Механизм встречного динамического нагружения и его реализация

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 631.3.004.67

МЕХАНИЗМ ВСТРЕЧНОГО ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ И ЕГО РЕАЛИЗАЦИЯ

П. А. Власов, доктор техн. наук, профессор ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», Россия, т. (8412) 62-85-79

Рассмотрены способы обкатки и испытания деталей, узлов и агрегатов технических систем под нагрузкой при передаче через них требуемых техническими условиями и ГОСТами нагружающих моментов. На основе анализа недостатков существующих способов нагружения с использованием прямого нагружения приводным двигателем и тормозными устройствами обоснован и предложен впервые способ нагружения встречными нагружающими моментами с использованием двух инерционных нагружателей, вращающихся в одном направлении, но создающих нагружающие моменты, направленные у одного нагружателя по часовой, а у другого против часовой стрелки, т. е. моменты действуют навстречу друг другу. При этом энергия приводного двигателя стенда затрачивается только на раскручивание механизмов вращающихся масс испытательных стендов, а величина нагружающего момента может изменяться изменением массы грузов инерционных нагружателей, частоты их вращения и длин рычагов механизма нагружения.

Предложенный механизм встречного динамического нагружения на порядок сокращает затраты энергии на привод испытательных стендов, упрощает их конструкции и открывает возможность создания универсальных стендов для ремонтных предприятий. Приведенная кинематика нагружающего устройства позволяет это сделать.

Ключевые слова: обкатка, испытание, приработка, агрегат, нагрузка, нагружающий момент, затраты энергии, встречное нагружение, нагружатели инерционные.

В машиностроении и при ремонте машин обкатка и испытание сборочных единиц - заключительные технологические операции, выявляющие качество сборки и ремонта узлов и агрегатов.

Действующие ГОСТы и технические условия предусматривают и рекомендуют для повышения качества проведение испытаний на надёжность под назначенной нагрузкой в виде нагружающих моментов [1-4], однако кроме способа замкнутого силового контура и прямого нагружения с использованием источника энергии и тормоза в науке и практике ничего не применяется. Оба способа требуют больших затрат энергии, поэтому такие испытания в производстве не проводятся и как результат -увеличение отказов в процессе эксплуатации отечественной техники при её производстве и ремонте.

Испытания на надёжность сложного изделия - достаточно трудная задача, поскольку они связаны с большими затратами времени и энергии, так как необходимо учитывать широкий диапазон режимов и условий работы узлов и агрегатов машин на испытательных стендах с созданием соответствующих нагрузок. При разработке методик стендовых испытаний нужно стремиться к тому, чтобы режимы и условия испытаний в наибольшей степени соответствовали эксплуатационным.

При обкатке под назначенной нагрузкой в виде нагружающих моментов происходит интенсивная приработка подвижных сопряжений, представляющая собой процесс изменения физико-механических свойств поверхностей сопрягаемых деталей и достижения оптимальной шероховатости.

Нива Поволжья № 4 (33) 2014 87

Обкатка и испытание элементов машин позволяют проверить надежность их работы как в условиях производства, так и в условиях эксплуатации, с целью уменьшения числа отказов при работе.

Наиболее важное значение играют обкатка и испытание с применением продолжительно действующей нагрузки, например, нагружающего момента, приближенного к условиям эксплуатации данной машины.

При этом возникает проблемная ситуация - противоречие: когда обкатка и испытание под нагрузкой продолжительные, то произойдет нужная приработка, будет достигнута оптимальная шероховатость трущихся поверхностей, но возрастут энергетические затраты, т. е. приработка и испытания при изготовлении и ремонте требуют больших затрат энергии.

Известны нагружающие устройства, позволяющие проводить обкатку и испытания под нагрузкой с использованием замкнутого силового контура, в том числе и с использованием сил инерции, для создания нагрузки в виде нагружающего момента в замкнутом контуре [5-8].

Недостатки всех конструкций состоят в том, что применение их возможно только в замкнутом силовом контуре, да и затраты энергии на привод остаются значительными, так как в силовом контуре требуется установка и использование как испытуемого элемента, так и технологического такого

же элемента, необходимого для выравнивания угловых скоростей в контуре, например, при испытании коробок передач, редукторов [9, 10].

Для устранения вышеперечисленных недостатков в Пензенской ГСХА предложен способ встречного динамического на-гружения [10, 11], но до настоящего времени технического решения его реализации нет [11-14].

В этой связи нами предлагается для нагружения использовать два инерционных нагружателя, один из которых устанавливается на входном, а второй на выходном валах испытуемого элемента [15], при вращении они создают противоположно направленные нагружающие моменты (рисунок).

