Установка для испытания редуктора Российский патент 2023 года по МПК G01M1/00 F16H1/00 

Заявляемое изобретение относится к области машиностроения в частности к испытательному оборудованию для испытания редукторов.

Техническая проблема заключается в отсутствии специальной установки для испытания редукторов, позволяющей выполнять испытания редуктора без нагрузок и с динамически изменяющимися по определенному алгоритму нагрузками, с измерением параметров частоты вращения входного вала и крутящего момент на входном валу.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение заключается в обеспечении возможности проведения испытаний редуктора вхолостую, под нагрузкой, имитируя реальную работу редуктора с разными частотными характеристиками нагрузок с высокой достоверностью и минимальной трудоемкостью.

Из предшествующего уровня техники (патент РФ на полезную модель №206097, заявка 2021113438 от 11.05.2021, опубликовано: 23.08.2021 бюл. №24), известен стенд для имитационных испытаний и испытания конического редуктора, содержащий основание, на котором установлены посредством опорных стоек привод и испытуемый редуктор, отличающийся тем, что между указанными опорными стойками установлена промежуточная опорная стойка для установки карданного вала, соединяющего привод и входной вал испытуемого редуктора, промежуточная опорная стойка снабжена откидным защитным кожухом, опорные стойки установлены на основании с использованием демпфирующих прокладок.

Недостатки данной конструкции:

- При имитации испытаний в указанной конструкции не предусмотрена возможность приложения нагрузки к испытываемому узлу, тем самым не позволяя воспроизводить реальные условия эксплуатации.

- В указанной конструкции отсутствуют критерии, по которым определяется качество испытываемого узла. Отсутствуют какие-либо датчики определения параметров узла.

- В указанной конструкции наличие стационарной средней опоры увеличивает трудоемкость подготовительных операций.

- Защитные кожуха подвижных частей не имеют блокировок, что может привести к травмам.

- В указанной конструкции для соединений с изделием используется один компонент - карданный вал. Использование только карданного вала приводит к увеличению трудоемкости подготовительных операций.

Из предшествующего уровня техники (патент РФ на полезную модель №74986, заявка 2008111616/22 от 26.03.2008, опубликовано: 20.07.2008, бюл. №20), известен стенд для испытания редукторов, содержащий установленные на станине привод, стендовый и испытуемый редуктора с одинаковыми передаточными числами, кинематически связанные выходными валами посредством жесткой муфты, а входными валами кинематически связанные параллельно расположенной основной оси приводной системой, состоящей из кинематических передач, торсиона и устройства закручивания торсиона, отличающийся тем, что корпус одного из редукторов связан со станиной кинематически с возможностью углового разворота корпуса редуктора относительно общей оси, причем эта кинематическая связь содержит датчик усилия.

Недостатками данного стенда являются:

- В указанной конструкции для соединений с изделием используется жесткая муфта. Использование жесткой муфты приводит к повышенному требованию к размещению и базированию испытываемого узла с целью получения необходимой соосности для исключения вредных факторов (например, трение в различных узлах), влияющих на достоверность результата и увеличению трудоемкости подготовительных операций.

- В указанной конструкции критерием оценки качества испытываемого узла является косвенный параметр - величина усилия на корпусе испытываемого узла.

- В указанной конструкции отсутствует возможность создания сонаправленной внешней нагрузки. Имеется лишь возможность создания противонаправленной нагрузки.

Также из предшествующего уровня техники (патент РФ на изобретение №2521221, заявка 2012132168/28 от 26.07.2012, опубликовано: 27.06.2014, бюл. №18), известен стенд для испытания редукторов, содержащий приводной синхронный электродвигатель, 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 электродвигатель 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 электродвигателя 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 электродвигателя, 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.

Конструкция данного стенда выбрана в качестве прототипа.

Недостатками данного стенда являются:

- В указанной конструкции стенда критерием оценки качества испытываемого узла является косвенные параметры электрических величин, получаемых с привода стенда.

- Изменение одного из основных параметров испытания - частоты вращения в указанной конструкции может быть осуществлена только дискретно с определенным шагом.

