КОМБИНИРОВАННЫЙ ДИНАМИЧЕСКИЙ МОДЕЛИРУЮЩИЙ СТЕНД

2.1 Область техники, к которой относится полезная модель
Предлагаемая полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована для комбинированного моделирования климатических и динамических режимов эксплуатации моделируемых объектов.
2.2 Уровень техники
В настоящее время известен целый ряд динамических моделирующих стендов, предназначенных для моделирования работы испытуемых устройств в условиях динамических нагрузок.
Например известен Динамический моделирующий стенд (Патент РФ на полезную модель 86738 от 29.12.2008, G01M 7/06, содержащий в своем составе опорно-поворотный механизм, включающий в себя, среди прочих элементов, устройства, обеспечивающие реализацию динамических нагрузок и заданных движений вокруг вертикальной оси (далее устройство канала курса), и вокруг оси, перпендикулярной вертикальной (далее устройство канала тангажа), при этом на основании данного устройства имеется U-образный кронштейн, причем в размещенных в боковых полках указанного U-образного кронштейна подшипниковых опорах на двух соосно установленных полуосях помещена рама канала тангажа, выполненная с возможностью поворота вокруг своей оси, имеется также площадка для крепления испытуемого объекта. Описанный динамический моделирующий стенд позволяет моделировать динамические режимы эксплуатации испытуемых объектов в широком диапазоне динамических характеристик. Однако, его моделирующие возможности ограничиваются исключительно набором динамических воздействий, моделируемых в нормальных температурных условиях.
Одновременно следует отметить, что многие виды испытуемых объектов, могут в процессе эксплуатации испытывать на себе комбинированное воздействие факторов различного рода, к примеру динамических и температурных, что бывает при работе на большой высоте относительно уровня моря или в областях Земли, для которых характерны низкие температуры.
3. Раскрытие полезной модели
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого устройства, заключается в расширении возможности по моделированию работы испытуемых объектов за счет одновременного сочетания динамических и температурных воздействий. Такой подход позволяет выявить на этапе проектирования различные эмерджентные эффекты, связанные с комбинированным воздействием динамических и температурных нагрузок, в том числе ведущие к неисправностям испытуемых устройств.
Достижение технического результата осуществляется за счет того, что в составе предлагаемого устройства имеются системы заданий режимов испытаний и их воспроизведения, а также системы управления и контроля, причем система воспроизведения режимов испытаний содержит опорно-поворотный механизм с двумя управляемыми осями вращения, позволяющий моделировать динамические воздействия на испытуемый объект по двум вышеупомянутым осям, а также термокамеру, позволяющую моделировать температурное воздействие на испытуемый объект. А именно за счет того, что предлагаемый комбинированный динамический моделирующий стенд, содержит системы заданий режимов испытаний и их воспроизведения, а также системы управления и контроля, причем система воспроизведения режимов испытаний выполнена в виде опорно-поворотного механизма с двумя управляемыми осями вращения, включающий в себя, среди прочих элементов, устройства, обеспечивающие реализацию динамических нагрузок и заданных движений по курсу и тангажу, при этом на основании данного устройства установлен U-образный кронштейн, причем в размещенных в боковых полках указанного U-образного кронштейна подшипниковых опорах на двух соосно установленных полуосях помещена рама канала тангажа, выполненная с возможностью поворота вокруг своей оси. При этом устройство канала тангажа, помимо упомянутой рамы, содержит электродвигатель, тормозную муфту и датчик углового положения канала тангажа, размещенные в одном из сегментов U-образного кронштейна основания, а также электрический токосъемник и гидравлический коллектор для подвода хладагента (спирта) в термокамеру, размещенные в другом сегменте, причем указанная рама канала тангажа выполнена в виде платформы, имеющей U-образную форму, в указанной раме канала тангажа размещена термокамера, внутри которой размещен поворотный стол устройства канала курса, причем оси вращения рамы канала тангажа и поворотного стола канала курса взаимно перпендикулярны, причем упомянутый поворотный стол установлен на вал канала курса, установленный в средней части рамы канала тангажа на подшипниковых опорах, между которыми располагается электродвигатель, электрический токосъемник, а также тормозная муфта и датчик поворота устройства канала курса, а на поворотном столе устройства канала курса имеются отверстия, обеспечивающие установку и фиксацию испытуемого изделия, а также электрический разъем, соединенный с ротором коллектора канала курса, статор которого соединен кабелем с ротором электрического коллектора канала тангажа.
