СТЕНД ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ МНОГОЗВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ

Полезная модель относится к области испытаний устройств и механизмов при циклических нагрузках, более конкретно, к стендам для динамических испытаний многозвенных механизмов и может найти применение при испытаниях рычажных, кулисных, поршневых и других видов механизмов.
Известен стенд для динамических испытаний изделий при циклических нагрузках, содержащий основание, расположенные на нем приводной электродвигатель, механизм циклического растяжения в виде установленных под углом первого и второго валов с фланцами, снабженными креплениями для испытываемых изделий, и устройство для регулировки растягивающих усилий (см. авт.св. СССР №188101, бюлл. №21, 1966 г., а также Воробьев Н.В. Цепные передачи. Изд. 4-е, М., Машиностроение, 1968 г., с.252).
В известном стенде на основании установлен нерегулируемый асинхронный двигатель, соединенный через механический вариатор скорости вращения и опорный узел с механизмом циклического растяжения, выполненным в виде установленных под углом первого и второго валов с фланцами, снабженными самоустанавливающимися креплениями для испытываемых изделий, преимущественно, приводных втулочно-роликовых цепей. Устройство для регулировки растягивающих усилий выполнено в виде двухрядного шарикового подшипника, установленного в ползуне, снабженном механическим приспособлением для его перемещения в направлении основания.
Недостатками известного стенда являются сложность ручного управления процессом испытаний изделий на усталостную прочность при пульсирующем цикле растяжения, в том числе, при ручной регулировке растягивающих усилий с помощью механического приспособления для перемещения ползуна, а также при изменении передаточного отношения вариатора. Кроме того, известный стенд не позволяет проводить более сложные испытания многозвенных изделий других типов, в частности, при циклических нагрузках на изгиб и кручение, возникающих при взаимных угловых колебаниях первого и второго валов механизма циклического растяжения.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является стенд для динамических испытаний многозвенных механизмов, содержащий основание, испытываемое изделие, блок циклического воздействия на его звенья, средства контроля результатов испытаний и блок управления (см. патент РФ №64370, G01M 13/00, опублик. 26.06.2007 - прототип).
Известный стенд предназначен для динамических испытаний приводных роликовых и втулочных цепей на усталостную прочность при циклических нагрузках, возникающих в силовых механических передачах сельскохозяйственных машин и механизмов. Известный стенд содержит основание, расположенные на нем приводной электродвигатель, механизм циклического растяжения в виде установленных под углом первого и второго валов с фланцами, снабженными креплениями для испытываемых изделий, и устройство для регулировки растягивающих усилий.
Особенностью известного стенда является то, что он снабжен блоком управления для регулировки усилий растяжения и частоты вращения вала электродвигателя, который соединен через упругую муфту с первым валом механизма циклического растяжения, который через первый шарнир вращения соединен с вторым валом и через второй шарнир вращения - с опорным ползуном, снабженным двумя роликовыми подшипниками для его перемещения в направлении, перпендикулярном оси вращения вала электродвигателя в плоскости первого и второго валов, а устройство для регулировки растягивающих усилий выполнено в виде пневмоцилиндра, подвижный шток которого соединен с опорным ползуном, при этом рабочая камера пневмоцилиндра соединена с ресивером компрессора через регулируемый электромагнитный клапан, электрически соединенный с блоком управления.
К недостаткам известного стенда для испытаний многозвенных механизмов в виде приводных роликовых и втулочных цепей следует отнести сложность или невозможность проведения на нем ряда динамических испытаний других типов многозвенных механизмов при нагрузках, возникающих в процессе циклического перемещения их звеньев по заданной траектории.
Технический результат предложенной полезной модели заключается в устранении недостатков известных технических решений, расширении технологических возможностей и повышении точности измерения параметров испытываемых многозвенных механизмов при циклических нагрузках, возникающих в процессе перемещения звеньев по заданной траектории на частотах от единиц до десятков Гц и выше.
Указанный технический результат достигается тем, что в стенде для динамических испытаний многозвенных механизмов, содержащем основание, испытываемое изделие, блок циклического воздействия на его звенья, средства контроля результатов испытаний и блок управления, согласно полезной модели, блок циклического воздействия на звенья включает механический, гидропневматический или электромагнитный узел для перемещения звеньев по радиальным направляющим в плоскости испытываемого изделия эксцентрично относительно его геометрической оси, причем корпус испытываемого изделия установлен на основании стенда через опорный узел, выполненный с возможностью смещения корпуса испытываемого изделия в вертикальной плоскости, средства контроля результатов испытаний включают датчики смещения корпуса испытываемого изделия и его звеньев, а выходы указанных датчиков соединены с входами блока управления режимами работы стенда.
