Стенд для приемочных испытаний редуктора

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СТЕНД ДЛЯ ПРИЕМОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ РЕДУКТОРА(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования БелорусскоРоссийский университет(72) Авторы Геращенко Василий Васильевич Лустенков Михаил Евгеньевич Куклин Вячеслав Сергеевич Новиков Андрей Сергеевич(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) Стенд для приемочных испытаний редуктора, содержащий привод, кинематически соединяемый первым упругим валом с ведущим валом редуктора, электротормоз с обмоткой возбуждения, вал которого кинематически соединен вторым упругим валом с ведомым валом редуктора, первый датчик момента, установленный на первом упругом валу, второй датчик момента, установленный на втором упругом валу, делитель, регулируемый источник постоянного тока с движковым регулятором, подключенный к обмотке возбуждения электротормоза, и регулирующее устройство, выполненное в виде последовательно соединенных программного блока и микропривода, а выходной вал микропривода регулирующего устройства кинематически связан с осью движка регулятора источника постоянного 16409 1 2012.10.30 тока, отличающийся тем, что первый и второй датчики момента выполнены цифровыми,содержит умножитель, который совместно с делителем выполнены в виде устройства микропроцессорной системы обработки сигналов, содержащего интерфейс с двумя входами и выходом, микроЭВМ, содержащую связанный с интерфейсом посредством шины данных микропроцессор с внутренней памятью в виде четырех регистров общего назначения, дисплей, вход которого соединен с выходом интерфейса. Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано для определения оптимальной нагрузки редуктора, соответствующей максимальному значению его коэффициента полезного действия. Известен стенд для исследования динамики редукторов, содержащий приводной электродвигатель, регулируемый электротормоз с электрической обмоткой управления, первый датчик момента, установленный на валу регулируемого электротормоза и предназначенный для соединения со вторичным валом редуктора, второй датчик момента,установленный на валу приводного электродвигателя и предназначенный для соединения с первичным валом редуктора, два канала обработки информации, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных элемента выделения синусоидальной составляющей, вход которого соединен с соответствующим датчиком момента, преобразователя амплитудного значения и регистрирующего прибора постоянного тока, генератор синусоидальных сигналов, регулируемый источник постоянного тока, сумматор, первый вход которого соединен с генератором синусоидальных сигналов, а второй - с регулируемым источником постоянного тока, а электрическая обмотка управления электротормоза подключена к выходу сумматора 1. Недостатком известного стенда являются его ограниченные функциональные возможности, так как на нем не обеспечивается экспериментальное определение зависимости коэффициента полезного действия редуктора от его момента М 2 на ведомом валу, по которой определяется эффективность работы редуктора. Эта характеристика редуктора изображена на фиг. 1. По этой характеристике редуктора определяется изменение такого важнейшего показателя редуктора, как коэффициент полезного действия в зависимости от величины крутящего момента на ведомом валу редуктора. При малых величинах момента работа редуктора происходит с низкими коэффициентами полезного действия, эффективность работы редуктора снижается. При увеличении момента коэффициент полезного действия редуктора возрастает, что видно из характеристики, изображенной на фиг. 1. При некотором значении момента на ведомом валу коэффициент полезного действия принимает максимальное значение. Это и есть область наиболее эффективного использования редуктора. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является стенд для приемочных испытаний редукторов, содержащий привод и электротормоз с обмоткой возбуждения, кинематически соединяемые с валами испытуемого редуктора, первый датчик момента, кинематически связываемый с ведомым валом испытуемого редуктора, второй датчик момента, кинематически связываемый с ведущим валом испытуемого редуктора, регистрирующий прибор, делитель, выполненный логометром,регулируемый источник постоянного тока с движковым регулятором, подключенный к обмотке возбуждения электротормоза, и регулирующее устройство, выполненное в виде последовательно соединенных программного блока и микропривода, а выходной вал микропривода регулирующего устройства кинематически связан с осью движка регулятора источника постоянного тока 2. Недостатком известного стенда, принятого за прототип, является то, что на нем определяется коэффициент усиления