УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РОТОРНЫХ СИСТЕМ С МНОГОЗОННОЙ ПОДАЧЕЙ СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА
INSTALLATION FOR INVESTIGATION OF ROTOR SYSTEMS WITH MULTI-ZONE SUPPLY OF LUBRICANT

Изобретение относится к области учебного лабораторного оборудования и может быть использовано 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 выбрана установка для исследования роторных систем, содержащая корпус, установленный на станине и имеющий резьбовые отверстия для крепления элементов смазочной системы, выполненных в виде фитингов, вал, связанный через муфту с электродвигателем, зафиксированным на станине с помощью кронштейна, на корпусе смонтирована крышка, в которой установлен винт, фиксирующий датчик силы, подшипниковые узлы, имеющие корпуса, на которых винтами закреплены крышки, в которых выполнены резьбовые отверстия, с установленными в них датчиками перемещения, датчиками давления, датчиками температуры, причем один подшипниковый узел имеет дополнительно датчик частоты вращения, уплотнения, установленные в крышке, а установка имеет модуль с многозонной подачей смазочного материала, установленный на одном подшипниковом узле, содержащий рассеиватель, прокладку и крышку, в которой выполнены резьбовые отверстия для крепления соединительных элементов, связанных гидравлическими шлангами со смазочной системой, установка имеет два контура подачи смазочного материала, включающих сервоклапаны, фильтры, нагревательные элементы, датчики расхода, гидравлические шланги, на другом подшипниковом узле установлен подшипник качения, дополнительно введен блок управления, сбора и обработки сигналов, входы которого связаны с датчиком частоты вращения, датчиками температуры, датчиками перемещения, датчиком давления, датчиком силы, датчиками расхода, а выходы - с сервоклапанами, электродвигателем, насосами и нагревательными элементами. (Патент РФ №2701198, МПК 001М13/04, опубликовано 25.09.2019 г.).
Недостатком данного экспериментального стенда является невозможность исследования роторных систем с многозонной подачей смазочного материала без кратковременной остановки эксперимента, связанной с настройкой оборудования.
Техническая задача, которую решает данное изобретение, - повышение уровней вариабельности управляющих факторов испытаний за счёт управления характеристиками подачи смазочного материала, конструктивной возможности модернизации стенда с помощью установки дополнительного блока для многозонной подачи смазочного материала и изменения схемы подачи смазочного материала в подшипниковый узел для непрерывного проведения полного комплекса экспериментов.
Поставленная задача достигается тем, что в установке для исследования роторных систем с многозонной подачей смазочного материала, содержащей корпус, установленный на станине и имеющий резьбовые отверстия для крепления элементов смазочной системы, выполненных в виде фитингов, вал, связанный через муфту с электродвигателем, зафиксированным на станине с помощью кронштейна, на корпусе смонтирована крышка, в которой установлен винт, фиксирующий датчик силы, подшипниковые узлы, имеющие корпуса, на которых винтами закреплены крышки, в которых выполнены резьбовые отверстия, для установки на первом подшипниковом узле датчика частоты вращения, а на втором - датчиков перемещения, датчиков температуры и датчика давления, а установка имеет модуль с многозонной подачей смазочного материала, установленный на втором подшипниковом узле, содержащий головку, прокладку и крышку, в которой выполнены резьбовые отверстия для крепления соединительных элементов, связанных гидравлическими
шлангами со смазочной системой, установка имеет два контура подачи смазочного материала, включающих сервоклапаны, фильтры, нагревательные элементы, датчики расхода, гидравлические шланги, на первом подшипниковом узле установлен подшипник качения, блок управления, сбора и обработки сигналов, входы которого связаны с датчиком частоты вращения, датчиками температуры, датчиками перемещения, датчиком давления, датчиком силы, с датчиками расхода, а выходы - с сервоклапанами, электродвигателем и нагревательными элементами, согласно изобретению, модуль с многозонной подачей смазочного материала выполнен в виде блока, соединенного с зазором между валом и подшипником скольжения посредством двадцати каналов, выполненных в блоке, который подсоединён к двум контурам смазочной системы при помощи двух блоков электромагнитных клапанов, выходы которых связаны гидравлическими шлангами с блоком многозонной подачи смазочного материала, а входы со смазочной системой, при этом блоки электромагнитных клапанов подключены к блоку управления, сбора и обработки сигналов.
Технический результат применения данного устройства заключается в расширении области исследования роторных систем за счёт применения дополнительного блока с многозонной подачей смазочного материала с активным управлением характеристиками подачи смазочного материала и возможностью изменения схемы подачи смазочного материала в подшипниковый узел для непрерывного проведения полного комплекса экспериментов.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена схема установки для исследования роторных систем с многозонной подачей смазочного материала в общем виде; на фиг.2 изображена схема многозонной подачи смазочного материала в подшипниковый узел; на фиг.3 изображена смазочная система для исследования роторных систем с многозонной подачей смазочного материала; на фиг.4 изображён блок многозонной подачи смазочного
материала; на фиг. 5 изображено соединение модуля для исследования многозонной подачи смазочного материала с подшипниковым узлом.
