СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ И ОБКАТКИ РЕДУКТОРОВ С УСТРОЙСТВОМ МОНИТОРИНГА КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в производстве механических передач, например редукторов, для испытаний и обкатки, т.е. для устранения погрешностей при изготовлении и сборке по заданной компьютерной программе с обеспечением специальных режимов и мониторинга (постоянного контроля) крутящего момента (нагрузки) на выходном валу редуктора.
Цель полезной модели - повышение удобства эксплуатации стенда путем производства работы с компьютерным обеспечением режимов и постоянным контролем нагрузки посредством устройства мониторинга крутящего момента.
Уровень техники
Известно устройство для обкатки редукторов, содержащее привод, соединенный с входным валом обкатываемого редуктора, и нагружатель в виде барабана с закрепленным на нем тросом, к которому подвешен секционный груз (патент №79671 U1, МПК G01M 13/02, 2008 г., опубл. 10.01. 2009 г., Бюл. №1) [1].
Известное устройство работает следующим образом:
- по величине момента Т на выходном валу, задаваемого программой обкатки, определяют массу груза по формуле
G=2T/D,
где: G - масса груза, необходимого для создания заданного момента, Н;
Т - требуемый момент на выходном валу обкатываемого редуктора, Нм;
D - диаметр барабана, на котором закреплен трос, м;
- при включении привода, обкатываемый редуктор вращает барабан, который поднимая груз, нагружает зубчатые зацепления редуктора моментом Т с одной стороны профилей зубьев, при необходимости обкатки другой стороны профилей зубьев реверс нагрузки осуществляется изменением навивки троса на барабане, при этом изменение величины крутящего момента производят подбором необходимого количества секций груза.
Недостатками известного устройства являются невозможность обкатки редуктора, эксплуатируемого в вертикальном штатном положении, т.е. при вертикальном расположении выходного вала, кроме того, трос нагружателя имеет конечную длину, и поэтому необходим реверсивный механизм, что неудобно при длительном цикле обкатки.
Известен стенд для испытания и обкатки ведущих мостов транспортных средств по патенту РФ №101188 U1, МПК G01M 13/00, 2010 г., опубл. 10.01. 2011 г., Бюл. №1 [2].
Известный стенд содержит привод, соединенный киниматически с входным валом моста, посредством карданного вала, станину с горизонтальными и вертикальными направляющими для крепления, фиксации и перемещения привода посредством тележки, каретки и фиксаторов, и нагружатель в виде тормозного барабана, закрепленного на выходном валу упомянутого моста и установленного на опорах, и тормозных колодок, прижимаемых к тормозному барабану при помощи системы рычагов, воздушного насоса, трубопроводов и пневматического цилиндра.
Известный стенд работает следующим образом.
Ведущий мост с закрепленными на выходном валу барабаном устанавливают на опоры, так чтобы входной вал был расположен параллельно оси стенда. После чего ведущий мост скрепляют с опорами крепежными элементами. Перемещением тележки, вместе с приводным двигателем, продольным винтом по направляющим подводят ведущий вал приводного двигателя к входному валу ведущего моста. При соосном расположении ведущего вала относительно входного вала соединяют ведущий вал с входным валом посредством карданного вала. Тележку стопорят относительно продольных направляющих фиксаторами. В случае несоосного расположения ведущего вала относительно входного вала производят регулировки перемещением каретки по направляющим с последующей фиксацией положения.
В процессе испытания и обкатки ведущего моста на выходном валу создают нагрузку, для чего подают сжатый воздух по трубопроводу к пневматическому цилиндру, который поворачивает рычаги и прижимает тормозные колодки к тормозному барабану, обеспечивая тем самым необходимый крутящий момент.
Недостатками этого стенда являются сложность конструкции из-за применения пневматической системы для создания необходимого крутящего момента на выходном валу моста (прижима колодок к барабану), а также отсутствие постоянного мониторинга параметров испытания и обкатки, т.е. отсутствие постоянного измерения крутящего момента в процессе работы стенда.
За прототип выбран стенд для испытания и обкатки редукторов по заявке на полезную модель №2011135036 от 22.08.2011 г., по заявке принято решение о выдаче патента от 15.09.2011 г.
