Ракеты... Лаборатория:

Тягоизмерительный стенд ТСК-1М

Простой тягоизмерительный стенд на 200 Н для ракетных двигателей

материалы изготовление тарировка доработка заключение

Страничка ракетостроения. Последнее обновление:
Проблема уже назревала давно. Моторы калибром 20-22 мм стали выдавать больше 10 кг тяги. С добавлением в ассортимент перхлоратных топлив она только усугубилась. Срочно понадобился стенд на 20 кг. Такой стенд я сделал на базе давно простаивающего без дела стенда ТСК-1, использовав его основное достоинство - заложенное в конструкции изменяемое плечо.

При модернизации за основу взял принцип и идеологию хорошо зарекомендовавшего себя стенда ТСК-3. Таким образом, ТСК-1М, это не столько модернизация стенда ТСК-1, сколько переделка его под новые требования и другой идеологически-конструктивный подход. Прежде всего, отказался от подвижного стакана, в котором крепился двигатель, что позволило существенно уменьшить инерционность системы. Жесткое крепление установочного стакана позволило навесить на него всякого сервиса типа крепления для провода зажигания, зажима для маркировочных табличек, удобных барашков для фиксации направляющей гильзы. /10.03.2010, kia-soft/

Материалы
При сборке использованы узлы и детали прототипа, практически без изменений:

— простые хозяйственные механические весы с удобной для съемки шкалой - 400-800р.;
— стойка от подставки для дрели или что-то в этом роде, например, от старого фотоувеличителя;
— отрезок водопроводной трубы подходящего диаметра (я брал 2-х дюймовую), длиной 100-120 мм;
— отрезок дюралевой трубы с внутренним диаметром 50 мм и длиной 120-150 мм;
— отрезок алюминиевой трубы с внутренним диаметром под мотор и длиной 120-150 мм;
— стальные перфорированные пластинки длиной ~150 мм, шириной ~15 мм, толщиной ~1мм - 2шт.
— и, наконец, приличная кучка винтов, болтов, гаек с 4-6 миллиметровой резьбой, шайб к ним, старое ножовочное полотно, канцелярский металлический, зажим для бумаг, саморез 100х6.

Изготовление
Конструкция стенда элементарна и понятна из фотографий, я дам только пояснения. В основе конструкции стойка от сверлильной установки на базе дрели. Она имеет литое легкосплавное основание и надежную стальную вертикальную трубу, на которую и навешиваются все элементы.

Весы взял 10-ти килограммовые недорогие с хорошо читаемой большой шкалой. Дно корпуса - тонкий пластик. Для фиксации весов к опорной поверхности стойки прикрепил к днищу весов с помощью винтов М3 стальную пластину толщиной 2.5 мм, и уже за нее зацепил притягивающий винт М6. Точнее, не винт, а винт-барашек. С его помощью установка и замена весов выполняется за считанные секунды.
Нагрузка от двигателя воспринимается с помощью плечевого рычажного съемного блока. На стойку блок устанавливается с помощью стальной муфты и фиксируется барашком М6. К муфте на осях крепятся два рычага из стальных миллиметровых пластин. Оси сделаны из винтов М5. Необходимые зазоры между шайбами и рычагами фиксируются гайками.

С другой стороны рычаги соединяются болтом М6, который служит осью, для двух свободно вращающимихя роликов из твердой резины. Посредством роликов усилие передается на опорный столик весов. Для нормальной работы роликов на столике весов крепится выравнивающая легкая алюминиевая пластина.

Усилие от работающего мотора передается на рычаги через средний болт М6. Мотор просто упирается в него передней заглушкой и толкает вниз. Соотношение плеч получается 1:2.

Блок установки мотора тоже съемный, и одевается на стойку сверху рычажного блока. Крепится также на стальную стойку стенда с помощью стальной муфты, вырезанной из водосточной трубы, и барашка М6. Дюралевый стакан, в который устанавливается испытуемый двигатель, с помощью двух винтов М5 намертво крепится к опорной муфте. Он неподвижен, и расположен так, чтобы ось стакана находилась над средним болтом, рычажного блока.

В стакан вставляется алюминиевая направляющая гильза, которая крепится и центрируется шестью барашками М4. Гильза имеет ту же длину, что и стакан, а диаметр её подбирается так, чтобы испытуемый мотор в ней ходил свободно, но без большого люфта. При испытаниях двигатель вставляется в эту гильзу, упирается в средний болт рычажного блока и, свободно перемещаясь в гильзе, создает усилие на рычагах. Изменяя положение гильзы, можно подрегулировать положение мотора.

