Стенд для испытаний виброизоляторов кабины транспортного средства

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, в частности к конструкциям стендов для испытаний виброизоляторов.
Известен стенд для испытаний виброизоляторов в режиме вынужденных и собственных колебаний [Пат. RU 118056, МПК G01M 7/02, опубл. 2012 г.], содержащий раму, качающийся рычаг, установленный подвижно по всей длине качающегося рычага груз, жестко связанные с рамой и установленные по ее концам две вертикальные стойки, верхний конец одной из которых шарнирно связан с качающимся рычагом, а на другой размещены спусковое и регистрирующее устройства, верхнюю и нижнюю опоры испытуемого виброизолятора с опорными ножками, причем рама выполнена в виде балки двутаврового профиля с горизонтальным расположением стенки, качающийся рычаг - в виде балки двутаврового профиля с вертикальным расположением стенки, а груз выполнен в виде набора металлических дисков разной массы, установленный на отдельном основании приводной электродвигатель постоянного тока с регулируемой частотой вращения, связанный с валом приводного электродвигателя постоянного тока с регулируемой частотой вращения нагружающий кулачок с роликом, контактирующим со связанной с качающимся рычагом наклонной контактной площадкой.
Недостатком конструкции стенда является то, что он не обеспечивает возможность одновременного воспроизведения на испытуемом виброизоляторе нагрузок от вертикальных, продольно- и поперечно-угловых колебаний кабины с различными амплитудами, частотами и характером изменения во времени, что снижает достоверность имитации условий эксплуатационного нагружения виброизолятора кабины транспортного средства, а значит и точность измерений.
Известен стенд для испытаний виброизоляторов при действии нагрузок с осевой и боковой составляющими [Пат. RU 112415, МПК G01M 7/02, опубл. 2012 г.], содержащий раму, качающийся рычаг, установленный подвижно по всей длине качающегося рычага груз, жестко связанные с рамой и установленные по ее концам две вертикальные стойки, верхний конец одной из которых шарнирно связан с качающимся рычагом, а на другой размещено спусковое устройство, верхнюю опору испытуемого виброизолятора, нижнюю опору испытуемого виброизолятора с опорными ножками, причем рама выполнена в виде балки двутаврового профиля с горизонтальным расположением стенки, качающийся рычаг - в виде балки двутаврового профиля с вертикальным расположением стенки, а груз выполнен в виде набора металлических дисков разной массы, две связанные с верхней опорой испытуемого виброизолятора установленные вертикально параллельно друг другу пластинчатые стойки и шарнирно связанную с ними наклонную пластину, при этом высота h пластинчатой стойки, неподвижно связанной с верхней опорой испытуемого виброизолятора, составляет от 5 до 50 % высоты H пластинчатой стойки, связанной с верхней опорой испытуемого виброизолятора с возможностью перемещения по ней для изменения углового положения наклонной пластины.
Недостатком конструкции стенда является то, что он не обеспечивает возможность одновременного воспроизведения на испытуемом виброизоляторе нагрузок от вертикальных, продольно- и поперечно-угловых колебаний кабины с различными амплитудами, частотами и характером изменения во времени, что снижает достоверность имитации условий эксплуатационного нагружения виброизолятора кабины транспортного средства, а значит и точность измерений.
Известен стенд для статических испытаний виброизоляторов [Пат. RU 188124, МПК G01N 3/08, опубл. 2019 г.], содержащий раму, верхнюю подвижную и нижнюю неподвижную опорные плиты, механизм вертикального нагружения, силоизмеритель и измеритель перемещения, отличающийся тем, что дополнительно снабжен расположенными на раме механизмом горизонтального нагружения и направляющим механизмом верхней опорной плиты. Механизм горизонтального нагружения выполнен в виде горизонтального нагружного винта. Направляющий механизм выполнен в виде направляющих стержней. Силоизмеритель выполнен в виде тензодатчиков вертикального и горизонтального усилия, а измеритель перемещения выполнен в виде датчика вертикального и горизонтального прогиба, снабженного механизмом горизонтальной и вертикальной регулировки, а также поворотным механизмом.
