РЕЗОНАНСНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВАЛОВ НА КРУЧЕНИЕ Российский патент 2005 года по МПК G01M13/02 G01N3/32 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для испытания на выносливость на кручение валов, преимущественно коленчатых валов.

Известен стенд для испытания коленчатых валов на усталость [1]. Стенд состоит из маховых масс, в которых закреплен испытуемый вал. Нагружение вала производится ненаправленными вибраторами, расположенными на концах маховых масс. Вибраторы работают в противофазе. Величина нагружения определяется датчиком. Регулирование ее величины определяется приводным электродвигателем.

Недостатком стенда является невозможность нагружения испытуемого вала кручением.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является стенд с замкнутым электрическим контуром для испытания зубчатых передач [2]. Стенд содержит две кинематически соединяемые через испытуемые передачи машины постоянного тока, включенные по встречно-параллельной схеме и имеющие каждая регулирующий реостат в цепи возбуждения. Для создания знакопеременной циклической нагрузки стенд снабжен круговым реостатом с приводом от регулируемого серводвигателя, включенным в цепи возбуждения машин постоянного тока.

Характер создаваемой стендом знакопеременной циклической нагрузки близок к синусоидальному и неизменен во времени, значительно отличаясь от наблюдаемого в эксплуатации. Это уменьшает достоверность результатов испытаний.

Таким образом, недостатком указанного стенда является невозможность приближения условий испытаний к эксплуатационным.

Целью изобретения является приближение условий испытания к эксплуатационным.

Для достижения указанной цели резонансный стенд содержит асинхронный электродвигатель и балансирную машину, соединяемые испытуемым валом, блок управления и резонансный датчик, установленный на испытуемом валу и включенный на вход блока управления.

Новым в резонансном стенде является его снабжение преобразователем частоты, цифроаналоговым устройством, тиристорным регулятором напряжения и инвертором. При этом один выход блока управления соединен с преобразователем частоты, включенным в цепь питания асинхронного двигателя. Другой выход блока управления последовательно соединен с цифроаналоговым устройством и тиристорным регулятором напряжения. Балансирная машина обмоткой возбуждения подключена к тиристорному регулятору напряжения, а цепь якоря - на инвертор.

На чертеже изображена принципиальная схема.

Резонансный стенд содержит асинхронный электродвигатель 1 и балансирную машину 2 независимого возбуждения, валы которых соединены испытуемым коленчатым валом 3, установленным в подшипниковых опорах 4, блок управления 5 и резонансный датчик 6, размещенный на испытуемом коленчатом вале 3 и включенный на вход блока управления 5.

Стенд снабжен преобразователем частоты 7, цифроаналоговым устройством 8, тиристорным регулятором напряжения 9 и инвертором 10.

Преобразователь частоты 7 соединен с одним выходом блока управления 5 и включен в цепь питания асинхронного электродвигателя 1.

Цифроаналоговое устройство 8 предназначено для изменения условий испытания и приближения их к эксплуатационным.

Тиристорный регулятор напряжения 9 подключен к обмотке возбуждения параллельно балансирной машине 2 и регулирует величину тока возбуждения в обмотке.

Цифроаналоговое устройство 8 и тиристорный регулятор напряжения 9 последовательно соединены со вторым выходом блока управления 5.

Инвертор 10, включенный в цепь якоря балансирной машины 2, рекуперируют энергию во внешнюю трехфазную сеть.

В стенде могут быть использованы следующие общеизвестные технические элементы: блок управления - комплексное тиристорное устройство типа КТУ 230/50РР (230 В, 50 кВт); преобразователь частоты - тиристорный преобразователь частоты типа ТПЧ-15 (15 кВА); цифроаналоговое устройство типа К594ПА1 (число разрядов 12, напряжение питания 5 В); тиристорный регулятор напряжения - импульсный типа РИТ-2-150-40/24У2; инвертор типа ТПЧ-15 (15 кВА).

Стенд работает следующим образом.