- В указанной конструкции стенда отсутствует возможность создания сонаправленной внешней нагрузки, имеется лишь возможность создания противонаправленной нагрузки.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявленная установка для испытания редуктора, состоящая из основания, с установленным на нем приводом и опорными элементами для установки испытуемого редуктора, нагружатель, размещенный внутри основания, отличающаяся тем, что основание дополнительно содержит столешницу на которой смонтирована стойка, представляющая собой колонну, а привод размещен на консоли стойки и включает в себя электродвигатель, закрепленный на подшипниковой опоре консоли, под управлением частотного преобразователя, датчик крутящего момента, карданную передачу, телескопический вал со шлицевым хвостовиком и приводной опорой, устанавливаемой в горловину корпуса испытуемого редуктора, при этом консоль имеет возможность поворачиваться относительно колонны рукояткой, а нагружатель содержит электродвигатель, работающий в режиме генератора, под управлением частотного преобразователя и редуктор, предназначенный для увеличения нагрузочного момента, создаваемого электродвигателем, соединение нагружателя с выходным валом испытуемого редуктора осуществляется с помощью зубчатой подвижной муфты, соединяющей вал редуктора нагружателя и подпружиненную приводную головку, входящую в зацепление с выходным валом испытуемого редуктора под воздействием комплекта пружин и тяги, соединенной с автоматической подпружиненной зубчатой муфтой через рычаг, при этом хвостовик тяги взаимодействует с индуктивным выключателем, обеспечивающим включение пониженной частоты вращения электродвигателя привода при отсутствии зацепления.

В частном варианте исполнения установки для испытания редуктора, в качестве электродвигателя нагружателя используется синхронный электродвигатель с ротором на постоянных магнитах, работающий в режиме генератора.

В частном варианте исполнения установки для испытания редуктора, в качестве электродвигателя привода используется синхронный электродвигатель с ротором на постоянных магнитах.

Сущность заявляемого изобретения поясняется графическими материалами на фигурах 1÷5:

Фиг. 1 - Установка для испытания редуктора (вид спереди);

Фиг. 2 - Установка для испытания редуктора (вид сверху);

Фиг. 3 - Привод (общий вид);

Фиг. 4 - Нагружатель (общий вид);

Фиг. 5 -Схема нагружения установки для испытания редуктора.

Установка испытания редуктора (Фиг. 1, 2) состоит из основания 1, стойки 2 с приводом 3, нагружателя 4, звукоизолирующего кожуха 5 и пульта управления 6.

Основание 1 представляет собой сварную металлоконструкцию, на столешнице которой смонтированы стойка 2 с приводом 3, а также имеются опорные элементы для установки испытуемого редуктора 7 и пальцы для установки звукоизолирующего кожуха 5. Внутри основания 1 размещен нагружатель 4. На основании также закреплен пульт управления 6.

Стойка 2 представляет собой колонну 8, на консоли 9 которой размещен привод 3. Консоль 9 имеет возможность поворачиваться относительно колонны 8 с помощью рукоятки 10. Консоль 9 имеет два фиксированных положения - рабочее, обеспечивающее соосность вала привода установки с входным валом испытуемого редуктора 7, и отведенное, которое облегчает установку и снятие испытуемого редуктора 7, снижая трудоемкость подготовительных операций для проведения испытаний. Фиксация консоли 9 в каждом положении осуществляется стопором 11.

Привод 3 (Фиг. 3) содержит электродвигатель 12, закрепленный на подшипниковой опоре 13 консоли 9, датчик крутящего момента 14, позволяющий производить прямое измерение крутящего момента на входном валу испытуемого редуктора 7, карданную передачу 16, телескопический вал 19 со шлицевым хвостовиком 21 и приводной опорой 20, устанавливаемой в горловину корпуса испытуемого редуктора 7.

Использование карданной передачи 16 совместно с телескопическим валом 19, шлицевым хвостовиком 21 и приводной опорой 20 позволяет скомпенсировать несоосность привода 3 и испытуемого редуктора 7 и перемещать приводную опору 20 по вертикали, обеспечивая удобное подключение привода 3 к испытуемому редуктору 7, снижая трудоемкость подготовительных операций для проведения испытаний.

Для удобства перемещения приводной опоры 20 на ней имеются рукоятки, фиксация приводной опоры 20 в верхнем (отведенном) положении обеспечивается держателем 17 и опорным кольцом 18, закрепленным на корпусе приводной опоры 20. Для ограждения вращающихся частей привод 3 оборудован вертикально перемещающимся кожухом 15.