Установка (фиг.1) содержит корпус 1, установленный на станине 2, имеющий резьбовые отверстия 3, смазочную систему 4 (выделенную на рисунке жирными линиями), связанную с соединительными элементами 5, закреплёнными в отверстиях 3, первый подшипниковый узел 6 и второй подшипниковый узел 7, закреплённые в корпусе 1, вал 8, связанный через муфту 9 с электродвигателем 10, установленным через кронштейн 11 на станине 2. Крышка 12 зафиксирована на корпусе 1. Нагрузочное устройство 13 установлено в корпусе 1 и посажено на вал 8. Нагрузочное устройство 13 содержит установочный винт 14, установленный в крышке 12, и фиксирующий датчик 15 силы в силовом блоке 16, установленном на вал 8. На подшипниковом узле 6 через планку 17 установлен датчик 18 частоты вращения. На подшипниковом узле 7 установлены датчики 19 перемещения, датчики 20 температуры и датчик 21 давления. В подшипниковом узле 6 установлен подшипник 22 качения зафиксированный дистанционной втулкой 23 и гайкой 24. В подшипниковом узле 7 установлен подшипник 25 скольжения, зафиксированный дистанционной втулкой 26 и гайкой 27. На подшипниковом узле 7 закреплен блок 28 многозонной подачи смазочного материала, имеющий резьбовые отверстия 29 и 30. В резьбовые отверстия 29 закреплены гидравлические элементы 31 смазочной системы 4. В резьбовые отверстия 30 установлены датчики 32 давления. Баки 33, заполненные смазочным материалом 34, соединены с блоком 28 многозонной подачи смазочного материала через последовательно установленные фильтры 35, насосные станции 36, предохранительные клапаны 37, сервоклапаны 38, датчики 39 расхода, блоки 40 электромагнитных клапанов (по четыре клапан I, II, III и IV в каждом блоке), проточные датчики 41 температуры, обратные клапаны 42. Внутри баков 33 расположены нагревательные элементы 43. Электродвигатель 10, насосные станции 36, нагревательные элементы 43, датчик 15 силы, датчик
18 частоты вращения, датчики 20 температуры, датчик 19 перемещения, датчик 21 давления, датчики 39 расхода и сервоклапаны 38, блоки 40 электромагнитных клапанов, проточные датчики 41 температуры соединены с блоком 44 управления, сбора и обработки сигналов в соответствии с управляемой программой для непрерывного проведения полного комплекса экспериментов.
1
2
На фиг. 2 а, б, в, г представлена схема многозонной подачи смазочного материала, разной температуры t и t, поступающего в зазор между валом 8 и подшипником 25 скольжения, при этом изменение подачи смазочного материала 34 происходит за счет работы блоков 40 электромагнитных клапанов управляемых блоком 44 управления, сбора и обработки сигналов.
1
2
Смазочная система 4 (фиг. 3) имеет два контура подачи смазочного материала, а также один контур для слива смазочного материала. Каждый контур подачи смазочного материала имеет один бак 33 со смазочным материалом 34, насосную станцию 36, входной патрубок которой соединен с баком 33 через последовательно установленные гидравлические шланги 45 и фильтр 35. Выходной патрубок 46 каждой насосной станции 36 соединен с последовательно установленными предохранительным клапаном 37, сервоклапаном 38, датчиком 39 расхода и входом в блок 40 электромагнитных клапанов через гидравлический шланг 47. Блоки 40 электромагнитных клапанов (по четыре клапана I, II, III и IV в каждом блоке) имеет четыре выхода, через которые с помощью гидравлических шлангов 48, 49, 50, 51 (для первого контура) и гидравлических шлангов 52, 53, 54, 55 (для второго контура) соединены через проточные датчики 41 температуры, обратные клапаны 42, гидравлические элементы 31 с блоком 28 многозонной подачи смазочного материала. Из блока 28 смазочный материал 34 через пять отверстий 56, 57 (с температурой t) и пять отверстий 58, 59 (с температурой t) попадает в зазор между валом 8 и подшипником 25 скольжения. Для регулирования и поддержания температуры смазочного материала 34 в заданном диапазоне значений в каждом баке 33 установлен нагревательный элемент 43. Давление подачи смазочного материала, создаваемое каждой насосной станцией 36, регистрируется манометрами 60, установленными на ней.
Контур для слива смазочного материала имеет коллектор 61, ко входу в который присоединены гидравлические шланги 62, соединенные с элементами 5, выполненными в виде фитингов, закрепленными в резьбовых отверстиях 3 корпуса 1. Коллектор 61 соединен с баками 33 через последовательно установленные гидравлический шланг 63 и коллектор 64. Предохранительные клапаны 37 связаны с коллектором 64 при помощи гидравлических шлангов 65 и 66.
