СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ДВИЖИТЕЛЬНО-РУЛЕВЫХ КОЛОНОК СО ВСТРОЕННОЙ СИСТЕМОЙ КОМПЛЕКСНОГО МОНИТОРИНГА

Полезная модель относится к области судостроения и может быть использована при изготовлении и испытании движительно-рулевых колонок (ДРК) со встроенной системой комплексного мониторинга.
Известен стенд для испытания и обкатки редукторов полезная модель № 111657 от 22.08.2011 г. Стенд содержит привод, станину с верхней и нижней площадками и амортизаторами, обойму с фиксаторами и нагружатель в виде тормозного диска, установленного на валу между средней и нижней площадками, переходной ступицы, соединенной с обоймой и установленной на валу, тормозных колодок, установленных шарнирно на горизонтальных двуплечих рычагах и взаимодействующих с верхней и нижней плоскостями диска, оси поворота рычагов, установленных на концах вертикальной тяги, перемещающейся в направляющей, закрепленной на средней платформе станины, а их свободные концы шарнирно связаны с верхним и нижним вертикальными толкателями, установленными подвижно во втулке, закрепленной на средней платформе, в центральной части втулки, между толкателями на оси через боковое отверстие установлено двуплечее коромысло с перемещающимся грузом, при этом верхняя и нижняя части свободного конца коромысла взаимодействуют соответственно со свободными концами верхнего и нижнего толкателей.
Работа со стендом осуществляется следующим образом.
Редуктор устанавливают и закрепляют на верхней площадке станины между приводом и обоймой, производят механическое соединение привода с редуктором. Фиксируют выходной вал или шестерню редуктора фиксаторами в обойме, регулируют положение груза на коромысле.
Затем включают привод, вращающий момент от привода через редуктор, обойму, переходную ступицу и вал передается диску и приводит его во вращение. Под действием массы груза через коромысло, толкатель и рычаги колодки своими фрикционными накладками тормозят вращение диска и создают нагрузку на диске, валу, ступице, обойме, тем самым обеспечивая необходимый крутящий момент на выходном валу или шестерне редуктора.
Далее съемным динамометром измеряют крутящий момент, при необходимости корректируют нагрузку на вал тормозного диска перемещением груза по коромыслу и производят испытание и обкатку редуктора.
При эксплуатации стенда под действием силы трения происходит износ (уменьшение высоты) фрикционных накладок колодок, причем в силу различных причин этот износ может быть неравномерным. В этом случае, под воздействием реактивных сил колодки и рычаги перемещаются вверх или вниз на вертикальной тяге в направляющей, компенсируя тем самым неравномерность износа фрикционных накладок колодок.
Стенд позволяет испытывать и обкатывать различные редукторы и мотор-редукторы с высоким качеством работы путем обеспечения условий испытания и обкатки, максимально приближенным к условиям эксплуатации, в случае штатной установки редуктора с вертикальным расположением валов и обеспечением штатной амортизации, а также в возможности изменения нагрузки (величины крутящего момента) в процессе работы стенда путем перемещения груза по коромыслу, т.е. изменения длины рычага приложения силы к тормозным колодкам при специальных программах (режимах) обкатки.
Стенд имеет недостаток - неудобство эксплуатации из-за необходимости периодического использования съемного динамометра для измерения нагрузки (величины крутящего момента) при специальных программах (режимах) обкатки.
Известен стенд для испытания и обкатки редукторов с устройством мониторинга крутящего момента, патент на полезную модель №119106 от 07.11.2011 г., содержащий привод, станину с верхней, средней и нижней площадками и амортизаторами, обойму с фиксаторами и нагружатель в виде тормозного диска, установленного на валу между средней и нижней площадками, переходной ступицы, соединенной с обоймой и установленной на валу, тормозных колодок, установленных шарнирно на горизонтальных двуплечих рычагах и взаимодействующих с верхней и нижней плоскостями диска, при этом оси поворота рычагов установлены на концах вертикальной тяги, перемещающейся в направляющей, закрепленной на средней платформе станины, свободные концы упомянутых рычагов шарнирно связаны с верхним и нижним вертикальными толкателями, установленными подвижно во втулке, закрепленной на средней платформе, в центральной части втулки, между толкателями на оси через боковое отверстие установлено двуплечее коромысло с перемещающимся грузом, верхняя и нижняя части свободного конца коромысла взаимодействуют соответственно со свободными концами верхнего и нижнего толкателей, снабжен упомянутым устройством мониторинга крутящего момента в виде торсиометра (датчика крутящего момента), например тензометрического, установленного на нижней платформе станины и кинематически связанного через муфту с валом тормозного диска нагружателя, и компьютера, при этом магистральные интерфейсы торсиометра и привода, например RS232 или RS485 соединены с USB-интерфейсом компьютера.
