Способ испытания и обкатки механических передач трансмиссии транспортного средства при нагружении с рекуперацией энергии торможения на электрическом стенде

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ И ОБКАТКИ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ ТРАНСМИССИИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ПРИ НАГРУЖЕНИИИ С РЕКУПЕРАЦИЕЙ ЭНЕРГИИ ТОРМОЖЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ СТЕНДЕ(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) Способ испытания и обкатки механических передач трансмиссии транспортного средства при нагружении с рекуперацией энергии торможения на электрическом стенде, содержащем кинематически связанные с валами испытываемой передачи приводной и тормозной асинхронные двигатели, заключающийся в том, что обеспечивают работу приводного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором от основного преобразователя частоты, а тормозного асинхронного двигателя - в генераторном режиме, при этом используют последовательно соединенную с испытываемой аналогичную передачу, причем выходные валы этих передач соединены вместе, а тормозной асинхронный двигатель выполнен с короткозамкнутым ротором, балансирной подвеской с возможностью 17066 1 2013.04.30 вращения его статора вокруг своего вала и токоподводом к обмоткам статора со скользящим контактом, при этом переводят тормозной асинхронный двигатель в режим генераторного торможения механическим вращением его статора в сторону, противоположную направлению вращения его ротора, дополнительным асинхронным двигателем через самотормозящую червячную передачу, запитанным от вспомогательного преобразователя частоты, при параллельном и согласованном соединении обмоток статоров обоих асинхронных двигателей и запиткой их от основного преобразователя частоты после последовательно включенного дросселя, а установку требуемой частоты вращения испытываемых передач осуществляют регулировкой частоты тока указанного преобразователя частоты. Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано при испытании и обкатке механических передач, например,трансмиссии транспортных средств, при электрическом нагружении с рекуперацией энергии торможения. Известен способ испытаний, реализуемый в стенде для испытания передач, содержащем кинематически соединенные 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, при этом нагружение осуществляют изменением частоты вращения двигателя постоянного тока путем изменения его магнитного потока возбуждения при постоянном напряжении якоря 1. Недостатками данного способа являются сложность стабилизации напряжения на якоре двигателя постоянного тока при рекуперации энергии торможения от нагрузочного асинхронного двигателя, а также узкий, граничащий с синхронной скоростью асинхронного двигателя диапазон частот вращения, для которых можно создать нагрузку на валу испытуемой передачи. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ испытания механических передач в электрическом стенде, содержащем кинематически связанные с ведущим и ведомым валами испытуемой передачи асинхронные двигатели соответственно с короткозамкнутым и фазным роторами, нагружение осуществляют изменением частоты вращения магнитного поля асинхронной машины с короткозамкнутым ротором путем изменения частоты напряжения, питающего обмотки ее статора, поддерживая постоянную частоту вращения ведомого вала испытуемой передачи регулировкой частоты напряжения, питающего обмотки ротора асинхронной машины с фазным ротором, при неизменной частоте напряжения, питающего обмотку статора последней 2. Основным недостатком данного способа является небольшой диапазон частот вращения, для которых можно создать нагрузку на валу механической передачи. Задача изобретения - расширение диапазона частот вращения, для которых возможно создание нагрузки на валу механической передачи. Указанная задача достигается тем, что в способе испытания и обкатки механических передач трансмиссии транспортного средства при нагружении с рекуперацией энергии торможения на электрическом стенде, содержащем кинематически связанные с валами испытываемой передачи приводной и тормозной асинхронные двигатели, заключающемся в том, что обеспечивают работу приводного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором от основного преобразователя частоты, а тормозного асинхронного - двигателя в генераторном режиме, согласно изобретению, используют последовательно соединенную с испытываемой аналогичную передачу, причем выходные валы этих передач соединены вместе, а тормозной асинхронный двигатель выполнен с короткозамкнутым ротором, балансирной подвеской с возможностью вращения его статора вокруг своего вала и токоподводом к обмоткам статора со скользящим контактом, при этом переводят тормозной 2 17066 1 2013.04.30 асинхронный двигатель в режим генераторного торможения механическим вращением его статора в сторону, противоположную направлению вращения его ротора, дополнительным асинхронным двигателем через самотормозящую червячную передачу, запитанным от вспомогательного преобразователя частоты, при параллельном и согласованном соединении обмоток статоров обоих асинхронных двигателей и запиткой их от основного преобразователя частоты после последовательно включенного дросселя, а установку требуемой частоты вращения испытываемых передач осуществляют регулировкой частоты тока указанного преобразователя частоты. На фиг. 1 изображена общая схема стенда, реализующего данный способ испытания на фиг. 2 - конструкция тормозного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором на фиг. 3 - угловые скорости электромагнитного поля тормозного асинхронного двигателя, его статора и ротора в двигательном режиме на фиг. 4 - то же, при скольжении,равном нулю на фиг. 5 - то же, в генераторном режиме. Стенд содержит приводной асинхронный двигатель 1 с короткозамкнутым ротором,вал которого кинематически связан с входным валом испытуемой передачи 2, последовательно с которой соединена дополнительная аналогичная передача 3, причем выходные валы этих передач