МЕХАТРОННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РОТОРНЫХ СИСТЕМ
MECHATRONIC UNIT FOR ANALYSIS OF ROTOR SYSTEMS

Изобретение относится к области учебного лабораторного оборудования и может быть использована в учебном процессе при проведении лабораторных работ и практических занятий по общеинженерным дисциплинам в высших и средних специальных учебных заведениях.
В качестве прототипа данного технического решения выбран испытательный стенд для исследования роторных систем, содержащий корпус, установленный на станине, имеющий резьбовые отверстия для крепления соединительных элементов, связанных гидравлическими шлангами со смазочной системой, в корпусе с двух сторон установлены и закреплены подшипниковые узлы, имеющие подшипники скольжения, дистанционную втулку, гайку, вал связанный через муфту с электродвигателем, нагрузочное устройство с датчиком силы, датчик давления, датчик перемещения, установленный на корпусе датчик перемещения, бак с погружным насосом, регулируемый предохранительный клапан, коллектор для подвода смазочного материала, расходомер, манометр, шаровые краны (Патент РФ №2651643, МПК G01M 13/04, опубликовано 23.04.2018 г.).
Недостатком данного экспериментального стенда является невозможность исследования подшипниковых узлов с упорными гидродинамическими подшипниками скольжения (УГДП), упорными гидростатический подшипниками скольжения (УГСП), упорными гидростатодинамическими подшипниками скольжения (УГСДП) и активными упорными гидростатодинамическими подшипниками (АУГСДП).
Техническая задача, которую решает данное изобретение, - повышении уровней вариабельности управляющих факторов испытаний за счет управления характеристиками подачи смазочного материала и конструктивной возможности модернизации стенда с помощью установки дополнительного модуля и изменения схемы подачи смазочного материала в подшипниковый узел.
Поставленная задача достигается тем, что в мехатронной установке для исследования роторных систем содержащий корпус, установленный на станине, имеющий резьбовые отверстия для крепления соединительных элементов, связанных гидравлическими шлангами со смазочной системой, в корпусе с двух сторон установлены и закреплены подшипниковые узлы, имеющие подшипники скольжения, дистанционную втулку, гайку, вал связанный через муфту с электродвигателем, нагрузочное устройство с датчиком силы, датчик давления, датчик перемещения, установленный на корпусе датчик перемещения, бак с погружным насосом, регулируемый предохранительный клапан, коллектор для подвода смазочного материала, расходомер, манометр, шаровые краны, согласно изобретению корпус установлен вертикально и прикреплен к каркасу, закрепленному на станине, корпус через подшипниковый узел связан с дополнительным модулем, установленным на станине, содержащим упорный подшипник скольжения, резьбовые отверстия, выполнены в корпусе для крепления датчиков температуры и перемещения, штуцер, сервоклапан связанный гидравлическими шлангами со смазочной системой, в которой установлены фильтры грубой и тонкой очистки, датчик давления расположен в штуцере между модулем и сервоклапаном, блок сбора и обработки сигналов входы которого связаны с датчиком частоты вращения, датчиками температуры, датчиком перемещения, датчиком давления, датчиком силы, а выходы с сервоклапаном, электродвигателем, насосом и нагрузочным устройством, снабженным датчиком силы, закрепленным на каркасе, и воздействующим на вал через диск, закрепленный на валу.
Технический результат применения данного устройства заключается в расширении области исследования роторных систем, за счет изменения положения корпуса установки, с возможностью применения дополнительного модуля с активным управлением характеристиками подачи смазочного материала и возможностью изменения схемы подачи смазочного материала в подшипниковый узел.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена схема мехатронной установка для исследования роторных систем общем виде; на фиг. 2 изображена нижняя часть модуля мехатронной установка; на фиг. З изображена верхняя часть модуля мехатронной установка; на фиг. 4 изображена установка упорного подшипника скольжения в модуле мехатронной установки; на фиг. 5 изображена смазочная система мехатронной установки.
Мехатронная установка (фиг. 1) содержит корпус 1 и модуль 2, которые крепятся к станине 3 и каркасу 4. Корпус 1 имеет резьбовые отверстия 5, в которые установлены соединительные элементы 6, связанные гидравлическими шлангами 7 смазочной системы 8. Внутри корпуса 1, с двух сторон установлены и закреплены подшипниковые узлы 9. Внутри каждого подшипникого узла 9 находятся подшипник скольжения 10, дистанционная втулка 11, гайка 12. Внутри корпуса 1 и модуля 2 проходит вал 13, связанный через муфту 14 с электродвигателем 15, который установлен через на каркасе 4. Нагрузочное устройство 16 с датчиком 17 силы зафиксировано на каркасе 4 воздействует на диск 18, зафиксированный на валу 13. На корпусе 1 установлен датчик 19 частоты вращения. В модуле 2 имеются резьбовые отверстия 20 для установки датчиков температуры 21, резьбовое отверстие 22 для установки датчика 23 перемещения и резьбовое отверстие 24 для подвода смазочного материала через штуцер 25. На входе в штуцер 25 расположен сервоклапан 26. В корпус штуцера 25 устанавливается датчик 27 давления. Электродвигатель 15, насос 28, нагрузочное устройство 16 с датчиком 17 силы, датчик 18 частоты вращения, датчики 21 температуры, датчик 23 перемещения, датчик 27 давления и сервоклапан 26 соединены с блоком 29 сбора и обработки сигналов.
