ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СИЛОВЫХ ПЕРЕДАЧ Российский патент 2015 года по МПК G01M13/02 

Изобретение относится к машиностроению, касается испытательной техники и может быть использовано при испытании агрегатов силовых передач, особенно передач, имеющих длинные валы, например, передач (трансмиссий) хвостовой части вертолетов.

Известен замкнутый механический стенд, содержащий приводной асинхронный двигатель, соединенный с испытуемой трансмиссией вертолета через две кинематические цепи с замыкающими редукторами и с возможностью воспроизведения нагрузок испытуемых узлов передачи и устройством ограничения амплитуды крутящего момента со «слабым» узлом. (Патент РФ №2474803, опубл. 10.02.2013).

Недостатком этого технического решения является необходимость наличия специальных загрузочных редукторов, обычно сложных и дорогих. Унификация невозможна, требуется для каждой силовой передачи разработка нового редуктора, что значительно удорожает испытания. Конструкция стенда сложна и ненадежна.

Известен стенд для испытания передач, содержащий приводной электродвигатель и приводной гидромотор с маховиком и центробежной муфтой, соединенные через трансмиссию с испытуемой и технологической передачами. Стенд содержит гидронасос, присоединенный через трансмиссию к технологической передаче, гидрораспределители с электромагнитами и гидроаккумуляторы. Стенд снабжен разгонным механизмом, состоящим из разгонного гидронасоса, присоединенного к испытуемой передаче, и двухпозиционного электромагнитного гидрораспределителя. Двухпозиционный гидрораспределитель при переключении попеременно соединяет с гидроаккумуляторами либо разгонный, либо нагрузочный гидронасосы. Стенд также снабжен двумя гидроаккумуляторами с датчиками давления и электромагнитным гидрораспределителем управления (патент РФ №2153659, опубл. 27.07.2000 г.).

Этот стенд не экономичен, так как вся энергия, необходимая для испытаний, теряется в устройстве нагружения. Например, при трехсотчасовых ресурсных испытаниях хвостовой трансмиссии вертолета МИ-26 на таком стенде, содержащем в качестве нагрузочного устройства гидротормоз, а в качестве привода - электродвигатель, потери электрической энергии составляют 180 тыс.кВт·ч. Кроме того, унификация стенда затруднительна и связана с дополнительными затратами. Надежность и ресурс работы стенда низки.

Наиболее близким к предложенному является электромеханический стенд для испытания силовых передач, содержащий механически связанные с испытываемой механической передачей датчик момента, электродвигатель постоянного тока, снабженный регуляторами угловой скорости, токов его якоря и системы возбуждения, генератор постоянного тока с регуляторами токов якоря и возбуждения, регулятор момента нагрузки, вход которого связан с выходом блока сравнения, к первому входу которого подключен задатчик момента нагрузки, в котором выход регулятора момента нагрузки связан со входом регулятора тока якоря электродвигателя через последовательно включенные блок дифференцирования, источник регулируемого опорного напряжения и блок регулируемой задержки сигнала, к цепи управления которого через корректирующее звено, а также ко второму входу блока сравнения подключен выход датчика упругого момента (патент РФ №766524, опубл. 15.07.1994 г.).

Однако это устройство не обеспечивает требуемой надежности при испытаниях силовых передач при набросе нагрузки из-за наличия щеточных аппаратов электрических машин и влияния на работу стенда крутильных колебаний низкой частоты, возникающих в испытываемой передаче, особенно имеющей в своем составе длинные валы, например, передач (трансмиссий) хвостовой части вертолетов и передач многоосных автомобилей. Крутильные колебания, возникающие при набросе нагрузки, могут привести к разрушению испытываемой передачи и к искажению результатов испытаний, а также ограничению амплитуды момента и невозможности обеспечения реальных нагрузок.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности, достоверности испытаний и дополнительно снижение энергетических потерь.

