СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ РЕДУКТОРОВ Российский патент 2014 года по МПК G01M13/00 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для испытания механических передач, и может применяться, в частности, для испытания и исследования зубчатых передач и редукторов при их изготовлении или в процессе эксплуатации.

Известен стенд для испытания зубчатых передач по схеме замкнутого контура (патент №2256162, МПК G01M 13/02, опубл. 10.07.2005, бюл. №9).

Этот стенд содержит привод, две испытуемые передачи, а замыкающее устройство выполнено в виде зубчатых передач, жестко соединенных между собой, имеющих одинаковое передаточное отношение с испытываемыми зубчатыми передачами и установленных на входных параллельных валах испытываемых зубчатых передач, при этом нагружателем служит тарированная динамометрическая муфта, соединяющая два выходных вала испытываемых зубчатых передач.

Недостаток устройства заключается в том, что нагружателем служит тарированная динамометрическая муфта, поэтому момент нагрузки устанавливается фиксированно и дискретно. Нет возможности создавать переменную нагрузку в процессе испытания и определять КПД редуктора или механической передачи.

Наиболее близким к заявленному устройству является «Стенд для испытания цепных передач» по патенту №2343442, МПК G01M l3/00, опубл. 10.01.2009, бюл. №1.

Известный стенд для испытаний цепных передач, включающий приводной двигатель и нагрузочный генератор, валы которых сопряжены через цепную передачу, содержащую цепь с ведущей и холостой ветвями, ведущую и ведомую звездочки, натяжную звездочку на холостой ветви, дополнительные звездочки на ведущей и холостой ветвях, содержит на ведущей ветви регулирующую звездочку и устройство для перемещения регулирующей и натяжной звездочек, изменяющее длину ведущей ветви цепной передачи, а в качестве двигателя и генератора использованы синхронные машины.

Недостаток устройства заключается в том, что существует несколько промежуточных звеньев в виде промежуточных звездочек и устройств натяжения звездочек, что снижает КПД стенда. Частично реализованы регулировочные свойства синхронных машин, которые применяются в устройстве в качестве двигателя и генератора, и отсутствует возможность определения КПД передачи.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей стенда для испытания редукторов с обеспечением плавной регулировки момента и создания импульсно-переменной нагрузки на валу испытываемых редукторов, а также обеспечение возможности наблюдения и записи измеряемых электрических параметров синхронных машин, по которым определяются нагрузка и характеристики редукторов с определением КПД.

Технический результат изобретения достигается тем, что стенд для испытания редукторов, содержащий приводной синхронный двигатель, а в качестве нагрузки синхронный генератор, валы которых сопряжены между собой через испытуемые редукторы, дополнительно содержит контактор, первый и второй регулируемые выпрямители, первый и второй автоматические выключатели, первый и второй измерительные комплекты, бесконтактное устройство коммутации нагрузки, эластичные и жесткую муфты, при этом приводной синхронный двигатель с обмоткой возбуждения, питаемой от первого регулируемого выпрямителя, выходным валом механически связан через первую эластичную муфту с одним из испытуемых редукторов, выходной вал которого через жесткую муфту соединен с выходным валом другого испытуемого редуктора, входной вал этого редуктора через вторую эластичную муфту соединен с выходным валом синхронного генератора, имеющего обмотку возбуждения, питаемую от второго регулируемого выпрямителя, обмотка статора синхронного двигателя через первый измерительный комплект и контактор соединена с общим выходом первого и второго автоматических выключателей, имеющих общее соединение с питающей сетью, к общему выходу автоматических выключателей через второй измерительный комплект и бесконтактное устройство коммутации нагрузки присоединена обмотка статора синхронного генератора с опережающий фазой питающего напряжения по отношению к соединению обмотки статора приводного синхронного двигателя, первый и второй автоматические выключатели соединены с питающей сетью с возможностью изменять чередование фаз и направление вращения испытуемых редукторов, а по тарированным показаниям измерительных комплектов и их отношениям определяют КПД редукторов.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что в стенде для испытания редукторов дополнительно содержит контактор, первый и второй регулируемые выпрямители, первый и второй автоматические выключатели, первый и второй измерительные комплекты, бесконтактное устройство коммутации нагрузки, эластичные и жесткую муфты, при этом приводной синхронный двигатель с обмоткой возбуждения, питаемой от первого регулируемого выпрямителя, выходным валом механически связан через первую эластичную муфту с одним из испытуемых редукторов, выходной вал которого, через жесткую муфту соединен с выходным валом другого испытуемого редуктора, входной вал этого редуктора через вторую эластичную муфту соединен с выходным валом синхронного генератора, имеющего обмотку возбуждения, питаемую от второго регулируемого выпрямителя, обмотка статора синхронного двигателя через первый измерительный комплект и контактор соединена с общим выходом первого и второго автоматических выключателей, имеющих общее соединение с питающей сетью, к общему выходу автоматических выключателей через второй измерительный комплект и бесконтактное устройство коммутации нагрузки присоединена обмотка статора синхронного генератора с опережающий фазой питающего напряжения по отношению к соединению обмотки статора приводного синхронного двигателя, первый и второй автоматические выключатели соединены с питающей сетью с возможностью изменять чередование фаз и направление вращения испытуемых редукторов, а по тарированным показаниям измерительных комплектов и их отношениям определяют КПД редукторов.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо. Опытный образец стенда изготовлен и испытан в лаборатории кафедры ЭМ и ЭП Куб-ГАУ.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - схематично представлен стенд для испытания редукторов; на фиг.2 - угловая (механическая) характеристика синхронных машин в двигательном и генераторном режимах.