момента, равный отношению момента на ведомом валу к 2 16409 1 2012.10.30 моменту на ведущем валу. Этот показатель является косвенным по сравнению с коэффициентом полезного действия редуктора, который непосредственно является показателем эффективности работы редуктора. На известном стенде не обеспечивается экспериментальное определение зависимости коэффициента полезного действия редуктора от момента на ведомом валу, по которой определяется эффективность работы редуктора. Эта характеристика редуктора изображена на фиг. 1. По этой характеристике определяется изменение такого важнейшего показателя редуктора, как коэффициент полезного действия в зависимости от величины крутящего момента на его ведомом валу М 2. При малых величинах М 2 работа редуктора происходит с низкими коэффициентами полезного действия, эффективность работы редуктора снижается, при увеличении момента на ведомом валу коэффициент полезного действия редуктора возрастает, что видно из характеристики, изображенной на фиг. 1. При некотором значении момента на ведомом валу коэффициент полезного действия принимает максимальное значение. Это и есть область наиболее эффективного использования редуктора. Кроме того, на известном стенде осуществляется аналоговая обработка информации,что сопровождается погрешностью из-за применения аналоговых устройств в виде логометра и датчиков крутящего момента. Датчики выполнены с применением преобразователей импульсных щелевых, отличающихся наличием динамических погрешностей при формировании прямоугольных импульсов на своем выходе, в них для обработки информации применена операция интегрирования. Эта операция в известном стенде выполняется на базе сглаживающего фильтра в виде простейшей цепи, состоящего из диодов и конденсатора. Из-за этого точность измерения момента на валах редуктора снижается. Задачей изобретения является повышение эффективности выпускаемых редукторов и таким образом обеспечение их конкурентоспособности за счет применения стендов для определения коэффициента полезного действия редукторов с высокой точностью при их испытании, а именно путем применения микропроцессорных систем для управления испытаниями на стендах, а также обеспечение проверки качества выполненного ремонта редукторов. Сущность изобретения заключается в том, что стенд для приемочных испытаний редуктора, содержащий привод, кинематически соединяемый первым упругим валом с ведущим валом редуктора, электротормоз с обмоткой возбуждения, вал которого кинематически соединен вторым упругим валом с ведомым валом редуктора, первый датчик момента, установленный на первом упругом валу, второй датчик момента, установленный на втором упругом валу, делитель, регулируемый источник постоянного тока с движковым регулятором, подключенный к обмотке возбуждения электротормоза, и регулирующее устройство, выполненное в виде последовательно соединенных программного блока и микропривода, а выходной вал микропривода регулирующего устройства кинематически связан с осью движка регулятора источника постоянного тока, согласно изобретению, первый и второй датчики момента выполнены цифровыми, содержит умножитель,который совместно с делителем выполнены в виде устройства микропроцессорной системы обработки сигналов, содержащего интерфейс с двумя входами и выходом, микроЭВМ,содержащую связанный с интерфейсом посредством шины данных микропроцессор с внутренней памятью в виде четырех регистров общего назначения, дисплей, вход которого соединен с выходом интерфейса. Наличие умножителя, выполнение каждого из датчиков момента цифровым, а умножителя и делителя - в виде устройства микропроцессорной системы обработки сигналов,содержащего интерфейс с двумя входами и выходом, микроЭВМ, содержащую связанный с интерфейсом посредством шины данных микропроцессор с внутренней памятью в виде четырех регистров общего назначения, дисплей, вход которого соединен с выходом интерфейса, позволяет через определенные промежутки времени получать на выходе датчиков момента цифровые сигналы о моментах на ведомом и ведущем валах испытуемого 3 16409 1 2012.10.30 редуктора, записывать цифровой код момента на ведомом валу посредством интерфейса и шины данных в первый регистр общего назначения микропроцессора, а цифровой код момента на ведущем валу - во второй регистр общего назначения микропроцессора, выполнять операции умножения цифровых кодов о моменте на ведущем валу на передаточное отношение редуктора и записывать результаты в третий регистр общего назначения микропроцессора, выполнять операции деления цифровых кодов, записанных в первом регистре общего назначения на цифровые коды, записанные в третьем регистре общего назначения, при этом результат записывается в четвертый регистр общего назначения, содержимое первого и четвертого регистров общего назначения