В предпочтительном варианте выполнения указанного стенда применены трехфазные высокомоментные электродвигатели синхронного типа с постоянными магнитами на роторе, такие, что управление вращением ротора каждого электродвигателя осуществляет соответствующий сервоконтроллер, который формирует вращающийся вектор магнитной индукции поля статора электродвигателя на основании информации о текущем положении ротора и управляющего аналогового напряжения.
В другом предпочтительном варианте термокамера оснащена дверцей с запорным устройством, позволяющей осуществлять доступ к поворотному столу для установки и снятия испытуемого устройства, причем в дверце имеется смотровое окно для визуального наблюдения за испытуемым устройством.
Опорно-поворотный механизм устройства выполнен так, что внешняя ось вращения (горизонтальная ось вращения, перпендикулярная продольной оси испытуемого изделия) соответствует каналу тангажа, внутренняя (вертикальная ось вращения при нулевом положении устройства канала тангажа) - каналу курса.
Указанный опорно-поворотный механизм установлен на неподвижном основании и выполнен в виде U-образного кронштейна, причем в размещенных в боковых полках указанного U-образного кронштейна подшипниковых опорах на двух соосно установленных полуосях помещена, также имеющая U-образную форму, платформа устройства канала тангажа (именуемая далее также тангажной вилкой), выполненная с возможностью поворота вокруг своей оси.
Устройство канала тангажа, помимо тангажной вилки, включает в себя электродвигатель, тормозную муфту и датчик поворота, размещенные в одном из сегментов U-образного кронштейна, размещенного в основании устройства, а также электрический токосъемник, предназначенный для передачи электрических сигналов с подвижных элементов канала тангажа на неподвижное основание, и гидравлический коллектор для подвода хладагента (спирта) в рабочую камеру термокамеры, размещенные в другом сегментов упомянутого U-образного кронштейна. Причем для компенсации моментов дисбаланса, вызванных воздействием силы тяжести на неуравновешенные конструкции каналов стенда, на тангажной вилке установлены наборные противовесы, закрытые декоративными кожухами.
На вилке тангажной установлена термокамера, внутри которой размещен поворотный стол устройства канала курса, причем оси вращения тангажной вилки и поворотного стола канала курса взаимно перпендикулярны. Термокамера оснащена дверцей с запорным устройством, позволяющей осуществлять доступ к поворотному столу для установки и снятия испытуемого устройства, причем в дверце имеется смотровое окно для визуального наблюдения за испытуемым устройством.
Упомянутый поворотный стол установлен на вал канала курса, установленный в средней части тангажной вилки на подшипниковых опорах, между которыми располагается электродвигатель, электрический токосъемник, а также тормозная муфта и датчик поворота устройства канала курса.
На самом поворотном столе устройства канала курса имеются отверстия, обеспечивающие установку и фиксацию испытуемого изделия, а также электрический разъем, соединенный с ротором коллектора канала курса, статор которого соединен кабелем с ротором электрического коллектора канала тангаж.
В устройстве применены трехфазные высокомоментные электродвигатели синхронного типа с постоянными магнитами на роторе. Управление вращением ротора каждого электродвигателя осуществляет соответствующий сервоконтроллер, который формирует вращающийся вектор магнитной индукции поля статора электродвигателя на основании информации о текущем положении ротора и управляющего аналогового напряжения.
4. Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами где:
Фиг. 1. - Схема опорно-поворотного механизма предлагаемого устройства.