Стенд - прототип содержит привод, станину с верхней, средней и нижней площадками и амортизаторами, обойму с фиксаторами и нагружатель в виде тормозного диска, установленного на валу между средней и нижней площадками, переходной ступицы, соединенной с обоймой и установленной на валу, тормозных колодок, установленных шарнирно на горизонтальных двуплечих рычагах и взаимодействующих с верхней и нижней плоскостями диска, оси поворота рычагов, установленных на концах вертикальной тяги, перемещающейся в направляющей, закрепленной на средней платформе станины, а их свободные концы шарнирно связаны с верхним и нижним вертикальными толкателями, установленными подвижно во втулке, закрепленной на средней платформе, в центральной части втулки, между толкателями на оси через боковое отверстие установлено двуплечее коромысло с перемещающимся грузом, при этом верхняя и нижняя части свободного конца коромысла взаимодействуют соответственно со свободными концами верхнего и нижнего толкателей.
Работа со стендом - прототипом осуществляется следующим образом.
Редуктор устанавливают и закрепляют на верхней площадке станины между приводом и обоймой, производят механическое соединение привода с редуктором. Фиксируют выходной вал или шестерню редуктора фиксаторами в обойме. Регулируют положение груза на коромысле, при этом происходит:
- взаимодействие резьбы коромысла с резьбой груза и его перемещение по коромыслу в зависимости от величины крутящего момента, фиксируют положение груза гайками;
- коромысло под воздействием массы груза поворачивается на оси в отверстии неподвижной втулки;
- верхняя часть свободного конца коромысла воздействует на свободный конец верхнего толкателя, и он перемещается вверх;
- одновременно нижняя часть свободного конца коромысла воздействует на свободный конец нижнего толкателя, и он перемещается вниз;
- верхний и нижний рычаги под воздействием верхнего толкателя и нижнего толкателя поворачиваются на осях в вертикальной тяге, соответственно по часовой и против часовой стрелки;
- плечи верхнего и нижнего рычагов, сопряженные с толкателями, перемещаются соответственно вверх и вниз;
- одновременно плечи верхнего и нижнего рычагов, сопряженные с колодками, перемещаются соответственно вниз и вверх;
- верхняя и нижняя колодки под воздействием плеч рычагов перемещаются соответственно вниз и вверх и прижимаются к верней и нижней плоскостям тормозного диска.
Затем включают привод, вращающий момент от привода через редуктор, обойму, переходную ступицу и вал передается диску и приводит его во вращение. Под действием массы груза через коромысло, толкатель и рычаги колодки своими фрикционными накладками тормозят вращение диска и создают нагрузку на диске, валу, ступице, обойме, тем самым обеспечивая необходимый крутящий момент на выходном валу или шестерне редуктора.
Далее съемным динамометром измеряют крутящий момент, при необходимости корректируют нагрузку на вал тормозного диска перемещением груза по коромыслу и производят испытание и обкатку редуктора.
При эксплуатации стенда под действием силы трения происходит износ (уменьшение высоты) фрикционных накладок колодок, причем в силу различных причин этот износ может быть неравномерным. В этом случае, под воздействием реактивных сил колодки и рычаги перемещаются вверх или вниз на вертикальной тяге в направляющей, компенсируя тем самым неравномерность износа фрикционных накладок колодок.
В случае испытания и обкатки мотор-редуктора (редуктора со встроенным двигателем) надобность в приводе отпадает, а вращение редуктора осуществляется штатным мотором (двигателем).
Стенд-прототип позволяет испытывать и обкатывать различные редукторы и мотор-редукторы с высоким качеством работы путем обеспечения условий испытания и обкатки, максимально приближенным к условиям эксплуатации, в случае штатной установки редуктора с вертикальным расположением валов и обеспечением штатной амортизации, а также в возможности изменения нагрузки (величины крутящего момента) в процессе работы стенда путем перемещения груза по коромыслу, т.е. изменения длины рычага приложения силы к тормозным колодкам при специальных программах (режимах) обкатки.
