УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АКТИВНЫХ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК G01M13/04 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при проведении научных исследований в области подшипников скольжения, а также в учебном процессе при проведении лабораторных работ и практических занятий по общеинженерным дисциплинам в высших и средних специальных учебных заведениях.

Известна установка для исследования роторных систем, содержащая корпус, установленный на станине и имеющий резьбовые отверстия для крепления элементов смазочной системы, выполненных в виде фитингов, вал, связанный через муфту с электродвигателем, зафиксированным на станине с помощью кронштейна, на корпусе смонтирована крышка, в которой установлен винт, фиксирующий датчик силы, подшипниковые узлы, имеющие корпуса, на которых винтами закреплены крышки, в которых выполнены резьбовые отверстия, с установленными в них датчиками перемещения, датчиками давления, датчиками температуры, причем один подшипниковый узел имеет дополнительно датчик частоты вращения, уплотнения, установленные в крышке, а установка имеет модуль с многозонной подачей смазочного материала, установленный на одном подшипниковом узле, содержащий рассеиватель, прокладку и крышку, в которой выполнены резьбовые отверстия для крепления соединительных элементов, связанных гидравлическими шлангами со смазочной системой, установка имеет два контура подачи смазочного материала, включающих сервоклапаны, фильтры, нагревательные элементы, датчики расхода, гидравлические шланги, на другом подшипниковом узле установлен подшипник качения, дополнительно введен блок управления, сбора и обработки сигналов, входы которого связаны с датчиком частоты вращения, датчиками температуры, датчиками перемещения, датчиком давления, датчиком силы, датчиками расхода, а выходы - с сервоклапанами, электродвигателем, насосами и нагревательными элементами. (Патент РФ №2701198, МПК G01M 13/04, опубликовано 25.09.2019 г.).

Недостатком данной установки является невозможность прямого измерения момента трения в подшипниках и невозможность исследовать на ней работу активных подшипников с раздельной подачей смазочного материала в питающие камеры.

Техническая задача, которую решает изобретение - расширение спектра проводимых исследований в области роторно-опорных систем.

Поставленная задача достигается тем, что установка для исследования активных подшипников скольжения, содержащая смазочную систему с фильтрами, корпус со смонтированной на нем крышкой, установленный на станине и имеющий резьбовые отверстия для крепления элементов смазочной системы, выполненных в виде фитингов, вал, связанный с электродвигателем, зафиксированным на станине с помощью кронштейна, подшипники, имеющие корпуса, в которых установлены втулки подшипников, блок управления, сбора и обработки сигналов, входы которого связаны с датчиками перемещения, датчиками давления, а выходы - с сервоклапанами и электродвигателем, согласно изобретению, содержит бак со смазочным материалом, насосную станцию, предохранительный клапан, тройник гидравлический с установленным на нем манометром и коллектор с пятью выходами, один из которых соединен с резьбовым отверстием в корпусе установки через гидравлические тройники с манометрами, гидравлический кран и сервоклапан, а четыре других соединены с четырьмя резьбовыми отверстиями корпуса ближнего к свободному концу вала подшипника, с каждым через отдельный гидравлический тройник с установленным на нем датчиком давления, отдельный сервоклапан, отдельный гидравлический тройник с установленным на нем манометром и отдельный гидравлический кран, в корпусе ближнего к свободному концу вала подшипника зафиксирована втулка активного подшипника и выполнено еще четыре резьбовых отверстия, в два из которых перпендикулярно друг другу установлены датчики перемещения, а в два других установлены заглушки, на корпусе ближнего к свободному концу вала подшипника винтами закреплена крышка со сквозным резьбовым отверстием и установленным в него фитингом, соединенным со смазочной системой установки, в корпусе ближнего к электродвигателю подшипника втулка пассивного подшипника зафиксирована дистанционной втулкой и гайкой и выполнено четыре сквозных отверстия, в одно из которых установлен соединенный со смазочной системой установки фитинг, а остальные закрыты крышками-заглушками, и кольцевая проточка с отверстиями, винтами закреплен модуль воздушного уплотнения, выполненный в виде крышки с присоединенными к ней винтами проставкой, штуцерной оправкой и штуцером со сквозными отверстиями для прохождения воздуха от компрессорной станции через редукционный клапан к кольцевому воздушному коллектору с, по меньшей мере, двенадцатью отверстиями для подачи воздуха в зазор между уплотнением и валом, электродвигатель соединен с выходом блока управления, сбора и обработки сигналов через частотный регулятор, а с валом - через датчик крутящего момента, зафиксированный на станине при помощи стойки, муфту соединения электродвигателя с входным валом датчика крутящего момента и муфту соединения вала с выходным валом датчика крутящего момента, а датчик крутящего момента соединен со входом блока управления, сбора и обработки сигналов.