Кроме того, блок циклического воздействия на звенья испытываемого изделия может быть выполнен в виде ротора с радиальными направляющими, имеющими взаимно перпендикулярные оси, причем рабочий вал ротора расположен эксцентрично относительно геометрической оси корпуса испытываемого изделия и соединен с валом приводного электродвигателя через карданную передачу с осевой компенсацией, размещенные в направляющих звенья в виде поршней шарнирно связаны через шатуны с корпусом испытываемого изделия на его геометрической оси, а средства контроля результатов испытаний дополнительно включают датчик числа оборотов приводного электродвигателя, выход которого соединен с входом блока управления режимами работы стенда.
Кроме того, звенья испытываемого изделия могут быть выполнены в виде поршней, расположенных в радиальных каналах корпуса, а блок циклического воздействия на звенья может содержать насос и узел подачи рабочей жидкости в полости радиальных каналов для циклического изменения расстояния от центра масс звеньев до оси корпуса испытываемого изделия.
Кроме того, звенья испытываемого изделия могут быть выполнены в виде цилиндров из ферромагнитного материала, расположенных в радиальных направляющих корпуса, а блок циклического воздействия на звенья может содержать, по крайней мере, один электромагнит, расположенный на периферии корпуса и подключенный к блоку управления для циклического изменения расстояния от центра масс звеньев до оси корпуса испытываемого изделия.
Такое выполнение полезной модели позволяет достичь указанный технический результат, заключающийся в устранении недостатков известных технических решений и расширении технологических возможностей, в том числе, за счет изменения схемы стенда для динамических испытаний многозвенных механизмов при нагрузках, возникающих в процессе циклического перемещения звеньев по заданной траектории.
Повышении точности измерения параметров многозвенного механизма в процессе испытания на стенде обеспечивается, в том числе, за счет дистанционного контроля скорости и величины относительного смещения испытываемого изделия и его звеньев при внецентренном циклическом перемещении. Управление характеристиками программируемого перемещения звеньев эксцентрично относительно геометрической оси корпуса многозвенного механизма может осуществляться с пульта дистанционного управления, входящего в состав блока управления.
На фиг.1 представлена блок - схема стенда для динамических испытаний многозвенных механизмов с приводным электродвигателем; на фиг.2, 3, 4 показаны схемы испытываемых механизмов с различными вариантами выполнения блока циклического воздействия на звенья.
Стенд (фиг.1) содержит основание 1, расположенные на нем приводной электродвигатель 2, испытываемое изделие 3, блок 4 циклического воздействия на его звенья и блок 5 управления режимами работы стенда. Блок 4 включает ротор 6 с радиальными направляющими 7 для звеньев 8. Рабочий вал 9 ротора 6 расположен эксцентрично относительно геометрической оси корпуса испытываемого изделия 3 и соединен с валом 10 приводного электродвигателя 2 через карданную передачу 11 с осевой компенсацией. Корпус испытываемого изделия 3 установлен на основании 1 стенда через опорный узел 12, выполненный с возможностью смещения корпуса испытываемого изделия 3 в вертикальной плоскости. Средства контроля результатов испытаний включают датчик 13 числа оборотов приводного электродвигателя 2 и датчики 14, 15 величины смещения корпуса испытываемого изделия 3 и его звеньев 8. Выходы датчиков 13, 14, 15 соединены напрямую или дистанционно с входами блока управления 6 режимами работы стенда.
Радиальные направляющие 16 ротора 6 выполнены (см. фиг.2) с взаимно перпендикулярными осями, а размещенные в них четыре звена в виде поршней 17 шарнирно связаны через равные шатуны 18 с корпусом 19 испытываемого изделия на его геометрической оси.
Звенья испытываемого изделия на фиг.3 выполнены в виде поршней 20, расположенных в радиальных каналах 21 корпуса 22, а блок циклического воздействия на звенья содержит насос и узел подачи рабочей жидкости (не показаны) в полости 23, 24 радиальных каналов 21 непосредственно через отверстия (не показаны) на оси корпуса 22 и через трубчатые отверстия 25 в поршнях 20 для изменения расстояния от центра их масс до оси корпуса 22.