Стенд-прототип имеет недостаток - неудобство эксплуатации из-за необходимости периодического использования съемного динамометра для измерения нагрузки (величины крутящего момента), при специальных программах (режимах) обкатки.
Цель полезной модели - повышение удобства эксплуатации стенда путем производства работы с компьютерным обеспечением режимов и постоянным контролем нагрузки посредством устройства мониторинга крутящего момента.
Указанная цель достигается тем, что стенд для испытания и обкатки редукторов с устройством мониторинга крутящего момента, содержащий привод, станину с верхней, средней и нижней площадками и амортизаторами, обойму с фиксаторами и нагружатель в виде тормозного диска, установленного на валу между средней и нижней площадками, переходной ступицы, соединенной с обоймой и установленной на валу, тормозных колодок, установленных шарнирно на горизонтальных двуплечих рычагах и взаимодействующих с верхней и нижней плоскостями диска, при этом оси поворота рычагов установлены на концах вертикальной тяги, перемещающейся в направляющей, закрепленной на средней платформе станины, свободные концы упомянутых рычагов шарнирно связаны с верхним и нижним вертикальными толкателями, установленными подвижно во втулке, закрепленной на средней платформе, в центральной части втулки, между толкателями на оси через боковое отверстие установлено двуплечее коромысло с перемещающимся грузом, верхняя и нижняя части свободного конца коромысла взаимодействуют соответственно со свободными концами верхнего и нижнего толкателей, снабжен упомянутым устройством мониторинга крутящего момента в виде торсиометра (датчика крутящего момента), например тензометрического, установленного на нижней платформе станины и кинематически связанного через муфту с валом тормозного диска нагружателя, и компьютера, при этом магистральные интерфейсы торсиометра и привода, например RS232 или RS485 соединены с USB - интерфейсом компьютера.
Технический результат при использовании полезной модели заключается в повышении удобства работы при испытании и обкатке редукторов (устранении погрешностей при изготовлении и сборке) по заданной компьютерной программе с обеспечением специальных режимов и мониторинга (постоянного контроля) крутящего момента (нагрузки) на выходном валу редуктора посредством устройства мониторинга крутящего момента в виде тензометрического торсиометра, кинематически связанного с валом тормозного диска нагружателя стенда и подключенного к компьютеру.
Раскрытие полезной модели
После сборки и регулировки редукторов или мотор-редукторов, необходимо измерить крутящий момент на выходном валу или шестерне, а затем обкатать в штатном положении, соответствующем установке на объекте использования, в конкретном случае с вертикальным расположением валов, т.е. в условиях, приближенных к эксплуатационным условиям. Для этого необходимо нагрузить выходной вал редуктора - создать заданный техническими условиями крутящий момент М=500 Н·м (50 кгс·м), запустить редуктор при помощи привода и обкатывать 10-12 часов. Для создания заданного крутящего момента (нагрузки) применяют различные по конструкции нагружатели, например в виде тормозного диска и тормозных колодок, прижимаемых к нему рычагами и приводимых в действие системой толкателей и коромысла с перемещаемым (регулируемым) грузом. При этом, в выбранном прототипе, начальный и периодический контроль крутящего момента (нагрузки) на выходном валу редуктора производят при помощи съемного динамометра.
Однако в отдельных случаях, при производстве спецтехники, возникает потребность в обкатке редуктора по специальной программе, например при М=200 Н·м (20 кгс·м) в течение 4 часов и при М=500 Н·м (50 кгс·м) в течение 8 часов, т.е. в изменении величины крутящего момента в процессе работы стенда, возможны и другие, более сложные варианты программы обкатки.
Существующие конструкции стендов и их нагружателей не удобны в работе из-за невозможности мониторинга (постоянного контроля) параметров работы редуктора - крутящего момента (нагрузки) на выходном валу, а также скорости и мощности.
Оптимальным вариантом решения обозначенной задачи является применение нагружателя в виде тормозного диска и тормозных колодок с фрикционными накладками для легковых автомобилей любых фирм и модификаций, прижимаемых к диску под воздействием груза через систему двуплечих рычагов, толкателей и грузового коромысла, с возможностью регулировки крутящего момента, путем перемещения груза упомянутому коромыслу, т.е. изменения длины рычага приложения силы.
