СТЕНД ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБЪЕМНЫХ ГИДРОМАШИН

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к устройствам для испытания гидравлических машин, и может найти применение при производстве и ремонте гидромоторов и насосов-гидромоторов, особенно на малых ремонтных предприятиях.
Известен стенд для испытания гидромоторов (см. кн.: Ю.Ф.Пономаренко. Испытание гидропередач. М., 1968, с. 147), содержащий нагрузочное устройство в виде тормозной гидромашины, насос, бак, фильтр, предохранительный клапан, соединенный с напорной линией насоса.
Недостатком указанного стенда является то, что КПД тормозной гидромашины неизвестен, а это не позволяет определить КПД испытываемого гидромотора с требуемой точностью, а также высокая стоимость тормозной гидромашины, а также невозможность испытания гидромотора в режиме насоса.
Наиболее близким аналогом по технической сущности является стенд для испытания гидромоторов (см. описание полезной модели к патенту РФ №41812, кл. F04В 51/00), содержащий насос, бак, фильтр, предохранительный клапан, соединенный с напорной линией насоса, нагрузочное устройство, выполненное в виде маховика, измерительную систему, содержащую датчик частоты вращения маховика и датчики давления и расхода рабочей жидкости, установленные в напорной линии насоса, соединенные через модуль ввода с вычислительным устройством.
Недостатком указанного стенда является то, что он не позволяет испытывать гидромотор и определять величину его КПД в режиме насоса.
Технической задачей, поставленной в настоящей полезной модели, является расширение технологических возможностей стенда путем увеличения количества режимов испытаний объемной гидромашины, а именно в обеспечении возможности испытания объемной гидромашины в режимах гидромотора и насоса.
Эта задача достигается тем, что стенд для динамических испытаний объемных гидромашин, содержащий насос, бак, фильтр, нагрузочное устройство в виде маховика, измерительную систему, содержащую датчик частоты вращения маховика и датчики давления и расхода рабочей жидкости, установленные в напорной линии насоса, соединенные через модуль ввода сигналов с вычислительным устройством, снабжен гидрораспределителем, соединенным подводящими линиями с напорной и сливной линиями насоса, а отводящими линиями - с рабочими линиями испытываемой гидромашины, обратно-предохранительными клапанами, соединенными входами с рабочими линиями испытываемой гидромашины, а выходами между собой и со сливной линией насоса, и управляющим модулем вывода команд, соединенным своим входом с вычислительным устройством, а выходом - с гидрораспределителем, при этом измерительная система дополнительно содержит датчики давления и расхода рабочей жидкости, установленные в сливной линии.
Расширение возможностей использования стенда обеспечивается благодаря использованию гидрораспределителя, выполняющего роль переключателя режимов испытаний объемной гидромашины, обратно-предохранительных клапанов, выполняющих роль нагрузочных дросселей при испытании гидромашины в режиме насоса, ограничивающих нагрузку на испытываемую гидромашину, а также время разгона и торможения ее и возможность измерительной системы, определять величину КПД испытываемой гидромашины в режимах гидромотора и насоса.
На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого стенда для динамических испытаний объемных гидравлических машин.
Стенд содержит насос 1, всасывающую линию 2, напорную линию 3, сливную линию 4, бак 5 с жидкостью, фильтр 6, установленный во всасывающей линии 2, рабочие линии 7, обратный клапан 8 в напорной линии насоса 1, маховик 9, измерительную систему 10, состоящую из датчика частоты вращения маховика 11, датчиков давления 12 и расхода жидкости 13, установленных в напорной линии 3 насоса 1, датчиков давления 14 и расхода жидкости 15, установленных в сливной линии 4 и подсоединенных через модуль ввода сигналов 16 (выполненный в виде аналого-цифрового преобразователя) к вычислительному устройству 17, гидрораспределитель 18, соединенный подводящими линиями с напорной и сливной линиями насоса 1, а отводящими линиями - с рабочими линиями испытываемой гидромашины 19, и управляющий модуль вывода команд 20, соединенный своим входом с вычислительным устройством 17, а выходом - с гидрораспределителем 18, обратно-предохранительные клапаны 21 и 22, соединенные входами с рабочими линиями испытываемой гидромашины 19, а выходами между собой и со сливной линией насоса 1.
Испытываемая гидромашина 19 соединяется с маховиком 9 при помощи шпонки.
Стенд работает следующим образом.
Перед началом испытаний вал гидромашины 19 соединяют с маховиком 9, ее вход и отвод с рабочими линиями 7, гидрораспределитель 18 через вычислительное устройство 17 и управляющий модуль вывода 20 переводится в одну из двух рабочих позиций.
Испытания гидромашины 19 в режиме гидромотора производят следующим образом.
При включении насоса 1 возрастающий поток рабочей жидкости из бака 5, проходит через фильтр 6, насос 1, обратный клапан 8, гидрораспределитель 18, датчики расхода 13 и давления жидкости 12, гидромашину 19, датчики давления 14 и расхода жидкости 15, убывающий - через обратно-предохранительный клапан 21, а маховик 9, приводимый во вращение испытываемой гидромашиной 19, разгоняется.
