управляемый с помощью быстродействующих клапанов высокого давления и расхода.

2. Разработана и верифицирована математическая модель испытательного стенда с мехатронным пневматическим приводом, в которой учитывается динамика быстродействующих клапанов; установлены доминирующие зоны чувствительности ударного ускорения к изменению рабочего давления и начального положения ударной каретки.

3. Разработан метод определения параметров пневмопружин и демпферов в подвеске инерционного блока по критериям минимумов времени колебаний инерционного блока и динамической нагрузки на фундамент машины в зависимости от режима испытаний.

4. Предложен алгоритм управления ударной кареткой, обеспечивающий регулирование одного или двух параметров в зависимости от требуемой погрешности воспроизведения ударного ускорения.

Список литературы

1. ГОСТ Р 51371-99. Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытания на воздействие ударов. - Москва: «Стандартинформ», 2000. -28 с.

2. Васильев А. К., Дьяченко В. А. Анализ условий и критериев воспроизводимости ударного импульса на мехатронных испытательных стендах // Омский научный вестник. - 2021. - №№ 4(178). - С. 41-45. DOI: 10.25206/1813-82252021-178-41-45. EDN: MXVVDS.

3. Дьяченко В. А. Роторные стенды точного воспроизведения параметров движения: дис. ... докт. техн. наук : 05.02.18 / Дьяченко Владимир Алексеевич. -Ленинград, 1987. - 447 с. - «Ленинградский ордена Ленина Политехнический институт имени М. И. Калинина».

4. Попов А. Н., Васильев А. К., Решетов Д. В., Брянский А. А. Компьютерное моделирование удара в стендах многократных ударов // Современное машиностроение. Наука и образование. - 2020. - № 9. - С. 347-358. DOI: 10.1872/MMF-2020-24. EDN: MJNBWK.

5. Popov A. N., Vasiliev A. K., Shtreker D. S. et al. Shock machines for testing Arctic robotics // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - Vol. 539. - Saint-Petersburg: Institute of Physics Publishing, 2020. - P. 012124. DOI: 10.1088/1755-1315/539/1/012124. EDN: YBAFNS.

6. Дьяченко В. А., Челпанов И. Б. CALS-технологии в машиностроении: учебное пособие для студентов высших учебных заведений - Санкт-Петербург: Издательство Политехнического университета, 2008. - 203 с. - ISBN 978-5-74222018-3.

7. Harris C. M., Piersol A. G. Harris' Shock and Vibration Handbook. 5th Edition. - New York: McGraw-Hill Professional, 2002. - 1457 p.

8. Попов А. Н. и др. Испытательные ударные машины. Теоретические основы и технические решения: монография. - Санкт-Петербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2025. - 300 с.

9. Brooks R. O., Methews F. H. Mechanical shock testing techniques and equipment. United States Atomic Energy Commission. Collection of papers of The Shock and Vibration Bulletin, 1966. - 47 p.

10. Официальный сайт компании Seattle Safety. ServoSled™ Catapult Sled Systems [Электронный ресурс]. URL: https://seattlesafety.com/products/servosled-catapult-sled-systems (дата обращения: 01.07.2025).

11. Clarke N., Paine M., Robson R., Smith J., Haley J. Improving Vehicle Safety in Australia and New Zealand: The Role of ANCAP // 24th International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles (ESV). - National Highway Traffic Safety Administration, 2015. - Paper No. 15-0042.

12. Kipp W. I. Shock, Drop, and Impact Testing Equivalence. - Florida: Dimensions.01, March 1, 2001. - 12 p.

13. ASTM D 4003:1998: R2015. Test methods for programmable horizontal impact test for shipping containers and systems. - American Society for Testing and Materials, 2015. - 5 p.

14. Официальный сайт компании Lansmont. Horizontal Impact Test System (HITS) [Электронный ресурс]. URL: https://www.rycobel.com/products/horizontal-impact-test-system-hits (дата обращения: 01.07.2025).