Для решения этой технической задачи предлагается электромеханический стенд для испытания силовых передач, содержащий механически связанные с испытываемой силовой передачей датчик момента - 1, асинхронный электродвигатель - 2, подключенный к одному валу испытываемой силовой передачи - 4, синхронный генератор - 5, подключенный через датчик момента к другому валу испытываемой силовой передачи, задатчик скорости - 14, выход которого подключен к одному входу первого сумматора - 10, выход которого через регулятор угловой скорости - 3 подключен к первому входу второго сумматора - 12, выход которого подключен ко входу регулятора тока - 17, датчик угловой скорости электродвигателя - 9, выход которого подключен ко второму входу сумматора - 10, задатчик момента нагрузки - 7, выход которого подключен к первому входу четвертого сумматора, выход которого подключен ко входу регулятора момента нагрузки - 6, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора, выход которого подключен к регулятору тока возбуждения - 15, выход которого подключен к управляющему входу возбудителя генератора - 16, выход возбудителя генератора через датчик тока возбуждения - 8 подключен к генератору - 5, выход датчика тока возбуждения подключен к третьему входу третьего сумматора, выход датчика момента подключен ко второму входу четвертого сумматора и входу дифференцирующего блока второго порядка - 27, выход дифференцирующего блока второго порядка через второй блок регулируемой задержки - 29 подключен ко второму входу третьего сумматора, выход датчика тока - 11 электродвигателя подключен к третьему входу второго сумматора - 12, выход дифференцирующего блока первого порядка - 26 через первый блок регулируемой задержки - 28 подключен ко второму входу второго сумматора - 12, асинхронный электродвигатель с датчиком тока подключен к сети питания - 25 через последовательно включенные преобразователь частоты - 19 и силовой трехфазный двухобмоточный трансформатор - 20, выход регулятора тока - 17 подключен к управляющему входу преобразователя частоты - 19, вход дифференцирующего блока второго порядка - 27 объединен со входом дифференцирующего блока первого порядка - 26, выход второго блока регулируемой задержки - 29 объединен с выходом первого блока регулируемой задержки - 28, выход синхронного генератора - 5 через последовательно включенные выпрямитель - 23, инвертор постоянного тока - 24 и второй трансформатор - 21 подключен к сети питания - 25, которая подключена через третий силовой трансформатор - 30 к возбудителю синхронного генератора - 16. Блоки регулируемой задержки выполнены с зоной нечувствительности и фильтрами. Подключение преобразователя частоты к сети и асинхронному двигателю, выпрямителя к сети и к синхронному генератору и третьего силового трансформатора к возбудителю осуществляется соответствующими выключателями 22.

Источники информации, содержащие всю совокупность признаков предлагаемого электромеханического стенда для испытания силовых передач при проведении поиска по патентной и научно-технической литературе, не обнаружены. Совокупность существенных признаков заявляемого электромеханического стенда для испытания силовых передач не следует явным образом из изученного уровня техники, имеет существенные отличия от рассмотренных аналогов. Предлагаемый электромеханический стенд для испытания силовых передач может быть изготовлен с применением известных комплектующих (функциональных элементов) и использован при испытании агрегатов силовых передач, особенно передач, имеющих длинные валы, например, передач (трансмиссий) хвостовой части вертолетов. Поэтому заявитель считает, что заявляемый электромеханический стенд для испытания силовых передач соответствует критериям патентоспособности изобретения: «новизна», «промышленная применимость» и «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан пример выполнения электрической схемы предлагаемого электромеханического стенда для испытания силовых передач. Представленный пример не охватывает все возможные варианты изготовления и использования предлагаемого электромеханического стенда для испытания силовых передач в соответствии с изобретением.

На схеме обозначены: датчик 1 момента, асинхронный электродвигатель 2, регулятор 3 угловой скорости, испытываемая силовая передача 4, синхронный генератор 5, регулятор 6 момента нагрузки, управляемый задатчик 7 момента нагрузки, датчик 8 тока возбуждения генератора 5, датчик 9 угловой скорости электродвигателя 2, сумматор 10, датчик 11 тока электродвигателя 2, второй 12 и третий 13 сумматоры, задатчик 14 скорости, регулятор 15 тока возбуждения, возбудители 6 генератора 5, регулятор 17 тока, четвертый сумматор 18, преобразователь 19 частоты, первый 20 и второй 21 силовые трехфазные двухобмоточные трансформаторы, выключатели 22, выпрямитель 23, инвертор 24 постоянного тока, сеть 25 питания, дифференцирующий блок 26 первого порядка, дифференцирующий блок 27 второго порядка, блоки 28, 29 регулируемой задержки с зоной нечувствительности и фильтрами, 30 - третий силовой трансформатор.

Электромеханический стенд для испытания силовых передач работает следующим образом. С помощью задатчика скорости 14 асинхронный электродвигатель 2 разгоняется до заданной угловой скорости. Сигнал с задатчика 7 момента нагрузки в этот период равен нулю, и поэтому ток в цепи синхронного генератора 5 отсутствует. После достижения заданной угловой скорости асинхронного электродвигателя 2 начинается нагружение передачи изменением тока возбуждения синхронного генератора 5. Задание нагрузки обеспечивается подачей управляющего сигнала на вход задатчика 7 момента нагрузки вручную от пульта управления ПУ или по программе испытаний от АСУ ТП (не показаны). Вырабатываемая синхронным генератором 5 энергия через выпрямитель 23, инвертор 24 и второй трансформатор 21 возвращается в сеть 25 питания стенда.

При возникновении крутильных колебаний на выходе датчика 1 момента появляются колебания напряжения, которые через дифференцирующий блок 26 первого порядка, блок 28 регулируемой задержки и параллельно через дифференцирующий блок 27 второго порядка, второй блок 29 регулируемой задержки поступают через второй сумматор 12 на вход регулятора тока 17 асинхронного электродвигателя 2 и через третий сумматор 13 на вход регулятора 15 тока возбуждения синхронного генератора 5. Блоки 28, 29 регулируемой задержки сигнала могут быть выполнены с зонами нечувствительности и фильтрами. В этом случае они не пропускают начальную часть колебания (1/5 или 1/6 часть периода) и фильтруют высшие гармонические сигналы. Регулятор 17 тока асинхронного электродвигателя 2 и регулятор 15 тока возбуждения синхронного генератора 5 под воздействием этих сигналов, поступающих впротивофазе к первой волне колебаний, создают демпфирующий колебания ударный эффект.

