СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ Российский патент 1996 года по МПК G01M13/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно, к испытательной технике, и может быть использовано для испытания механических коробок передач при переменном нагружении, близким к нагружению коробок передач в условиях их эксплуатации.

Известен стенд для испытаний механических коробок передач, содержащий балансирный электродвигатель, вращающий первичный вал коробки передач, вторичный вал которой связан с тормозом, динамометры для измерения крутящих моментов [1] Недостатком известного стенда является то, что на нем не обеспечивается возможность воспроизведения и измерения на валах коробки, кроме постоянной составляющей момента, еще и переменной составляющей момента, в то время как реальный режим коробок характеризуется не только постоянными моментами на валах, но и переменной составляющей нагрузки. Точность испытания недостаточная.

Известен способ испытания трансмиссии транспортного средства, заключающийся в приложении к испытываемой трансмиссии транспортного средства нагрузки со случайным характером изменения, среднее значение и дисперсия которой определены реальными эксплуатационными режимами, при этом с указанной нагрузкой к испытываемой трансмиссии прикладывают по крайней мере дополнительную нагрузку со случайным характером изменения, соответствующим реальному эксплуатационному режиму [2] Однако в известном способе испытания трансмиссии не осуществляется поддержание заданных статистических характеристик момента, приложенного к трансмиссии. Точность испытаний из-за этого недостаточная.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является стенд для исследования динамики механических коробок передач, содержащий привод и электротормоз с обмоткой возбуждения, кинематически соединяемые с валами испытуемой передачи, кинематически связываемые с последними датчики момента, делитель, регистрирующий прибор и подключенный к обмотке возбуждения электротормоза регулятор нагрузки, два канала обработки информации, при этом датчики момента выполнены в виде индукционных преобразователей момента, а регулятор выполнен в виде сумматора с одним выходом и двумя входами, регулируемого источника постоянного тока [3] Однако на известном стенде не обеспечивается воспроизведение на валах коробки передач момента, реально действующего в условиях ее эксплуатации, не измеряются и не поддерживаются статические характеристики этого момента при испытании коробок передач на разных ее передачах. Поэтому точность испытания механической коробки передач на таком стенде недостаточна, и возникает задача в ее повышении.

В основу изобретения положена задача, решение которой позволит повысить точность испытания механической коробки передач.

Сущность изобретения заключается в том, что стенд для испытаний механических коробок передач, содержащий привод и электротормоз, кинематически соединяемые с валами испытываемой механической коробки передач, кинематически связываемый с ведомым валом коробки передач датчик момента, выполненный в виде индукционного преобразователя момента, первый регистрирующий прибор, регулятор нагрузки, связанный с электротормозом, первый регулируемый источник постоянного тока, и регулируемый преобразователь случайных сигналов, согласно изобретению снабжен вторым регистрирующим прибором, вторым и третьим регулируемыми источниками постоянного тока, электротормоз выполнен с двумя обмотками возбуждения, регулятор нагрузки выполнен двухканальным, первый канал которого включает в себя подключенный к выходу датчика момента сглаживающий фильтр, первый сумматор, первый вход которого подключен к выходу сглаживающего фильтра, а второй к первому регулируемому источнику постоянного тока, первый усилитель, подключенный к выходу первого сумматора, и первый микроэлектродвигатель, обмотка управления которого подключена к выходу первого усилителя, а выходной вал посредством редуктора соединен с регулятором второго регулируемого источника постоянного тока, второй канал регулятора нагрузки включает в себя подключенный к выходу датчика момента блок определения среднеквадратического отклонения, второй сумматор, первый вход которого подключен к выходу последнего, а второй вход к третьему регулируемому источнику постоянного тока, второй усилитель, подключенный к выходу сумматора, и второй микроэлектродвигатель, обмотка управления которого подключена к выходу второго усилителя, а выходной вал посредством второго редуктора соединен с регулятором преобразователя случайных сигналов, первая обмотка возбуждения электротормоза подключена к выходу второго регулируемого источника постоянного тока, вторая обмотка возбуждения электpотормоза подключена к выходу преобразователя случайных сигналов, первый регистрирующий прибор подключен к выходу первого регулируемого источника постоянного тока, а второй регистрирующий прибор к выходу третьего регулируемого источника постоянного тока.