Звенья испытываемого изделия на фиг.4 выполнены в виде цилиндров 26 из ферромагнитного материала, а блок циклического воздействия на звенья содержит электромагнит 27 (показана его часть), расположенный на периферии корпуса 28 и подключенный к блоку управления 6 для изменения расстояния от центра масс звеньев 26 по заданной программе до оси корпуса 28. Поз.29 обозначены радиальные направляющие звеньев.
Блок управления 5 смонтирован на щите пульта управления (не показан), содержащем приборы контроля питающего напряжения на приводном электродвигателе 2, приборы контроля числа оборотов двигателя, величины хода звеньев 8 и корпуса испытываемого изделия 3, а также средства индикации.
Стенд для динамических испытаний многозвенных механизмов с приводным электродвигателем и механическим блоком циклического воздействия на звенья функционирует следующим образом.
При отключенном питании стенда открывают защитный экран (не показан) и закрепляют на основании 1 испытываемое изделие 3 в соответствии с фиг.1. После этого выходной вал 10 приводного электродвигателя 2 соединяют через карданную передачу 11 при наличии осевой компенсации с рабочим валом 9 ротора 6, который расположен эксцентрично относительно геометрической оси корпуса испытываемого изделия 3. Корпус испытываемого изделия 3 должен быть установлен на основании 1 стенда через опорный узел 12 для обеспечения возможности его смещения на величину от единиц до десяти мм и более в вертикальной плоскости под действием несбалансированных усилий от эксентрично расположенных звеньев 8, размещенных в радиальных направляющих 7 ротора 4.
После этого включают включают приводной электродвигатель 2 и устанавливают на пульте управления пределы частоты вращения выходного вала 10 в диапазоне 1500-2500 об/мин с последующей ступенчатой фиксацией числа оборотов в соответствии с программой испытаний конкретного типа многозвенного механизма. Величина эксцентриситета звеньев 8 в радиальных направляющих 7 относительно геометрической оси корпуса испытываемого изделия 3 задается смещением оси ротора 6 и длиной шатунов 18 (фиг.2). При заданной фиксированной частоте вращения электродвигателя 2 и величине эксцентриситета для схемы многозвенного механизма с четырьмя звеньями 8 заданной массы с помощью датчика 14 фиксируют на пульте управления фактический уровень циклических вертикальных перемещений корпуса под действием несбалансированных усилий от циклического перемещения звеньев 8 по заданной траектории.
Несовпадение осей вращения с главной центральной осью инерции, заложенное в конструкции машин и механизмов, приводит к появлению нескомпенсированных центробежных сил и моментов, вызывающих быстрый износ подшипников, повышенные вибрации машины, изгибные колебания ее элементов и др. Поэтому время проведения испытаний на эксплуатационную надежность многозвенных механизмов при различных режимах достаточно велико и может находиться в пределах от единиц до многих десятков часов. Характер подобных испытаний может изменяться в сравнительно широких пределах по количеству и интенсивности циклов нагружения для различных видов многозвенных механизмов. Увеличение точности измерений частотно-временных характеристик и линейных перемещений многозвенного механизма и его частей в процессе испытаний является весьма актуальным, поскольку приводит к повышению эксплуатационной надежности машин и агрегатов, использующих рычажные, кулисные, поршневые, цепные и другие виды механизмов.
Проведение испытаний многозвенных механизмов с гидропневматическим или электромагнитным узлами для перемещения звеньев по радиальным направляющим в плоскости испытываемого изделия эксцентрично относительно его геометрической оси осуществляют в аналогичной последовательности в соответствии с заданными параметрами по давлению и расходу текучей среды, преимущественно, гидравлического масла, а также с учетом характеристик намагничивания сердечников электромагнита и его геометрии.
Предложенное выполнение полезной модели позволяет решить задачу и достичь указанный технический результат при создании сравнительно простого и удобного в эксплуатации многофункционального стенда для натурных динамических испытаний и эффективном исследовании характеристик многозвенных механизмов при циклических нагрузках. Стенд позволяет проводить различные виды испытаний, в том числе, на усталостную прочность многозвенных изделий, используемых в рычажных, кулисных, поршневых, цепных, кривошипных и других машинах и агрегатах.