На фигуре представлены:
1 - U-образный кронштейн устройства канала тангажа (тангажная вилка);
2 - основание опорно-поворотного механизма;
3 - подшипниковые опоры канала тангажа;
4 - статор электродвигателя канала тангажа;
5 - ротор электродвигателя канала тангажа;
6 - вал канала тангажа;
7 - датчик углового положения канала тангажа;
8 - тормозная муфта канала тангажа;
9 - термокамера;
10 - поворотный стол канала курса;
11 - вал канала курса;
12 - подшипниковые опоры канала курса;
13 - электродвигатель канала курса;
14 - датчик углового положения канала курса;
15 - тормозная муфта канала курса;
16 - электрический разъем
17 - ротор электрического коллектора канала курса;
18 - ротор электрического коллектора канала тангажа;
19 - гидроколлектор.
5. Осуществление полезной модели
Устройство, предлагаемое в качестве полезной модели, осуществляется следующим образом. Схема опорно-поворотного механизма предлагаемого Устройства представлена на фиг. 1.
U-образная платформа (тангажная вилка) (1) установлена в закрепленных на основании (2) подшипниковых опорах (3), которые позволяют ей совершать движения относительно неподвижного основания вокруг горизонтальной оси вращения. На одной из полуосей расположен бескорпусной высокомоментный электродвигатель, состоящий из статора (4), закрепленного на основании и ротора (5), закрепленного на валу (6) полуоси. Безредукторный привод позволяет увеличить плавность работы, а также в отличие от редукторного не имеет люфта выходного звена, что улучшает динамические характеристики стенда. Угловое положение канала тангажа измеряется датчиком положения (7), установленным внутри ротора электродвигателя. Такая установка, вследствие уменьшения расстояния до подшипниковой опоры, снижает влияние биения оси вращения и увеличивает точность определения углового положения канала. Для стопорения канала тангажа в обесточенном состоянии на валу установлена тормозная муфта (8), что обеспечивает безопасность эксплуатации и удобство монтажа испытываемого оборудования.
На U-образной платформе установлена термокамера (9), внутри которой размещен поворотный стол канала курса (10). Оси вращения вилки тангажной и поворотного стола канала курса взаимно перпендикулярны. Поворотный стол установлен на вал канала курса (11), установленный на подшипниковых опорах (12), между которых располагается бескорпускной высокомоментный электродвигатель (13). Такое расположение подшипников обеспечивает высокую жесткость опоры, что улучшает динамические характеристики стенда, также увеличивает точность определения углового положения датчиком (14). Для стопорения канала курса в обесточенном состоянии на валу установлена тормозная муфта (15).
На поворотном столе размещен электрический разъем (16), соединенный с ротором электрического коллектора канала курса (17), а его статор соединен кабелем с ротором коллектора канала тангажа (18).
Для охлаждения внутреннего объема термокамеры к ней через гидроколлектор (19) подводится хладагент. Применение коллекторов позволяет совершать неограниченное вращение по обоим каналам стенда, что расширяет возможности по испытаниям и обеспечивает дополнительное удобство эксплуатации.
Предлагаемое устройство содержит основание опорно-поворотного механизма, выполненое сборно-сварным и устанавливается на фундамент через клиновые опоры и крепится к нему с помощью анкерных болтов. На основании опорно-поворотного механизма расположена панель соединителей для подключения кабелей, связывающих элементы системы управления, установленные на опорно-поворотном механизме с аппаратурой, размещенной в системе управления устройства (на фигуре не показана).
U-образная платформа (тангажная вилка) (1) установлена в закрепленных на основании подшипниковых опорах, которые позволяют ей совершать движения относительно неподвижного основания вокруг горизонтальной оси вращения. На тангажной вилке (1) установлена термокамера (9), внутри которой размещен поворотный стол канала курса.
Оси вращения тангажной вилки и поворотного стола канала курса взаимно перпендикулярны. В одном из сегментов тангажной вилки установлены электродвигатель, тормозная муфта и датчик углового положения канала тангаж, а в другом сегменте - электрический токосъемник, предназначенный для передачи электрических сигналов с подвижных элементов канала тангажа на неподвижное основание, и гидравлический коллектор для подвода хладагента (спирта) в термокамеру. Для компенсации моментов дисбаланса, вызванных воздействием силы тяжести на неуравновешенные конструкции каналов стенда, на вилке тангажной могут быть установлены наборные противовесы, закрытые декоративными кожухами.
На оси канала курса размещены электродвигатель, тормозная муфта, датчик углового положения и электрический токосъемник.