На рисунке а изображена принципиальная схема первого нагружателя механизма, состоящего из электромотора 1, муфты 2, соединяющей вал электромотора с валом первого нагружателя 3. Вал нагружателя 3 вращается в опорах 4, жёстко соединён с роликом 5, к которому прикреплены диаметрально противоположно рычаги 6, на концах которых расположены шарниры 7, которыми они соединены с прямолинейными рычагами 8, опирающимися на ролик 5 сверху и снизу. Криволинейные рычаги 9 соединены с рычагами 6 шарнирами 7, а на свободные концы рычагов 8 опираются концы рычагов 9 через малые ролики 10, к другим концам криволинейных рычагов 9 крепятся грузы 11.

Принципиальная схема нагружателя механизма, устанавливающегося на входном (а) или выходном (б) валах испытуемого элемента

Грузы располагаются на одной линии, проходящей через центр ролика 5, по которой направлена при вращении центробежная сила грузов Рц.

На рисунке б изображена принципиальная схема второго нагружателя механизма, представляющая собой копию первого нагружателя, повёрнутого относительно линии действия инерционных сил грузов на 180°.

Механизм работает следующим образом. При вращении вала 3 первого нагружателя (поз. 1а) присоединённые к нему через ролик 5 рычаги 6, 8, и 9, а также грузы 11 под действием центробежных сил создают силы инерции Ри. Силы Ри посредством рычагов 9, которые могут поворачиваться в шарнирах 7 и свободными концами через малые ролики 10 создавать давление на свободные концы рычагов 8 и рычаги 6 относительно вала 3 по часовой стрелке, создавая нагружающий момент Мн.

При вращении вала 3 второго нагру-жателя (поз. 1б), соединённого с валом 3 первого нагружателя валами испытуемого элемента (показано штрихпунктирной линией) присоединённые к нему через ролик 5 рычаги 6, 8 и 9, а также грузы 11 под действием центробежных сил создают силы Рц.

Силы Рц посредством рычагов 9, которые могут поворачиваться в шарнирах 7 и свободными концами через малые ролики 10 создавать давление на свободные концы рычагов 8 и поворачивать рычаги 6 относительно вала 3 против часовой стрелки, создают также нагружающий момент Мн.

Эти моменты, создаваемые первым и вторым нагружателями, должны быть одинаковыми, тогда находящийся между на-гружателями испытуемый элемент будет находиться под нагружающим моментом, равным крутящему моменту первого или второго нагружателей.

Мощность приводного электромотора составляет 3...5 % от мощности, передаваемой испытуемым агрегатом на реальной машине.

Очевидная экономия электроэнергии особенно значительна при испытании на ресурсные отказы, в результате которых испытуемый объект достигает предельного состояния [14,15].

Вывод. Разработанный механизм позволяет использованием инерционных на-гружателей и явления встречного нагруже-ния решить проблему нагружения узлов и агрегатов номинальными эксплуатационными нагрузками в виде нагружающих моментов и на порядок снизить расход электроэнергии на привод испытательных и обкаточных стендов на производстве.

Литература

1. Решетов, Д. Н. Машины и стенды для испытания деталей / Д. Н. Решетов - М.: Машиностроение, 1979. - 376 с.

2. ГОСТ 24665 - 89 Валы карданные двухшарнирные с защитным кожухом. Методы испытаний. - М.: Издательство стандартов, 1989.

3. ГОСТ Р 27.002 - 2009 Надёжность в технике. Термины и определения. - М.: Стандартин-форм, 2011.

4. Родионов, Ю. В. Бестормозная обкатка автотракторных двигателей / Ю. В. Родионов. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. - 260 с.

5. А. с. № 1035448 А, 001М 13/02. Дифференциальный нагружатель для стендов замкнутого контура / Власов П. А. - Опубл. 15.08.83, Бюл. № 30.

6. А. с. № 13003871 А1, 001М 13/02. Нагружатель / Власов П. А. - Опубл. 15.04.87, Бюл. № 14.

7. А. с. № 1656371 А1, 001М 13/02. Дифференциальный нагружатель / Власов П. А. - Опубл. 15.06.91, Бюл. № 22.

8. Пат. 1778603 РФ. Нагружатель для испытательных стендов / Власов П. А., Меньшов В. Г. -Опубл. 06.05.93, Бюл. № 10.

9. Власов, П. А. Использование инерционных устройств при ремонте машин / П. А. Власов,

B. А. Степанов. - М.: Агропромиздат, 1987. - 102 с.

10. Пат. 2237235 РФ, КЫ, С2 7001М 13/02. Способ нагружения зубчатых передач, карданных валов и муфт на испытательных и обкаточных стендах / Власов П. А., Власов В. П., Меньшов В. Г. - Опубл. 27.09.2004, Бюл. № 27.

11. Пат. № 2477848 РФ, КЫ, 001М 13/02. Нагружающее устройство для обкатки и испытания элементов машин / Власов П. А. - Опубл. 20.03.2013, Бюл. № 8.

12. Власов, П. А. Стенд для обкатки и испытания карданных валов под нагрузкой / П. А. Власов // Сельский механизатор. - 2010. - № 9. - С. 31.

