ГИДРОПРИВОДНОЙ СТЕНД Российский патент 1999 года по МПК F15B19/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к испытательным стендам, предназначенным для динамических испытаний механизмов с поступательно движущимися рабочими элементами, например гидродемпферов.

Известен стенд для испытания гидродемпферов с силовым агрегатом, нагрузочным, управляющим и регистрирующим устройствами (см. описание стенда мод. ПКВ ЦВ, "Инструкция по содержанию и ремонту гасителей колебаний локомотивов и вагонов электропоездов" N ЦТЭП-15/ЦП теп-47, М.: "Транспорт", 1988). В качестве приводного органа в стенде применен кривошипно-шатунный механизм.

Недостатки известного стенда определяются ограниченными технологическими возможностями (малыми частотами и амплитудами колебаний, ограниченным углом поворота) и, кроме того, большими габаритными размерами и массой.

Известен испытательный стенд на базе эксцентрикового пресса (см. там же, мод. ОЭВРЗ-ЛИИЖТ), в котором приводной электродвигатель связан через клиноременную передачу и маховик с эксцентричным валом, взаимодействующим с горизонтальным и вертикальным ползунами, при этом испытываемый гидродемпфер связан с одной стороны с вертикальным ползуном, а с другой стороны - с торсионом, по скручиванию которого судят о демпфирующем усилии гидродемпфера.

Недостатки известного стенда также заключаются в ограниченных технологических возможностях (частота 1Гц, амплитуда не более 30 мм, отсутствие возможности изменения угла наклона при испытаниях), больших габаритах и массе.

Наиболее близким к предложенному является гидроприводной стенд для динамических испытаний, содержащий нагрузочное устройство осесимметричной конструкции, состоящее из стянутых колоннами основной и дополнительной поперечин и гидроцилиндра со штоком, гидроагрегат, управляющее, измерительное и регистрирующее устройства, связанные с нагрузочным устройством (см. проспект P 2707/2r фирмы Schenck).

Осесимметричный принцип построения, при котором оси колонн испытываемого гидродемпфера и гидроцилиндра расположены в одной плоскости, позволяет обеспечить локальное силовое замыкание в нагрузочном устройстве, практически исключить изгибающие усилия на силовых элементах (кроме поперечин) и за счет этого существенно улучшить массогабаритные показатели при одновременном повышении жесткости. Вместе с тем, технологические возможности известного стенда не позволяют испытывать гидродемпферы в любом пространственном положении.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей стенда путем обеспечения испытаний гидродемпферов с расширенным диапазоном угла поворота.

Поставленная задача решается тем, что в гидроприводном стенде для динамических испытаний механизмов с поступательно движущимися рабочими элементами, преимущественно гидродемпферов, содержащем нагрузочное устройство осесимметричной конструкции, состоящее из стянутых колоннами основной и дополнительной поперечин и гидроцилиндра со штоком, гидроагрегат, управляющее, измерительное и регистрирующее устройства, связанные с нагрузочным устройством, нагрузочное устройство снабжено перпендикулярной оси колонн поворотной осью, закрепленной на основной поперечине и снабженной каналами для подвода рабочей жидкости.

Решению поставленной задачи способствует также ряд частных существенных признаков предложения.

Управляющее устройство выполнено в виде следящего привода, содержащего двигатель с задающим кулачком, контактирующим с планкой, которая одним концом через регулирующий винт связана с подпружиненным гидрораспределителем, а другим концом шарнирно соединена с толкателем, связанным через ролик с наклонной линейкой, причем последняя установлена на ползушке шарнирно и выполнена с шипом, причем шип размещен с возможностью введения его в параллельной оси гидроцилиндра паз, выполненный на дополнительной линейке, которая имеет винтовой механизм поперечного перемещения. Задающий кулачок в одной из модификаций может состоять из двух эксцентрических втулок, расположенных одна в другой с возможностью их относительного поворота и фиксации.