15. Официальный сайт компании «Вибросервистест». Горизонтальная ударная установка однократного действия ГУС ВСТС-1200/300 [Электронный ресурс]. URL: https://vstest.ru/Home/HitStand_GUS_BCTC_1200_300/?ysclid=mgup gjvw9t579080381 (дата обращения: 01.07.2025).

16. Официальный сайт компании «Вибросервистест». Горизонтальная ударная установка ГУС ВСТС-450/300 [Электронный ресурс]. URL: https://vstest.ru/Home/HitStand_GUS_BCTC_450_300/?ysclid=mgupiy5opy74887493 2 (дата обращения: 01.07.2025).

17. Fraunhofer introduces Lansmont HITS at ISTA European Symposium [Электронный ресурс]. URL: https://www.lansmont.com/fraunhofer-introduces-lansmont-hits-at-ista-european-symposium (дата обращения: 20.06.2025).

18. MIL-STD-810H: Department of Defense Test Method Standard. Environmental Engineering Considerations and Laboratory Tests. Revision H. -Washington, D.C.: U.S. Department of Defense, 2019. - 1089 p.

19. ГОСТ 28213-89. Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Испытание Еа и руководство: одиночный удар. -Москва: Издательство стандартов, 1989. - 20 с.

20. СП 26.13330.2012. Фундаменты машин с динамическими нагрузками. -Москва: Издательство стандартов, 2012. - 70 с.

21. Jyant Kumar V., Boora V. Dynamic Response of a Machine Foundation in Combination with Spring Mounting Base and Rubber Pad // Geotechnical and Geological Engineering. - 2009. - P. 379-389.

22. Polishchuck M. N., Popov A. N., Vasiliev A. K., Reshetov D. V. Research of Air Suspension of Shock Machine // Advances in Mechanical Engineering: Selected Contributions from the Conference "Modern Engineering: Science and Education", Saint Petersburg, 25 июня 2020 года. - Cham, Switzerland: Springer Nature Switzerland AG, 2021. - P. 219-230.

23. Novikov V. V. et al. Vibrational Protection by Pneumatic Suspension with Hybrid Damping // Russian Engineering Research. - 2022. - №2 7, Vol. 42. - P. 661-669.

24. Malte Krack et al. Toward Understanding the Self-Adaptive Dynamics of a Harmonically Forced Beam with a Sliding Mass // Archive of Applied Mechanics. - 2017. - № 87. - P. 699-720.

25. Челпанов И. Б. Автоматические технологические машины и оборудование. Испытания машин: учебное пособие. - Санкт-Петербург: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. - 296 с.

26. Kou Bao Quan et al. Thrust and thermal characteristics of electromagnetic launcher based on permanent magnet linear synchronous motors // IEEE Transactions on Magnetics. - 2009. - № 45. - P. 358-362.

27. Hongbo Liu et al. Research Status and Key Technologies of Electromagnetic Catapult Technology for Shipboards // Resent Patents on Engineering. Research Status and Key Technologies. - 2024. - 16 p.

28. Alan Foster, Eric Lewis, Mick Thompson. Electro Magnetic Kinetic Integrated Technology - Development of an advanced linear induction motor powered UAV launch demonstrator // Journal of Naval Engineering. - 2007. - P. 1-17.

29. Патент № 500566 СССР. Токоподводящее устройство линейного электродвигателя : № 2062246/24-7 : заявл. 20.09.74: опубл. 14.04.76 / Андрущук В. В., Бутурович И. Х., Дьяченко В. А., Титков В. К., Токов М. И., Харитонов В. С. - 3 с.

30. G. Becherini, Sebastiano Di Fraia, Bernardo Tellini. Analysis of the Dynamic Behavior of a Linear Induction Type Catapult // IEEE Transactions on Plasma Science. - 2011. - P. 59-64.

31. Su P., Chivukula S., Tatar F. W., Swinnerton B. Corrosion of sprinkler piping under compressed nitrogen and air supervision // Paper presented at CORROSION 2015, Dallas, TX. - NACE International, 2015. - Paper No. 2015-5548.