С помощью первого канала регулятора нагрузки, включающего в себя подключенный к выходу датчика момента сглаживающий фильтр, первый сумматор, первый вход которого подключен к выходу сглаживающего фильтра, а второй к первому регулируемому источнику постоянного тока, первый усилитель, подключенный к выходу первого сумматора, и микроэлектродвигатель, обмотка управления которого подключена к выходу первого усилителя, а выходной вал посредством редуктора соединен с регулятором второго регулируемого источника постоянного тока, с помощью первого регистрирующего прибора воспроизводится среднее значение момента на ведомом валу испытываемой коробки передач, разные по величине средние значения воспроизводимого момента задаются перемещением движка регулятора первого регулируемого источника постоянного тока и измеряются с помощью первого регистрирующего прибора, эти средние значения момента, воспроизводимого на стенде, различны для каждой включенной передачи, с увеличением номера включенной передачи среднее значение воспроизводимого на ведомом валу коробки передач момента, необходимо уменьшать, поддерживаются установленные средние значения момента в процессе всего времени испытания коробки передач на заданной передаче; с помощью второго канала регулятора нагрузки, включающего в себя подключенный к выходу датчика момента блок определения среднеквадратического отклонения, второй сумматор, первый вход которого подключен к выходу последнего, а второй вход к третьему регулируемому источнику постоянного тока, второй усилитель, подключенный к выходу второго усилителя, а выходной вал посредством второго редуктора соединен с регулятором преобразователя случайных сигналов, а также с помощью второго регистрирующего прибора воспроизводится случайная составляющая момента на ведомом валу испытываемой коробки передач, задаются среднеквадратические отклонения воспроизводимых случайных составляющих момента, соответствующие каждой включенной передаче, причем с увеличением номера включенной передачи значения этих среднеквадратических отклонений должны возрастать, поддерживаются установленные значения среднеквадратических отклонений момента в течение времени испытания коробки передач на заданной передаче. Точность испытания механической коробки передач возрастает.

На фиг. 1 изображена общая схема стенда; на фиг. 2 изображены сигналы в цепях нагружения стенда; на фиг. 3 изображены сигналы в цепях датчика момента; на фиг. 4 изображены сигналы, пропорциональные среднему значению момента на ведомом валу коробки передач и пропорциональные среднеквадратическому отклонению воспроизводимого момента на ведомом валу коробки передач.

Стенд содержит (фиг. 1) привод 1 и электротормоз 2, кинематически соединяемые с валами испытываемой механической коробки передач 3, кинематически связанный с ведомым валом коробки передач 3 и датчик 4 момента, выполненный в виде индукционного преобразователя момента, первый регистрирующий прибор 5, регулятор 6 нагрузки, связанный с электротормозом 2, первый регулируемый источник 7 постоянного тока, и регулируемый преобразователь 8 случайных сигналов, второй регистрирующий прибор 9, второй и третий регулируемый источники 10 и 11 постоянного тока, при этом электротормоз 2 выполнен с двумя обмотками 12 и 13 возбуждения, регулятор 6 нагрузки выполнен двухканальным, первый канал которого включает в себя подключенный к выходу датчика 4 момента, сглаживающий фильтр 14, первый сумматор 15, первый вход которого подключен к выходу сглаживающего фильтра 14, а второй к первому регулируемому источнику 7 постоянного тока, первый усилитель 16, подключенный к выходу первого сумматора 15, и первый микроэлектродвигатель 17, обмотка 18 управления которого подключена к выходу первого усилителя 16, а выходной вал посредством редуктора 19 соединен с регулятором второго регулируемого источника 10 постоянного тока, второй канал регулятора 6 нагрузки включает в себя подключенный к выходу датчика 4 момента блок 20 определения среднеквадратического отклонения, второй сумматор 21, первый вход которого подключен к выходу блока 20, а второй вход к третьему регулируемому источнику 11 постоянного тока, второй усилитель 22, подключенный к выходу второго сумматора 21, и второй микроэлектродвигатель 23, обмотка 24 управления которого подключена к выходу второго усилителя 22, а выходной вал посредством второго редуктора 25 соединен с регулятором преобразователя случайных сигналов 8, при этом первая обмотка 12 возбуждения электротормоза 2 подключена к выходу второго регулируемого источника 10 постоянного тока, вторая обмотка 13 возбуждения электротормоза 2 подключена к выходу преобразователя 8 случайных сигналов, первый регистрирующий прибор 5 подключен к выходу первого регулируемого источника 7 постоянного тока, а второй регистрирующий прибор к выходу третьего регулируемого источника 11 постоянного тока.

