Стенд для испытаний механических коробок передач

(51)01 13/02 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(54) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(72) Авторы Геращенко Василий Васильевич Якимов Анатолий Иванович Башаримова Валентина Николаевна Иванчиков Денис Михайлович Якимов Евгений Анатольевич(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) Стенд для испытаний механических коробок передач, содержащий привод и выполненный с двумя обмотками возбуждения электротормоз, кинематически соединенные с валами испытываемой механической коробки передач, кинематически связанный с ведомым валом коробки передач датчик момента, выполненный в виде индукционного преобразователя момента, связанные с электротормозом регулируемый источник постоянного тока и регулируемый преобразователь случайных сигналов, при этом первая обмотка возбуждения электротормоза подключена к выходу регулируемого источника постоянного тока, вторая обмотка - к выходу регулируемого преобразователя случайных сигналов, выполненный двухканальным регулятор нагрузки стенда, первый канал которого содержит средства определения среднего значения момента и сравнения его с заданным значением,8128 1 2006.06.30 первый усилитель, первый микроэлектродвигатель, обмотка управления которого подключена к выходу первого усилителя, а выходной вал посредством первого редуктора соединен с регулятором регулируемого источника постоянного тока, второй канал регулятора нагрузки содержит средства определения среднеквадратического отклонения момента и сравнения его с заданным значением, второй усилитель, второй микроэлектродвигатель, обмотка управления которого подключена к выходу второго усилителя, а выходной вал посредством второго редуктора соединен с регулятором регулируемого преобразователя случайных сигналов, отличающийся тем, что средства определения среднего значения момента и сравнения его с заданным значением первого канала регулятора нагрузки стенда и средства определения среднеквадратического отклонения момента и сравнения его с заданным значением второго канала регулятора нагрузки стенда выполнены в виде одного блока преобразований, содержащего микропроцессор, аналого-цифровой и два цифро-аналоговых преобразователя, оперативное и постоянное запоминающее устройство, генератор тактовой частоты, таймер, буфер адреса, буфер данных и интерфейс с пятью входами, при этом первым входом интерфейс соединен через аналогово-цифровой преобразователь с датчиком момента, вторым, третьим входами - с первым и вторым цифро-аналоговыми преобразователями соответственно, четвертым входом - через шину управления с микропроцессором, пятым входом - через шину данных и буфер данных с микропроцессором, который соединен с генератором тактовой частоты и таймером, а через шину адреса и буфер адреса, шину управления, шину данных и буфер данных - с оперативным и постоянным запоминающими устройствами, выход первого цифро-аналогового преобразователя подключен ко входу первого усилителя первого канала регулятора нагрузки, выход второго цифро-аналогового преобразователя подключен ко входу второго усилителя второго канала регулятора нагрузки. Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано для испытания механических коробок передач при переменном нагружении, близком к нагружению коробок передач в условиях их эксплуатации. Известен стенд для исследования динамики механических коробок передач, содержащий привод и электротормоз с обмоткой возбуждения, кинематически соединяемые с валами испытуемой передачи, кинематически связываемые с последними датчики момента,делитель, регистрирующий прибор и подключенный к обмотке возбуждения электротормоза регулятор нагрузки, два канала обработки информации, при этом датчики момента выполнены в виде индукционных преобразователей момента, а регулятор выполнен в виде сумматора с одним выходом и двумя входами, регулируемый источник постоянного тока 1. Однако на известном стенде не обеспечивается достаточная точность испытания механической коробки передач. Объясняется это тем, что на нем не обеспечивается проведение испытаний коробки передач при действии на ее валах моментов, реально действующих в условиях ее эксплуатации. Поэтому возникают погрешности, точность получения результатов испытания снижается. Известен стенд для испытаний механических коробок передач, содержащий привод и электротормоз, кинематически соединенные с валами испытываемой механической коробки передач, кинематически связанный с ведомым валом коробки передач датчик момента,выполненный в виде индукционного преобразователя момента, первый регистрирующий прибор, регулятор нагрузки, связанный с электротормозом, первый регулируемый источник постоянного тока и регулируемый преобразователь случайных сигналов, второй регистрирующий прибор, второй и третий регулируемые источники постоянного тока, при этом электротормоз выполнен с двумя обмотками возбуждения, регулятор нагрузки выполнен двухканальным, первый канал которого включает в себя подключенный к выходу 2 8128 1 2006.06.30 