32. Wehner M., Tolley M. T., Mengu? Y., Park Y.-L., Mozeika A., Ding Y., Onal C., Shepherd R. F., Whitesides G. M., Wood R. J. Pneumatic energy sources for autonomous and wearable soft robotics // Soft Robotics. - 2014. - Vol. 1, No. 4. - P. 263-274. DOI: 10.1089/soro.2014.0018.

33. Cai C., Cui Y., Liang Y. Optimal Control of Carrier-Based Aircraft Steam Launching Valve // Complex, Intelligent, and Software Intensive Systems. CISIS 2017. Advances in Intelligent Systems and Computing. - 2018. - P. 647-656.

34. ГОСТ Р 51371-99. Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытания на воздействие ударов. - Москва: Издательство стандартов, 1999. - 27 с.

35. DAQ-устройства M серии. Руководство пользователя устройств типа NI 622x, NI 625x, NI 628x. - National Instruments, 2008. - 412 с.

36. Попов А. Н., Полищук М. Н., Решетов Д. В., Закатов В. В. Математическая модель горизонтальной ударной машины с маятниковым инерционным блоком // Современное машиностроение. Наука и образование. -2025. - № 14. - С. 471-484.

37. Polishchuck M. N., Popov A. N., Reshetov D. V. Mathematical model of shock machine // Advances in Mechanical Engineering. Lecture Notes in Mechanical Engineering. - 2022. - P. 86-96.

38. Rybak P., Gieleta R. The influence of temperature on the damping characteristic of hydraulic shock absorbers // Eksploatacja i Niezawodnosc -Maintenance and Reliability. - 2021. - Vol. 23, No. 2. - P. 234-239.

39. Scaraggi M., Persson B. N. J. Rolling Friction: Comparison of Analytical Theory with Exact Numerical Results // Tribology Letters. - 2014. - Vol. 55. - P. 15-21.

40. Иванов А. П. О трении качения // Доклады Академии наук. - 2019. - Т. 485, № 3. - С. 295-299.

41. Dagdelen M., Sarige?ili M. i. Estimation of the Friction Parameters of Linear Pneumatic Cylinders // Journal of Engineering Sciences and Design. - 2020. - № 2, Vol. 8. - P. 397-406.

42. Tran X. B., Yanada H. Dynamic Friction Behaviors of Pneumatic Cylinders // Intelligent Control and Automation. - 2013. - Vol. 4. - P. 180-190.

43. Bhushan B. Introduction to Tribology. 2nd ed. - New York: John Wiley & Sons, 2013. - 711 p.

44. Czifra A., Horvath S. Complex microtopography analysis in sliding friction of steel-ferodo material pair // Meccanica. - 2011. - Vol. 46. - P. 609-616. DOI: 10.1007/s 11012-010-9422-9.

45. Герц Е. В., Крейнин Г. В. Библиотека Конструктора. Расчет пневмоприводов. Справочное пособие. - Москва: Машиностроение, 1975. - 274 с.

46. Герц Е. В. Пневматические приводы. Теория и расчет. - Москва: Машиностроение, 1969. - 359 с.

47. Sokolov V., Krol O., Golubenko O., Tsankov P., Marchenko D. Dynamics of Clamping Pneumatic Cylinder for Technological Equipment // Advanced

Manufacturing Processes IV. InterPartner 2022. Lecture Notes in Mechanical Engineering. - Cham: Springer, 2023. - P. 54-63.

48. Каразин В. И., Хлебосолов И. О., Евграфов А. Н., Козликин Д. П., Андриенко П. А., Терешин В. А., Хисамов А. В. Методы и средства лабораторного воспроизведения ускорения. - Санкт-Петербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2023. - 168 с.

49. Елагина А. К., Хлебосолов И. О. Ударный стенд с повышенными энергетическими характеристиками // Неделя науки СПбПУ: Материалы научной конференции с международным участием. Том Часть 2. - Санкт-Петербург: Политех-Пресс, 2020. - С. 70-72.

