ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (СТЕНД) ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ СУДОВЫХ МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Техническое решение относится к судостроению, в частности, к области экспериментальных исследований процесса крутильных колебаний, возникающих в судовых машинно-движительных комплексах, а именно, к разработке электромеханического устройства (стенда) моделирования крутильных колебаний.
Известно техническое решение (стенд) по оценке параметров трения в типовых узлах с вращением испытываемого агрегата (силиконового демпфера) (см. книгу Алексеева В.В., Болотина Ф.Ф., Кортын Г.Д. «Демпфирование крутильных колебаний судовых валопроводов». - Л.: Судостроение, 1973. - 181 с.). Однако, недостатком данного устройства (стенда) является наличие ременного привода, который приводит к демпфированию крутильных колебаний, что затрудняет оценку трения в системе. Наиболее близким по конструкции является устройство (стенд) моделирования работы силиконовых демпферов (см. Степанов Д.В. «Оценка работоспособности силиконовых демпферов крутильных колебаний судовых средне-оборотных дизелей». Диссертация на соискание уч. степени к.т.н., Астрахань, 2001. - 96 с.). Оно содержит электродвигатель постоянного тока и генератор постоянного тока. Электродвигатель и генератор соединены с помощью вала и жестких фланцевых муфт, напрессованных на вал. Примерно на середине вала напрессовывается муфта, на которую закрепляется исследуемый агрегат - силиконовый демпфер. Колебания регистрируются механическим торсиографом, который приводится в действие с помощью ременной передачи от вала к торсиографу. Стенд оснащен тиристорной системой управления.
Недостатком данного устройства является: наличие ременной передачи механического торсиографа, которая не позволяет достаточно точно оценивать крутильные колебания; несоответствие компоновки стенда реальным машинно-движительным комплексам (силиконовый демпфер установлен в зонах малых амплитуд
крутильных колебаний, что не позволяет достичь максимально эффективной работы силиконового демпфера).
Техническая задача - создание электромеханического устройства (стенда) для моделирования крутильных колебаний судовых машинно-движительных комплексов, которое позволило бы наиболее полно моделировать и оценивать крутильные колебания, а также получить резонанс при крутильных колебаниях в устройстве.
Технический результат - повышение точности моделирования крутильных колебаний, получение резонанса крутильных колебаний и оценка взаимодействия вращающихся типовых узлов(ротора электродвигателя, демпфера, вала, маховика, ротора генератора).
Он достигается тем, что в известном устройстве демпфер установлен на свободном конце электродвигателя, торсиограф имеет жесткую связь с устройством, введена дополнительная маховая масса, а система управления электродвигателем имеет транзистор. Электродвигатель и система управления электродвигателем создают переменный крутящий момент в диапазоне от 5...2000 Гц, с шагом в 1 Гц во всем диапазоне вращения вала от 50 до 1500 об/мин.
Предлагаемое устройство (стенд) изображено на чертеже. Приведена схема электромеханического устройства (стенда) для моделирования крутильных колебаний судовых машинно-движительных комплексов. На общем столе 1, который имеет шесть амортизационных опор (не указаны на чертеже), установлен электродвигатель постоянного тока 2. В той же диаметральной плоскости, но с другой стороны стола 1 устанавливается генератор постоянного тока 3. Электродвигатель 2 и генератор 3 соединены с помощью вала 5 и жестких фланцевых муфт 8, напрессованных на вал 5. Вал 5 уложен в подшипники скольжения 6. Примерно на середине вала 5 напрессовывается жесткая фланцевая полумуфта (не указана на чертеже), на которую устанавливается маховая масса 7. Исследуемый агрегат - силиконовый демпфер 9, закреплен на свободном конце электродвигателя 2 с помощью напрессованной на вал ротора электродвигателя полумуфты (не указана на чертеже). На столе 1 также установлены электрический тахометр 4, механический торсиограф 10, скоростная кинокамера 11 и телеметрическая система 12. Управляющий
сигнал на электродвигатель 2 и генератор 3 формируется в блоке управления 13 и контролируется осциллографом 14.
Принцип действия устройства основан на возбуждении крутильных колебаний многомассовой системы путем циклического изменения питающего напряжения на ротор электродвигателя 2. В устройстве возникают крутильные колебания, которые сопровождаются вращением исследуемого агрегата 9, ротора электродвигателя 2, вала 5, дополнительной маховой массы 7, ротор генератора 3 и механического торсиографа 10. Возбуждения ротора электродвигателя 2 подбирают с такой частотой (в диапазоне 5,6...10, 11, 12...2000 Гц.), чтобы получить резонансные колебания.
Устройство работает следующим образом.
Электродвигатель постоянного тока 2 раскручивает систему, состоящую из вала 5, демпфера 9, маховика 7, генератора 3 и механического торсиографа 10 в диапазоне частот вращения от 50 до 1500 об/мин. При этом блок управления 13 подает управляющий сигнал импульсно-широтной модуляции на электродвигатель 2, что приводит к вращению системы и возникновению крутильных колебаний в системе. Управляющий сигнал блока управления контролируется осциллографом 14. Изменение управляющего сигнала позволяет получать равномерное и сложное вращение системы, которое сопровождается крутильными колебаниями. Блок управления 13 позволяет изменить передаваемый электродвигателем крутящий момент за счет возбуждения генератора 3. Крутильные колебания оцениваются с помощью телеметрической системы 12 и механическим торсиографом 10. Одновременно можно проводить киносъемку при помощи скоростной кинокамеры 11.
Устройство работающее по предлагаемой схеме «демпфер - электродвигатель - маховик - генератор» при варьировании нагрузки на генератор, жесткой связи устройства с торсиографом исключает демпфирование крутильных колебаний, какими-либо механизмами, входящими в состав стенда, повышает точность моделирования крутильных колебаний и оценку взаимодействия вращающихся типовых узлов. Изменением управляющего сигнала, используемая система управления электродвигателем, вводит систему вращающихся масс в резонанс.
Устройство (стенд) позволяет:
- моделировать крутильные колебания;
- производить исследовательские, производственные, послеремонтные испытания демпферов;
- при любой архитектуре машинно-движительного комплекса (с муфтой, с редуктором, с демпфером и т.д.) моделировать сложное вращательное движение;
- изменять режимы работы стенда (установившийся и неустановившийся);
- получать резонанс при крутильных колебаниях в системе.