выводится на дисплей, после чего содержимое всех регистров обнуляется. На дисплее отображается первая точка зависимости коэффициента полезного действия редуктора от момента на ведомом валу. Аналогично определяются все остальные точки искомой зависимости, производится таким образом ее полное построение. Коэффициент полезного действия редуктора определяется делением момента на ведомом валу на произведение момента на ведущем валу и передаточного отношения редуктора 2,1 где М 2 - момент на ведомом валу М 1 - момент на ведущем валу- коэффициент полезного действия редуктора- передаточное отношение редуктора. Рост коэффициента полезного действия редуктора происходит до определенного значения момента на ведомом валу, достигает максимального значения, а при дальнейшем возрастании момента на ведомом валу происходит перегрузка, коэффициент полезного действия опять снижается. Поэтому на стенде определяется максимальное значение коэффициента полезного действия редуктора для рассчитанного и изготовленного или отремонтированного редукторов. Этим самым осуществляется проверка правильности расчетов и изготовления нового образца техники, а также качество проведенного ремонта. На фиг. 1 изображена зависимость коэффициента полезного действия редуктора от момента на ведомом валу на фиг. 2 - схема стенда на фиг. 3 - короткие импульсы на счетных входах счетчиков цифровых датчиков момента при малых моментах на валах на фиг. 4 - короткие импульсы на счетных входах счетчиков цифровых датчиков момента при больших моментах на валах на фиг. 5 - изменение момента на ведомом валу при нагружении редуктора на фиг. 6 - изменение момента на ведущем валу при нагружении редуктора. Стенд для приемочных испытаний редукторов содержит привод 1, кинематически соединяемый первым упругим валом 2 с ведущим валом редуктора 3, электротормоз 4 с обмоткой 5 возбуждения, вал которого кинематически соединен вторым упругим валом 6 с ведомым валом редуктора, первый цифровой датчик 7 момента, установленный на первом упругом валу 2, второй цифровой датчик 8 момента, установленный на втором упругом валу 6, умножитель и делитель, выполненные в виде устройства 9 микропроцессорной системы обработки сигналов, содержащего интерфейс 10 с двумя входами и выходом, микроЭВМ 11, содержащую связанный с интерфейсом 10 посредством шины 12 данных микропроцессор 13 с внутренней памятью в виде четырех регистров 14, 15, 16, 17 общего назначения, дисплей 18, вход которого соединен с выходом интерфейса 10, регулируемый источник 19 постоянного тока с движковым регулятором 20, подключенный к обмотке 5 возбуждения электротормоза 4, и регулирующее устройство 21, выполненное в виде последовательно соединенных программного блока 22 и микропривода 23, а выходной вал микропривода 23 регулирующего устройства 21 кинематически связан с осью движка регулятора 20 источника 19 постоянного тока. 16409 1 2012.10.30 Каждый из цифровых датчиков 7 и 8 момента включает в себя первый и второй металлические диски 24, 25 с радиальными прорезями и выступами, установленные по концам упругого вала, первый и второй преобразователи 26, 27 импульсные, установленные с обеспечением возможности прохождения каждого из дисков 24, 25 вблизи соответствующего преобразователя 26, 27, подключенные к выходу преобразователей первая и вторая дифференцирующие цепи 28, 29, выполненные на резисторе 30 и конденсаторе 31 с подключенным к их выходу импульсным диодом 32, триггер 33, выполненный на первом и втором биполярных транзисторах 34, 35 и четырех резисторах 36, 37, 38, 39, при этом базы и эмиттеры транзисторов 34, 35 соединены с соответствующими выводами выхода первой и второй дифференцирующих цепей 28, 29, автоколебательный мультивибратор 40, выполненный на двух транзисторах 41 и 42, двух конденсаторах 43, 44 и четырех резисторах 45, 46, 47, 48 и являющийся общим для обоих датчиков 7 и 8, суммирующий счетчик 49, третья дифференцирующая цепь 50, выполненная на резисторе 51, конденсаторе 52 с подключенным к ее выходу диоде 53, логический элемент И 54 с двумя входами с подсоединенным резистором 55 на своем выходе. Регулируемый источник 19 постоянного тока включает в себя последовательно соединенные автотрансформатор 56, трансформатор 57, выпрямитель 58 и конденсатор 59. Первый вход логического элемента И 54, а также вход третьей дифференцирующей цепи 50 соединены параллельно с выходом триггера 33, второй вход логического элемента И 54 соединен с выходом автоколебательного мультивибратора 40, счетный вход суммирующего счетчика 49 соединен с выходом логического элемента И 54, а вход установки нуля суммирующего счетчика 49 - с выходом третьей дифференцирующей цепи 50. Стенд работает следующим образом. После запуска привода 1 приходят во вращение валы испытуемого редуктора 