50. Duan Z., Luo T., Tang D. Potential Analysis of High-g Shock Experiment Technology for Heavy Specimens Based on Air Cannon // Shock and Vibration. - 2020.

- Vol. 2020. - 8 p.

51. Елисеев В. В., Пискунов В. А. Спасательные линеметы: математическое моделирование и экспериментальные исследования // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2016. - Т. 18, № 1-2. -P. 205-208.

52. Costa G.K. Modelling Air Flow through Pneumatic Valves: A Brief Review with an Experimental Case Study // Eng. - 2023. - № 4. Vol. 4 - 2601-2614 pp.

53. Barycki J., Ganczarek M., Kollek W., Mikulczynski T., Samsonowicz Z. Performances of high-speed pneumatic drive with self-acting impulse valve // Mechanism and Machine Theory. - 2004. - № 6 Vol. 39 - 657-663 p.

54. Попов, А. Н. Моделирование работы горизонтального ударного стенда / А. Н. Попов, М. Н. Полищук, Д. В. Решетов // Современное машиностроение. Наука и образование. - 2023. - № 12. - 336-349 c.

55. Daigle M.J., Goebel K. A model-based prognostics approach applied to pneumatic valves // International Journal of Prognostics and Health Management. - 2011.

- № 2 Vol. 2. - 16 p.

56. Brook R.O. Shock Testing Methods. - Sandia Corp. Tech. Memo. SCTM 172-62A(73). - Sept. 1963. - 57-62 pp.

57. Iqbal M.Z., Israr A. To Predict a Shock Pulse using Non-Linear Dynamic Model of Rubber Waveform Generator // International Journal of Impact Engineering. -2021. - Vol. 147. - 10 p.

58. Huang D., Wen J., Xing L., Wei G. Study on a Nonlinear Dynamic Model and Its Parameters Determination Method for Half-Sine Programmer // Journal of Northwestern Polytechnical University (Kebeigongye Daxue Xuebao). - 2019. - № 6 Vol. 37 - 1085-1094 pp.

59. Neilsen M. et al. Flex Foam Model Parameters for Programming Material (White Felt, Grey Felt, Manila Folder). - Sandia National Laboratories, 2018. - Report No. SAND2018-5543CTF.

60. Васильев А. К. Разработка и исследование испытательных стендов многократных ударов: дис. ... канд. техн. наук : 05.02.05 / Васильев Алексей Константинович. - Санкт-Петербург, 2021. - 151 с. - ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого».

61. Popov, A. N. Horizontal Bump Machine / A. N. Popov, M. N. Polishchuk, D. V. Reshetov // Advances in Mechanical Engineering: Selected Contributions from the Conference "Modern Mechanical Engineering: Science and Education", Saint Petersburg, Russia, 01-30 июня 2023 года. - Zug, 2024. - P. 133-145. - DOI 10.1007/978-3-031-48851-1_13. - EDN KILRPF.

62. Решетов Д. В., Дьяченко В. А., Попов А. Н., Полищук М. Н. Влияние параметров управления мехатронным ударным стендом на погрешность воспроизведения пикового ускорения / Д. В. Решетов // Наука и бизнес: пути развития. - 2025. - №9 (171). - С.53-63.

63. Масловская А. Г. Аппроксимация функций в задачах обработки экспериментальных данных: учебное пособие. - Благовещенск: Амурский гос. унт, 2021. - 92 с. - ISBN 978-5-8044-1923-0.

64. Rozenwasser E., Yusupov R. Sensitivity of automatic control systems. -Boca Raton: CRC Press, 2000. - 304 p. - ISBN 0-8493-2293-0.

65. Radanovic L. (ed.) Sensitivity methods in control theory: proceedings of the Third International Symposium, Dubrovnik, 31 August - 5 September 1964. - Oxford: Pergamon Press, 1964. - 456 p. - ISBN 978-1-4832-2325-4.