Цифровые дифференцирующие блоки 26 первого порядка и 27 второго порядка обеспечивают получение первой и второй производной от сигнала на выходе датчика 1 момента. Регулируемые при наладочных работах блоки 28, 29 задержки сигнала задерживают сигнал на время, обеспечивающее «ударное» демпфирование в противофазе к волне колебаний.

Заявителем изготовлен и испытан макет предлагаемого стенда для испытания силовых передач с использованием серийных дискретных функциональных средств. Испытания показали надежную работу, быстродействие при набросе нагрузок (до 0,2 сек); потери энергии при испытаниях составили не более 10 %; стенд прост в проектировании и настройке.

Изобретение относится к машиностроению, касается испытательной техники и может быть использовано при испытании агрегатов силовых передач, особенно передач, имеющих длинные валы, например, передач (трансмиссий) хвостовой части вертолетов. Предлагаемый стенд предназначен в особенности для испытания силовых передач, имеющих упругие звенья, в которых требуется устранение крутильных колебаний при нагружении. Электромеханический стенд для испытания силовых передач содержит механически связанные с испытываемой силовой передачей датчик момента, асинхронный электродвигатель, подключенный ко входу испытываемой силовой передачи, синхронный генератор, подключенный через датчик момента к выходу испытываемой силовой передачи. При возникновении крутильных колебаний на выходе датчика момента появляются колебания напряжения, которые через дифференцирующий блок первого порядка, блок регулируемой задержки и параллельно через дифференцирующий блок второго порядка, блок регулируемой задержки поступают через второй сумматор на вход регулятора тока асинхронного двигателя и через третий сумматор на вход регулятора тока возбуждения синхронного генератора. Блоки регулируемой задержки сигнала с зонами нечувствительности и фильтрами не пропускают начальную часть колебания (1/5 или 1/6 часть периода) и фильтруют высшие гармонические сигналы. Регулятор тока асинхронного электродвигателя и регулятор тока возбуждения синхронного генератора под воздействием этих сигналов, поступающих в противофазе к первой волне колебаний, создают демпфирующий колебания ударный эффект. Техническим результатом является повышение надежности и быстродействия при набросе нагрузок (до 0,2 сек); уменьшение потерь энергии при испытаниях до менее чем 10% от мощности нагружения. Стенд прост в проектировании и настройке. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электромеханический стенд для испытания силовых передач, содержащий механически связанные с испытываемой силовой передачей датчик момента, электродвигатель, подключенный к одному валу испытываемой силовой передачи, генератор, подключенный через датчик момента к другому валу испытываемой силовой передачи, задатчик скорости, выход которого подключен к одному входу сумматора, выход которого через регулятор угловой скорости подключен к первому входу второго сумматора, выход которого подключен ко входу регулятора тока, датчик угловой скорости электродвигателя, выход которого подключен к другому входу сумматора, задатчик момента нагрузки, выход которого подключен к одному входу четвертого сумматора, выход которого подключен ко входу регулятора момента нагрузки, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора, выход которого подключен к регулятору тока возбуждения, выход которого подключен к управляющему входу возбудителя генератора, выход возбудителя генератора через датчик тока возбуждения подключен к генератору, выход датчика тока возбуждения подключен к третьему входу третьего сумматора, выход датчика момента подключен к другому входу четвертого сумматора и дифференцирующему блоку второго порядка, выход которого через второй блок регулируемой задержки подключен ко второму входу третьего сумматора, выход датчика тока электродвигателя подключен к третьему входу второго сумматора, отличающийся тем, что в него введены преобразователь частоты, первый, второй и третий силовые трансформаторы, выпрямитель, инвертор постоянного тока, последовательно включенные дифференцирующий блок первого порядка и первый блок регулируемой задержки, электродвигатель выполнен асинхронным с датчиком тока и подключен к сети питания через последовательно включенные преобразователь частоты и силовой трехфазный двухобмоточный трансформатор, выход регулятора тока подключен к управляющему входу преобразователя частоты, вход дифференцирующего блока второго порядка объединен со входом дифференцирующего блока первого порядка, выход второго блока регулируемой задержки объединен с выходом первого блока регулируемой задержки и подключен ко второму входу второго сумматора, генератор выполнен синхронным, выход синхронного генератора через последовательно включенные выпрямитель, инвертор постоянного тока и второй трансформатор подключен к сети питания, которая подключена через третий силовой трансформатор к возбудителю синхронного генератора.

2. Электромеханический стенд для испытания силовых передач по п. 1, отличающийся тем, что блоки регулируемой задержки выполнены с зонами нечувствительности и фильтрами.