Технический результат применения данной установки заключается в расширении области исследования роторных систем за счет возможности получения дополнительной информации о моменте трения в подшипниках и возможности изменения трибологических характеристик активного подшипника за счет раздельного регулирования давления подаваемого в него смазочного материала, не принимая в расчет трения, создаваемого в уплотнениях.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена общая схема установки для исследования активных подшипников скольжения; на фиг. 2 представлен вид установки сбоку со стороны свободного конца вала; на фиг.3 изображено продольное сечение подшипника, установленного со стороны электродвигателя, в сборе с корпусом подшипника и модулем воздушного уплотнения.

Установка (фиг. 1) содержит корпус 1, установленный на станине 2, имеющий резьбовые отверстия 3, смазочную систему 4, связанную с фитингами 5, закрепленными в отверстиях 3, корпуса подшипников 6 и 7, закрепленные в корпусе 1 установки и установленные на валу 8, связанном через муфту 9 с выходным валом датчика 10 крутящего момента, закрепленного на стойке 11, закрепленной на станине 2. Входной вал датчика 10 крутящего момента связан через муфту 12 с электродвигателем 13, установленным через кронштейн 14 на станине 2. Крышка 15 зафиксирована на корпусе 1 установки. В корпусе подшипника 6 установлена втулка 16 пассивного подшипника, зафиксированная дистанционной втулкой 17 и гайкой 18. В корпусе 1 установки имеется резьбовое сквозное отверстие 19, совмещенное с кольцевой проточкой 20 в корпусе подшипника 6 с четырьмя отверстиями 21, в резьбовое сквозное отверстие 19 установлен тройник 22 гидравлический, на котором установлен манометр 23. Тройник 22 гидравлический соединен с подающим коллектором 24 через последовательно соединенные один из сервоклапанов 25, один из кранов 26 гидравлических, один из манометров 27 и один из тройников 28 гидравлических. В корпусе подшипника 6 имеется резьбовое отверстие 29, в котором установлен фитинг 30, соединенный со смазочной системой 4. На корпусе подшипника 6 установлены три крышки-заглушки 31. В корпусе подшипника 7 установлена втулка 32 активного подшипника. На корпусе подшипника 7 установлена крышка 33, имеющая сквозное резьбовое отверстие 34, в которое установлен фитинг 35, соединенный со смазочной системой 4. В корпусе подшипника 7 имеются четыре резьбовых отверстия 36, выполненных соосно с питающими камерами 37 втулки 32 активного подшипника, в резьбовых отверстиях 36 установлены четыре гидравлических тройника 38, на которых закреплены датчики 39 давления.

Бак 40 со смазочным материалом 41 соединен с подающим коллектором 24, имеющим пять выходов, через последовательно установленные фильтр 42, насосную станцию 43, предохранительный клапан 44, тройник 45 гидравлический, на котором закреплен манометр 46. На каждом выходе коллектора 24 установлен соответствующий тройник 28 гидравлический, на котором закреплен соответствующий манометр 27. На каждом тройнике 28 закреплен соответствующий кран 26 гидравлический, который соединен с соответствующим сервоклапаном 25. Бак 40 соединен с фитингами 5, 35 и 30 через смазочную систему 4.

Четыре сквозных резьбовых сквозных отверстия 47 выполнены в корпусе подшипника 7 для установки в них датчиков 48 перемещения. Датчик 10 крутящего момента, датчики 39 давления, сервоклапаны 25, датчики 48 перемещения и электродвигатель 13 через частотный регулятор 49 соединены с блоком 50 управления, сбора и обработки сигналов.

К корпусу подшипника 6, установленного со стороны электродвигателя 13, присоединен модуль воздушного уплотнения, состоящий из крышки 51, к которой присоединены винтами проставка 52 и штуцерная оправка 53, имеющие сквозные отверстия для прохождения воздуха, а в штуцерной оправке 53 зафиксирован штуцер 54. Компрессорная станция 55 соединена с пневматическим штуцером 54 через редукционный клапан 56.