Недостатком конструкции стенда является то, что он не обеспечивает возможность одновременного воспроизведения на испытуемом виброизоляторе нагрузок от вертикальных, продольно- и поперечно-угловых колебаний кабины с различными амплитудами, частотами и характером изменения во времени, что снижает достоверность имитации условий эксплуатационного нагружения виброизолятора кабины транспортного средства, а значит и точность измерений.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является вибростенд [Пат. RU 2118806, МПК G01M 7/06, опубл. 1998 г.], содержащий электродинамические вибраторы, установленные по взаимно перпендикулярным направлениям, платформу для установки испытуемого объекта, выполненную в виде параллелепипеда, и упругие элементы, соединяющие каждый платформу с подвижной частью вибратора и имеющие высокую жесткость в направлении передаваемой вибрации и малую жесткость в перпендикулярном направлении. У каждого вертикального ребра платформы расположено по четыре вибратора, оси которых перпендикулярны соответствующим граням платформы. Вибраторы каждой пары, расположенные с противоположных граней платформы, включены в противофазе и установлены соосно. Их подвижные части направлены навстречу одна к другой, а каждый упругий элемент выполнен в виде стержня. Стержни могут быть изготовлены из стали. Упомянутые вибраторы каждой пары могут быть включены как параллельно, так и последовательно.
К недостаткам устройства относится невозможность одновременного воспроизведения на испытуемом виброизоляторе эксплуатационных нагрузок от вертикальных, продольно- и поперечно-угловых колебаний кабины с различными амплитудами, частотами и характером изменения во времени, что снижает достоверность имитации условий эксплуатационного нагружения виброизолятора кабины транспортного средства, а значит и точность измерений.
Задачей представленной полезной модели является обеспечение возможности одновременного воспроизведения на испытуемом виброизоляторе нагрузок эксплуатационного характера от вертикальных, продольно- и поперечно-угловых колебаний кабины с различными амплитудами, частотами и характером изменения во времени.
Техническим результатом полезной модели является повышение достоверности имитации условий эксплуатационного нагружения виброизолятора кабины транспортного средства, а значит и точности измерений.
Указанный технический результат достигается тем, что стенд для испытаний виброизоляторов кабины транспортного средства, содержащий электродинамические вибраторы, включенные параллельно и действующие по взаимно перпендикулярным направлениям, платформу, причем включает в себя нагрузочную платформу, с которой  соединяется верхняя часть испытуемого виброизолятора, при этом его нижняя часть соединяется с подпружиненной на опорном основании платформой,  расположенные между опорным основанием и нагрузочной платформой стойки, включающие в себя установленные в цилиндрах штоки, причем цилиндры с помощью сферических шарниров связаны с опорным основанием, а штоки – с нагрузочной платформой, расположенные по углам платформы и регистрирующие ее перемещения в вертикальном, продольно-осевом и поперечно-осевом направлениях пьезодатчики, при этом электродинамические вибраторы выполнены в виде ориентированных в вертикальном, продольно-осевом и поперечно-осевом направлениях электродвигателей с регулируемой частотой вращения и с установленными на их валах и взаимодействующими с нагрузочной платформой кулачковыми эксцентриками и взаимодействующими с кулачковыми эксцентриками и установленными в направляющих толкателями, при этом концы толкателей, контактирующие с кулачковыми эксцентриками, имеют сферическую поверхность, на противоположных концах толкателей установлены толкающие элементы, а на участках толкателей, расположенных между направляющими и толкающими элементами, имеются подпружиненные упоры.
В эксплуатации виброизоляторы кабины транспортного средства одновременно испытывают нагружающие воздействия от вертикальных, продольно- и поперечно-угловых колебаний кабины, причем все упомянутые нагружающие воздействия отличаются амплитудами, частотами и характером изменения во времени. Возможность воспроизведения в стендовых условиях эксплуатационных режимов нагружения виброизоляторов в предлагаемой полезной модели обеспечивается тремя ориентированными в вертикальном, продольно-осевом и поперечно-осевом направлениях электродвигателями с регулируемой частотой вращения и с установленными на их валах кулачковыми эксцентриками с одинаковым или различным профилем. Кулачковые эксцентрики взаимодействуют через установленные в направляющих толкатели с нагрузочной платформой. Наличие толкателей обусловлено намерением исключить боковые составляющие передаваемых нагрузок от кулачковых эксцентриков и создать воздействия определенного направления. Для этого также концы толкателей, контактирующие с кулачковыми эксцентриками, имеют сферическую поверхность, на противоположных концах толкателей установлены толкающие элементы, а на участках толкателей, расположенных между направляющими и толкающими элементами, имеются подпружиненные упоры. Нагрузочная платформа, соединенная с верхней частью испытуемого виброизолятора, имитирует кабину транспортного средства. Нижняя часть испытуемого виброизолятора соединена с подпружиненной на опорном основании платформой, имитирующей раму транспортного средства. Расположенные между опорным основанием и нагрузочной платформой стойки, включающие в себя установленные в цилиндрах штоки, ограничивают линейные и угловые перемещения нагрузочной платформы. Этому также способствуют связи цилиндров с опорным основанием и штоков с нагрузочной платформой с помощью сферических шарниров. Расположенные по углам платформы пьезодатчики регистрируют перемещения платформы в вертикальном, продольно-осевом и поперечно-осевом направлениях. Таким образом, фиксируется результат измерений нагружающих воздействий на испытуемый виброизолятор от вертикальных, продольно- и поперечно-угловых колебаний нагрузочной платформы (кабины) с различными амплитудами, частотами и характером изменения во времени, то есть в целом заявляемая конструкция стенда для испытаний виброизоляторов кабины транспортного средства обеспечивает значительное повышение достоверности имитации условий эксплуатационного нагружения виброизолятора кабины транспортного средства, а значит и точности измерений.
