СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ГИДРОАГРЕГАТОВ ПЕРЕДАЧ
STAND FOR TESTING HYDRAULIC TRANSMISSION UNITS

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к устройствам для измерения динамических характеристик агрегатов передач.
Известен стенд для испытания колес гидротрансформаторов, состоящий из балансирного электродвигателя для определения крутящего момента, потребного для привода насоса, тормоза для изменения крутящего момента, воспринимаемого турбиной или реактором, подпитывающей помпы, направляющих устройств и приборов для замера расхода, давлений и направления потока рабочей жидкости, работающий по замкнутому циклу и выполненный в виде концентрично расположенных труб: центральной - подводящей рабочую жидкость к насосу от турбины или реактора, и кольцевой - отводящей рабочую жидкость от насоса к турбине или реактору агрегата (см. патент СССР №89429, МПК G01M 15/02, опубл. 1949 г.).
Недостаток устройства состоит в том, что стенд не имеет возможности испытаний регулируемых гидротрансформаторов и применим в узкой области, а именно, для исследования влияния геометрических параметров на передаточные свойства гидротрансформатора.
Наиболее близким к заявленному устройству по функциональности является принятый в качестве прототипа стенд для испытаний агрегатов передач, содержащий привод, нагружатель в виде электротормоза, соединенные с испытуемым агрегатом ведущим и ведомым валами. В состав стенда входит гидросистема для подачи рабочей жидкости, датчик давления, установленный на напорной магистрали, датчики крутящего момента и угловой скорости, а также управляющий блок и регулирующее устройство, (см. патент РФ №2716175, МПК F15B 19/00, опубл. 2020 г.).
Недостаток известного стенда состоит в том, что в нем не предусмотрена возможность испытания составных устройств трансмиссии, включающих вентильно-индукторный электропривод.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение качества регулирования параметров агрегатов гидропередач за счет ускорения процесса выравнивания скоростей вращения ведомого и ведущего валов при изменении нагрузки.
Решение поставленной технической задачи становится возможным благодаря тому, что стенд для испытаний гидроагрегатов передач, содержащий размещенные на раме приводной электродвигатель и нагрузочное устройство в виде электротормоза, соединенные с испытуемым агрегатом ведущим и ведомым валами, соответственно, гидросистему в виде емкости с рабочей жидкостью и насоса с приводом, соединенных напорной и сливной магистралями с испытуемым агрегатом, датчик давления в напорной магистрали гидросистемы и датчики крутящего момента и угловой скорости, установленные на ведущем и ведомом валах, а также управляющий блок, к которому подключены приводной электродвигатель с электромотором, привод насоса, упомянутые датчики и регулирующее устройство, согласно изобретению выполненное в виде вентильно-индукторного электропривода, содержащего статор и ротор, и установлено на ведомом валу между испытуемым агрегатом и электротормозом.
Решение поставленной технической задачи достигается за счет установки на ведомый вал испытуемого агрегата вентильно-индукторного электропривода, имеющего статор и ротор, которые в процессе работы автоматически регулируют параметры процесса выравнивания угловых скоростей ведущего и ведомого валов, осуществляя контроль и необходимое воздействие за счет наличия обратной связи управляющей системы с ведущим и ведомым валами. Поскольку при работе такого гидроагрегата передач, как гидротрансформатор не задействованы конструктивные элементы, содержащие трущиеся сопрягаемые поверхности, достигается снижение механических потерь. При этом одновременно достигается упрощение процесса регулирования рабочих параметров, а также конструкции стенда.
Изобретение поясняется чертежом, где изображена схема стенда для испытаний регулируемого гидротрансформатора в качестве гидроагрегата передач. На чертеже приведены следующие буквенные обозначения: Н - насосное колесо; Т - турбинное колесо; Р - реактор, датчики крутящего момента - А, датчики угловой скорости - Б, пунктирной линией показаны электросвязи между элементами управления гидротрансформатора.
Стенд для испытаний гидроагрегатов передач содержит размещенные на раме 1 приводной электродвигатель 2, который соединен с испытуемым гидроагрегатом, например, комбинированным гидротрансформатором 3, в корпусе которого размещены соответствующие насосное и турбинное колеса 4 и 5, а также реактор 6. Упомянутый гидроагрегат установлен на ведущем валу 7. В качестве нагрузочного устройства используется электротормоз 8, соединяющийся с корпусом гидротрансформатора 3 ведомым валом 9. Для плавного выравнивания угловых скоростей на ведущем и ведомом валах 7 и 9, соответственно, в стенде предусмотрено регулирующее устройство, которое выполнено в виде вентильно-индукторного электропривода 10, содержащего в своем составе статор 11 и ротор 12 и установленного на ведомом валу 9. Для заправки испытуемого гидротрансформатора 3 предусмотрена гидросистема в виде емкости 13 с рабочей жидкостью и насоса 14, соединенных с испытуемым гидротрансформатором 3 с помощью напорной и сливной магистралей 15 и 16, соответственно. Причем сливная магистраль 16 снабжена сливным клапаном 17. Для снятия показаний в состав стенда входят датчики 18 и 19 крутящего момента. При этом стенд снабжен датчиками 21 и 22 угловой скорости и датчиком 23 давления, установленных на ведущем и ведомом валах 7 и 9 соответственно. Упомянутые датчики 21 и 22 угловой скорости также подключены к управляющему блоку 20 совместно с приводным электродвигателем 2 и электротормозом 8 и установлены на ведущем и ведомом валах 7 и 9, соответственно. Датчик 23 давления также подключен к управляющему блоку 19 и установлен в напорной магистрали 15 гидросистемы на входе в рабочие полости корпуса гидротрансформатора 3.
