Двухплоскостной стенд для испытаний на качку и способ его применения для испытания теплогидравлических моделей

Заявленное техническое решение относится к области динамических испытаний, в частности к испытательному оборудованию теплогидравлических моделей, и может быть использовано для оценки динамических воздействий на теплогидравлические процессы и параметры их характеризующие (температура, расход, степень перемешивания и т.д.).
Известно устройство, описанное в патенте РФ №2367921. Основное его предназначение - исследование динамических характеристик малогабаритных инерциальных систем. Данное устройство состоит из двигателя с редуктором, соединенного с кривошипно-кулисным механизмом по каждой из двух ортогональных осей. По первой оси движение от кривошипно-кулисного механизма передается напрямую на качающуюся платформу, по второй оси кривошипно-кулисный механизм соединен с платформой через трехстепенной подшипник качения. Для измерения углов наклона платформы по каждой оси установлены датчики углового положения.
Основным недостаткам указанного устройства является модуляция колебаний одной оси колебаниями второй оси. Указанное явление связано с наличием зависимости амплитуды колебаний от текущего углового положения по ортогональной оси, вызванное тем, что двигатели и механизмы, обеспечивающие задание колебаний, расположены на неподвижном основании устройства. Кроме того, управление частотой вращения осуществляется путем генерации напряжений якорей двигателей, что подразумевает использование довольно дорогостоящих двигателей постоянного тока.
В качестве прототипа выбрано устройство, описанное в патенте РФ №2554631. Данное устройство предназначено для выработки угловых колебаний в двух плоскостях, изменяющихся по гармоническому закону в расширенном частотном диапазоне, представляет собой раскачивающуюся в двух плоскостях платформу, установленную на крестообразном подвесе, два двигателя с редукторами, кривошипно-кулисные механизмы, преобразующие вращательное движение двигателей в колебания платформы, и трехстепенной подшипник качения.
К недостаткам данного устройства относится наличие сложных кинематических связей преобразования поступательного движения (кривошипно-кулисный механизм), шарнирный подшипник качения. Кроме того, данные устройства (описанные в патенте РФ №2367921, а также в патенте РФ №2554631) предназначены для оценки динамических погрешностей микромеханических и других малогабаритных инерциальных систем, однако теплогидравлические модели, подчас имеют относительно большие массо-габаритные характеристики.
Задача заявляемого решения - создание испытательного стенда для моделирования колебаний применительно к теплогидравлическим моделям, сочетающего в себе простоту, надежность и обеспечение им требуемых параметров колебательного движения, а также их четкое односвязное соответствие положению испытуемого объекта в пространстве, вместе с параметрами, описывающими происходящие в испытуемом объекте явления в любой момент времени измерения.
Технический результат - обеспечение надежности передачи колебательного движения от заявленного устройства на теплогидравлическую модель, а также повышение точности в задании, а также отслеживании этих колебаний.
Технический результат достигается тем, что заявленный стенд, предназначенный для выработки угловых колебаний в двух плоскостях, изменяющихся по гармоническому закону в расширенном частотном диапазоне, содержащий раскачивающуюся в двух плоскостях платформу, установленную на крестообразном подвесе, оснащен двумя взаимонезависимыми ортогональными плоскостями подвеса, двумя мотор-редукторами состоящих из асинхронных двигателей, оснащенных преобразователями частоты, для регулирования числа оборотов, и червячными редукторами, оснащенными энкодерами угла поворота, кривошипно-шатунные механизмы с возможностью регулирования, преобразующие вращательное движение двигателей в колебания качающейся платформы, оснащенной 3-осевым акселерометром (датчик положения или ускорения), на которую помещается исследуемый объект.
На фиг. 1 изображен общий вид устройства, где приняты следующие обозначения:
1 - качающаяся платформа, предназначенная для установки гидравлической модели,
2 и 3 - мотор-редукторы червячные для создания колебаний на каждой из осей,
4 и 5 - энкодеры углов поворота валов,
6 и 7 - кривошипы регулируемые для каждого из приводов,
8 и 9 - тяги (шатуны) регулируемые,
10,11,12,13 - шарниры шаровые,
14 - подвижная верхняя ось,
15 - опорные подшипники,
16 - подвижная нижняя ось,
17 - подшипники фланцевые,
18 - 3-осевой акселерометр,
19 - неподвижное основание,
20 - резиновая прокладка,
Ц.М. - центр масс качающейся платформы.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Первоначально исследуемая модель помещается внутрь качающейся платформы 1, размещенной на крестообразном подвесе, где при рассмотрении колебаний вдоль оси Х, она опирается на подвижную верхнюю ось 14 через подшипники 15, а при рассмотрении колебаний вдоль оси Y она опирается на подвижную нижнюю ось 16 через подшипники фланцевые 17. Колебания платформы инициируются кинематической передачей стенда, при преобразовании вращательного движения мотор-редукторов червячных 2 и 3 с возможностью изменения частоты вращения при использовании преобразователей частоты (встроенных в систему управления стендом) в возвратно-поступательное движение с помощью кривошипно-шатунных механизмов для каждой из осей (состоящих из регулируемых кривошипов 6 и 7, а также тяг (шатунов) 8 и 9). Возможная несоосность нивелируется применением шаровых шарниров 10,11,12,13. Информация о положении модели в пространстве может быть получена при применении двух независимых каналов. Первый способ - при непосредственном считывании углов поворота на энкодерах 4 и 5, установленных на каждом из приводов. Также этим способом возможно получать обратную связь для системы управления приводами стенда, а также вести подсчет количества и периода колебаний (отдельно для каждой из плоскостей колебаний). Второй способ - применение 3-осевого акселерометра 18, расположенного на расстоянии l от центра масс (Ц.М.) платформы, что необходимо для пересчета координат относительно системы отсчета, связанной с неподвижным основанием 19. Для исключения влияния вибраций приводов они размещаются на резиновых демпфирующих прокладках 20.
Таким образом, при использовании заявленного устройства появляется возможность испытаний теплогидравлических моделей при воздействии на систему угловых колебаний в двух ортогональных плоскостях. Два независимых канала измерения в используемом стенде позволяют получать прецизионные данные о положении объекта в пространстве.