Нагружатель 4 (Фиг. 4) предназначен для создания нагрузки на валах испытуемого редуктора 7. Нагружатель содержит электродвигатель 24, работающий в режиме генератора, и редуктор 25, предназначенный для увеличения нагрузочного момента, создаваемого электродвигателем. Соединение нагружателя 4 с выходным валом испытуемого редуктора 7 осуществляется с помощью зубчатой подвижной муфты 23, соединяющей вал редуктора 25 и подпружиненную приводную головку 22, входящую в зацепление с выходным валом испытуемого редуктора 7 под воздействием комплекта пружин 29. Тяга 28 соединена с автоматической подпружиненной зубчатой муфтой 22 через рычаг 26 и предназначена для визуальной индикации наличия зацепления выходного вала испытуемого редуктора 7 с нагружателем 4. Хвостовик тяги взаимодействует с индуктивным выключателем 27, обеспечивающим включение пониженной частоты вращения электродвигателя 12 привода 3 при отсутствии зацепления.

В качестве электродвигателя 24 нагружателя 4 испытуемого редуктора 7 (Фиг. 5) используется синхронный электродвигатель с ротором на постоянных магнитах, работающий в режиме генератора, совместно с аналогичным испытуемому редуктору 7, редуктором 25, под управлением частотного преобразователя 31, размещенного в пульте управления 6.

В качестве электродвигателя 12 привода 3 используется аналогичный электродвигателю 24 нагружателя 4, синхронный электродвигатель с ротором на постоянных магнитах, работающий под управлением частотного преобразователя 30, размещенного в пульте управления 6.

В качестве обратной связи используется сигнал с датчика крутящего момента 14, установленного на вал электродвигателя 12 привода 3. Энергия, вырабатываемая электродвигателем 24 нагружателя 4, выделяется на блоке тормозных резисторов 32. Сигналы с датчиков крутящего момента и частоты вращения поступают на контроллер 33, который на основе этих данных вносит корректировки в работу частотных преобразователей 30 и 31, которые управляют электродвигателями 12 и 24.

Использование данной схемы нагружения (Фиг. 5), позволяет добиться высокой точности поддержания крутящего момента на валу испытуемого редуктора 7, так как для измерения используется датчик крутящего момента, который включается в цепь обратной связи, по данным от которого производится корректировка проведения испытания в автоматическом режиме, что дает возможность провести испытание в гарантированно заданных параметрах.

Использование в нагружателе 4 электродвигателя 24, управляемого частотным преобразователем 31, позволяет безынерционно регулировать нагрузочный момент на выходном валу испытуемого редуктора 7.

При установке частотного преобразователя электродвигателя 24 нагружателя 4 в режим поддержания нулевого момента, а электродвигателя 12 привода 3 в режим поддержания скорости за счет постоянной корректировки параметров работы электродвигателей 12 и 24 по обратной связи от сигнала датчика крутящего момента 14, установка позволяет производить испытание испытуемого редуктора 7 под действием циклических ударных нагрузок.

Установка для испытания редуктора работает следующим образом.

Приводная опора 20 с помощью телескопического вала 19 перемещается вверх и фиксируется держателем 17 в опорном кольце 18. Консоль 9 переводится в отведенное положение. Устанавливается и закрепляется испытуемый редуктор 7. Консоль 9 переводится в рабочее положение, приводная опора 20 опускается и крепится к испытуемому редуктору 7.

Испытуемый редуктор 7 приводится во вращение на пониженной частоте, автоматическая зубчатая муфта 22 нагружателя 4 с помощью комплекта пружин 29 вводится в зацепление с выходным валом испытуемого редуктора 7 при совпадении шлицев, тяга зубчатой муфты 28 поднимается и, воздействуя на индуктивный выключатель 27, позволяет производить испытание на рабочих частотах вращения.

Работа установки заключается в испытании редуктора 7 последовательно на всех заданных режимах нагрузки, каждый из которых отличается продолжительностью и величиной момента нагрузки на входном валу испытуемого редуктора 7 в соответствии с техническими требованиями на испытание.

Использование колонны 8 с расположенным на ней приводом 3 и приводной опоры 20, соединенной с приводом 3 через карданную передачу 16 позволяет снизить трудоемкость проведения испытаний.

Применение автоматической подпружиненной зубчатой муфты 22 с индикацией зацепления снижает трудоемкость за счет уменьшения времени на соединение испытуемого редуктора 7 с нагружателем 4 и увеличивает достоверность проведения испытания путем повышения качества контроля наличия зацепления.