Асинхронный электродвигатель 1 включают в цепь питания и преобразователем частоты 7 создают на его валу нагрузочный момент, который передается на испытуемый коленчатый вал 3. Частота и амплитуда пульсации момента задается блоком управления 5. Одновременно вал 3 нагружают тормозным моментом включенной балансирной машины 2. Степень загрузки коленчатого вала 3 определяется величиной тормозного момента на валу балансирной машины 2, который зависит от тока, проходящего через обмотку возбуждения. Величина тока возбуждения регулируется тиристорным регулятором напряжения 9. Балансирная машина 2, работающая генератором, нагружается на инвертор 10, который регулирует энергию в трехфазную сеть.

Плавно увеличивая преобразователем 7 частоту питания электродвигателя 1, создают блоком управления 5 условия испытания коленчатого вала 3 в резонансном режиме.

Для этого сигнал резонансного датчика частоты 6, установленного на валу 3, поступая в блок управления 5, сравнивается по величине с предыдущим сигналом. Если пришедший сигнал больше предыдущего, блок управления 5 увеличивает через преобразователь 7 частоту питания электродвигателя 1 (и наоборот). При этом частота пульсации нагрузочного момента увеличивается и приближается к резонансной.

Для достижения характера нагружения испытуемого вала 3 крутящим моментом, близким к эксплуатационному, перед началом испытаний в цифроаналоговое устройство 8 вводят характеристики наиболее часто встречающегося в эксплуатации режима нагружения испытуемого коленчатого вала. По сигналу цифроаналогового устройства 8 тиристорный регулятор напряжения 9 изменяет величину тока, проходящего по обмотке возбуждения 11 балансирной машины 2. При увеличении величины тока в обмотке возбуждения 11 тормозной момент на валу балансирной машины 2 возрастает. Уменьшение величины протекаемого через обмотку возбуждения 11 тока приводит к снижению тормозного момента на валу балансировочной машины 2. Таким образом, действие тиристорного регулятора напряжения 9 обеспечивает наложение дополнительной составляющей - тормозного момента балансирной машины - на основное нагружение, создаваемое электромагнитным моментом асинхронного электродвигателя 1. Это позволяет получить на испытуемом коленчатом вале 3 нагружающий крутящий момент, близкий к наблюдаемому в эксплуатации.

Технико-экономические преимущества изобретения в сравнении с прототипом заключаются во включении в схему стенда преобразователя частоты, цифроаналогового устройства, тиристорного регулятора напряжения и инвертора при соответствующем их соединении с блоком управления, асинхронным электродвигателем, балансирной машины и между собой.

Это обеспечивает приближение условий испытаний к наблюдаемым в эксплуатации, что увеличивает достоверность испытаний.

Кроме того, часть затраченной на привод стенда энергии рекуперируется через инвертор в трехфазную электрическую сеть, что повышает экономичность стенда.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Журнал "Motortechnische Zeitschrift", № 37, 1976, № 5, с.201-207.

2. А.с. СССР №291122, G 01 M 13/02, 1969.

Изобретение относится к испытательной технике. Резонансный стенд для испытания валов на кручение состоит из асинхронного электродвигателя и балансирной машины, соединяемых испытуемым валом, блока управления и резонансного датчика, установленного на испытуемом валу и включенного на вход блока управления. Стенд снабжен преобразователем частоты, цифроаналоговым устройством, тиристорным регулятором напряжения и инвертором. Один выход блока управления соединен с преобразователем частоты, включенным в цепь питания асинхронного двигателя, а другой выход блока управления последовательно соединен с цифроаналоговым устройством и тиристорным регулятором напряжения, к которому подключена обмотка возбуждения балансирной машины, а цепь якоря балансирной машины включена на инвертор. Технический результат: повышение точности испытаний. 1 ил.

Резонансный стенд для испытания валов на кручение, содержащий асинхронный электродвигатель и балансирную машину, соединяемые испытуемым валом, блок управления и резонансный датчик, установленный на испытуемом валу и включенный на вход блока управления, отличающийся тем, что, с целью приближения условий испытания к эксплуатационным, стенд снабжен преобразователем частоты, цифроаналоговым устройством, тиристорным регулятором напряжения и инвертором, при этом один выход блока управления соединен с преобразователем частоты, включенным в цепь питания асинхронного двигателя, а другой выход блока управления последовательно соединен с цифроаналоговым устройством и тиристорным регулятором напряжения, к которому подключена обмотка возбуждения балансирной машины, а цепь якоря балансирной машины включена на инвертор.