СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ОТ ГАЗОВЫХ СИЛ
METHOD OF DETERMINATION OF GAS FORCES TORQUE MOMENT

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано для определения крутящего момента от газовых сил в объемных машинах.
Известны способы определения крутящего момента машин и механизмов, в которых удерживают приводной вал от вращения при помощи тормоза и определяют суммарный осредненный по углу поворота вала машины крутящий момент данной машины (RU 2052775 C1, опубл. 20.01.1996).
Недостатком известного способа является невозможность определить вклад различных факторов в формирование величины крутящего момента, в частности потерь на трение.
1
2
1
2
Наиболее близким к предложенному является способ определения крутящего момента в объемной машине, заключающийся в том, что сначала измеряется крутящий момент M на валу с нагрузкой. Затем измеряется крутящий момент М на валу машины без нагрузки. В обоих случаях крутящий момент определяется путем измерения мгновенной величины силы тока, потребляемого электродвигателем. Для точного определения крутящего момента вычисляется разность (M-М) (JP 2000145667, опубл. 26.05.2005). Данный способ позволяет определить зависимость крутящего момента от угла поворота вала, а также учесть потери на трение в приводе компрессора.
Недостатком данного способа является то, что он не позволяет учесть потери на трение в механических узлах объемной машины.
Техническим результатом является повышение точности определения крутящего момента путем учета потерь на трение в механических узлах объемной машины.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что в способе определения крутящего момента от газовых сил в объемной машине, заключающемся в том, что удерживают приводной вал от вращения при помощи тормоза с постоянным тормозным моментом, создают давление газа в объемной машине, прикладывают к валу объемной машины момент внешних сил, действующий против момента газовых сил, и увеличивают его до тех пор, пока вал не стронется с места, измеряют величину силы, приложенную к валу в момент страгивания объемной машины, затем прикладывают момент внешних сил в противоположном направлении и увеличивают его, пока вал не стронется с места, также измеряют величину силы в момент страгивания, а крутящий момент от газовых сил определяют как произведение разницы измеренных величин и половины плеча приложения внешней силы.
гс
+
-
Момент газовых сил М выражается через силы F и F следующим образом:
+
гс
тр
-
гс
тр
М+М=М и М-М=М, значит
гс
-
+
М=(М-М)/2,
-
-
+
+
но М=F*r и М=F*r.
гс
-
+
Отсюда М=(F-F)*r/2, где
тр
М - момент сил трения покоя;
гс
М - момент газовых сил;
+
гс
М - момент от внешней силы, приложенный в направлении действия М;
-
гс
М - момент от внешней силы, приложенный против действия М;
+
+
F - внешняя сила, создающая момент М;
r - плечо приложения внешней силы;
-
+
F - внешняя сила, создающая момент М.
Определение крутящего момента от газовых сил повторяют для различных угловых положений приводного вала объемной машины. В результате получают зависимость крутящего момента от газовых сил от угла поворота вала, не искаженную влиянием сил трения в механических узлах машины.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг.1(а) схематично изображен экспериментальный стенд (вид сверху);
- на фиг.1(б) схематично изображен экспериментальный стенд (вид спереди);
- на фиг.2 схематично изображен фрагмент экспериментального стенда (сечение А-А на фиг.1(а)).
На чертежах обозначены:
1 - стойка;
2 - динамометр;
3 - тормозные колодки;
4 - шпильки;
5 - стальная упругая скоба;
6 - нагнетательный штуцер;
7 - спиральная машина;
8 - тяга;
9 - монтажный стол;
10 - устройство «болт-гайка»;
11 - отверстия;
12 - кронштейн;
13, 14 - винты;
15 - стальной шкив:
16 - отверстия с резьбой.
Способ определения крутящего момента осуществляют следующим образом.
Спиральная машина 7 экспериментального стенда (фиг.1(а), (б)) закрепляется фланцем при помощи болтов на стойке 1, которая установлена на монтажном столе 9. Нагнетательный штуцер 6 спиральной машины 7 соединяется с сетью сжатого воздуха при помощи резиновых шлангов (на чертежах не показаны). Давление подаваемого воздуха измеряется при помощи манометра и регулируется при помощи регулировочного вентиля (на чертежах не показаны).
На валу спиральной машины 7 жестко устанавливается стальной шкив 15. Он выполнен ступенчатым и имеет боковую поверхность переменного диаметра. На боковой поверхности меньшего диаметра с равным шагом выполнены отверстия 16 с резьбой, в которые, в зависимости от положения шкива 15, поочередно вворачивается винт 14 для крепления тяги 8, используемой для приложения внешней силы. На одной образующей с отверстиями 16 на равном расстоянии от них выполнены отверстия 11. На стенке стойки 1 устанавливается кронштейн 12, имеющий сквозное отверстие с резьбой, в которое вворачивается винт 13, позволяющий совместно с отверстиями 11 точно позиционировать вал спиральной машины 7 по углу поворота. Боковая поверхность большего диаметра шкива 15 отшлифовывается. К боковой поверхности шкива 15 большего диаметра по поверхности торможения прилегают тормозные колодки 3. Тормозные колодки 3 выполняются из композиционного материала с высокими фрикционными свойствами и закрепляются на стальной упругой скобе 5. Скоба 5 закрепляется на монтажном столе 9. Скоба 5 с тормозными колодками 3 стягивается шпильками 4, что позволяет прижимать колодки 3 к боковой поверхности шкива 15 с определенным усилием торможения.
По обе стороны от тормоза на стенке стойки симметрично устанавливают два натяжных устройства 10 «болт-гайка». Вращением болта 10 прикладывают внешнюю силу, создающую, в свою очередь, крутящий момент. Между болтом 10 и тягой 8 приложения внешней силы для измерения этой силы устанавливают динамометр 2.
гс
+
-
На вал объемной машины насаживают тормоз с возможностью регулировки усилия торможения и стабильным коэффициентом трения. На нагнетание объемной машины подают сжатый воздух, при этом вал машины удерживают от вращения при помощи тормоза с постоянным усилием торможения. Затем на плече r к валу объемной машины через динамометр 2 прилагают силу, создающую крутящий момент, совпадающий по направлению с моментом газовых сил М. Эту внешнюю силу постепенно увеличивают до тех пор, пока вал объемной машины не начнет вращаться. Силу, приложенную к валу в момент ее страгивания F, измеряют. Затем, не изменяя усилия торможения, при том же давлении воздуха, подаваемого на нагнетание объемной машины, и при том же угловом положении вала на плече r к валу прилагают внешнюю силу, направленную в противоположную сторону. Данную силу также постепенно увеличивают до тех пор, пока не произойдет страгивание. В этот момент силу F измеряют.
Момент газовых сил определяют по выражению:
гс
-
+
М=(F-F)·r/2