Стенд для испытания механической передачи путем электрического нагружения с рекуперацией электрической энергии торможения

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ ПУТЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ С РЕКУПЕРАЦИЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ТОРМОЖЕНИЯ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Прищепов Михаил Александрович Гурин Владимир Владимирович Смоленчук Виталий Владимирович Прищепова Елена Михайловна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Стенд для испытания механической передачи путем электрического нагружения с рекуперацией электрической энергии торможения, содержащий станину, на которой устанавливают испытываемую механическую передачу, тормозной асинхронный двигатель,вал которого установлен в подшипниковых опорах, жестко закрепленных на станине, и приводной асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорная обмотка которого через преобразователь частоты подключена к питающей сети, отличающийся тем,что выполнен с возможностью соединения выходного вала испытываемой механической передачи с выходным валом дополнительной механической передачи, аналогичной испытываемой механической передаче, статорная обмотка приводного асинхронного двигателя 17466 1 2013.08.30 подключена к выходу преобразователя частоты через дроссель, тормозной асинхронный двигатель установлен с возможностью кинематического соединения с ведомым валом испытываемой механической передачи и выполнен с короткозамкнутым ротором, его статорная обмотка подключена согласно к выходу преобразователя частоты приводного асинхронного двигателя после дросселя, при этом корпус статора тормозного асинхронного двигателя выполнен с возможностью вращения дополнительным электродвигателем через самотормозящую механическую передачу, выполненную червячной, червячное колесо которой закреплено на валу тормозного асинхронного двигателя, а червяк кинематически соединен с валом дополнительного электродвигателя, жестко закрепленного на станине и подключенного к питающей сети через регулятор частоты вращения. Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано для обкатки и испытания механических передач при электрическом нагружении с рекуперацией энергии торможения непосредственно от тормозной машины к приводной. Известен стенд для испытания передач с использованием рекуперации электрической энергии, содержащий предназначенные для кинематического соединения с валами испытуемых передач нагрузочный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и приводной двигатель постоянного тока, подключенный к сети переменного тока через регулятор напряжения и соединенный с его выходом выпрямитель, выход которого связан с якорем двигателя постоянного тока 1. Недостаток известного стенда заключается в наличии дорогого и ненадежного двигателя постоянного тока, а также нестандартных блоков согласования и регулирования напряжения, на которых существуют значительные потери энергии при работе стенда в нагрузочном режиме. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является стенд для обкатки и испытания передачи с рекуперацией электрической энергии, содержащий станину с установленной на ней передачей, кинематически соединенные с ведомым валом передачи тормозной асинхронный двигатель и с ведущим валом приводной асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорная обмотка которого через преобразователь частоты подключена к питающей сети 2. Основными недостатками данного стенда являются небольшой диапазон частот вращения, для которых можно осуществлять обкатку и испытание передач под нагрузкой, и необходимость использования мощного преобразователя частоты для питания приводного двигателя, что усложняет устройство и увеличивает потери электроэнергии при испытаниях и обкатке передач под нагрузкой. Задача изобретения - расширение диапазона частот вращения, для которых возможна обкатка и испытание передач под нагрузкой, а также снижение потребления электроэнергии при обкатке и испытаниях передач. Указанная задача достигается тем, что стенд для испытания механической передачи путем электрического нагружения с рекуперацией электрической энергии торможения,содержащий станину, на которой устанавливают испытываемую механическую передачу,тормозной асинхронный двигатель, вал которого установлен в подшипниковых опорах,жестко закрепленных на станине, и приводной асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, статорная обмотка которого через преобразователь частоты подключена к питающей сети, согласно изобретению, выполнен с возможностью соединения выходного вала испытываемой механической передачи с выходным валом дополнительной механической передачи, аналогичной испытываемой механической передаче, статорная обмотка приводного асинхронного двигателя подключена к выходу преобразователя частоты через дроссель, тормозной асинхронный двигатель установлен с возможностью кинематическо 2 17466 1 2013.08.30 го соединения с ведомым валом испытываемой механической передачи и выполнен с короткозамкнутым ротором, его статорная обмотка подключена согласно к выходу преобразователя частоты приводного асинхронного двигателя после дросселя, при этом корпус статора тормозного асинхронного двигателя выполнен с возможностью вращения дополнительным электродвигателем через самотормозящую механическую передачу, выполненную червячной, червячное колесо которой закреплено на валу тормозного асинхронного двигателя, а червяк кинематически соединен с валом дополнительного электродвигателя,жестко