Для максимального приближения условий испытания и обкатки установить редуктор и привод в штатном положении, а станину - на амортизаторы, например АКСС-60М (амортизаторы корабельные сварные со страховкой) по ГОСТ 17053.1-80 или ГОСТ РВ 9320-001-2008.
Для компенсации неравномерного износа накладок тормозных колодок оси поворота горизонтальных двуплечих рычагов установить на концах вертикальной тяги, перемещающейся во втулке, закрепленной на средней платформе станины, что обеспечит регулировку положения рычагов и соответственно колодок по высоте.
Для измерения и контроля крутящего момента целесообразно установить на выходном валу редуктора тензометрический торсиометр (датчик крутящего момента) фирмы «Datum Electronics», например М420, описанный на сайте http://www.datum-electronics.ru с диапазоном измерения 0-10000 Н·м (1000 кгс·м), бесконтактной передачей сигнала и широким выбором интерфейсов RS232/ RS485/4-20 mA /+/-/ 10Vdc для подключения USB - интерфейса монитора компьютера и принтера, и соответственно подключить его к компьютеру. Полученные данные могут быть отображены или записаны в журнале крутящего момента.
В случае необходимости измерения скорости вращения и мощности на выходном валу редуктора возможно использование соответствующих модификаций датчиков серии 420 и 430 фирмы «Datum Electronics».
Торсиометр [<франц. torsion - скручивание, кручение и греч. metreo - измеряю] - крутильный динамометр, измеритель крутящего момента.
Тензометр [<лат. tendere - натягивать, напрягать и греч. metreo - измеряю] - прибор для измерения деформаций, вызываемых механическими напряжениями в твердых телах.
Перечень фигур чертежей
На фиг.1 изображен стенд для испытания и обкатки редукторов с устройством мониторинга крутящего момента, функциональная схема, на фиг.2 - то же, общий вид в изометрии (компьютер условно не показан); на фиг.3 - то же, разрез А-А на фиг.2, на фиг.4 - вид сверху; на фиг.5 - вид Б на фиг.3, штрих-пунктирными линиями показан редуктор.
Стенд для испытания и обкатки редукторов с устройством мониторинга крутящего момента содержит привод 1, станину 2 с верхней 3, средней 4 и нижней 5 площадками и амортизаторами 6, обойму 7 с фиксаторами 8 и нагружатель в виде тормозного диска 9, установленного на валу 10 между средней 4 и нижней 5 площадками, переходной ступицы 11, соединенной с обоймой 7 и установленной на валу 10, тормозных колодок 12, установленных шарнирно на горизонтальных двуплечих рычагах 13 и взаимодействующих с верхней и нижней плоскостями диска 9, при этом оси 14 поворота рычагов 13 установлены на концах вертикальной тяги 15, перемещающейся в направляющей 16, закрепленной на средней платформе 4 станины 2, свободные концы упомянутых рычагов 13 шарнирно связаны с верхним 17 и нижним 18 вертикальными толкателями, установленными подвижно во втулке 19, закрепленной на средней платформе 4, в центральной части втулки 19, между толкателями 18 и 19 на оси 20 через боковое отверстие 21 установлено двуплечее коромысло 22 с перемещающимся грузом 23, верхняя 24 и нижняя 25 части свободного конца коромысла 22 взаимодействуют соответственно со свободными концами верхнего и нижнего толкателей 18 и 19, а также упомянутое устройство мониторинга крутящего момента в виде торсиометра 26 (датчика крутящего момента), например тензометрического, установленного на нижней платформе 5 станины 2 и кинематически связанного через муфту 27 с валом 10 тормозного диска 9 нагружателя, и компьютера 28, при этом магистральные интерфейсы (на чертежах не показаны) торсиометра 26 и привода 1, например RS232 или RS485 соединены с USB - интерфейсом (на чертежах не показан) компьютера 28.
Работа со стендом осуществляется следующим образом.