Регистрирующее устройство выполнено в виде автономного поворотного узла со встроенным микровыключателем, рукояткой и подпружиненной на шариковых направляющих кареткой, связанной через штифт с двух сторон с цилиндрами-толкателями, соединенными посредством гидрораспределителя между собой и с полостями гидроцилиндра, при этом штифт шарнирно связан с поворотной стрелкой, несущей подпружиненное пишущее средство, например, в виде карандаша. Последний установлен с возможностью взаимодействия с планшетом, перемещающимся вместе со штоком гидроцилиндра, при повороте автономного узла рукояткой, а встроенный микровыключатель - с возможностью одновременной выдачи электрического сигнала в систему управления.

В одной из модификаций стенда измерительное устройство включает в себя динамометр с датчиком усилия и индикатором часового типа, причем датчик усилия расположен на дополнительной поперечине нагрузочного устройства и выполнен с двумя упругодеформируемыми дисками, на одном из которых закреплен корпус индикатора, а другой связан со щупом последнего.

В другой модификации стенда измерительное устройство включает в себя динамометр с датчиком усилия и электрическим индикатором, причем датчик усилия расположен на дополнительной поперечине нагрузочного устройства и выполнен с двумя упругодеформируемыми дисками, между которыми установлен подпружиненный щуп с возможностью воздействия на размещенную в подшипниках ось, нагруженную пружиной с крутящим моментом, достаточным для выборки люфтов в подвижных сопряжениях оси, а электрический индикатор выполнен с датчиком угла поворота, кинематически связанным с осью.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявленный гидроприводной стенд соответствует условию "новизна", а сравнение настоящего предложения с известными в данной области техническими решениями позволяет сделать вывод о соответствии его условию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлен общий вид заявленного гидроприводного стенда. На фиг. 2 показано управляющее устройство, на фиг. 3 - регистрирующее устройство, на фиг. 4 - модификация измерительного устройства с индикатором часового типа, на фиг. 5 и 6 - возможные реализации регулирования движения штока гидроцилиндра в управляющем устройстве, на фиг. 7 - модификация измерительного устройства с электрическим индикатором. Гидроприводной стенд (фиг. 1) содержит нагрузочное устройство осесимметричной конструкции, состоящее из стянутых колоннами 1 основной 2 и дополнительной 3 поперечин и гидроцилиндра 4 со штоком 5, гидроагрегат (не показан), управляющее 6, измерительное 7 (динамометр) и регистрирующее 8 устройства. Нагрузочное устройство снабжено перпендикулярной оси колонн поворотной осью 9, закрепленной на основной поперечине и снабженной каналами для подвода рабочей жидкости. Подвижный захват 10 стенда связан со штоком 5 гидроцилиндра 4, а неподвижный захват 11 через измерительное устройство 7 - с дополнительной поперечиной 3.

Деформация динамометра может измеряться индикатором 12 часового типа. С подвижным захватом 10 стенда связан планшет 13, с которым взаимодействует несущая пишущее средство (например, карандаш) поворотная стрелка 14 регистрирующего устройства 8. Управление движением штока 5 гидроцилиндра 4 осуществляется от управляющего устройства 6, но может производится и от цикловой гидроавтоматики с использованием бесконтактных конечных выключателей 15, взаимодействующих с кольцом 16.

Управляющее устройство 6 (фиг. 2) выполнено в виде следящего привода, содержащего двигатель 17 с задающим кулачком 18, контактирующим с планкой 19. Планка 19 одним концом через регулирующий винт 20 воздействует на подпружиненный гидрораспределитель 21, а другим концом шарнирно соединена с толкателем 22, взаимодействующим через ролик с наклонной линейкой 23. Последняя установлена на ползушке 24, жестко прикрепленной к штоку 5 гидроцилиндра 4 с исключением возможности поворота вокруг его оси, например, с помощью двух роликов 25.

Регистрирующее устройство (фиг. 3) выполнено в виде автономного поворотного узла 26 с рукояткой 27 и подпружиненной кареткой 29 на шариковых направляющих 29. На каретку 28 через штифт 30 с двух сторон воздействуют цилиндры-толкатели 31, 32, соединенные посредством гидрораспределителя 33 между собой или с полостями гидроцилиндра 4. Штифт 30 шарнирно связан с поворотной стрелкой 14, несущей подпружиненное пишущее средство, например, в виде карандаша 34. Последний установлен с возможностью взаимодействия при повороте автономного узла 26 рукояткой 27 с планшетом 13, перемещающимся вместе со штоком 5 гидроцилиндра 4, а встроенный микровыключатель 35 - с возможностью одновременной выдачи электрического сигнала в систему управления.