66. Curtain R.F. (ed.) Modelling, robustness and sensitivity reduction in control systems. - Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 1987. - IX, 494 p. - (NATO ASI Series. Series F, Computer and Systems Sciences; vol. 34). - ISBN 978-3-642-87516-8.

67. Qi H., Bone G.M., Zhang Y. Position control of pneumatic actuators using three-mode discrete-valued model predictive control // Actuators. - 2019. - Vol. 8, № 3.

- Art. 56. - 15 p. - DOI: 10.3390/act8030056.

68. Jang J-S., Byun J-H. A method of accurate position control with a pneumatic cylinder driving apparatus // J. of Mechanical Science and Technology. - 2006. - Vol. 20

- P. 993-1001.

69. Santos M., Ferreira J., Simoes J. Position control of a servo-pneumatic system // Proc. of the 6th Int. Conf. on Informatics in Control, Automation and Robotics (ICINCO), Intelligent Control Systems and Optimization. - 2009. - P. 234-239.

70. Kawai S., Kawakami Y., Masuda Y. Accurate positioning of a pneumatic servo system with air bearings // Transactions of the Japan Fluid Power System Society.

- 2002. - Vol. 5, No 3 - P. 693-700.

71. Hope G. S., et al. Pneumatic drives: system design, modelling and control. -Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2008. - 380 p. - ISBN 978-3-540-69471-7.

72. Krivts I. L., Krejnin G. V. (eds.) Pneumatic actuating systems for automatic equipment: structure and design. - Boca Raton: CRC Press, 2006. - 368 p. - ISBN 9781420004465.

73. Zhang R., Peng J., Li H., Chen B., Liu W., Huang Z., Wang J. A predictive control method to improve pressure tracking precision and reduce valve switching for pneumatic brake systems // IET Control Theory & Applications. - 2021. - Vol. 15, No. 9-10 - P. 1389-1403. - DOI: 10.1049/cth2.12130.

74. Figliolini G., Rea P. Design and test of pneumatic systems for production automation // Proceedings of the Canadian Engineering Education Association (CEEA).

- Canadian Design Engineering Network Conference, McGill University, Montreal, QC, Canada, 29-30 Jul. 2004. - Paper No. 3981 - 10 p. - DOI: 10.24908/pceea.v0i0.3981.

75. Датчики давления Keller серии 21Y / [Электронный ресурс] // https://keller-pressure.com: [сайт]. - URL: https://keller-pressure.com/en/products/pressure-transmitters/21y (дата обращения: 28.07.2025).

76. Калибровочное оборудование SIKA для давления до 1000 бар / [Электронный ресурс] // https://www.sika.net: [сайт]. - URL: https://www.sika.net/en/solutions/calibrate/pressure/ (дата обращения: 28.07.2025).

77. Прецизионный индикатор давления Druck PACE1000 / [Электронный ресурс] // https://dam.bakerhughes.com: [сайт]. - URL: https://dam.bakerhughes.com/m/7f4ccfe0acc081d4/original/Druck-PACE1000-Precision-Pressure-Indicator-Fact-sheet-EN.pdf (дата обращения: 28.07.2025).

78. Stoer J., Bulirsch R. Introduction to numerical analysis. - 2nd ed. - Berlin: Springer, 1996. - 672 С. - (Texts in Applied Mathematics; vol. 12). - ISBN 978-3-54097878-7.

79. Danaila I., Joly P., Kaber S.M., Postel M. Polynomial Approximation. In: An Introduction to Scientific Computing. - Springer, Cham, 2023. - С. 1-20. -https://doi.org/10.1007/978-3-031-35032-0_4

80. Fongue W. A., Pelz P. F., Kieserling J. The dynamic performance of air spring air damping systems by means of small excitations // Proceedings of ISMA-ISAAC 2012. - 2012. - С. 101-110.

81. Karimi Eskandary A., Khajepour A., Wong A., Ansari M. Analysis and optimization of air suspension system with independent height and stiffness tuning // International Journal of Automotive Technology. - 2016. - Vol. 17, № 5 - С. 807-816.