Стенд для испытаний гидроагрегатов передач работает следующим образом.
С началом работы блока управления 20, подается команда на заполнение гидротрансформатора 3 рабочей жидкостью. Происходит включение насоса 14, и рабочая жидкость под давлением, которое контролируется по датчику 21 давления, поступает в рабочие полости гидротрансформатора 3. После полного заполнения гидротрансформатора 3 включается приводной электродвигатель 2, при работе которого крутящий момент ведущего вала 7 передается на жестко связанное с ним насосное колесо 4, расположенное в корпусе гидротрансформатора 3. Вращение насосного колеса 4 приводит в движение рабочую жидкость, которая вращает турбинное колесо 5 и жестко с ним связанный ведомый вал 9, в свою очередь, механически связанный с электротормозом 8. При изменении нагрузки на ведомом валу 9, возникает разность угловых скоростей на ведущем и ведомом валах 7 и 9, соответственно, которую определяет управляющий блок 20, анализируя сигналы соответствующих датчиков 18, 19 и 21, 22 крутящего момента и угловой скорости, соответственно. В этот период времени происходят механические потери в гидротрансформаторе 3, связанные с недостаточной передачей количества энергии рабочей жидкости от насосного колеса 4 к турбинному колесу 5. При этом от управляющего блока 20 поступает команда на включение вентильно-индукторного электропривода 10. Формируемое вращающееся электромагнитное поле между статором 11 и ротором 12 вентильно-индукторного электропривода 10 при подключении его статора 11 к электропитанию обеспечивает дополнительное воздействие на его ротор 12, а также на связанный с ним ведомый вал 9. За счет дополнительного поступления энергии механические потери в гидротрансформаторе 3 снижаются, обеспечивая повышение мощности трансмиссии. В результате потери энергии в корпусе гидротрансформатора 3 уменьшаются. При этом электромагнитное поле по сигналу от управляющего блока 20 с учетом сигналов с датчиков 21, 22 угловой скорости снижает свою интенсивность воздействия до момента, когда сигнал от управляющего блока 20 перестает поступать на вентильно-индукторный электропривод 10. Этот момент времени будет соответствовать моменту выравнивания угловых скоростей ведущего и ведомого валов 7 и 9, соответственно. При этом процесс выравнивания скоростей ведущего и ведомого валов при изменении нагрузки ускоряется.
По окончанию измерений с управляющего блока 20 подается команда на выключение электродвигателя 2 и электротормоза 8. Затем открывается сливной клапан 17 на сливной магистрали 16, и рабочая жидкость сливается в раздаточную емкость 13.
Используемый в качестве нагрузочного устройства вентильно-индукторный двигатель обладает следующими достоинствами: прост по конструкции, поскольку ротор и статор выполнены в виде пакетов листового магнитомягкого материала; на роторе отсутствуют обмотки, обмотки располагаются только на статоре; катушки изготавливаются отдельно и устанавливаются на полюса статора; отсутствует механический коммутатор (коллектор, щетки) а также постоянные магниты в роторе и статоре. Двигатель отличают высокие массогабаритные характеристики, надежность, диапазон частот вращения - от единиц до сотен тысяч об/мин; бесконтактный, плавный, двухзоновый способ регулирования частоты вращения в широком диапазоне более 100000 об/мин; точность управления моментом; высокий КПД в широком диапазоне частот вращения более 92% (для крупных машин 97-98%); активный регулятор мощности; отсутствие перегрузочных пусковых моментов; пуск электропривода без превышения пусковых токов над номинальными; реверсирование; самоторможение для исключения вращения нагруженного электропривода, высокая ремонтопригодность.
Использование обладающего перечисленными свойствами вентильно-индукторного электропривода в качестве регулирующего устройства обеспечивает необходимую точность регулирования параметров при испытании гидроагрегатов передач.
Таким образом, изобретение позволяет при испытаниях повысить качество регулирования параметров агрегатов гидропередач за счет ускорения процесса выравнивания скоростей вращения ведущего и ведомого валов при изменении нагрузки.