В измерительном устройстве 7 датчик усилия, расположенный на дополнительной поперечине 3, выполнен в виде двух упругодеформируемых дисков 36, 37 (фиг. 4). При этом в первой модификации измерительного устройства 7 на диске 37 закреплен корпус индикатора 12 часового типа, а с диском 36 взаимодействует его щуп 38.

В управляющем устройстве 6 для одного из вариантов регулирования движения штока 5 гидроцилиндра 4 наклонная линейка 23 закреплена на ползушке 24 шарнирно с помощью оси 39 и выполнена с шипом 40, причем шип 40 размещен с возможностью введения его в параллельный оси гидроцилиндра 4 паз на дополнительной линейке 41, которая имеет винтовой механизм 42 поперечного перемещения. При другом варианте регулирования с гармоническим законом движения штока 5 задающий кулачок 18 состоит из двух эксцентрических втулок 43, 44, расположенных одна в другой с возможностью их относительного поворота с помощью лямба 45 и фиксации фиксатором 46. С целью уменьшения крутящего момента на двигателе 17 на наружное кольцо подшипника 47 сверху воздействует подпружиненный ролик 48.

Во второй модификации измерительного устройства 7, обеспечивающей электрическую индикацию результатов, между упругодеформируемыми дисками 36, 37 датчика усилия установлен подпружиненный пружиной 49 (фиг. 7) щуп 50, который через эксцентрик 51 воздействует на установленную в подшипниках 52, 53 ось 54, связанную через поводковую муфту 55 с датчиком угла поворота 56. Ось 54 нагружена пружиной 57, которая создает крутящий момент, достаточный для выборки люфтов в подвижных сопряжениях оси 54.

Работает гидроприводный привод следующим образом.

Испытываемый гидродемпфер устанавливается своими проушинами в захваты 10, 11 нагрузочного устройства. При включении гидроагрегата рабочая жидкость поступает в гидроцилиндр 4, заставляя шток 5 совершать возвратно-поступательное движение.

В зависимости от назначения стенда управления этим движением может осуществляться как от управляющего устройства 6 (движение по гармоническому или другому закону, задаваемому кулачком 18), так и от цикловой гидроавтоматики с использованием бесконтактных конечных выключателей 15 (движение с постоянной или ступенчато изменяемой скоростью). Развиваемое гидроцилиндром 4 усилие, равное усилию сопротивления гидродемпфера, измеряется динамометром 7, например, с индикатором 12 и/или фиксируется на бумаге с помощью регистрирующего устройства 8 со стрелкой 14. Подвод рабочей жидкости к нагрузочному устройству осуществляется через поворотную ось 9, которая размещается в цилиндрической расточке кронштейна, установленного на гидроагрегате (не показано), поэтому нагрузочное устройство может устанавливаться в любое пространственное положение с углом наклона от 0 до 90^o.

При функционировании управляющего устройства (фиг. 2) рабочая жидкость подводится под давлением в линию P, а линия T соединяется с баком, причем в зависимости от положения гидрораспределителя 21 рабочая жидкость может поступать в ту или иную полость гидроцилиндра 4. При повороте двигателя 17 связанный с ним задающий кулачок 18 через планку 19 и регулировочный винт 20, регулирующий положение центра колебаний штока 5, воздействует на гидрораспределитель 21, при смещении которого, например, вправо шток 5 гидроцилиндра 4 перемещается вверх вместе с ползушкой 24 и жестко связанной с ней наклонной линейкой 23. В результате толкатель 22 через планку 19 возвращает гидрораспределитель 21 в нейтральное положение, после чего движение штока останавливается. При постоянном вращении двигателя 17 шток 5 гидроцилиндра 4 совершает возвратно-поступательное движение по закону, определяемому профилем задающего кулачка 18 (например, по гармоническому закону, если в качестве кулачка используются эксцентричные втулки). Ролики 25 исключают возможность поворота ползушки 24 вокруг оси гидроцилиндра 4.