м
м
Сигналы с датчиков частоты вращения маховика 11, давления 12 и 14, расхода 13 и 15 поступают через модуль ввода сигналов 16 на вычислительное устройство 17, где с малым шагом At регистрируются текущие значения расхода, давления жидкости в напорной и сливной линиях гидромашины и частоты вращения валов гидромашины 19 и маховика 9. По приращению угловой скорости Δω за промежуток времени Δt вычислительное устройство 17 определяет текущие значения углового ускорения разгона s вала гидромашины и маховика, а затем и среднее за время Δt значение вращающего момента Т на валу гидромотора. Текущие значения КПД гидромашины в режиме гидромотора вычислительное устройство 17 определяет по совокупности вышеперечисленных параметров:
где  и  - мощность на выходе (на валу) и входе (в напорной линии)
гидромашины в режиме гидромотора;
M
M
Т и n - вращающий момент и частота вращения вала гидромашины;
и  давление жидкости на входе и выходе (в сливной линии)
гидромашины;
- расход жидкости на входе гидромашины.
M
Величина вращающего момента Т вычисляется по угловому ускорению разгона е и моменту инерции маховика I:
Угловое ускорение разгона вала гидромашины и маховика:
M
M
где ω и n - угловая скорость и частота вращения вала гидромашины;
t - время;
M
Δn и Δt - приращение частоты вращения вала гидромашины и
соответствующее ему приращение времени.
M
По формулам (1), (2), (3) вычислительное устройство 17 строит графики изменения главного диагностического параметра - полного КПД в функции времени η=f(t) и частоты вращения вала гидромашины η=f(n).
В качестве дополнительного диагностического параметра гидромашины в режиме гидромотора используется гидромеханический КПД:
M
где q - рабочий объем гидромашины.
МГМ
МГМ
M
По результатам расчетов по формулам (1), (2), (3), (4) вычислительное устройство 17 строит графики изменения дополнительного диагностического параметра - гидромеханического КПД в функции времени η=f(t) и частоты вращения вала гидромашины η=f(n).
Испытания гидромашины 19 в режиме насоса производят следующим образом.
По окончании разгона маховика 9 и гидромашины 19 гидрораспределитель 18 через вычислительное устройство 17 и управляющий модуль вывода команд 20 переводится нейтральную позицию. Маховик 9, запасший энергию во время разгона, приводит во вращение гидромашину 19 (для ее испытания в режиме насоса), при этом жидкость проходит по замкнутому контуру через обратно-предохранительный клапан 21, датчики расхода 13 и давления жидкости 12, гидромашину 19, датчики давления 14 и расхода жидкости 15, обратно-предохранительный клапан 22, выполняющий роль нагрузочного дросселя.
Полный КПД при испытании гидромашины 19 в режиме насоса:
где |ε| - модуль ускорения при торможении;
M
n - частота вращения вала гидромашины при работе в режиме насоса.
H
H
M
По результатам вычислений по формулам (3) и (5) вычислительное устройство 17 строит графики изменения дополнительного диагностического параметра - полного КПД гидромашины в режиме насоса в функции времени η=f(t) и частоты вращения вала гидромашины и η=f(n) при заданной нагрузке.
M
МГМ
МГМ
M
H
H
M
По полученным графикам η=f(t), η=f(n), η=f(t), η=а(n), η=f(t) и η=f(n) судят о качестве ремонта или изготовления гидромашины.
По окончании испытаний насос 1 отключают, а остановку маховика 9 и гидромашины 19 производят обратно-предохранительным клапаном 21 или 22. При торможении маховик 9 вращает вал гидромашины 19 и переводит его в режим насоса, при этом жидкость проходит по замкнутому контуру через обратно-предохранительный клапан 21, датчики расхода 13 и давления жидкости 12, гидромашину 19, датчики давления 14 и расхода жидкости 15, обратно-предохранительный клапан 22.
Использование гидрораспределителя, соединенного подводящими линиями с напорной и сливной линиями насоса, а отводящими линиями с рабочими линиями испытываемой объемной гидромашины, обратно-предохранительных клапанов соединенных входами с рабочими линиями испытываемой гидромашины, а выходами между собой и со сливной линией насоса, модуля вывода команд, управляющего гидрораспределителем и измерительной системы обеспечивает:
1. Расширение технологических возможностей стенда, а именно возможность динамического испытания объемной гидромашины в режимах гидромотора и насоса.
2. Высокую точность определения КПД испытываемой объемной гидромашины в обоих режимах испытания без применения дорогостоящих измерителей крутящего момента.
3. Возможность оценки параметров функционирования объемной гидромашины в обоих режимах испытания в широком диапазоне частот и получения диагностической информации, достаточной для сравнения с нормируемыми показателями назначения.
4. Снижение энергоемкости процесса испытания объемной гидромашины за счет сокращения суммарного времени испытания в режимах гидромотора и насоса при динамических испытаниях по сравнению с временем, необходим при квазистатических испытаниях.