Конструкция данной полезной модели повышает удобства работы при испытании и обкатке редукторов (устранении погрешностей при изготовлении и сборке) по заданной компьютерной программе с обеспечением специальных режимов и мониторинга (постоянного контроля) крутящего момента (нагрузки) на выходном валу редуктора посредством устройства мониторинга крутящего момента в виде тензометрического торсиометра, кинематически связанного с валом тормозного диска нагружателя стенда и подключенного к компьютеру.
Недостатком стенда является невозможность испытания ДРК в сборе.
За прототип выбран стенд для испытания ДРК, патент на полезную модель № 116461 от 08.11.2011 г., содержащий массивную раму, опирающуюся через виброопоры на боковые стойки, неподвижно закрепленные на фундаменте, на котором расположена подставка на домкратах. На раме установлен электрический двигатель. Рама выполнена съемной, на ней помещено опорное кольцо, соединенное обечайкой с расположенным над ним зажимным фланцем, на котором шпильками закреплены вильчатые прихваты, прижимающие верхний фланец подрамника ДРК собираемой непосредственно на месте испытания, а расположенные на фундаменте домкраты с подставкой поднимают и выравнивают установленный на ней нижний редуктор для соединения с нижней частью подрамника.
Стенд для испытания движительно-рулевой колонки работает следующим образом.
Предварительно собранный нижний редуктор ДРК помещают на подставку на фундаменте стенда, поднимают и выравнивают домкратами в вертикальном и/или горизонтальном направлении. На боковые стойки опускают и закрепляют через виброопоры съемную раму, с установленным на ней опорным кольцом, соединенным обечайкой с расположенным над ним зажимным фланцем, устанавливают площадки. Через зажимной фланец и опорное кольцо опускают подрамник, нижний фланец которого ложится на опорное кольцо, а верхний фланец размещается на одном уровне с зажимным фланцем. Нижний редуктор соединяют с нижним фланцем подрамника, на верхний фланец подрамника устанавливают верхний редуктор. Производят окончательную сборку ДРК, опускают домкраты с подставкой. Закрепляют верхний фланец подрамника вильчатыми прихватами с помощью шпилек, ввинчиваемых в резьбовые отверстия зажимного фланца, после чего через муфту к входному валу верхнего редуктора присоединяют электрический двигатель. Проводят испытания согласно программы и методике испытаний, после этого ДРК и стенд разбирают в обратном порядке. Конструкция стенда позволяет проводить испытания ДРК в сборе с гребным винтом или имитатором винта как для проверки вращения гребного вала, так и для проверки вращения баллера - привода вращения с поворотом ДРК на 360°.
Недостаток стенда для испытания ДРК заключается в том, что при выходе из строя элементов системы комплексного мониторинга ДРК необходимо демонтировать нижний редуктор со стенда для его разборки и устранения неисправностей.
Задача заявляемой полезной модели - обеспечить проведение стендовых испытаний ДРК со встроенной системой комплексного мониторинга, наладку и калибровку измерительных каналов системы комплексного мониторинга.
Технический результат достигается следующим образом.
При проведении динамических испытаний на гребной вал ДРК, закрепленной в стенде для испытаний, вместо гребного винта монтируют тормозное устройство и опору гребного вала. Датчики, установленные на деталях внутри ДРК, фиксируют значения отклонений в зависимости от приложенных нагрузок, создаваемых тормозной системой при работе электрического двигателя привода.
При проведении статических испытаний на гребной вал ДРК, закрепленной в стенде для испытаний, вместо гребного винта монтируют нагрузочную балку, а упор и точное позиционирование домкратов с динамометрами осуществляют с использованием опорных рам, закрепляемых на корпусе ДРК. Датчики, установленные на деталях внутри ДРК, фиксируют значения отклонений в зависимости от различных по направлению и приложению нагрузок, прикладываемых к нагрузочной балке.
Стенд для испытания ДРК со встроенной системой комплексного мониторинга изображен на фиг. 1÷5 и содержит
съемную раму 1, опирающуюся через виброопоры 2 на боковые стойки 3, неподвижно закрепленные на фундаменте 4, в центральной части которого размещена подставка на домкратах (не показана).
