НАГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к устройствам для испытания объектов с поступательно движущимися выходными звеньями, и может найти применение при стендовых испытаниях линейных гидравлических (гидроцилиндров) и электромеханических актуаторов, реечно-зубчатых, червячно-винтовых, шарико-винтовых передач, приводов машин и механизмов с поступательно движущимися выходными звеньями, например, приводов стрелочных переводов.
Известено нагрузочное устройство гидроцилиндра (см. ГОСТ 18464-96. Гидроприводы объемные. Гидроцилиндры. Правила приемки и методы испытаний. М.: Издательство стандартов, 2001. - стр. 12, рисунок Б.1), содержащее нагрузочный гидроцилиндр с односторонним штоком, соединенный штоком с испытываемым гидроцилиндром, вентили, установленные в рабочих линия гидроцилиндра.
Недостатком указанного устройства является то, что он имеет два вентиля с мускульным управлением. Это приводит к усложнению конструкции устройства, снижению быстродействия системы его управления, повышенной продолжительности, энергоемкости и стоимости испытания гидроцилиндра.
Наиболее близким аналогом по технической сущности является нагрузочное устройство для испытания приводов подачи металлорежущих станков (см. патент на изобретение №1450934, МПК B23C 9/00) содержащее гидроцилиндр, корпус которого закреплен на столе станка, а шток с поршнем шарнирно связан с оправкой, закрепленной в шпинделе и гидравлический контур, связывающий рабочие полости гидроцилиндра и выполненный в виде герметичного бака с упругой мембраной, размещенного выше уровня гидроцилиндра и соединенного с его штоковой и безштоковой полостями через параллельно установленные напорные золотники с обратными клапанами.
Недостатком указанного устройства является то, что он не позволяет:
- повысить быстродействие системы управления нагрузочным устройством из-за ручного управления двумя золотниками, требующими последовательной продолжительной настройки;
- повысить производительность при испытании станков, снабженных нагрузочным устройством, из-за необходимости долговременной предварительной настройки устройства;
- снизить энергоемкость и стоимость испытания приводов подачи металлорежущих станков из-за низкой производительности нагрузочного устройства;
- измерять силовые и скоростные параметры на выходном звене объекта испытания в автоматическом режиме.
Техническими задачами, поставленными в настоящей полезной модели, являются:
1. повышение быстродействия системы управления нагрузочного устройства испытательного стенда;
2. повышение производительности стенда, снабженного нагрузочным устройством;
3. снижение затрат энергии на испытание объекта на стенде;
4. обеспечение возможности измерения силовых и скоростных параметров на выходном звене объекта испытания в автоматическом режиме.
Эти задачи достигаются тем, что нагрузочное устройство, содержащее нагрузочный гидроцилиндр и гидравлический контур, связывающий рабочие линии и полости гидроцилиндра и выполненный в виде бака и соединенного с рабочими линиями и полостями гидроцилиндра через параллельно установленные обратные клапаны, снабжено логическим элементом «ИЛИ», соединенным входами с рабочими линиями, регулируемым дросселем с дистанционным управлением, установленным на выходе логического элемента, предохранительным клапаном, соединенным входом с выходом логического элемента, и измерительной системой, состоящей из датчиков давления масла на входе регулируемого дросселя, силы, перемещения и скорости штока гидроцилиндра, при этом регулируемый дроссель, датчики давления масла, силы, перемещения и скорости штока гидроцилиндра подсоединены к блоку управления, при этом бак дополнительно соединен с выходами регулируемого дросселя и предохранительного клапана. Блок управления подсоединяется к объекту испытания через устройство сопряжения.
Для снижения затрат энергии на испытание объекта управление регулируемым дросселем осуществляет блок управления по заданной программе, в зависимости от положения, силы и скорости выходного звена объекта испытания (штока гидроцилиндра нагрузочного устройства) и давления масла на входе регулируемого дросселя.
На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого нагрузочного устройства.