Датчик момента включает в себя два металлических диска 26 и 27, закрепленных на валу на определенном расстоянии один относительно другого, преобразователи 28 и 29 импульсные щелевые, установленные вблизи вала, вычитающий элемент 30, выпрямитель 31, сглаживающий фильтр 32. Блок 20 определения среднеквадратического отклонения момента содержит цепь 33 выделения случайной составляющей, диод 34, конденсатор 35. Регулируемый преобразователь 8 случайных сигналов содержит автотрансформатор 36, трансформатор 37, выпрямитель 38, конденсатор 39, цепь 40 выделения случайной составляющей, первый усилитель 41, второй усилитель 42, третий усилитель 43, конденсатор 44 емкости, установленный на входе второго усилителя 42. Коробка 3 передач имеет ведущий вал 45, промежуточный вал 46, ведомый вал 47.

Стенд работает следующим образом. После запуска приводного двигателя 1 начинают вращаться валы 45, 46, 47 коробки 3 передач. На обмотку 12 возбуждения электротормоза 2 от источника 10 постоянного тока подается постоянная составляющая напряжения, изображенная на фиг. 2. На обмотку 13 возбуждения электротормоза 2 подается напряжение случайного характера от преобразователя 8 случайных сигналов. Это напряжение изображено на фиг. 2б. Возникающий момент на валу электротормоза 2 в любой момент времени пропорционален сумме подаваемых напряжений на обмотки 12 и 13 возбуждения. Он изображен на фиг. 2в.

Металлические диски 26 и 27 проходят в щели соответствующих преобразователей 28 и 29, в результате чего на электрических выводах преобразователей 28 и 29 формируются прямоугольные импульсы одинаковой высоты и длительности, которые поступают на вход вычитающего элемента 30. Преобразователи 28 и 29 подключены к вычитающему элементу 30 таким образом, что их выходные сигналы находятся в противофазе. В случае отсутствия момента на валу коробки передач 3 сигналы на выходе вычитающего элемента 30 показаны на фиг. 3а. С появлением момента на валу возникает фазовое смещение выходных импульсных процессов (фиг. 3б), при этом на выходе вычитающего элемента 30 появляется сигнал (фиг. 3в), который выпрямляется (фиг. 3г) и сглаживается (фиг. 3д).

Случайная составляющая момента на ведомом валу коробки передач 3 формируется следующим образом. На выходах конденсатора 39 преобразователя 8 случайных сигналов имеются постоянная и переменная составляющие напряжения. Постоянная составляющая не пропускается цепью 40 выделения случайной составляющей, поэтому на вход усилителя 41 поступает только переменная составляющая, которая усиливается усилителями 41, 42 и 43. Посредством конденсатора 44 переменной емкости формируется низкочастотный случайный сигнал, подаваемый в обмотку 13 возбуждения электротормоза 2.

Первый и второй канал регулятора нагрузки работает идентично друг по отношению к другу. Поэтому опишем работу второго канала регулятора нагрузки. Например, при уменьшении из-за возмущающих факторов действительного значения среднеквадратического отклонения момента на валу коробки передач 3 на выходе второго сумматора 21 возникает сигнал, сформированный как разность между действительным и установленным среднеквадратическими отклонениями момента. Этот сигнал посредством усилителя 22 подается в обмотку 24 управления второго микроэлектродвигателя 23. Последний приходит во вращение и посредством второго редуктора 25 поворачивает ось вращения конденсатора 44 переменной емкости, уменьшая его емкость. Вращение регулятора (оси) продолжается до тех пор, пока не установится на ведомом валу коробки передач 3 заданное источником 11 постоянного тока величина среднеквадратического отклонения момента.

При увеличении действительного значения среднеквадратического отклонения момента на валу коробки 3 передач на выходе второго сумматора 21 появляется сигнал противоположной полярности, который посредством усилителя 22 подается в обмотку 24 управления второго микроэлектродвигателя 23. Последний приходит во вращение и вращается в противоположную сторону, посредством второго редуктора 25 поворачивается ось вращения конденсатора 44 переменной емкости, увеличивается емкость конденсатора 44. Заданное значение среднеквадратического отклонения момента на ведомом валу коробки 3 передач восстанавливается.