датчика момента сглаживающий фильтр, первый сумматор, первый вход которого подключен к выходу сглаживающего фильтра, а второй - к первому регулируемому источнику постоянного тока, первый усилитель, подключенный к выходу первого сумматора, и первый микроэлектродвигатель, обмотка управления которого подключена к выходу первого усилителя, а выходной вал посредством редуктора соединен с регулятором второго регулируемого источника постоянного тока, второй канал регулятора нагрузки включает в себя подключенный к выходу датчика момента блок определения среднеквадратического отклонения, второй сумматор, первый вход которого подключен к выходу последнего, а второй вход - к третьему регулируемому источнику постоянного тока, второй усилитель,подключенный к выходу второго сумматора, и второй микроэлектродвигатель, обмотка управления которого подключена к выходу второго усилителя, а выходной вал посредством второго редуктора соединен с регулятором преобразователя случайных сигналов,первая обмотка возбуждения электротормоза подключена к выходу второго регулируемого источника постоянного тока, вторая обмотка возбуждения электротормоза подключена к выходу преобразователя случайных сигналов, первый регистрирующий прибор подключен к выходу первого регулируемого источника постоянного тока, а второй регистрирующий прибор - к выходу третьего регулируемого источника постоянного тока 2. Недостатком известного стенда, принятого за прототип, является недостаточная топливная экономичность транспортных средств, на которые устанавливается механическая коробка передач, которая была испытана на известном стенде. Объясняется это тем, что при проведении испытания коробки передач такая статистическая характеристика как среднее значение момента на валу коробки передач определяется посредством такого преобразователя как сглаживающий фильтр, выполненного в виде простейшей цепи, состоящей из резистора и конденсатора. Также с погрешностью при проведении испытаний коробки передач определяется такая статистическая характеристика как среднеквадратическое отклонение момента. Задачей изобретения является улучшение топливной экономичности выпускаемых транспортных средств путем повышения точности испытания механической коробки передач. Сущность изобретения заключается в том, что в стенде для испытаний механических коробок передач, содержащий привод и выполненный с двумя обмотками возбуждения электротормоз, кинематически соединенные с валами испытываемой механической коробки передач, кинематически связанный с ведомым валом коробки передач датчик момента,выполненный в виде индукционного преобразователя момента, связанные с электротормозом регулируемый источник постоянного тока и регулируемый преобразователь случайных сигналов, при этом первая обмотка возбуждения электротормоза подключена к выходу регулируемого источника постоянного тока, вторая обмотка - к выходу регулируемого преобразователя случайных сигналов, выполненный двухканальным регулятор нагрузки стенда, первый канал которого содержит средства определения среднего значения момента и сравнения его с заданным значением, первый усилитель, первый микроэлектродвигатель, обмотка управления которого подключена к выходу первого усилителя,а выходной вал посредством редуктора соединен с регулятором регулируемого источника постоянного тока, второй канал регулятора нагрузки содержит средства определения среднеквадратического отклонения момента и сравнения его с заданным значением, второй усилитель, второй микроэлектродвигатель, обмотка управления которого подключена к выходу второго усилителя, а выходной вал посредством второго редуктора соединен с регулятором регулируемого преобразователя случайных сигналов, согласно изобретению средства определения среднего значения момента и сравнения его с заданным значением первого канала регулятора нагрузки стенда и средства определения среднеквадратического отклонения момента и сравнения его с заданным значением второго канала регулятора нагрузки стенда выполнены в виде одного блока преобразований, содержащего микро 3 8128 1 2006.06.30 процессор, аналого-цифровой и два цифро-аналоговых преобразователя, оперативное и постоянное запоминающее устройство, генератор тактовой частоты, таймер, буфер адреса,буфер данных и интерфейс с пятью входами, при этом первым входом интерфейс соединен через аналого-цифровой преобразователь с датчиком момента, вторым, третьим входами с первым и вторым цифро-аналоговыми преобразователями соответственно, четвертым входом - через шину управления с микропроцессором, пятым входом - через шину данных и буфер данных с микропроцессором, который соединен с генератором тактовой частоты и таймером, а через шину адреса и буфер адреса, шину управления, шину данных и буфер данных - с оперативным и постоянным запоминающими устройствами, выход первого цифро-аналогового преобразователя подключен ко входу первого усилителя первого канала регулятора нагрузки, выход второго цифро-аналогового преобразователя подключен ко входу второго усилителя второго канала