Редуктор (на чертежах не обозначен) устанавливают и закрепляют на верхней площадке 3 станины 2 между приводом 1 и обоймой 7, производят механическое соединение привода 1 с редуктором. Фиксируют выходной вал или шестерню редуктора фиксаторами 8 в обойме 7. Регулируют положение груза 23 на коромысле 22, при этом происходит:
- взаимодействие резьбы (на чертежах не обозначена) коромысла 22 с резьбой (на чертежах не показана) груза 23 и его перемещение по коромыслу 22 в зависимости от величины крутящего момента, фиксируют положение груза 23 гайками (на чертежах не обозначены);
- коромысло 22 под воздействием массы груза 23 поворачивается на оси 20 в отверстии 21 неподвижной втулки 19;
- верхняя часть 24 свободного конца коромысла 22 воздействует на свободный конец верхнего толкателя 17, и он перемещается вверх;
- одновременно нижняя часть 25 свободного конца коромысла 22 воздействует на свободный конец нижнего толкателя 18, и он перемещается вниз;
- верхний и нижний рычаги 13 под воздействием верхнего толкателя 17 и нижнего толкателя 18 поворачиваются на осях 14 в вертикальной тяге 15, соответственно по часовой и против часовой стрелки;
- плечи верхнего и нижнего рычагов 13, сопряженные с толкателями 17 и 18, перемещаются соответственно вверх и вниз;
- одновременно плечи верхнего и нижнего рычагов 13, сопряженные с колодками 12, перемещаются соответственно вниз и вверх;
- верхняя и нижняя колодки 12 под воздействием плеч рычагов 13 перемещаются соответственно вниз и вверх и прижимаются к верней и нижней плоскостям тормозного диска 9;
Затем включают привод 1, вращающий момент от привода 1 через редуктор, обойму 7, переходную ступицу 11, вал 10 передается диску 9 и приводит его во вращение. Под действием массы груза 23 через коромысло 22, толкатели 17 и 18, рычаги 13 колодки 12 своими фрикционными накладками (на чертежах не обозначены) тормозят вращение диска 9 и создают нагрузку на диске 9, валу 10, ступице 11, обойме 7, тем самым обеспечивая необходимый крутящий момент на выходном валу или шестерне редуктора.
Далее торсиометром 26 устройства мониторинга крутящего момента через муфту 27 измеряют нагрузку на валу 10 тормозного диска 9, при необходимости корректируют крутящий момент перемещением груза 23 по коромыслу 22, при этом данные выводятся на монитор (на чертежах не обозначен) компьютера 28, производят испытание и обкатку редуктора по заданной программе, причем управление приводом 1 и составление протокола испытания и обкатки осуществляют также при помощи упомянутого компьютера 28 и его принтера (на чертежах не показан).
При эксплуатации стенда под действием силы трения происходит износ (уменьшение высоты) фрикционных накладок колодок 12, причем в силу различных причин этот износ может быть неравномерным. В этом случае, под воздействием реактивных сил колодки 12 и рычаги 13 перемещаются вверх или вниз на вертикальной тяге 15 в направляющей 16, компенсируя тем самым неравномерность износа фрикционных накладок колодок 12.
В случае испытания и обкатки мотор-редуктора (редуктора со встроенным двигателем) надобность в приводе 1 отпадает, а вращение редуктора осуществляется штатным мотором (двигателем).
Технический результат при использовании полезной модели заключается в повышении удобства работы при испытании и обкатке редукторов (устранении погрешностей при изготовлении и сборке) по заданной компьютерной программе с обеспечением специальных режимов и мониторинга (постоянного контроля) крутящего момента (нагрузки) на выходном валу редуктора, посредством устройства мониторинга крутящего момента в виде тензометрического торсиометра, кинематически связанного с валом тормозного диска нагружателя стенда и подключенного к компьютеру.
Представленные описание, функциональная схема и чертежи стенда позволяют, используя существующие материалы, покупные крепежные и комплектующие изделия (электродвигатель, автомобильные тормозные диски и колодки, корабельные амортизаторы, торсиометр и компьютер с монитором и принтером) изготовить его промышленным способом и использовать для испытания и обкатки редукторов по заданной компьютерной программе с обеспечением специальных режимов и мониторинга (постоянного контроля) крутящего момента (нагрузки) на выходном валу редуктора, что характеризует полезную модель как промышленно применимую.