На съемной раме 1 размещены опорный фланец 5, прикрепленный к днищевой коробке 6 ДРК, и специальный фундамент 7 для установки электрического двигателя 8 привода.
Для удобства и безопасности обслуживания стенда на раме 1 размещены площадки 9 с ограждениями и рядом с боковыми стойками 3 установлены трапы 10.
Сборку стенда производят в следующей последовательности:
На боковые стойки 3 монтируют через виброопоры 2 съемную раму 1 для установки ДРК, исполнительных и вспомогательных механизмов. На съемную раму 1 крепят опорный фланец 5, устанавливают площадки 9 с ограждениями и трапы 10, затем в опорном фланце 5 закрепляют днищевую коробку 6 ДРК.
Предварительно собранный нижний редуктор 11 ДРК помещают на подставке (не показана), установленной на фундаменте 4 стенда, поднимают нижний редуктор 11 в проектное положение домкратами (не показаны) и крепят к днищевой коробке 6. Производят монтаж верхнего редуктора 12 и окончательную сборку ДРК, демонтируют домкраты с подставкой (не показаны), после чего через муфту 13 к валу верхнего редуктора 12 присоединяют электрический двигатель 8 привода для вращения валопровода ДРК.
Для проведения динамических испытаний системы комплексного мониторинга ДРК на стенде монтируют устройство, имитирующее нагрузку на гребной вал от вращающегося гребного винта ДРК, которое изображено на фиг. 1, 2 и содержит:
раму 14 с опорой тормозного устройства 15, закрепленную на съемной раме 1, опору 16 гребного вала 17, соединенную с гребным валом 17 полумуфтой 18 и закрепленную на съемной раме 1 с помощью кронштейна 19, для имитации динамической нагрузки на вращающийся гребной вал 17, причем тормозное усилие прикладывается к тормозному диску 20 и измеряется отдельным динамометром, интегрированным в тормозное устройство 15.
После проведения динамических испытаний демонтируют тормозное устройство 15 с рамой 14 и опору 16 гребного вала 17 с кронштейном 19.
Для проведения статических испытаний системы комплексного мониторинга ДРК на стенде монтируют нагрузочное устройство, которое изображено на фиг. 3, 4, 5 и содержит
нагрузочную балку 21, временно закрепленную на гребном валу 17 с помощью полумуфты 18, для создания статической нагрузки на гребной вал 17, причем нагрузочная балка 21 оснащена реперами (не показаны) для точного позиционирования измерительных и нагрузочных устройств - динамометров 22 и домкратов 23 соответственно;
горизонтальную съемную раму 24 с упорами 25 для создания статической нагрузки вдоль оси гребного вала 16 в двух противоположных горизонтальных направлениях и со смещением равнодействующей от оси гребного вала 16, причем горизонтальная съемная рама 22 крепится к нижнему редуктору 11 ДРК так, что создаваемая статическая нагрузка является внутренней силой в системе «корпус ДРК - рама» и не передается на конструкции стенда;
нижнюю вертикальную съемную раму 26 с упорами 25 для создания статической нагрузки в плоскости перпендикулярной оси гребного вала 16 в направлении снизу вверх и со смещением равнодействующей от оси гребного вала 16 на рабочую ширину нагрузочной балки 21, причем нижняя вертикальная съемная рама 26 жестко скреплена с горизонтальной съемной рамой 22, прикрепленной к нижнему редуктору 11, и опирается на фундамент 4, выполняя одновременно функцию опоры консольного конца горизонтальной рамы 22 так, что создаваемая статическая нагрузка является внутренней силой в системе «корпус ДРК - рама» и не передается на конструкции стенда;
верхнюю вертикальную съемную раму 27 с упорами 25 для создания статической нагрузки в плоскости перпендикулярной оси гребного вала 16 в направлении сверху вниз и со смещением равнодействующей от оси гребного вала 16 симметрично на рабочую ширину нагрузочной балки 21, причем верхняя вертикальная съемная рама 27 крепится к днищевой коробке 6 (вариант а) или к нижнему редуктору 11 (вариант б) так, что создаваемая статическая нагрузка является внутренней силой в системе «корпус ДРК - рама» и не передается на конструкции стенда;
комплект нагрузочных устройств - домкратов 23 и динамометров 22 для создания статических нагрузок и их измерения.
После проведения статических испытаний демонтируют нагрузочную балку 21, съемные рамы 24, 26, 27 и комплект домкратов 23 с динамометрами 22.