регулятора нагрузки. На фиг. 1 изображена схема стенда. Стенд содержит (фиг. 1) привод 1 и выполненный с двумя обмотками возбуждения 2, 3 электротормоз 4, кинематически соединенные с валами испытываемой механической коробки 5 передач, кинематически связанный с ведомым валом коробки передач датчик 6 момента, выполненный в виде индукционного преобразователя момента, регулируемый источник 7 постоянного тока, регулируемый преобразователь 8 случайных сигналов, связанный с электротормозом 4, при этом первая обмотка 2 возбуждения электротормоза 4 подключена к выходу регулируемого источника 7 постоянного тока, вторая обмотка 3 - к выходу преобразователя 8 случайных сигналов, выполненный двухканальным регулятор нагрузки, первый канал которого содержит средства определения среднего значения момента и сравнения его с заданным значением, первый усилитель 9, первый микроэлектродвигатель 10, обмотка 11 управления которого подключена к выходу усилителя 9, а выходной вал посредством первого редуктора 12 соединен с регулятором 13 регулируемого источника 7 постоянного тока, второй канал регулятора нагрузки содержит средства определения среднеквадратического отклонения момента и сравнения его с заданным значением, второй усилитель 14, второй микроэлектродвигатель 15, обмотка 16 управления которого подключена к выходу второго усилителя 14, а выходной вал посредством второго редуктора 17 соединен с регулятором 18 регулируемого преобразователя 8 случайных сигналов, при этом средства определения среднего значения момента и сравнения его с заданным значением первого канала регулятора нагрузки стенда и средства определения среднеквадратического отклонения момента и сравнения его с заданным значением второго канала регулятора нагрузки стенда выполнены в виде одного блока преобразований,содержащего микропроцессор 19, аналого-цифровой преобразователь 20 и два цифроаналоговых преобразователя 21, 22, оперативное запоминающее устройство 23, постоянное запоминающее устройство 24, генератор 25 тактовой частоты, таймер 26, буфер 27 адреса, буфер 28 данных, интерфейса 29 с пятью входами, при этом первым входом интерфейс 29 соединен через аналого-цифровой преобразователь 20 с датчиком 6 момента, вторым, третьим входами - с первым и вторым цифро-аналоговыми преобразователями 21, 22 соответственно, четвертым входом - через шину 30 управления с микропроцессором 19, пятым входом - через шину 31 данных и буфер 28 данных с микропроцессором 19,который соединен с генератором 25 тактовой частоты и таймером 26, а через шину 32 адреса и буфер 27 адреса, шину 30 управления, шину 31 данных и буфер 28 данных - с оперативным и постоянным запоминающими устройствами 23, 24, выход первого цифроаналогового преобразователя 21 подключен ко входу первого усилителя 9 первого канала регулятора нагрузки, выход второго цифро-аналогового преобразователя 22 подключен ко входу второго усилителя 14 второго канала регулятора нагрузки. Датчик момента 6 включает в себя два металлических диска 33 и 34, закрепленных на валу на определенном расстоянии один относительно другого, преобразователи 35 и 36 импульсные щелевые, установленные вблизи вала и выполненные с обеспечением воз 4 8128 1 2006.06.30 можности вхождения дисков в щели преобразователей, вычитающий элемент 37, выпрямитель 38, сглаживающий фильтр 39. Регулируемый преобразователь 8 случайных сигналов включает в себя автотрансформатор 40, трансформатор 41, выпрямитель 42,конденсатор 43, цепь 44 выделения случайной составляющей, первый усилитель 45, второй усилитель 46, третий усилитель 47, конденсатор 48 переменной емкости, установленный на входе второго усилителя. Стенд работает следующим образом. После запуска приводного двигателя начинают вращаться валы коробки передач. На обмотку 2 возбуждения электротормоза 4 от регулируемого источника 7 постоянного тока подается напряжение постоянного тока. На обмотку 3 возбуждения электротормоза 4 подается напряжение от регулируемого преобразователя 8 случайных сигналов. Возникающий момент на валу тормоза 4 в любой момент времени пропорционален сумме подаваемых напряжений на обмотки 2 и 3 возбуждения. Металлические диски 33 и 34 проходят в щели соответствующих преобразователей 35 и 36, в результате чего на электрических выводах преобразователей 35 и 36 формируются прямоугольные импульсы одинаковой высоты и длительности, которые поступают на вход вычитающего элемента 37. Преобразователи 35 и 36 подключены к вычитающему элементу 37 таким образом, что их выходные сигналы находятся в противофазе. С появлением момента на валу возникает фазовое смещение выходных импульсных процессов,при этом на выходе вычитающего элемента 37 появляется сигнал, который выпрямляется выпрямителем 38 и сглаживается фильтром 39. Случайная составляющая момента на валу испытываемой коробки передач формируется следующим образом. На выводах конденсатора 43 преобразователя 8 случайных сигналов имеются постоянная и переменная составляющие напряжения. Постоянная составляющая не пропускается цепью 44 выделения случайной