Нагрузочное устройство содержит нагрузочный гидроцилиндр 1 с двусторонним штоком, рабочие линии 2 и 3, обратные клапаны 4 и 5, установленные в рабочих линиях, бак 6, соединенный с рабочими линиями и полостями гидроцилиндра через параллельно установленные обратные клапаны, логический элементом «ИЛИ» 7, соединенный входами с рабочими линиями, регулируемый дроссель 8 с дистанционным управлением, установленный на выходе логического элемента, предохранительный клапан 9, соединенный входом с выходом логического элемента, и измерительную систему, состоящую из датчика давления масла 10 на входе регулируемого дросселя, и датчиков силы 11, перемещения и скорости 12 штока гидроцилиндра 1, блок управления 13, соединенный с регулируемым дросселем 8, датчиками давления масла 10, силы 11, перемещения и скорости 12, объектом испытания 14, осуществляющий работу по заданной программе, в зависимости от положения, силы и скорости выходного звена объекта испытания (штока гидроцилиндра нагрузочного устройства) и давления масла на входе регулируемого дросселя, устройство сопряжения 15 объекта испытания со штоком гидроцилиндра, при этом бак 6 дополнительно соединен с выходами регулируемого дросселя 8 и предохранительного клапана 9. Устройство сопряжения объекта испытания и нагрузочного устройства представляет собой передачу с известным КПД и передаточным отношением. При повышенной скорости выходного звена объекта испытания устройство сопряжения позволяет понизить скорость штока нагрузочного гидроцилиндра и обеспечить приемлемое быстродействие системы управления нагрузочным устройством благодаря подбору передаточного отношения устройства сопряжения.
Нагрузочное устройство работает следующим образом.
Перед началом работы нагрузочного устройства производится соединение выходного звена объекта испытания 14 со штоком нагрузочного устройства с помощью устройства сопряжения 15.
При включении объекта испытания 14 через блок управления 13 поступательно движущееся выходное звено объекта испытания начинает перемещать шток нагрузочного гидроцилиндра 1 нагрузочного устройства. При этом масло из правой штоковой полости гидроцилиндра 1 вытесняется поршнем гидроцилиндра 1 через логический элемент «ИЛИ» 7, регулируемый дроссель 8 в бак 6, а обратный клапан 5 закрывается давлением масла, создаваемым перед регулируемым дросселем 8, т.к. объем правой полости уменьшается, а давление в ней возрастает. Одновременно масло из бака 6 всасывается через обратный клапан 4 в левую штоковую полость гидроцилиндра 1, т.к. объем левой полости увеличивается, а давление в ней падает.
При включении объекта испытания 14 в реверсивном режиме через блок управления 13 поступательно движущееся выходное звено объекта испытания начинает перемещать шток нагрузочного гидроцилиндра 1 нагрузочного устройства в реверсированном направлении. При этом масло из левой штоковой полости гидроцилиндра 1 вытесняется поршнем гидроцилиндра 1 через логический элемент «ИЛИ» 7, регулируемый дроссель 8 в бак 6, а обратный клапан 4 закрывается давлением масла, создаваемым перед регулируемым дросселем 8, т.к. объем левой полости уменьшается, а давление в ней возрастает. Одновременно масло из бака 6 всасывается через обратный клапан 5 в левую штоковую полость гидроцилиндра 1, т.к. объем правой полости увеличивается, а давление в ней падает. При этом сигналы от датчиков 10-12 поступают в блок управления 13, которым осуществляется управление регулируемым дросселем 8 по заданной программе, в зависимости от положения, силы и скорости выходного звена объекта испытания (штока гидроцилиндра нагрузочного устройства) и давления масла на входе регулируемого дросселя.
Поперечное сечение регулируемого дросселя 8, давление перед ним и в полости нагрузочного гидроцилиндра 1, силы на штоке нагрузочного гидроцилиндра 1 и поступательно движущимся выходном звене объекта испытания 14 задаются блоком управления 13, который подает управляющую команду, соответствующую, требуемой объекту испытания, нагрузке, на электромагнит регулируемого дросселя 8.
Защита от перегрузок штоковой полости нагрузочного гидроцилиндра 1 обеспечивается предохранительным клапаном 9. При этом масло из штоковой полости гидроцилиндра 1 идет через предохранительный клапан 9 в бак 6.
Интенсивность разгона и торможения штока нагрузочного гидроцилиндра 1 для снижения затрат энергии определяется величиной площади сечения потока, открытого регулируемым дросселем 8. В результате изменения скорости перемещения штока нагрузочного гидроцилиндра 1, обеспечивается требуемая интенсивность разгона и торможения поступательно движущегося выходного звена объекта испытания 14, требуемое время испытания, что приводит к повышению производительности стенда, снабженного нагрузочным устройством, при приемлемой точности результатов испытаний объекта.
Заявленная конструкция нагрузочного устройства в сравнении прототипом обеспечивает повышение быстродействия системы управления нагрузочного устройства испытательного стенда, повышению производительности стенда, снабженного нагрузочным устройством, снижению затрат времени на настройку регулируемого дросселя, испытание объекта и, как следствие, к снижению удельных затрат энергии на испытание объекта на стенде, а также обеспечивает возможность измерения силовых и скоростных параметров на выходном звене объекта испытания в автоматическом режиме.