Стенд для испытания редукторов содержит приводной синхронный двигатель 1 с обмоткой возбуждения 2, питаемой от первого регулируемого выпрямителя 3, выходной вал которого механически связан через первую эластичную муфту 4 с первым испытуемым редуктором 5, выходной вал которого 6 через жесткую муфту 7 соединен с выходным валом 8 второго испытуемого редуктора 9, входной вал которого 10 через вторую эластичную муфту 11 соединен с выходным валом синхронного генератора 12, имеющего обмотку возбуждения 13, питаемую от второго регулируемого выпрямителя 14.

Обмотка статора синхронного двигателя 1 через первый измерительный комплект 15 и контактор 16 соединена с общим выходом 17 первого 18 и второго 19 автоматических выключателей, имеющих общее соединение с питающей сетью 20. К общему выходу 17 через бесконтактное устройство коммутации нагрузки 21 и второй измерительный комплект 22 присоединена обмотка статора синхронного генератора 12.

Автоматические выключатели 18 и 19 защищают схему от перегрузки и коротких замыканий, включены с возможностью изменения чередования фаз, то есть при включении автоматического выключателя 18 на выходе 17 чередование фаз будет, как в питающей сети, в последовательности А, В, С. При включении автоматического выключателя 19 чередование фаз изменится на обратную последовательность: А, С, В.

Первый 15 и второй измерительные комплекты 22, например, «Ресурс-2М», позволяют наблюдать, измерять и записывать параметры электрических машин 1 и 12 (напряжение, частота тока, мощность, ток, cos φ). По электрическим параметрам приводного синхронного двигателя 1 и нагрузочного синхронного генератора 12 определяют механическую нагрузку на испытуемых редукторах, а за вычетом потерь в электрических машинах и соединительных муфтах определяют коэффициент полезного действия этих редукторов.

Бесконтактное устройство коммутации нагрузки 21 - твердотельное полупроводниковое оптоэлектронное трехфазное реле переменного тока с контролем перехода напряжения фазы через «ноль», например, 5П36.30ТМА1-40-12-Д134 или аналогичное, позволяет подключать статорную обмотку синхронного генератора 12 без бросков тока, соответственно без динамических нагрузок на шестерни испытуемых редукторов.

Регулируемые выпрямители 3 и13 обеспечивают изменение выходного напряжения и тока в пределах 125 процентов от номинальных величин тока возбуждения синхронного двигателя 1 и синхронного генератора 12.

Стенд для испытания редукторов работает следующим образом. Включаем, например, первый автоматический выключатель 18, затем контактор 16. Через первый измерительный комплект 15 напряжение от общего вывода 17 в последовательности чередования фаз А, В, С поступает на обмотку статора синхронного двигателя 1. После вхождения в синхронизм синхронного двигателя 1 на его обмотку возбуждения 2 от первого регулируемого выпрямителя 3 подается ток возбуждения, и синхронный двигатель 1 вращает два механически связанных испытуемых редуктора 5 и 9 и вал синхронного генератора 12. За счет механических потерь в синхронном генераторе и в испытуемых редукторах выбираются все зазоры, и механическая передача становится абсолютно жесткой.

Посредством бесконтактного устройства коммутации нагрузки 21 через второй измерительный комплект 22 напряжение в последовательности фаз А, В, С поступает на статор генератора 12 в момент перехода синусоид через ноль, что снижает броски тока в сети и в обмотках генератора. После втягивания в синхронизм генератора на его обмотку возбуждения 13 от второго регулируемого выпрямителя 14 подается ток возбуждения. При этом вал синхронного генератора (фиг.2) поворачивается на определенный угол Θ_ген. (противоположный относительно угла поворота вала синхронного двигателя Θ_дв.)

