Привод малых скоростей для буксировочной тележки опытового гидробассейна

Полезная модель относится к экспериментальной гидромеханике корабля и плавучих инженерных сооружений и касается оборудования для проведения гидродинамических и ледовых исследований моделей в опытовом бассейне.
Известна буксировочная тележка для опытового бассейна, содержащая раму с ходовыми колесами, находящимися в контакте с рельсами, проложенными вдоль опытового бассейна электропривод, динамометрическую установку с возможностью закрепления на ней испытуемой модели, датчика скорости движения тележки и регистрирующую аппаратуру, и кроме того, снабженная дополнительным приводом, содержащим электродвигатель, редуктор в виде коробки передач с дифференциалом, приводные валы и муфты, угловые редукторы, ходовые винты башмаками и опоры, причем ходовые винты установлены по бортам рамы тележки параллельно рельсам с возможностью вращения внутри башмаков, корпус которых закреплен на рельсах с возможностью перестановки, при этом ходовые винты на одном конце установлены на опорах, закрепленных на раме тележки, а противоположные концы через муфты установлены в корпусе угловых редукторов и через их шестерни и приводные валы с муфтами связаны с электродвигателем через редуктор в виде коробки передач с дифференциалом, причем корпуса редукторов и электродвигателя закреплены на раме, а измеритель скорости выполнен в виде мерной линейки с двумя разнесенными по ее длине электромагнитными датчиками, которая закреплена на раме параллельно ходовому винту, и измерителя времени в виде генератора опорной частоты и частотомера.
Недостатками известной конструкции буксировочной тележки являются сложность конструкции, необходимость регулировки длинных вращающихся валов с угловыми передачами вращения, а также затраты дополнительно мощности на потери в угловых передачах и в опорах вращающихся длинных валов. Замер скорости, описанный в прототипе, не позволяет контролировать равномерность движения тележки во время испытаний. Предложенный в прототипе метод позволяет замерять среднюю скорость на мерном участке.
Задачей полезной модели является повышение КПД механизма малых скоростей буксировочной тележки при получении равномерного и контролируемого на всем мерном участке движения, что позволит повысить точность и надежность исследования моделей во льдах.
Для достижения этой цели тележка снабжена дополнительным приводом, содержащим электродвигатель и редуктор в виде мотор-редуктора с ведомой шестеренкой, выполненной за одно целое с гайкой ходового винта и закрепленной в редукторе на упорных подшипниках, через которые проходит ходовой винт, неподвижно закрепленный при помощи опор на борту тележки, параллельно рельсам,  также направляющими роликами, установленными в носовой и кормовой частях тележки на том же борту, что и ходовой винт с мотор-редуктором, при этом ролики расположены с обеих сторон рельса на кронштейнах, закрепленных на борту тележки, измерителем скорости, выполненным в виде рейки с отверстиями с одинаковым шагом по всей длине и закрепленной над шаговым винтом на борту рамы тележки, сверху которой установлен оптронный датчик, состоящий из фотодиода и светодиода, закрепленного на верхней части мотор-редуктора на кронштейне таким образом, что светодиод находится с одной стороны рейки с отверстиями, а фотодиод - с другой - напротив друг друга, и соединенных с формирователем сигнала, частотомером и информационно-измерительной системой (ИИС).
На фиг.1 показана буксировочная тележка, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 показан механизм малых скоростей в продольном сечении; на фиг.4 показан общий вид механизма малых скоростей; на фиг.5 показан датчик скорости, установленный на оси ходовых колес тележки; на фиг.6 приведена схема измерения малых скоростей тележки.
Буксировочная тележка (фиг.1-4) содержит раму 1 с ходовыми колесами 2, установленными на рельсы 3, проложенные вдоль чаши опытового бассейна, заполненной водой 4 с ледовым покровом 5, основной электропривод 6, динамометрическую установку 7, к которой крепится испытуемая модель 8, и дополнительный привод, состоящий из мотор-редуктора 9 в виде электродвигателя 10, ведущей шестерни 11, закрепленной на валу электродвигателя 10, ведомой шестерни-гайки 12, упорных подшипников 13, ходового винта 14, кронштейнов 15, направляющих роликов 16 с кронштейнами 17, а также измерителя скорости движения тележки (фиг.1-6), который выполнен в виде мерной рейки 18 с отверстиями 19, оптронного датчика 20, закрепленного на верхней части мотор-редуктора 9, формирователя сигналов 21 (фиг.6), информационно-измерительной системы 22 и частотомера 23.