На фиг. 2 изображен вид установки справа. Четыре тройника 38 ортогонально закреплены в отверстиях 36 корпуса подшипника 7, на тройниках 38 закреплены датчики давления 39. В два из четырех сквозных резьбовых сквозных отверстия 47 в корпусе подшипника 7 установлены перпендикулярно друг другу два датчика 48 перемещения для измерения радиальных перемещений вала 8. В два оставшихся из четырех резьбовых сквозных отверстий 47 в корпусе подшипника 7 установлены заглушки 57.

В крышке 51 корпуса подшипника 6 (фиг. 3) зафиксирована проставка 58, в которой выполнено, по меньшей мере, двенадцать сквозных отверстий для подведения воздуха в область между валом 8 и проставкой 58, причем в крышке 51 присутствует секторное отверстие для протока воздуха, ведущее в область кольцевого коллектора 59, ограниченную крышкой 51 и проставкой 58. Модуль воздушного уплотнения закреплен на корпусе подшипника 6 винтами через крышку 51, в которой для винтов выполнены сквозные отверстия.

Установка для исследования активных подшипников скольжения работает следующим образом.

Насосная станция 43 подает смазочный материал 41 с заданным давлением в подающий коллектор 24 через гидравлический тройник 45 и предохранительный клапан 44, который сбрасывает излишек смазочного материала в бак 40. Из подающего коллектора 24 смазочный материал попадает в тройники 28 и краны 26, которые предназначены для предварительной настройки давления смазочного материала и полного перекрытия смазочной системы 4. Манометры 27 предназначены для контроля давления при предварительной настройке подачи смазочного материала при помощи кранов 26 гидравлических. Краны 26 гидравлические соединены с сервоклапанами 25, предназначенными для электронного регулирования давления смазочного материала в смазочной системе 4. Смазочный материал от четырех выходов подающего коллектора 24 поступает через тройники 38 и датчики 39 давления в корпус подшипника 7 через отверстия 36. Через цилиндрические питающие камеры 37 втулки 32 активного подшипника смазочный материал попадает в зазор между втулкой 32 активного подшипника и валом 8, оттуда в фитинги 5 и 35, затем через смазочную систему 4 в бак 40. Смазочный материал, поступающий из оставшегося выхода подающего коллектора 24, попадает в кольцевую проточку 20 через тройник 28 с закрепленным на нем манометром 27 для контроля исходного давления, сервоклапан 25 для установки давления и расхода смазочного материала, тройник 22 с закрепленным на нем манометром 23 для контроля давления подачи. Затем смазочный материал попадает через отверстия 21 в зазор между втулкой 16 пассивного подшипника и валом 8, оттуда в фитинги 5 и 30, и затем в бак 40 через смазочную систему 4.

Модуль воздушного уплотнения препятствует утечке смазочного материала из корпуса подшипника 6 в направлении электродвигателя за счет создания подпирающего давления воздуха. Для этого компрессорная станция 55 создает давление воздуха, которое ограничивается и стабилизируется редукционным клапаном 56. Затем воздух через штуцер 54, штуцерную оправку 53, проставку 52 и крышку 51 попадает в кольцевой коллектор 59 между крышкой 51 и проставкой 58 через секторное отверстие в крышке 51, откуда через, по меньшей мере, двенадцать сквозных отверстий в проставке 58 под давлением поступает к поверхности вала 8, а затем частично выходит в сторону электродвигателя 13, а частично в сторону втулки 16 пассивного подшипника навстречу вытекающему из него потоку смазочного материала.

Давление и расход смазочного материала, подаваемого в корпуса подшипников 6 и 7, устанавливаются с помощью сервоклапанов 25 и блока 50 управления, сбора и обработки сигналов, содержащего в себе управляющую программу.