Нижняя часть модуля 2 (фиг. 2) представляет собой конструкцию, которая состоит из плиты 30, левой стойки 31, правой стойки 32, задней стенки 33, между которыми размещается планка 34, с закрепленной на ней бонкой 35.
Верхняя часть модуля 2 (фиг. З) представляет собой боковую крышку 36, верхнюю крышку 37, которая крепится болтами 38 и проставку 39, которая крепится винтами 40.
Внутри модуля 2 (фиг. 4) установлен диффузор 41 и упорный подшипник скольжения 42, который крепится винтами 43.
Смазочная система 8 (фиг. 5) содержит элементы 6 и штуцер 25, выполненные в виде фитингов, бака 44 со смазочным материалом, в котором размещен погружной насос 28, фильтра 45 грубой очистки, соединенный с насосом 28 через гидравлический шланг 46. Регулируемый предохранительный клапан 47, соединен с баком 44 через гидравлический шланг 48. Коллектор 49, связанный с фильтром 50 тонкой очистки через последовательно расположенный гидравлический шланг 51, расходомер 52, гидравлический шланг 53, манометр 54. Коллектор 49 дополнительно связан с элементами 6 через шаровые краны 55, 56 и гидравлические шланги 27, а с штуцером 25 через шаровый кран 57, гидравлический шланг 27 и сервоклапан 26. Гидравлические шланги 58 соединяют элементы 6 с баком 44 при помощи коллектора 59 и гидравлического шланга 60.
Мехатронная установка работает следующим образом.
Насос 28 нагнетает смазочный материал из бака 44 через гидравлический шланг 46 и фильтр грубой очистки 45 к предохранительному клапану 47, с помощью которого происходит управление давлением подачи смазочного материала за счет регулирования значения максимально допустимого давления смазочного материала. При превышении данного значения давления происходит сброс избыточного смазочного материала через гидравлический шланг 48 обратно в бак 44. При прохождении через предохранительный клапан 47 и фильтр тонкой очистки 50, характеристики потока смазочного материала регистрируются манометром 54. Затем смазочный материал через гидравлические шланги 53, 51 и расходомером 52 попадает в коллектор 49, где он делится на несколько потоков.
В случае проведение эксперимента происходит с применением осевой и радиальной подачи смазочного материала, он подается в зазор между валом 13 и подшипниками скольжения 10, через шаровые краны 55 и 56, которые находятся в положении «открыто», гидравлические шланги 27 и элементы 6. При этом осевая подача смазочного материала происходит в зазор между упорным подшипником скольжения 42 и торцевой поверхностью вала 13 через шаровый кран 57, который находятся в положении «открыто», шланг 27, сервоклапан 26, штуцер 25 и дифузор 41.
В случае проведение эксперимента происходит только с осевой подачей смазочного материала в зазор между упорным подшипником скольжения 42 и торцевой поверхностью вала 13 через шаровый кран 57, который находятся в положении «открыто», шланг 27, сервоклапан 26, штуцер 25 и дифузор 41. При этом шаровые краны 55 и 56 находятся в положении «закрыто».
В обоих случаях отвод смазочного материала из корпуса 1 происходит через элементы 6, гидравлические шланги 58 в коллектор 69, затем через гидравлический шланг 60 в бак 44.
Величина внешней нагрузки на вал 13 со стороны нагрузочного устройства 16 передается через диск 18 и регистрируется датчиком силы 17.
В начальный промежуток времени вал 13 не вращается. Затем, в соответствии с параметрами испытания, регулируется величина внешней нагрузки, организуется подача и регулируется давление смазочного материала. После чего электродвигатель 15 через муфту 14 раскручивает вал 13 до установленной частоты вращения, фиксируемой датчиком 18, при этом датчик 23 фиксирует перемещение вала 13 в осевом направлении. Давление подачи смазочного материала меняется в зависимости от степени открытия сервоклапана 25 и регистрируется датчиком давления 27 в виде аналогового сигнала по напряжению. Сигналы с датчиков 17, 19, 21, 23, 27 поступают в блок 29 сбора и обработки сигналов, где они регистрируются и обрабатываются. В ответ из блока 29 сбора и обработки сигналов, в соответствии с управляющей программой, на сервоклапан 26 подается сигнал по напряжению, регулирующий степень открытия механизма сервоклапана. С помощью блока 29 сбора и обработки сигналов производится отключение и включение насоса 28 и электродвигателя 15, управление нагрузочным устройством 16. После выполнения всех параметров испытания выключается электродвигатель 15, вал 13 останавливается, выключается насос 28 и испытание считается оконченным.