составляющей, поэтому на вход усилителя 45 поступает только переменная составляющая, которая усиливается усилителями 45,46 и 47. Посредством конденсатора 48 переменной емкости формируется низкочастотный случайный сигнал, подаваемый в обмотку 3 возбуждения электротормоза 4. Обработка сигналов о моменте на валу коробки 5 передач с целью получения среднего значения момента, среднеквадратического отклонения этого момента осуществляется микропроцессором 19 по программе, которая состоит из команд. Программа вычисления этих статистических характеристик момента записана в постоянном запоминающем устройстве 24. При этом в ходе работы микропроцессор 19 выдает на шину 32 адреса номер ячейки постоянного запоминающего устройства 24, где хранится команда, которую необходимо выполнить по программе. По шине 30 управления в постоянное запоминающее устройство 24 поступают сигналы, обеспечивающие чтение содержимого этой ячейки памяти. Запрошенная команда выдается на шину 31 данных и через буфер 28 данных принимается микропроцессор 19 и расшифровывается. После расшифровки микропроцессор 19 выдает через буфер 27 адреса на шину 32 адреса номер ячейки оперативного запоминающего устройства 23, хранящего данные, над которыми необходимо по команде выполнить операцию. По шине 30 управления в оперативное запоминающее устройство 23 поступают сигналы, обеспечивающие чтение содержимого ячейки, где хранятся данные. Запрошенные данные подаются на шину 31 данных и через буфер 28 данных поступают в микропроцессор 19. Затем выполняется операция над данными микропроцессором 19. После завершения выполнения текущей команды на шину 32 адреса микропроцессором выдается адрес следующей команды и описанный процесс обработки информации микропроцессором 19 повторяется. Таймером 26 задаются в определенное время команды управления и организуются временные задержки. Для синхронизации работы по обработке информации генератором 25 тактовой частоты на микропроцессор 19 подается последовательность тактовых импульсов. Запись данных в оперативное запоминающее устройство происходит следующим образом. Сигналы от датчика 6 момента поступают на аналого-цифровой преобразователь 20. 5 8128 1 2006.06.30 Выходные цифровые сигналы в параллельном коде подаются на первый вход интерфейса 29. Микропроцессор 19, выполняя команду ввода, по шине 30 управления подает на интерфейс 29 соответствующие управляющие сигналы, откуда они передаются на шину 31 данных,принимаются в микропроцессор 19 и используются при выполнении соответствующей команды. Первый и второй каналы регулятора нагрузки работают идентично. Поэтому опишем работу второго канала регулятора нагрузки, Например, при уменьшении из-за возмущающих факторов действительного значения среднеквадратического отклонения воспроизводимого момента на валу коробки 5 передач с помощью преобразователей для определения среднеквадратического отклонения момента и сравнения его с заданным значением на выходе второго цифро-аналогового преобразователя 22 возникает сигнал, сформированный как разность между действительным и заданным среднеквадратическими отклонениями момента. Этот сигнал усиливается усилителем 14 и подается в обмотку 16 управления второго микроэлектродвигателя 15. Последний приходит во вращение и посредством второго редуктора 17 поворачивает ось вращения конденсатора 18 переменной емкости,уменьшая его емкость. Вращение регулятора (оси) продолжается до тех пор, пока не установится на ведомом валу коробки 5 передач заданная величина среднеквадратического отклонения момента. При увеличении действительного значения среднеквадратического отклонения момента на валу коробки 5 передач на выходе второго цифро-аналогового преобразователя 22 возникает сигнал противоположной полярности, который усиливается усилителем 14 и подается в обмотку 16 управления второго микроэлектродвигателя 15. Последний приходит во вращение и вращается в противоположную сторону. Посредством второго редуктора 17 поворачивается ось вращения конденсатора 18 переменной емкости. Заданное значение среднеквадратического отклонения момента на ведомом валу коробки 5 передач восстанавливается. Для поддержания среднего значения момента на ведомом валу коробки 5 передач в процессе ее испытания на выходе первого цифро-аналогового преобразователя 21 при воздействии возмущающих факторов формируется сигнал рассогласования между действительным значением среднего значения момента и его заданным значением. Этим сигналом посредством усилителя 9 и обмотки 11 управления первым микроэлектродвигателем 10 последний приходит во вращение и через первый редуктор 12 поворачивает регулятор 13 источника 7 постоянного тока. При этом заданное значение среднего значения момента восстанавливается. Применение предлагаемого стенда обеспечивает получение экономического эффекта за счет улучшения топливной экономичности транспортных средств, так как точность испытаний механических коробок передач, которые устанавливаются на эти транспортные средства, повышается. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6