закрепленного на станине и подключенного к питающей сети через регулятор частоты вращения. На фиг. 1 изображена схема стенда для испытания и обкатки передач, на фиг. 2 - конструкция предлагаемого тормозного асинхронного двигателя. Стенд содержит станину (на фигурах не показана) с установленной на ней испытываемой передачей 1, кинематически соединенные с ведомым валом передачи 1 через последовательно соединенную дополнительную 2 аналогичную передачу, при этом выходные валы испытуемой 1 и дополнительной 2 передач соединены вместе, тормозной асинхронный двигатель 3 и с ведущим валом приводной асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 4, статорная обмотка которого через дроссель 5 и преобразователь частоты 6 подключена к питающей сети 7, при этом тормозной асинхронный двигатель 3 выполнен с короткозамкнутым ротором, а статорная обмотка через токоподводящие щетки 8 и контактные кольца 9, закрепленные соосно валу 10 двигателя 3 на изоляционной втулке 11 одного из подшипниковых щитов 12 статора, подключена к выходу преобразователя частоты 6 приводного двигателя 4 после дросселя 5 согласно в направлении его вращения,при этом корпус статора 13 тормозного двигателя 3 выполнен вращающимся на подшипниках 14 в направлении, противоположном вращению ротора, дополнительным электродвигателем 15 через самотормозящую механическую передачу на собственном валу 10, в свою очередь установленном в подшипниковых опорах 16, жестко закрепленных на станине стенда, причем самотормозящая механическая передача выполнена червячной, при этом червячное колесо 17 закреплено соосно валу 10 тормозного двигателя 3 на другом из его подшипниковых щитов 18, а червяк 19 кинематически соединен с валом дополнительного электродвигателя 15, жестко закрепленного на станине стенда и подключенного к сети 7 через регулятор частоты вращения 20. В качестве дополнительного электродвигателя 15 может использоваться двигатель как постоянного, так и переменного тока с соответствующим регулятором частоты вращения. В качестве приводного 4 и тормозного 3 асинхронных двигателей используют двигатели с одинаковой номинальной частотой вращения, так как при результирующем передаточном отношении встречно-последовательно соединенных обкатываемой передачи 1 с аналогичной дополнительной 2, равном единице,требуется минимальная частота вращения статора 13 тормозного асинхронного двигателя 3 и затрачивается минимальная мощность на его вращение. Работает стенд следующим образом. Вначале напряжение от трехфазной сети 7 переменного тока через преобразователь частоты 6 и дроссель 5 подается на статорные обмотки как приводного 4, так и тормозного 3 асинхронных двигателей, которые кинематически соединены с ведущими валами соответственно испытуемой передачи 1 и дополнительной передачи 2. Так как суммарное передаточное отношение встречно-последовательно соединенных обкатываемой 1 и дополнительной 2 передач равно единице, а частота вращения приводного 4 и тормозного 3 двигателей одинакова, согласна по направлению вращения и определяется частотой питающего напряжения на выходе частотного преобразователя 6, то испытываемая передача 1 работает на холостом ходу. Для испытания передачи 1 под нагрузкой через регулятор частоты вращения 20 подключается к трехфазной сети 7 дополнительный двигатель 15, вал которого кинематически соединен с червяком 19 и червячным колесом 17, приводя во вращение статор 13 тормозного двигателя 3 в направлении, противоположном направлению вращения его ротора, тем самым уменьшая 3 17466 1 2013.08.30 синхронную частоту вращения магнитного поля статора 13 тормозного двигателя 3. Таким образом, при изменении частоты вращения статора 13 от нуля в сторону увеличения асинхронный тормозной двигатель 3 от двигательного режима переходит к идеальному холостому, а затем к генераторному режиму с рекуперацией электрической энергии торможения от асинхронного тормозного двигателя 3 к приводному двигателю 4, тем самым изменяя тормозной момент на валу передачи 1. Изменение режимов нагружения передачи 1, т.е. частоты вращения и тормозного момента, осуществляют, соответственно, преобразователем частоты 6 и регулятором частоты вращения 20 дополнительного двигателя 15. При этом частота вращения статора 13 тормозного двигателя 3 с некоторым допущением будет изменяться от нуля до произведения синхронной частоты вращения магнитного поля статора 13 тормозного двигателя 3 на сумму его скольжений, критического и номинального, а максимальная мощность, затрачиваемая дополнительным двигателем 15 на вращение статора 13 тормозного двигателя 3,будет равна произведению момента критического тормозного двигателя 3 на полученную скорость. При аналогичном вращении статора 13 тормозного двигателя 3 в направлении вращения его ротора процесс нагружения передачи 1 изменится на обратный, приводным станет двигатель 3, а тормозным - двигатель 4, и соответственно изменится направление рекуперации электрической энергии. Таким образом, предлагаемая схема стенда позволяет осуществлять нагружение передачи в широком диапазоне частот вращения, использовать тормозной двигатель в качестве приводного и наоборот, обеспечивать рекуперацию электрической энергии непосредственно от тормозного двигателя к приводному, что, в свою очередь, обеспечивает возможность использования маломощного преобразователя частоты 6 и минимальные потери энергии при обкатке передачи 1 под нагрузкой. Источники информации 1. А. с. СССР 624132, 1977. 2. А. с. СССР 1525525, 1989. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4