соединены вместе, а тормозной асинхронный двигатель 4 выполненный с короткозамкнутым ротором, своим валом кинематически соединен с входным валом передачи 3, имеет балансирную подвеску с возможностью вращения статора вокруг своего вала и токоподвод к обмоткам статора со скользящим контактом 5, причем перевод тормозного асинхронного двигателя 4 в режим генераторного торможения осуществляют механическим вращением его статора в сторону, противоположную направлению вращения его ротора, дополнительным асинхронным двигателем 6 через самотормозящую червячную передачу 7, запитанным от вспомогательного преобразователя частоты 8, при параллельном и согласованном соединении обмоток статоров обоих асинхронных двигателей 1,4 и запиткой их после последовательно включенного дросселя 9 от основного преобразователя частоты 10. При этом обмотки статора тормозного асинхронного двигателя 4 запитываются от основного преобразователя частоты 10 через скользящий контакт 5,образованный тремя токоподводящими щетками 11 и контактными кольцами 12, закрепленными соосно валу двигателя 4 на изоляционной втулке 13 одного из подшипниковых щитов 14 корпуса статора 15, а корпус статора 15 тормозного двигателя 4 выполнен вращающимся в подшипниках 16 на собственном валу дополнительным двигателем 6 через самотормозящую червячную передачу 7, в свою очередь установленных в подшипниковых опорах 17, жестко закрепленных на станине стенда, причем червячное колесо 18 передачи закреплено соосно валу тормозного двигателя 4 на другом из его подшипниковых щитов 19, а червяк 20 кинематически соединен с валом дополнительного электродвигателя 6. Способ реализуется в следующей последовательности. При отключенном вспомогательном преобразователе частоты 8 включают основной преобразователь 10 и, постепенно поднимая его частоту тока, выводят приводной 1 и тормозной 2 асинхронные двигатели на требуемый режим угловой скорости испытания передачи ( на валу роторов) (фиг. 3). Угловая скорость электромагнитного поля приводного и тормозного асинхронных двигателей составляет 0 (фиг. 3), и оба электродвигателя вращаются согласованно в одну сторону, тратя одинаковые мощности на покрытия потерь холостого хода испытуемой 2 и дополнительной 3 передач. Далее включают вспомогательный преобразователь частоты 8 и обеспечивают на его выходе минимальную частоту напряжения. При этом дополнительный асинхронный двигатель 6 вращает через червячную передачу 7 статор тормозного асинхронного двигателя 4 вокруг своего вала с угловой скоростью с в сторону,противоположную направлению вращения его ротора(фиг. 4), отчего суммарная скорость поля статора относительно ротора уменьшается. Если 0, то скольжение роторатормозного асинхронного двигателя 4 станет равным нулю (фиг. 4). В этом случае потери 17066 1 2013.04.30 мощности в передачах 2 и 3 покрывает только приводной асинхронный двигатель 1, а тормозной асинхронный двигатель 4 потребляет минимальный ток из сети. Для создания нагрузки на передачах 2 и 3 еще больше увеличивают частоту вращения статоратормозного двигателя 4 в сторону, противоположную направлению вращения его ротора , чтобы обеспечивалось условие 0- (фиг. 4), отчего скольжение его роторастанет отрицательным и двигатель 4 перейдет в режим генераторного торможения. При этом электрическая энергия от статора тормозного двигателя 4 передается в цепь статора приводного асинхронного двигателя 1. Такое нагружение испытываемой и дополнительной передач 2 и 3 можно обеспечить при различных частотах вращения передач в широких пределах, пользуясь преобразователем частоты 10. Уменьшение частоты питающего двигатели напряжения уменьшит частоту вращения двигателей 1 и 4 при сохранении прежней нагрузки на валу, и наоборот, увеличение частоты напряжения приведет к увеличению частоты вращения двигателей 1 и 4 при прежней нагрузке на валу. При номинальном моменте на валу двигателя 4 в генераторном режиме торможения угловая скорость вращения статора двигателя 4 составит(1) с 2044,где 04 - синхронная угловая скорость электромагнитного поля двигателя 4 4 - номинальное скольжение ротора двигателя 4. Для обеспечения вращения статора двигателя 4 требуемая мощность дополнительного электродвигателя 6204464,(2) пер где 4 - номинальный момент тормозного двигателя 4 пер - КПД передачи 5. Для асинхронных двигателей с короткозамкнутым роторомсоставляет 25 , поэтому 6(0,04-0,1)4. Соответственно, такой же мощности должен быть и вспомогательный преобразователь 8. Таким образом, использование последовательно соединенной дополнительной передачи, аналогичной испытываемой, при соединении их выходных валов обеспечило одинаковые скорости на входе передач и позволило использовать одинаковые приводной и тормозной асинхронные двигатели по мощности и синхронной частоте вращения. Кроме этого, использование тормозного асинхронного двигателя с балансирной подвеской, возможностью вращения его статора вокруг своего вала и токоподводом к обмоткам статора со скользящим контактом в генераторном режиме, создаваемым механическим вращением,его статора в сторону, противоположную вращению ротора, позволило нагружать испытываемую механическую передачу при любой частоте вращения, задаваемой частотой выходного напряжения основного преобразователя частоты. При этом непосредственное параллельное и согласное по фазе соединение статорных обмоток приводного и тормозного асинхронных двигателей позволило обеспечить режим генераторного торможения с отдачей электрической энергии от тормозного к приводному двигателю, минуя основной преобразователь частоты, отчего мощность его может быть меньшей, чем при известных способах испытания передач. Использование червячной передачи в приводе статора тормозного двигателя обеспечивает режим его самоторможения, а вспомогательного преобразователя частоты - регулирование скорости вращения. В целом, использование предлагаемого способа обеспечивает гораздо больший диапазон частот вращения под нагрузкой испытуемых передач в сравнении с известными способами. Фиг. 5 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.