Устройство работает следующим образом.
В диапазоне скоростей 0,1 м/с и больше буксировочная тележка перемещается от основного электродвигателя 6. При этом мотор-редуктор 9 не закреплен на рельсе 3 и питание на него не подается. В этом диапазоне скоростей проводят испытания моделей судов, движущихся в воде 4 с ледовым покровом 5.
Для исследования физических процессов ломки льда, измерения усилий, возникающих на элементах моделей буровых платформ и других морских инженерных сооружений со стороны льда при его подвижках, необходимо моделировать очень малые скорости движения 0,001-0,1 м/с.
В этом диапазоне скоростей отключают основной двигатель 6 и с помощью электродвигателя 10 устанавливают мотор-редуктор 9 в крайнее переднее положение и жестко закрепляют корпус мотор-редуктора 9 на рельсе 3.
Дополнительный привод готов к работе.
Включают электродвигатель 10 и с пульта управления устанавливают необходимую скорость.
Буксировочная тележка 1 перемещается на ходовых колесах 2 по рельсам 3 с помощью тяги, развиваемой винтовой парой: шестерня-гайка 12, упорные подшипники 13, ходовой винт 14, кронштейны 15.
Благодаря мотор-редуктору 9, закрепленному на рельсе 3 неподвижного ходового винта 14, закрепленного при помощи кронштейнов 15 на борту тележки 1, а также направляющих роликов 16, установленных с двух сторон рельса 3 и закрепленных при помощи кронштейнов 17 в носу и в корме тележки 1, осуществляется равномерное прямолинейное движение тележки на очень малых скоростях.
Таким образом, мотор-редукор 9 остается неподвижно закрепленным на рельсе 3, а вращающаяся ведомая шестерня-гайка 12 толкает неподвижно закрепленный ходовой винт 14 вместе с тележкой 1, при этом мерная рейка 18 с отверстиями 19 перемещается вместе с тележкой 1 относительно неподвижного оптотронного датчика 20, поочередно открывая и закрывая прохождение света от светодиода к фотодиоду, создавая импульсные электрические колебания в формирователе сигналов 21 с частотой n , прямо пропорциональной скорости движения тележки υ и обратно пропорциональной шагу отверстий S , т.е.
,
отсюда скорость движения тележки будет равна
(мм/с).
Установив на частотомере время измерения частоты от 1 до 10 с, мы будем контролировать скорость движения тележки каждые 1 или 10 с на протяжении всего мерного участка, а информационно-измерительная система выдаст среднюю скорость тележки на мерном участке.
Если время измерений будет больше 1 с, то скорость будет определяться по формуле
,
где t - время измерений.
На фиг.5 показан датчик скорости буксировочной тележки, выполненный в виде диска с отверстиями 24, размещенного между светодиодом и фотодиодом оптронного датчика 20, при этом диск 24 соединен с осью 25 ходовых колес 3 через повышающий редуктор i=10:1, при этом количество отверстий на диск 24 равно , где D - диаметр ходовых колес в мм, который определяется из условия, что длина окружностей колес L=πD была целым числом, кратным 10. Таким образом, шаг отверстия на диске соответствует перемещению тележки на расстояние 10 мм, но за счет того, что диск 24 вращается со скоростью в 10 раз больше, чем скорость ходовых колес, то частота импульсов, создаваемых диском и оптронным датчиком, будет соответствовать 1 мм перемещения буксировочной тележки по рельсам, таким образом, разрешающая способность датчика скорости будет соответствовать скорости Δυ=1 мм/с.
Полезная модель позволяет обеспечить регулирование малых скоростей буксировочной тележки, равномерность ее движения и контроль скорости на всем протяжении мерного участка в темпе эксперимента.