82. Atindana V., Xu X., Nyedeb A. N., Quaisie J. K. The evolution of vehicle pneumatic vibration isolation: a systematic review // Shock and Vibration. - 2023. - Vol. 2023, № 6 - С. 1-23. - DOI: 10.1155/2023/1716615.

83. Castellani F., Capponi C., Brunone B., Vedovelli M., Meniconi S. Performance assessment of pneumatic-driven automatic valves to improve pipeline fault

detection procedure by fast transient tests // Sensors. - 2024. - Vol. 24, № 7 - С. 2173. -DOI: 10.3390/s24072173

84. Xavier M. S., Billeschou A. M., Mathew A. T., Andersen T. T. Model-based nonlinear feedback controllers for pressure control of soft pneumatic actuators // Frontiers in Robotics and AI. - 2022. - Vol. 9 - Article 903138. - С. 1-15. - DOI: 10.3389/frobt.2022.903138

85. Morin D. J. Introduction to Classical Mechanics: With Problems and Solutions. - Cambridge: Cambridge U. P., 2008. - 512 С.

86. Armstrong H. L. Optimum damping // Am. J. Phys. - 1966. - Vol. 34, № 9 - С. 824-825.

87. Ogata K. Modern control engineering. - 5th ed. - Upper Saddle River: Prentice Hall, 2010. - 893 С. - ISBN 978-0-13-615673-4.

88. Beyer H. G., Sendhoff B. Hydropneumatic Suspension Systems. - 2nd ed. -Berlin; Heidelberg: Springer, 2022. - 313 С.

89. Решетов Д. В., Дьяченко В. А., Попов А. Н., Полищук М. Н. Определение параметров пневмогидравлической подвески мехатронного горизонтального стенда / Д. В. Решетов // Наука и бизнес: пути развития. - 2025.-№9 (171). - С.64-73.

90. U.S. Army Corps of Engineers. Engineer Manual EM 1110-2-1906: Laboratory Soils Testing. - Washington, D.C.: U.S. Army Corps of Engineers, 1970. -305 С.

91. RTCA. RTCA DO-160G: Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment. - Washington, D.C.: Radio Technical Commission for Aeronautics, 2010. - 475 С.

92. ГОСТ 28215-89 (МЭК 68-2-29-87). Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Испытание Eb и руководство: многократные удары. - Москва: Стандартинформ, 1989. - 22 С.

93. ГОСТ 15.309-98. Система разработки и постановки продукции на производство. Порядок разработки и оформления программы и методики испытаний. - Введ. 1999-07-01. - М.: Госстандарт России, 1998. - 12 С.

94. Astrom K. J., Wittenmark B. Adaptive Control. - Reading, MA: Addison Wesley, 1995. - 480 С.

95. Landau I. D., Lozano R., M'Saad M., Karimi A. Adaptive Control: Algorithms, Analysis and Applications. - New York: Springer, 2011. - 512 С.

96. Sentek Dynamics. Pneumatic Vertical Shock Test System [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.sentekdynamics.com/products/shock-testing/pneumatic-vertical-shock-test-system/ (дата обращения: 30.07.2025).

97. KRD11 Pneumatic Vertical Shock Test System. KTT Testing Equipment [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.kttesting.com/products/krd11-pneumatic-vertical-shock-test-system.html (дата обращения: 30.07.2025).

98. Svrcek W. Y., Mahoney D. P., Young B. R. A Real Time Approach to Process Control. - 2nd ed. - John Wiley & Sons, Ltd., 2010. - 512 С.

99. Bennett J., Bhasin A., Grant J., Lim W. C. PID Tuning via Classical Methods // Chemical Process Dynamics and Controls / Ed. by D. Himmelblau. - University of Michigan, 794 С.