На фиг. 1 представлен общий вид стенда для испытаний виброизоляторов кабины транспортного средства.
На фиг. 2 представлен вид стойки.
На фиг. 3 представлен вид сверху стенда для испытаний виброизоляторов кабины транспортного средства.
На фиг. 4 и 5 представлены схемы расположения пьезодатчиков, регистрирующих перемещения платформы для установки испытуемого объекта в вертикальном, в продольно-осевом и поперечно-осевом направлениях.
На фиг. 6, 7 и 8 показаны схемы установки электродвигателей, кулачковых эксцентриков и толкателей для воздействия на нагрузочную платформу в вертикальном, в продольно-осевом и в поперечно-осевом направлениях соответственно.
Стенд для испытаний виброизоляторов кабины транспортного средства (фиг. 1 и 3) содержит испытуемый виброизолятор 1, соединенный нижней частью с подпружиненной на опорном основании 2 платформой 3, а верхней частью – с нагрузочной платформой 4. Входящие в конструкцию стенда и включенные параллельно электродвигатели 5, 6, и 7 с регулируемой частотой вращения ориентированы в вертикальном, продольно-осевом и поперечно-осевом направлениях. На валах электродвигателей 5, 6, и 7 установлены взаимодействующие с нагрузочной платформой 4 кулачковые эксцентрики 8, 9 и 10 с одинаковым или различным профилем. Между опорным основанием 2 и нагрузочной платформой 4 расположены стойки 11, 12, 13 и 14 (фиг. 1 и 3), включающие в себя установленные в цилиндрах 15 штоки 16 (фиг. 2). Цилиндры 15 с помощью сферических шарниров связаны с опорным основанием 2, а штоки 16 – с нагрузочной платформой 4. По углам платформы 3 расположены контактирующие с ней и регистрирующие её перемещения в вертикальном направлении пьезодатчики 17, 18, 19 и 20 (фиг. 4), в продольно-осевом направлении – пьезодатчики 21, 22, 23 и 24 и в поперечно-осевом направлении – пьезодатчики 25, 26, 27 и 28 (фиг. 5). Взаимодействующие с кулачковыми эксцентриками 8, 9 и 10 толкатели 29, 30 и 31 (фиг. 6, 7 и 8) установлены в направляющих 32, 33 и 34. Профиль участков толкателей 29, 30 и 31 и отвечающий ему профиль направляющих 32, 33 и 34 имеют нецилиндрическую форму. Концы толкателей 29, 30 и 31, контактирующие с кулачковыми эксцентриками 8, 9 и 10, имеют сферическую поверхность. На противоположных концах толкателей 29, 30 и 31 установлены контактирующие во время работы стенда с отполированными боковыми поверхностями нагрузочной платформы 4 толкающие элементы 35 и 36, имеющие цилиндрическую форму с отполированными частями контактных поверхностей (фиг. 7 и 8), и контактирующий во время работы стенда с верхней поверхностью нагрузочной платформы 4 через крышку 37, закрепленную на нагрузочной платформе 4, толкающий элемент 38 сферической формы (фиг. 6). На участках толкателей 29, 30 и 31, расположенных между направляющими 32, 33 и 34 и толкающими элементами 35, 36 и 38, имеются подпружиненные упоры 39, 40 и 41 (фиг. 6, 7 и 8).