Использование в нагружателе 4 электродвигателя 24 с редуктором 25 позволяет при помощи синхронизации компенсировать негативное сопротивление испытуемого редуктора 7 в режиме холостых испытаний; имитировать реальную работу испытуемого редуктора 7 с разными частотными характеристиками нагрузок (сонаправленные и противонаправленные переменные нагрузки, циклические ударные нагрузки); определять коэффициент полезного действия испытуемого редуктора, расширяя при этом функционал установки.

Использование частотных преобразователей 30 и 31 позволяет по определенному заданному алгоритму изменять величину частоты вращения и величины нагрузки на выходном валу испытуемого редуктора 7.

Наличие датчика крутящего момента 14 позволяет увеличить точность измерения и повысить достоверность проведения испытаний за счет проведения прямого измерения.

Заявляемое изобретение применяется в цехах механосборочного производства предприятия АО «Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод» и подтвердило свою технико-экономическую эффективность.

Заявленное изобретение относится к области машиностроения, в частности к испытательному оборудованию для испытания редукторов. Устройство состоит из основания, с установленным на нем приводом и опорными элементами для установки испытуемого редуктора, нагружателем, размещенном внутри основания. При этом основание дополнительно содержит столешницу на которой смонтирована стойка, представляющая собой колонну, а привод размещен на консоли стойки и включает в себя электродвигатель, закрепленный на подшипниковой опоре консоли, под управлением частотного преобразователя, датчик крутящего момента, карданную передачу, телескопический вал со шлицевым хвостовиком и приводной опорой, устанавливаемой в горловину корпуса испытуемого редуктора. При этом консоль имеет возможность поворачиваться относительно колонны рукояткой, а нагружатель содержит электродвигатель, работающий в режиме генератора, под управлением частотного преобразователя и редуктор, предназначенный для увеличения нагрузочного момента, создаваемого электродвигателем. Соединение нагружателя с выходным валом испытуемого редуктора осуществляется с помощью зубчатой подвижной муфты, соединяющей вал редуктора нагружателя и подпружиненную приводную головку, входящую в зацепление с выходным валом испытуемого редуктора под воздействием комплекта пружин и тяги, соединенной с автоматической подпружиненной зубчатой муфтой через рычаг. Хвостовик тяги взаимодействует с индуктивным выключателем, обеспечивающим включение пониженной частоты вращения электродвигателя привода при отсутствии зацепления. Технический результат заключается в обеспечении возможности проведения испытаний редуктора вхолостую, под нагрузкой, имитируя реальную работу редуктора с разными частотными характеристиками нагрузок с высокой достоверностью и минимальной трудоемкостью. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Установка для испытания редуктора, состоящая из основания, с установленным на нем приводом и опорными элементами для установки испытуемого редуктора, нагружатель, размещенный внутри основания, отличающаяся тем, что основание дополнительно содержит столешницу, на которой смонтирована стойка, представляющая собой колонну, а привод размещен на консоли стойки и включает в себя электродвигатель, закрепленный на подшипниковой опоре консоли, под управлением частотного преобразователя, датчик крутящего момента, карданную передачу, телескопический вал со шлицевым хвостовиком и приводной опорой, устанавливаемой в горловину корпуса испытуемого редуктора, при этом консоль имеет возможность поворачиваться относительно стойки рукояткой, а нагружатель содержит электродвигатель, работающий в режиме генератора, под управлением частотного преобразователя и редуктор, предназначенный для увеличения нагрузочного момента, создаваемого электродвигателем, соединение нагружателя с выходным валом испытуемого редуктора осуществляется с помощью зубчатой подвижной муфты, соединяющей вал редуктора нагружателя и подпружиненную приводную головку, входящую в зацепление с выходным валом испытуемого редуктора под воздействием комплекта пружин, тяга соединена с автоматической подпружиненной зубчатой муфтой через рычаг и предназначена для визуальной индикации наличия зацепления выходного вала испытуемого редуктора с нагружателем, хвостовик тяги взаимодействует с индуктивным выключателем, обеспечивающим включение пониженной частоты вращения приводного электродвигателя при отсутствии зацепления.

2. Установка для испытания редуктора по п.1, отличающаяся тем, что в качестве электродвигателя нагружателя используется синхронный электродвигатель с ротором на постоянных магнитах, работающий в режиме генератора.

3. Установка для испытания редуктора по п.1, отличающаяся тем, что в качестве электродвигателя привода используется синхронный электродвигатель с ротором на постоянных магнитах.