Для поддержания среднего значения момента на ведомом валу коробки 3 передач в процессе ее испытания с помощью первого сумматора 15 формируется сигнал рассогласования между действительным значением среднего значения момента и его заданным значением, который приводит в действие микроэлектродвигатель 17, первый редуктор 19, соединенный с регулятором источника 7 постоянного тока. При этом заданное значение среднего значения момента восстанавливается.

Применение предлагаемого стенда обеспечивает экономический эффект за счет повышения точности испытания механической коробки передач.

Использование: автотракторный транспорт. Сущность изобретения: стенд содержит привод и электротормоз с двумя обмотками возбуждения, кинематически соединяемые с валами испытуемой коробки передач, кинематически связываемой с ведомым валом коробки передач датчик момента, первый регистрирующий прибор, второй регистрирующий прибор, первый, второй и третий регулируемый источники постоянного тока и регулятор нагрузки, выполненный двухканальным. Первый канал регулятора нагрузки включает в себя первый сумматор, первый выход которого подключен посредством сглаживающего фильтра к выходу датчика момента, второй вход сумматора подключен к первому регулирующему источнику постоянного тока, с включенным на выходе последнего первым регистрирующим прибором, выход сумматора подключен к обмотке управления микроэлектродвигателя посредством усилителя, выходной вал микроэлектродвигателя посредством редуктора соединен с регулятором второго регулируемого источника постоянного тока. Второй канал регулятора нагрузки включает в себя второй сумматор, первый вход которого подключен посредством блока определения среднеквадратического отклонения к выходу датчика момента, второй вход сумматора подключен к третьему регулируемому источнику постоянного тока с включенным на его выходе вторым регистрирующим прибором, выход второго сумматора подключен посредством усилителя к обмотке управления второго микроэлектродвигателя, выходной вал которого посредством второго редуктора соединен с регулятором преобразователя случайных сигналов, подключенного входом к выходу источника случайных сигналов. Первая обмотка возбуждения электротормоза подключена к выходу второго регулируемого источника постоянного тока, вторая обмотка возбуждения электротормоза подключена к выходу преобразователя случайных сигналов. 4 ил.

Стенд для испытаний механических коробок передач, содержащий привод и электротормоз, кинематически соединенные с валами испытываемой механической коробки передач, кинематически связанный с ведомым валом коробки передач датчик момента, выполненный в виде индукционного преобразователя момента, первый регистрирующий прибор, регулятор нагрузки, связанный с электротормозом, первый регулируемый источник постоянного тока и регулируемый преобразователь случайных сигналов, отличающийся тем, что он снабжен вторым регистрирующим прибором, вторым и третьим регулируемым источниками постоянного тока, электротормоз выполнен с двумя обмотками возбуждения, регулятор нагрузки выполнен двухканальным, первый канал которого включает в себя подключенный к выходу датчика момента сглаживающий фильтр, первый сумматор, первый вход которого подключен к выходу сглаживающего фильтра, а второй к первому регулируемому источнику постоянного тока, первый усилитель, подключенный к выходу первого сумматора, и первый микроэлектродвигатель, обмотка управления которого подключена к выходу первого усилителя, а выходной вал посредством редуктора соединен с регулятором второго регулируемого источника постоянного тока, второй канал регулятора нагрузки включает в себя подключенный к выходу датчика момента блок определения среднеквадратического отклонения, второй сумматор, первый вход которого подключен к выходу последнего, а второй вход
к третьему регулируемому источнику постоянного тока, второй усилитель, подключенный к выходу второго сумматора, и второй микроэлектродвигатель, обмотка управления которого подключена к выходу второго усилителя, а выходной вал посредством второго редуктора соединен с регулятором преобразователя случайных сигналов, первая обмотка возбуждения электротормоза подключена к выходу второго регулируемого источника постоянного тока, вторая обмотка возбуждения электротормоза подключена к выходу преобразователя случайных сигналов, первый регистрирующий прибор подключен к выходу первого регулируемого источника постоянного тока, а второй регистрирующий прибор к выходу третьего регулируемого источника постоянного тока.