При одинаковой мощности синхронного двигателя и генератора ток возбуждения двигателя должен быть несколько больше тока возбуждения генератора. С увеличением тока возбуждения вал двигателя и генератора стремятся повернуться относительно друг друга в противоположном направлении, тем самым, создавая момент на испытуемые редукторы. Момент синхронного двигателя и генератора, до номинальной нагрузки, пропорциональны активной мощности. Поэтому момент на испытуемых редукторах контролируют по первому и второму измерительным комплектам 15 и 22.

В случае, когда тормозного момента по углу Θ_дв. и Θ_ген. недостаточно, синхронный генератор отключают и обмотки статора «смещают» относительно фазы А, В, С, т.е., например, обмотку генератора фазы А переключают на опережающую фазу напряжения В. Тогда при синхронизации с сетью вал генератора провернется на угол 120° против направления вращения двигателя, что значительно увеличит тормозной момент генератора.

Изменяя ток возбуждения обмоток 3 и 13 посредством регулируемых выпрямителей 3 и 14, можно создавать циклическую и динамическую нагрузку на испытуемые редукторы.

Первый и второй измерительные комплекты 15 и 22 предварительно тарируют при работе синхронного двигателя 1 и синхронного генератора 12 на холостом ходу и под нагрузкой, т.е. их соединяют вал в вал и определяют потери в этих машинах в пределах от XX до номинальной мощности. Далее эти потери учитываются измерительными комплектами 15 и 22 при определении КПД редукторов.

Для изменения направления вращения редукторов и электрических машин вместо первого автоматического выключателя 18 включается второй автоматический выключатель 19. В этом случае на общем выходе 17 изменяется чередование фаз и, как следствие, направление вращения электрических машин.

Сам процесс пуска стенда повторяется по методике, приведенной выше.

Стенд для испытания редукторов имеет следующие положительные качества:

1. Имеется функциональная возможность плавной регулировки момента и создания импульсно-переменной нагрузки на валу испытуемого редуктора.

2. Обеспечивается возможность непосредственного наблюдения и записи измеряемых электрических параметров синхронных машин, по которым определяются характеристики редукторов с определением КПД.

3. В полной мере используются положительные электромеханические свойства синхронных маши, а также их высокий КПД и коэффициент мощности.

Изобретение относится к испытательной технике и может применяться, в частности, для испытания и исследования зубчатых передач и редукторов при их изготовлении или в процессе эксплуатации. Стенд содержит приводной синхронный двигатель, а в качестве нагрузки синхронный генератор, валы которых сопряжены между собой через испытуемые редукторы. Дополнительно также содержит контактор, первый и второй регулируемые выпрямители, первый и второй автоматические выключатели, первый и второй измерительные комплекты, бесконтактное устройство коммутации нагрузки, эластичные и жесткую муфты. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей стенда, возможности плавной регулировки момента и создания импульсно-переменной нагрузки на валу испытываемых редукторов, а также регистрации нагрузки и характеристики редукторов с определением КПД. 2 ил.

Стенд для испытания редукторов, содержащий приводной синхронный двигатель, а в качестве нагрузки синхронный генератор, валы которых сопряжены между собой через испытуемые редукторы, отличающийся тем, что содержит контактор, первый и второй регулируемые выпрямители, первый и второй автоматические выключатели, первый и второй измерительные комплекты, бесконтактное устройство коммутации нагрузки, эластичные и жесткую муфты, при этом приводной синхронный двигатель с обмоткой возбуждения, питаемой от первого регулируемого выпрямителя, выходным валом механически связан через первую эластичную муфту с одним из испытуемых редукторов, выходной вал которого через жесткую муфту соединен с выходным валом другого испытуемого редуктора, входной вал этого редуктора через вторую эластичную муфту соединен с выходным валом синхронного генератора, имеющего обмотку возбуждения, питаемую от второго регулируемого выпрямителя, обмотка статора синхронного двигателя через первый измерительный комплект и контактор соединена с общим выходом первого и второго автоматических выключателей, имеющих общее соединение с питающей сетью, к общему выходу автоматических выключателей через второй измерительный комплект и бесконтактное устройство коммутации нагрузки присоединена обмотка статора синхронного генератора с опережающий фазой питающего напряжения по отношению к соединению обмотки статора приводного синхронного двигателя, первый и второй автоматические выключатели соединены с питающей сетью с возможностью изменять чередование фаз и направление вращения испытуемых редукторов, а по тарированным показаниям измерительных комплектов и их отношениям определяют КПД редукторов.