3, включается регулирующее устройство 21 и регулируемый источник 19 постоянного тока. На обмотке 5 возбуждения электротормоза 4 появляется напряжение, возрастающее по линейной зависимости. На ведомом валу редуктора 3 появляется и изменяется момент(фиг. 5), величина которого пропорциональна напряжению, приложенному к обмотке 5, а на ведущем валу редуктора 3 момент изменяется по кривой, изображенной на фиг. 6. Принцип действия как первого, так и второго цифровых датчиков момента одинаков,поэтому опишем принцип действия одного из цифровых датчиков. При включении цифровых датчиков 7, 8 крутящего момента на валах редуктора 3 в исходном состоянии первый транзистор 34 триггера 33 закрыт, вследствие чего второй транзистор 35 триггера 33 открыт из-за наличия положительных обратных связей в триггере 33. Поэтому напряжение на коллекторе первого транзистора 34 принимает максимальное значение, а на коллекторе второго транзистора 35 напряжение равно нулю. При вращении упругих валов 2,6 с первым диском 24 на выходе первого преобразователя 26 формируется первый импульс, который дифференцируется первой дифференцирующей цепью 28, выпрямляется диодом 32, образуется положительный импульс, который подается на базу первого транзистора 34. Первый транзистор 34 открывается, а второй транзистор 35 закрывается. На коллекторе второго транзистора 35 появляется положительное напряжение. При нагружении упругих валов они закручиваются на углы, пропорциональные приложенному моменту. Поэтому второй диск 25 закручивается относительно первого диска 24, вследствие чего на выходе второго импульсного преобразователя 27 формируется второй импульс, имеющий фазовое смещение относительно первого импульса, сформированного первым импульсным преобразователем 26. Полученный второй импульс дифференцируется второй дифференцирующей цепью 29, выпрямляется диодом 32, образуется положительный импульс, который подается на базу второго транзистора 35. Второй транзистор 35 открывается, а первый транзистор 34 закрывается. На коллекторе второго транзистора 35 опять устанавливается напряжение, равное нулю. 16409 1 2012.10.30 Таким образом, на выходе второго транзистора 35 триггера 33 сформировался прямоугольный импульс, длительность которого пропорциональна крутящему моменту на валу. Аналогично в процессе вращения упругих нагруженных валов 2 и 6 формируются прямоугольные импульсы, высота которых постоянна, а длительности их в любой момент времени пропорциональны моменту на валу. На второй вход логического элемента И 54 непрерывно подаются короткие импульсы от автоколебательного мультивибратора 40, а сформированные импульсы от триггера 33 поступают на первый вход логического элемента И 54. Короткие импульсы, формируемые на выходе автоколебательного мультивибратора 40, проходят на выход логического элемента И 54 только за время, равное длительности прямоугольных импульсов, поступающих от триггера 33. Число этих коротких импульсов пропорционально величине момента на валах, что изображено на фиг. 3 и 4. Короткие импульсы подаются на счетный вход счетчика 49, подсчитываются счетчиком и преобразуются в цифровой код. С выхода счетчика 49 через определенные промежутки времени цифровой код о моменте на ведомом валу посредством интерфейса 10 и шины 12 данных записывается в первый регистр 14 общего назначения микропроцессора 13, а цифровой код момента на ведущем валу - во второй регистр 15 общего назначения микропроцессора 13. Далее, по программе, записанной в микроЭВМ, выполняется операция умножения цифрового кода о моменте на ведущем валу на передаточное отношение редуктора и записывается результат в третий регистр 16 общего назначения микропроцессора 13, выполняется операция деления цифровых кодов, записанных в первом регистре 14 общего назначения на цифровые коды, записанные в третьем регистре 16 общего назначения, при этом результат записывается в четвертый регистр 17 общего назначения, содержимое первого и четвертого регистров общего назначения микропроцессора выводится на дисплей, после чего содержимое всех регистров обнуляется. На дисплее 18 отображается первая точка зависимости коэффициента полезного действия редуктора от момента на ведомом валу. Аналогично определяются все остальные точки искомой зависимости и производится таким образом ее полное построение на дисплее. Использование полученной зависимости позволяет определить нагрузку на редуктор, при которой обеспечивается в последующей эксплуатации редуктора максимальное значение его коэффициента полезного действия,происходит повышение эффективности редуктора и обеспечивается его конкурентоспособность на рынке. Источники информации 1. А.с. СССР 1670471 1, МПК 01 13/02, 1991. 2. Патент РФ 2029273, МПК 01 13/02, 1995. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7