Блок 28 (фиг. 4) многозонной подачи смазочного материала состоит из головки 67, прокладки 68 и крышки 69. Головка 67 имеет четыре паза 70 для подвода к рабочей зоне датчиков 19, 20, 21. Пазы 70 делят переднюю часть головки 67 на четыре части, в каждой из которых расположено по пять каналов 56, 57, 58, 59. На торцевой поверхности крышки 69 имеются четыре резьбовых отверстия 30 для установки датчиков давления 34, а на наружной поверхности четыре резьбовых отверстия 29 для соединения с гидравлическими элементами 31. Блок 28 образует единый узел путем соединения головки 67, прокладки 68 и крышки 69 с помощью винтов 71
Блок 28 (фиг. 5) с многозонной подачей смазочного материала имеет восемь сквозных отверстий 72, для крепления к подшипниковому узлу 7 при помощи болтов 73.
Установка для исследования роторных систем с многозонной подачей смазочного материала работает следующим образом.
В каждом контуре подачи смазочного материала включают нагревательные элементы 43, которые нагревает смазочный материал в баках 33 до заданной температуры (в каждом контуре она разная) и поддерживают ее до конца эксперимента.
Когда температура смазочного материала в баках 33 каждого из контуров достигает необходимого значения, включаются насосные станции 36, которые нагнетают смазочный материал 34 из баков 33 через гидравлические шланги 45, фильтры 35, гидравлические шланги 46 к предохранительным клапанам 37 и к сервоклапанам 38. Затем через датчики 39 расхода смазочный материал 34 поступает через гидравлический шланг 46 в блоки 40 электромагнитных клапанов, который имеет четыре выхода, через которые с помощью гидравлических шлангов 48, 49, 50, 51 (для первого контура) и гидравлических шлангов 52, 53, 54, 55 (для второго контура) соединены через проточные датчики 41 температуры, с обратными клапанами 42, гидравлическими элементами 31 и блоком 28 многозонной подачи смазочного материала.
1
2
1
2
1
2
1
2
Из первого контура смазочный материал с температурой t, из второго контура с температурой t поступает в крышку 69 модуля 28, из которой, он по двадцати каналам (пяти каналам 56, пяти каналам 57, пяти каналам 58, пяти каналам 59) попадает в зазор между валом 8 и подшипником 25 скольжения. В зависимости от плана эксперимента подача смазочного материала может осуществляться как одновременно по всем двадцати каналам (пяти каналам 56 и пяти каналам 57 с температурой t и пяти каналам 58 и пяти каналам 59 с температурой t), так и частично (пяти каналам 56 с температурой t и пяти каналам 58 с температурой t или пяти каналам 57 с температурой t и пяти каналам 59 с температурой t). Происходящий процесс включения, выключения и направления потока смазочного материала контролируют с помощью управляющей программы, которая и регулируется блоком 44 управления, сбора и обработки сигналов с помощью блоков 40 электромагнитных клапанов.
Отвод смазочного материала из корпуса 1 происходит через коллектор 61, ко входу в который присоединены гидравлические шланги 62, соединенные с элементами 5, выполненными в виде фитингов, закрепленными в резьбовых отверстиях 3 корпуса 1. Смазочный материал 34 через коллектор 61 попадает в баки 33 через последовательно установленные гидравлический шланг 63 и коллектор 64. При возникновении избыточного давления в системе через предохранительные клапаны 37 происходит сброс избыточной смазочной жидкости в коллектор 64 через гидравлические шланги 65 и 66.
Величина внешней нагрузки на вал 8 со стороны нагрузочного устройства 13, которая регистрируется датчиком 15 силы, изменяется путем отвинчивания или завинчивания винта 14, тем самым уменьшая или увеличивая величину нагрузки передаваемой через силовой блок 16 на вал 8.
В начальный промежуток времени вал 8 не вращается. Затем, в соответствии с параметрами испытания, регулируется величина внешней нагрузки, организуется подача и регулируется давление смазочного материала. После этого электродвигатель 10 через муфту 9 раскручивает вал 8 до установленной частоты вращения, фиксируемой датчиком 18, при этом датчики 19 фиксируют перемещение вала 8 в осевом направлении. Давление подачи смазочного материала меняется в зависимости от степени открытия сервоклапана 38 и регистрируется датчиками 32 давления в каждом канале блока 28 многозонной подачи смазочного материала и отдельно в зоне работы подшипникого узла 7 с помощью датчика 21 давления в виде аналогового сигнала по напряжению. Датчик 20 фиксируют температуру смазочного материала по периметру зазора между валом 8 и подшипником 25 скольжения. Проточные датчики 41 температуры фиксируют температуру смазочного материала на входе в блок 28 многозонной подачи смазочного материала.
Сигналы с датчиков 15, 18, 19, 20, 21, 41, 32 и датчика 39 расхода поступают в блок 44 управления, сбора и обработки сигналов, где они регистрируются и обрабатываются. В ответ из блока 44, в соответствии с управляющей программой, на сервоклапаны 38 подается сигнал, регулирующий степень открытия механизма сервоклапанов 38.
С помощью блока 44 управления, сбора и обработки сигналов, производится отключение и включение насосной станции 36 и электродвигателя 10, управление нагревательными элементами 43. После выполнения всех параметров испытания выключается электродвигатель 10, вал 8 останавливается, выключается насосные станции 36 и испытание считается оконченным.