Предлагаемый стенд для испытаний виброизоляторов кабины транспортного средства работает следующим образом.
Программой испытаний определяются амплитуды и частоты нагрузок, которые должны воспроизводиться на испытуемом виброизоляторе 1. В соответствии с этим задается скоростной режим каждого из электродвигателей 5, 6, и 7 (фиг. 1 и 3). Профили кулачковых эксцентриков 8, 9 и 10 определяют амплитуду нагрузок в вертикальном, продольно-осевом и поперечно-осевом направлениях и закон их изменения во времени. Указанные кулачковые эксцентрики 8, 9 и 10 при каждом обороте валов электродвигателей 5, 6, и 7 взаимодействуют со сферическими поверхностями толкателей 29, 30 и 31 (фиг. 6, 7 и 8). Толкатели 29, 30 и 31, в свою очередь, через толкающие элементы 35, 36 и 38 передают воздействия на нагрузочную платформу 4. По окончанию каждого цикла контактного взаимодействия толкающих элементов 35, 36 и 38 с нагрузочной платформой 4 толкатели 29, 30 и 31 возвращаются в исходное положение с помощью подпружиненных упоров 39, 40 и 41. При осевых перемещениях толкателей 29, 30 и 31 за счет нецилиндрической формы их профиля и отвечающего ему профиля направляющих 32, 33 и 34 упомянутые толкатели 29, 30 и 31 не имеют возможности поворота относительно своей оси. Таким образом, не нарушается взаимодействие толкающих элементов 35 и 36 цилиндрической формы и толкающего элемента 38 сферической формы с контактными поверхностями нагрузочной платформы 4. При этом трение в зоне контакта минимизируется за счет наличия отполированных поверхностей взаимодействующих тел. Испытуемый виброизолятор 1 одновременно воспринимает вертикальное, продольно-осевое и поперечно-осевое воздействия от нагрузочной платформы 4 (фиг. 1 и 3). Часть энергии этих воздействий в материале испытуемого виброизолятора 1 превращается в тепло, а часть передается платформе 3. Перемещения подпружиненной на опорном основании 2 платформы 3 регистрируются в вертикальном направлении пьезодатчиками 17, 18, 19 и 20 (фиг. 4), в продольно-осевом направлении – пьезодатчиками 21, 22, 23 и 24 и в поперечно-осевом направлении – пьезодатчиками 25, 26, 27 и 28 (фиг. 5). Стойки 11, 12, 13 и 14 препятствуют слишком большим линейным и угловым перемещениям нагрузочной платформы 4 (фиг. 1, 2 и 3). Толкающий элемент 38 (фиг. 6) может передавать воздействие на нагрузочную платформу 4 в точке, через которую проходит ось симметрии испытуемого виброизолятора 1, и тогда осуществляется осесимметричное вертикальное нагружение. Толкающий элемент 38 может передавать воздействие в точке, смещенной относительно оси симметрии испытуемого виброизолятора 1, и тогда происходит неосесимметричное вертикальное нагружение. Подобный процесс идентичен в продольно-осевом и поперечно-осевом направлениях передачи нагрузки.
Таким образом, за счет наличия испытуемого виброизолятора, соединенного нижней частью с подпружиненной на опорном основании платформой, а верхней частью – с нагрузочной платформой, расположенных между опорным основанием и нагрузочной платформой стоек, включающих в себя установленные в цилиндрах штоки, причем цилиндры с помощью сферических шарниров связаны с опорным основанием, а штоки – с нагрузочной платформой, расположенных по углам платформы и регистрирующих ее перемещения в вертикальном, продольно-осевом и поперечно-осевом направлениях пьезодатчиков, электродинамических вибраторов, выполненных в виде ориентированных в вертикальном, продольно-осевом и поперечно-осевом направлениях электродвигателей с регулируемой частотой вращения и с установленными на их валах и взаимодействующими с нагрузочной платформой кулачковыми эксцентриками и взаимодействующими с кулачковыми эксцентриками и установленными в направляющих толкателями, при этом концы толкателей, контактирующие с кулачковыми эксцентриками, имеют сферическую поверхность, на противоположных концах толкателей установлены толкающие элементы, а на участках толкателей, расположенных между направляющими и толкающими элементами, имеются подпружиненные упоры, достигается технический результат по повышению достоверности имитации условий эксплуатационного нагружения виброизолятора кабины транспортного средства, а значит и точности измерений.