13. Власов, П. А. Использование явления нагружения встречными моментами при испытании и обкатке агрегатов технических систем / П. А. Власов // Нива Поволжья. - 2010. - № 4. -

C. 33-35.

Нива Поволжья № 4 (33) 2014 89

14. Власов, П. А. Использование динамического нагружения встречными моментами при обкатке и испытаниях агрегатов сельскохозяйственных машин / П. А. Власов // Материалы VII Международной практической конференции, 2011 г. Т. 38. Сельское хозяйство. - София: БелГрад-БГ ООД, 2011. - С. 16-19.

15. Власов, П. А. Кинематика нагружающего устройства для встречного динамического нагружения / П. А. Власов // Нива Поволжья. - 2011. - № 4. - С. 49-51.

UDK 631.3.004.67

THE MECHANISM OF COUNTER DYNAMIC LOADING AND ITS IMPLEMENTATION

P.A. Vlasov, doctor of technical sciences, professor FSBEE HPT «Penza SAA», Russia, telephone: (8412) 62-85-79

The article deals with ways of running and testing the parts, knots and units of technical systems under loading when passing through them the loading moments according to the necessary state standard specifications. On the basis of the analysis of disadvantages of the existing loading modes with use of direct loading with the driving engine and brake devices a new reasonable method of loading mode with the counter loading moments is offered. Under this method the two inertial loaders rotating in one direction, but making the loading moments in clockwise direction in one, and in counterclockwise direction in another is offered, i.e. the moments work towards each other. Thus, the energy of the driving engine of the stand is consumed only for untwisting of gears of the rotating mass of tested stands, and the amount of the loading moment can change by means of changing the mass of the load of the inertial loaders, frequencies of their rotation and lengths of levers of the gear of loading.

The offered regime of counter dynamic loading significantly reduces energy costs of a drive gear of tested stands, simplifies their designs and enables to create multiple-purpose stands for repair shops. The given kinematics of the loading device makes it possible to do it.

Key words: running, testing, unit, loading, aggregate, loading moment, energy consumption, counter loading, inertial loaders.

References:

1. Reshetov, D. N. Machines and stands for testing parts / D. N. Reshetov - M.: Mashinos-troyeniye, 1979. - 376 p.

2. STATE STANDARD 24665 - 89 two-hinged propeller shafts with a protection enclosure. Test methods. - M.: Standards Publishing House, 1989.

3. The STATE STANDARD 27.002 - 2009 Reliability in equipment. Terms and definitions. - M.: Standartinform, 2011.

4. Rodionov, Yu. V. Running without braking of auto-tractor engines / Yu. V. Rodionov. - M.: FGNU "Rosinformagrotekh", 2005. - 260 p.

5. A. s. No. 1035448 A, G01M 13/02. A differential loader for stands of a close circuit / P. A. Vlasov -Published 15.08.83, Bulletin No. 30.

6. A. S. No. 13003871 A1, G0^ 13/02. Loader / Vlasov, P. A., Publ. 15.04.87, bull. No. 14.

7. A. S. No. 1656371 A1, G0^ 13/02. Differential loader / Vlasov, P. A., Publ. 15.06.91, bull. No. 22.

8. Pat. 1778603 of the Russian Federation. Loader for test stands / Vlasov, P. A., Menchov V.G. -Publ. 06.05.93, bull. No. 10.

9. Vlasov, P. A. The use of inertial equipment when repairing machines / P. A. Vlasov, V. A. Ste-panov. - M.: Agropromizdat, 1987. - 102 p.

10. Pat. 2237235 of the Russian Federation, RU, C2 7G0^ 13/02. The method of loading gears, drive shafts and couplings on the test and test stands / Vlasov P. A., Vlasov V.P., Menchov V.G. -Publ. 27.09.2004, bull. No. 27.

11. Pat. NO. 2477848 OF THE RUSSIAN FEDERATION, RU, G0^ 13/02. Loading device for running and testing of machine elements / Vlasov, P. A., Publ. 20.03.2013, bull. No. 8.

12. Vlasov, P. A. Stand for running and testing cardan shafts under load / P. A. Vlasov // Selsky mekhanizator. - 2010. No. 9. - 31 p.

13. Vlasov, P. A. Using the phenomenon loading by the counter moments when testing and running units of technical systems / P. A. Vlasov // Niva Povolzhya. - 2010. No. 4. - P. 33-35.

14. Vlasov, P. A. Using dynamic loading of by counter moments during running and testing units of agricultural machinery / P. A. Vlasov // Materials of VII International conference, 2011 Volume 38 Sel-skoye khozyaystvo. - Sofia: BelGrad-BG OOD 2011. - P. 16-19.

15. Vlasov, P. A. Kinematics of a loading device for a counter-dynamic loading / P. A. Vlasov // Niva Povolzhya. - 2011. No. 4. - P. 49-51.