Электродвигатель 13 под управлением блока 50 управления, сбора и обработки сигналов и частотного регулятора 49 приводит во вращение вал 8 и датчик 10 крутящего момента через муфты 9 и 12. Различные комбинации давлений смазочного материала после сервоклапанов 25 обеспечивают различные радиальные перемещения вала 8 во втулке 16 пассивного подшипника и во втулке 32 активного подшипника, которые воспринимаются датчиками 48 перемещения. Изменяющийся при этом момент трения вала 8 во втулке 16 пассивного подшипника и втулке 32 активного подшипника воспринимается датчиком 10 крутящего момента. Давление смазочного материала воспринимается датчиками 39 давления. Сигналы с датчиков 10, 39 и 48 поступают в блок 50 управления, сбора и обработки сигналов, где они регистрируются и обрабатываются.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при проведении научных исследований в области подшипников скольжения, а также в учебном процессе при проведении лабораторных работ и практических занятий по общеинженерным дисциплинам в высших и средних специальных учебных заведениях. Установка представляет собой роторно-опорную систему, включающую приводимый во вращение частотно-регулируемым электроприводом вал, опирающийся на пассивный и активный гидростатодинамические подшипники. При этом подведение смазочного материала к питающим камерам активного подшипника осуществляется с раздельным регулированием его давления и расхода для каждой камеры при помощи сервоклапанов. Момент трения вала в подшипниках напрямую измеряется установленным между электродвигателем и валом датчиком крутящего момента, причем уплотнение пассивного подшипника выполнено воздушным с подведением воздуха от компрессорной станции с редукционным клапаном. Смазочная система установки включает в себя бак со смазочным материалом, фильтр, насосную станцию, предохранительный клапан и подающий коллектор, от которого смазочный материал подается к подшипникам. Давление смазочного материала контролируется манометрами и датчиками давления, радиальные перемещения вала контролируются датчиками перемещения, сигналы от всех датчиков поступают на блок управления, сбора и обработки сигналов, а к его выходам подсоединены частотный регулятор электропривода и сервоклапаны. Технический результат заключается в расширении области исследования роторных систем за счет возможности получения дополнительной информации о моменте трения в подшипниках и возможности изменения трибологических характеристик активного подшипника за счет раздельного регулирования давления подаваемого в него смазочного материала, не принимая в расчет трения, создаваемого в уплотнениях. 3 ил.

Установка для исследования активных подшипников скольжения, содержащая смазочную систему с фильтрами, корпус со смонтированной на нем крышкой, установленный на станине и имеющий резьбовые отверстия для крепления элементов смазочной системы, выполненных в виде фитингов, вал, связанный с электродвигателем, зафиксированным на станине с помощью кронштейна, подшипники, имеющие корпуса, в которых установлены втулки подшипников, блок управления, сбора и обработки сигналов, входы которого связаны с датчиками перемещения, датчиками давления, а выходы - с сервоклапанами и электродвигателем, отличающаяся тем, что она содержит бак со смазочным материалом, насосную станцию, предохранительный клапан, тройник гидравлический с установленным на нем манометром и коллектор с пятью выходами, один из которых соединен с резьбовым отверстием в корпусе установки через гидравлические тройники с манометрами, гидравлический кран и сервоклапан, а четыре других соединены с четырьмя резьбовыми отверстиями корпуса ближнего к свободному концу вала подшипника, с каждым через отдельный гидравлический тройник с установленным на нем датчиком давления, отдельный сервоклапан, отдельный гидравлический тройник с установленным на нем манометром и отдельный гидравлический кран, в корпусе ближнего к свободному концу вала подшипника зафиксирована втулка активного подшипника и выполнено еще четыре резьбовых отверстия, в два из которых перпендикулярно друг другу установлены датчики перемещения, а в два других установлены заглушки, на корпусе ближнего к свободному концу вала подшипника винтами закреплена крышка со сквозным резьбовым отверстием и установленным в него фитингом, соединенным со смазочной системой установки, в корпусе ближнего к электродвигателю подшипника втулка пассивного подшипника зафиксирована дистанционной втулкой и гайкой и выполнено четыре сквозных отверстия, в одно из которых установлен соединенный со смазочной системой установки фитинг, а остальные закрыты крышками-заглушками, и кольцевая проточка с отверстиями, винтами закреплен модуль воздушного уплотнения, выполненный в виде крышки с присоединенными к ней винтами проставкой, штуцерной оправкой и штуцером со сквозными отверстиями для прохождения воздуха от компрессорной станции через редукционный клапан к кольцевому воздушному коллектору с по меньшей мере двенадцатью отверстиями для подачи воздуха в зазор между уплотнением и валом, электродвигатель соединен с выходом блока управления, сбора и обработки сигналов через частотный регулятор, а с валом - через датчик крутящего момента, зафиксированный на станине при помощи стойки, муфту соединения электродвигателя с входным валом датчика крутящего момента и муфту соединения вала с выходным валом датчика крутящего момента, а датчик крутящего момента соединен со входом блока управления, сбора и обработки сигналов.