С основными элементами конструкции, полагаю, все ясно. Остальное связано с удобством эксплуатации. Так как обычно я креплю стенд на пне, то предусмотрел отверстие под длинный саморез. На фото он некрасиво торчит перед шкалой, но в рабочем состоянии он полностью вкручен. Чтобы саморез не терялся, я ввинчиваю его через кусок мягкой резины, который расположен под днищем стойки и удерживает саморез на месте, когда он выкручен из опоры (пня).

Еще одна удобная приблуда - фиксаторы проводов системы зажигания. Чтобы они не болтались как попало и не создавали помех в работе, приспособил обычную защелку на стальной муфте моторного блока. А чтобы подвести провода сверху к мотору, сделал штангу из мягкого металла, приспособив старое импортное ножовочное полотно. Штанга крепится снизу к муфте одним винтом М5 и при транспортировке может быть сложена поворотом относительно этого винта. Наверху стойки установил простенький зажимчик из клеммы старой розетки. Получилось очень неплохо. Только в рабочем положении надо подогнуть верхнюючасть штанги и установить её под углом к вертикали 45-60°, чтобы, во-первых, провода не попали в выхлоп, и, во-вторых, чтобы не налететь случайно глазом на тонкую штангу.

Не знаю, как для других, но для меня при испытаниях самая большая сложность приладить на видном месте табличку с поясняющей надписью. На этом стенде решил проблему кардинально. На самом видном месте, приспособил надежный стальной канцелярский зажим для бумаги. Закрепил его с помощью длинного винта М5 прямо над шкалой весов, что гарантирует и попадание в кадр, и резкость картинки.

Стенд собран. Очевидно, что для переделки его из стенда ТСК-1 потребовалось минимум усилий. Предварительное впечатление положительное, поскольку не только получил необходимый диапазон измерений, но и применил в принципе более правильную идеологию и значительно повысил удобство использования.

Доработка
Первые испытания и проверка после них выявили проблемы с точностью показаний при нагрузках выше 10 кг. Короче, умудрился второй раз наступить на те же грабли. Такая проблема уже была решена на стенде ТСК-3. Дело в том, резиновые ролики при больших нагрузках работают отвратительно. Пришлось заменить на подшипник. Проверка разновесами от 10 до 20 кг показала, что проблема, таким образом, полностью устраняется.

Еще один неприятный момент - маленькая жесткость пластикового корпуса весов. Это не есть правильно, поскольку сам корпус является элементом силовой конструкции. Вопрос решил, просто стянув двумя шпильками дно и верх корпуса, прижав их к жесткому металлическому каркасу измерительной системы.

Слабое место в китайских весах - слабый прижим зубчатой планки к шестеренке оси стрелки. Из-за этого может возникнуть "прокрут" или даже полный срыв показаний при резких нагрузках. Исправляется довольно просто. Достаточно увеличить растяжение прижимной пружинки. Для этого точку крепления пружины к каркасу перенес подальше, просто засверлив отверстие в бортике каркаса.

Еще один "дурацкий" момент - шкала весов крепится в прямом смысле на соплях, т.е. на какой-то липкой гадости и может ерзать и смещаться. Решил зафиксировать нё намертво четырьмя винтами М3.


Тарировка
Тарировка стенда ТСК-1М по результатам проделанных доработок проведена, рис. 1 и рис.2, и показала, что точность стенда не хуже 2%. Даже при запредельной нагрузке 21 кг относительная погрешность всего 2.1%. Этого можно было ожидать, так как были учтены и устранены все ошибки предыдущих схем и данного конкретного исполнения. Точность плечевого коэффициента строго выдержана в районе двойки. Среднее значение его 2.003.


Результаты тарировки стенда вполне удовлетворительные. Стенд рабочий.

Заключение
Стенд получился простой, удобный, транспортабельный, поскольку быстро разборный и сборный. Надежность тоже на уровне. Обкатку стенд уже прошел, были устранены недостатки и получен вполне рабочий вариант. Результаты огневых испытаний мотора РДК-Х3-А7 показали вполне правдоподобные характеристики. Можно считать конструкцию завершенной, но некоторые резервы по модернизации еще есть. /10.03.2011 kia-soft/
***