Регистрирующее устройство (фиг. 3), как уже отмечалось, содержит цилиндры-толкатели 31, 32, соединенные через гидрораспределитель 33 между собой или с полостями гидроцилиндра 4. При повороте автономного поворотного узла 26 с помощью рукоятки 27 карандаш 34 входит в контакт с планшетом 13, на котором закреплена бумага. Если при этом включено движение штока, а цилиндры-толкатели 31, 32 соединены между собой, на диаграмме вычерчивается нулевая линия давления. После переключения гидрораспределителя 33 цилиндры-толкатели 31, 32 соединяются с полостями гидроцилиндра 4 и на штифте 30 возникает усилие F, пропорциональное перепаду давлений в гидроцилиндре 4 и рабочей площади цилиндров-толкателей 31, 32. Усилие F смещает подпружиненную каретку 28, установленную на шариковых направляющих 29, и поворачивает стрелку 14 с карандашом 34, который записывает рабочую диаграмму. При повороте рукояткой 27 поворотного узла 26 в рабочее положение встроенный микровыключатель 35 выдает в систему управления соответствующий электрический сигнал, который может использоваться для включения движения штока 5 гидроцилиндра 4, переключения гидрораспределителя 33 с записи нулевой линии на запись рабочей диаграммы или для других целей. В одной из модификаций регистрирующего устройства поворотная стрелка 14 может быть заменена электрическим датчиком угла поворота.

Индикатор 12 измерительного устройства 7 (фиг. 4), воспринимающий информацию от датчика усилия при движении штока 5, осуществляет визуальное воспроизведение демпфирующего усилия. Передаваемая к нему через щуп 38 упругая деформация дисков 36, 37 пропорциональна действующему усилию.

При необходимости изменения амплитуды колебаний штока 5 гидроцилиндра 4 наклонная линейка 23 (фиг. 5) устанавливается шарнирно через ось 39 на ползушке 24, причем для изменения наклона служит дополнительная линейка 41 с пазом, расположенным параллельно оси гидроцилиндра 4, которая перемещается в поперечном направлении относительно оси гидроцилиндра 4 с помощью винтового механизма 42, приводимого вручную или от задающего амплитуду двигателя (не показан).

В случае гармонического закона движения штока 5 гидроцилиндра 4 задающий кулачок 18 может выполняться в виде двух эксцентричных втулок 43, 44 (фиг. 6), расположенных одна в другой на валу двигателя 17 с возможностью их относительного поворота с помощью лимба 45 и фиксации пружинным фиксатором 46. Таким образом, эксцентриситеты втулок 43, 44 геометрически суммируется, что позволяет изменять эксцентриситет входного воздействия и, следовательно, амплитуду колебаний штока 5 гидроцилиндра 4. С целью уменьшения крутящего момента двигателя 17 на подшипник 47, установленный на эксцентричной втулке 44, сверху воздействует подпружиненный ролик 48.

Электрическая регистрация демпфирующего усилия обеспечивается посредством датчика угла поворота 56 (фиг. 7). Деформация упругодеформируемых дисков 36, 37 динамометра через подпружиненный пружиной 49 щуп 50 передается на эксцентрик 51 оси 54, что обеспечивает поворот оси 54 на угол, пропорциональный усилию демпфирования. С осью 54 через поводковую муфту 55 связан вал датчика угла поворота 56. Для повышения точности измерения ось 54 нагружена пружиной 57, которая создает крутящий момент, достаточный для выборки люфтов в подшипниках 52, 53 оси 54 и подшипнике, установленном на эксцентрике 51. Наличие возможности электрической регистрации демпфирующего усилия, а также программного изменения амплитуды и частоты (путем изменения частоты вращения ротора двигателя 17) позволяет реализовать управление стендом от персонального компьютера при условии установки дополнительного датчика перемещения штока 5 гидроцилиндра 4.