100. Fossen T. I. Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control. - Chichester: Wiley, 2011. - 596 С.

101. Slotine J.-J., Li W. Applied Nonlinear Control. - Englewood Cliffs: Prentice Hall, 1991. - 461 С.

102. Utkin V. I. Sliding Modes in Control and Optimization. - Berlin: SpringerVerlag, 1992. - 286 С.

103. Abela K., Refalo P., Francalanza E. Analysis of pneumatic parameters to identify leakages and faults on the demand side of a compressed air system // Cleaner Engineering and Technology. - 2022. - Т. 6 - С. 100355. - ISSN 2666-7908. - DOI: 10.1016/j.clet.2021.100355

104. Yang F., Li G., Hua J., Li X., Kagawa T. A new method for analysing the pressure response delay in a pneumatic brake system caused by the influence of transmission pipes // Applied Sciences. - 2017. - Vol. 7, № 9 - С. 941. - DOI: 10.3390/app7090941

105. ГОСТ 8.736-2011. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. - Москва: «Стандартинформ», 2011. - 27 с.

106. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения. - Москва: «Стандартинформ», 1977. - 8 с.

107. Rivlin R. S. Large elastic deformations of isotropic materials. IV. Further developments of the general theory // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. - 1948. - Vol. 241, № 835 - С. 379-397. - DOI: 10.1098/rsta.1948.0024

Приложение А Акт об использовании и внедрении результатов

> е и о щ <

Акционерное Общест во «Корпорация «Тактическое Ракетное Вооружение»

Акционерное общество «Государственное машиностроительное конструкторское бюро «Вымпел» имени И.И. Торолова»

(АО «Гос МКЬ «Вымпел» им И И. Торопова») Волоколамское шоссе, д 90. г. Москва. Россия, 125424 Тел + 7 [phone]. факс *7 [phone]; E-mail info@vympelmkb ru www vympeimkb ru ОКПО 07537513 ОГРН 1057747296166 ИНН/КПП 7733546058/774550001

Joint-Stock Company «State Machine Building Design Bureau «Vympel» by name I I, Toropov»

(JSC «State Machine Building Design Bureau «Vympel» by name I.I. Toropov») Volokolamskoe shosse, 90, Phone: [phone], Fa*: [phone];

Moscow Russia. 125424 E-mail: info@vympelmkb ru. www vympelrnkb ru

-№-

ОТ-

на №

1

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

В АО «Гос МК13 «Вымпел» им, И.И. Торопова» в 2025 году внедрён и в настоящее время задействован в производственном процессе мехатронный горизонтальный стенд двунаправленного удара с маятниковым инерционным блоком модели СОУГ 2000, разработанный компанией ООО «Дельтамэк».

Инженер-конструктор ООО «Дельтамэк» и аспирант СПбПУ Решетов Дмитрий Валентинович принимал непосредственное участие в разработке, пуско-наладочных работах и аттестации стенда.

Внедрение мехатрониого горизонтального стенда двунаправленного удара с маятниковым инерционным блоком модели СОУГ 2000 позволило повысить эффективность проведения испытаний за счёт точного соответствия параметров импульсов ударного ускор***ы^^егламентирующей документации на продукцию 11редприятияу^)^;"~„"<-\

Заместитель генеральноп^тректораг директор по производству

Заместитель главного инженера

А.В. Барляев 11.O. Жирнова

Приложение Б Модель ударной машины стенда СОУГ2000

Приложение В

Начальные данные для математической модели ударной машины

стенда СОУГ2000

т изщ-.тме тк = 2200 гш. = О гп = хгц.+тгп У. = 26650 1 = 0 . 9 хО = 0.01 % КЕВ

аьо = о.озо

Ьк = 0.1 % ресивер = 0.255 ;Ьг = 2.7

VI = э.14-дгл2/4х1.г

ра = 1е5

ГОЛ = 1.25

?0 = 2.73е5

шгО = хоа-'/г-'-РО /ра

% рукав

= 0.0475 Ьэ = 0.5

пз = 2

Т.гз = 3„14ла=Л2/4-1-Ья

лтэЭ = тоа^Уз

% дилиндрсс разгона

п = 2

I = 1.5

<1с = 0.047 5

£= = 2.14-асЛ2/4

О = 0.2

± = 0.05

3 = 3.14^

1=1 = 0.03

£=1 = 3.14^^=1*2/4

% константы:

Ь = 1.4 Т = 295 ^ = о.е

И = 2Ё7 х02 =0.05 % оксичлние разгона ±х = 1.5 хз.п = 0.4 % трение = 0.03 3. 51

=

= 0.7

4 1 ласса каре т кк, кг

дасса и зде лил г кг

¿асса каретки с изделиекг

дасса платф орут*, кг

ХЛ£<ана серьги

начальное палояеннс карвггки:

% дказлетр отверстия и ЕЕЗГ и % полное вреин срабатыванкн КБВ,

% внутренний диаметр ресивера, % длина ресивера, и. % сё-ьеи ресивера, ы2 % атмосферное даллкние, На % плотность воздуха при н.у_, I % начальное давление: воздуха е

Ег/ыЗ реезшер-е,

%

начальная .ь^асса воз,

Духа

ресивере

% ддламвгр рукава, и % длина рукаваг и.

% чмеле рукавов на один цилиндр разгона % сё-ьежл рукаваг ыЭ

% начальная п.цсс_а воздуха ь рукаве, кг

% числс иилиндр-св разгона % ход ппршня 1^4линдра разгона, и % днаивпр огверсвил н цилзоядре, жл. % площадь огверсвил н цклмндр— н ы2 % ,д-,тди^гр поршни цилпоадра, разгона, ье % ддоаывгр штока лоршнл цилиндра разгона, и. % ,плошадь- поршня лнввьйоцилиндра разгона, и2 % днаывгр ссверсгмл в :дсгиндр'е для сброса в атмосферу* м % ллошадь огверсвил н гделиидре для сЁроса в атмпсферу*

% показатель адиаЁахы % телтература воздуха, К % к о з ф фицие н т по тс ръ № газовая лосголкнал воздух № расстояние до крешпек.. ы

% г.йспдииатаг где каретка % код Еарсткк по инерции*

□тиидиинетси

от штока.

Ч

Гь ££ гш НЪ х£

% коаффициенг трвнил качения % ускорение св о Вода о го падения % сила трения едч-нид

% коэффициент трешл скольжения для феррадо % число пар колоде к тормоза каретки

пр^дп^ча пары колодок тормоза мге т сположе вис торшза каретки

кдрзтг

% пелныи ход поршшл цилиндра дне т. у тпр ужины г и % количество пкеныогфулин с каждой стороны % начальное даклвжые н цилммдре пнввмопружкныР % диаметр поршни цилиндра писпыо^тшны^ и

Па

10е5-3„14_0.1*2/4 0.75 % пнввьаопруэЕкнгс Ьрв =0.1 прз = 2 рзО = 1е5 = 0.2 Зрз = 3.14^фз~2/4 % амортизаторы демпфер«}

Ы = 2200/0.42 % кс з : ;:-:_: :-: г для силы от а иер т и за т ор а при прлыоы холе

Ь2 = 7400/0.42 з :::з : ;:-:_: :-:г для -силы от амортизатора при обратном ходе

па = 20 % количество ампртиза торов с каждой с тор о юс

% форьшронатель пеперупрузтий

"ыи = 0.023 % треЁуеьгая длительность?

% жесткость -|ориирозателя

% площадь —оршнн пневъкэпружины, ы2

с £ = пт^М/ (КУ+-М!- ^ ■! 3.14-2 -авхп (0.2] ) /ъаи) л2 %дпл линеаризованной ыс-дели

зпО = М+ш % пасса платфор1*д и каретках

ЬО = {Ы+Ь2) ■ьпа % козф. деипсс-1р

с0 = { 4ара Эр=а г.рэ I / Ьр з %

А = 22^д %

тО — с1г,-,_А-,"Ьаа/( {М+ш] ■■■ <3-. 14—2Ааз±п{0..2] ) ) % качальная скорость платформы

изделием

жесткость "пр^гзоогы1"

пиковое значение ударного импульса

Приложение Г Аттестат стенда СОУГ2000