Применение поворотного осесимметричного нагрузочного устройства дает возможность существенно расширить технологические возможности стенда, а использование описанных выше конструктивных особенностей - повысить его надежность, в том числе в условиях эксплуатации в локомотивных депо и ремонтных заводах.

Стенд предназначен для динамических испытаний механизмов с поступательно движущимися рабочими элементами, например гидродемпферов. В стенде имеется нагрузочное устройство осесимметричной конструкции, состоящее из стянутых колоннами основной и дополнительной поперечин и гидроцилиндра со штоком. В состав стенда входят также гидроагрегат, управляющее, измерительное и регистрирующее устройство. Особенность принятого конструктивного решения заключается в том, что загрузочное устройство снабжено перпендикулярной оси колонн поворотной осью, закрепленной на основной поперечине и снабженной каналами для подвода рабочей жидкости. Это позволяет существенно расширить технологические возможности стенда, который в данном случае обеспечивает возможность испытания гидродемпферов в любом пространственном положении, т.е. с увеличенным диапазоном угла поворота. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Гидроприводной стенд для динамических испытаний механизмов с поступательно движущимися рабочими элементами, преимущественно гидродемпферов, содержащий нагрузочное устройство осессимметричной конструкции, состоящее из стянутых колоннами основной и дополнительной поперечин и гидроцилиндра со штоком, гидроагрегат, управляющее, измерительное и регистрирующее устройства, связанные с нагрузочным устройством, отличающийся тем, что нагрузочное устройство снабжено перпендикулярной оси колонн поворотной осью, закрепленной на основной поперечине и снабженной каналами для подвода рабочей жидкости. 2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что управляющее устройство выполнено в виде следящего привода, содержащего двигатель с задающим кулачком, контактирующим с планкой, которая одним концом через регулирующий винт связана с подпружиненным гидрораспределителем, а другим концом шарнирно соединена с толкателем, связанным через ролик с наклонной линейкой, причем последняя установлена на ползушке, жестко прикрепленной к штоку гидроцилиндра с исключением поворота вокруг его оси. 3. Стенд по п.2, отличающийся тем, что наклонная линейка закреплена на ползушке шарнирно и выполнена с шипом, причем шип размещен с возможностью введения его в параллельный оси гидроцилиндра паз, выполненный на дополнительной линейке, которая имеет винтовой механизм поперечного перемещения. 4. Стенд по п.2, отличающийся тем, что задающий кулачок состоит из двух эксцентричных втулок, расположенных одна в другой с возможностью их относительного поворота и фиксации. 5. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что регистрирующее устройство выполнено в виде автономного поворотного узла со встроенным микровыключателем, рукояткой и подпружиненной на шариковых направляющих кареткой, связанной через штифт с двух сторон с цилиндрами-толкателями, соединенными посредством гидрораспределителя между собой или с полостями гидроцилиндра, при этом штифт шарнирно связан с поворотной стрелкой, несущей подпружиненное пишущее средство, например, в виде карандаша, последний установлен с возможностью взаимодействия с планшетом, перемещающимся вместе со штоком гидроцилиндра, при повороте автономного узла рукояткой, а встроенный микровыключатель - с возможностью одновременной выдачи электрического сигнала в систему управления. 6. Стенд по п.1, отличающийся тем, что измерительное устройство включает в себя динамометр с датчиком усилия и индикатором часового типа, причем датчик усилия расположен на дополнительной поперечине нагрузочного устройства и выполнен с двумя упругодеформируемыми дисками, на одном из которых закреплен корпус индикатора, а другой связан со щупом последнего. 7. Стенд по п.1, отличающийся тем, что измерительное устройство включает в себя динамометр с датчиком усилия и электрическим индикатором, причем датчик усилия расположен на дополнительной поперечине нагрузочного устройства и выполнен с двумя упругодеформируемыми дисками, между которыми установлен подпружиненный щуп с возможностью воздействия на размещенную в подшипниках ось, нагруженную пружиной с крутящим моментом, достаточным для выборки люфтов в подвижных сопряжениях оси, а электрический индикатор выполнен с датчиком угла поворота, кинематически связанным с осью.