Перспективные стенды для ресурсных испытаний карданных передач

испытаниями , ускоренные механические испытания на стенде без форсирования нагрузок , ускоренные климатические испытания в камере , применение генераторов случайных процессов , использование методов расчета оптимальных сроков службы машин по результатам ускоренных стендовых испытаний [2].

Однако вопросы разработки перспективных энерго - и ресурсосберегающих конструкций стендов для ресурсных испытаний с целью реализации достижений теории ускоренных стендовых испытаний в настоящее время решены не в полной мере .

Постановка задачи . Рассматриваемые в статье технические решения относятся к испытательным машинам и стендам , в частности к стендам с замкнутым силовым контуром для испытания силовых элементов трансмиссий сельскохозяйственной техники .

Известно семейство стендов для испытания карданных шарниров , которые , в общем , содержат нагружающую и замыкающую зубчатую передачу ( редукторы ), два карданных вала , расположенных параллельно между собой и имеющих по два испытываемых карданных шарнира , а также установленный на станине электродвигатель , приводящий во вращение силовой контур [3, 4].

Эти стенды обладают следующими существенными недостатками :

• -    замыкание силового контура , в состав которого входят карданные шарниры , производится зубчатыми зацеплениями двух редукторов , что приводит к большим энергозатратам на преодоление сил скольжения зубьев шестерен во время работы стенда ;

• -    для замыкания силового контура необходимо не менее четырех испытываемых карданных шарниров , что не всегда целесообразно при испытаниях ;

• -    наличие на стенде двух редукторов приводит к большой металлоемкости его и , следовательно , большому расходу энергии при моделировании на стенде колебаний угла излома карданных шарниров , что бывает необходимо для создания реальных условий их работы ;

• -    при изменении угла излома в карданных шарнирах телескопические устройства карданных валов создают значительные осевые усилия , которые отсутствуют в реальных условиях .

Все перечисленные недостатки свидетельствуют о наличии больших энергозатрат при стендовых испытаниях и недостаточной точности , вызванной появлением осевых сил , догружающих испытываемые карданные шарниры .

Задача настоящей статьи – разработка перспективных конструкций стендов для проведения ресурсных испытаний с целью оценки надежности серийных , модернизированных и отремонтированных карданных передач в условиях эксплуатации .

Материалы и методы исследований

Основой для разработки конструкций стендов с замкнутым силовым контуром послужили работы коллективов НАМИ , НАТИ , ВНИИПП и ВИСХОМ . Однако разработанные на их базе стенды обладают рядом существенных недостатков – малой долговечностью технологических зубчатых передач , неполным моделированием режимов нагружения , повышенным расходом электроэнергии и значительной материалоемкостью [4].

Результаты и их обсуждение

На основании вышесказанного применительно к карданным передачам ТТМ различного назначения были разработаны следующие технические решения по опытным конструкциям стендов с силовым контуром , замыкание которого осуществляется технологической зубчатой передачей .

Целью изобретения стенда для испытания карданных передач явилось снижение энергозатрат при испытаниях и при изготовлении путем замены двух зубчатых зацеплений , необходимых для замыкания силового контура , одним зубчатым зацеплением , а также повышение точности получаемых результатов за счет упрощения схемы нагружения испытываемой карданной передачи . Указанная цель достигается тем , что стенд для испытания карданных передач по замкнутому контуру ( рис . 1), содержащий станину с размещенным на ней электродвигателем , зубчатый редуктор , одно зубчатое колесо которого связано с электродвигателем и имеет конструктивные элементы для установки одной из вилок испытываемой карданной передачи , второе колесо редуктора имеет конструктивные элементы для установки второй вилки упомянутой карданной передачи , испытываемую карданную передачу , нагружатель , последовательно включенный в замкнутый контур , имеет зубчатую передачу редуктора , выполненную конической с передаточным числом , равным единице .

Стенд содержит электродвигатель 1, упругую муфту 2, соединяющую электродвигатель с валом 3, который установлен в опоре 4, коническое колесо 5, жестко закрепленное на валу 3 и входящее в зацепление с коническим колесом 6, управляемую нагружающую муфту 7, одна полумуфта которой жестко соединена с коническим колесом 6, а вторая с валом 8, испытываемую карданную передачу 9, внешние вилки которой соединены с зубчатым колесом 5 и валом 8.

Рисунок 1 – Кинематическая схема стенда для испытания карданных передач ( базовый стенд )

Технологический процесс испытания на предлагаемом стенде осуществляется следующим образом . Посредством управляемой муфты 7 нагружают карданную передачу 9 заданным крутящим моментом , проворачивал вал 8 относительно конического колеса 6. Крутящий момент от нагружающей муфты 7 через вал 8 передается на карданную передачу 9 и далее , проходя через зубчатое зацепление конических колес 5 и 6, замыкается на управляемой нагружающей муфте 7. Величина угла излома шарниров испытываемой карданной передачи 9 определяется углом пересечения осей валов 3 и 8. Электродвигатель 1 обеспечивает вращательное движение через муфту 2 и вал 3 испытываемой карданной передачи 9.

Предлагаемый стенд содержит минимально возможное число зубчатых зацеплений для замыкания силового контура, что позволит при испытаниях карданных передач реализовать основные эксплуатационные нагружающие факторы с минимальными затратами энергии. Увеличенные радиальные размеры зубчатых колес редуктора по сравнению с радиальными размерами шарниров испытываемой карданной передачи, при одном и том же крутящем моменте в силовом контуре , позволяют значительно уменьшить усилие в зацеплении зубчатых колес, обеспечив ее большую долговечность по отношению к испытываемой карданной передаче .

Описанное техническое решение защищено патентом Российской Федерации на изобретение RU 2134412. Однако и в нем отмечен существенный недостаток – низкая точность результатов вследствие невозможности проведения испытаний в условиях , близких к эксплуатационным , а именно в технологической среде , например , запыленной , агрессивной и т . п .

Обзор существующих решений в данном направлении показал, что существуют стенды с наличием технологических камер. Машина для испытания карданных подшипников содержит раздаточные коробки, одна из которых снабжена приводом возвратно-поступательного перемещения, валы для установки на них испытуемых подшипников, механизм создания крутящего момента на испытуемых подшипниках и измерительную аппаратуру, установленные на валах пылевые камеры, выполненные эластичными и состоящие из гибких чулков, уплотнительных колец и отсекателей [5]. Недостатками машины являются: 1) снижение эффективности воздействия пылевой (технологической) среды на объект испытаний вследствие действия сил инерции, возникающих при вращении карданных валов и приводящих к отбрасыванию частиц пылевой среды к периферии камеры; 2) отсутствие возможности приготовления и изменения состава и концентрации компонентов технологической среды в процессе испытаний; 3) отсутствие средств создания регулируемого электростатического поля в зоне пылевой камеры.

Стенд для испытания шарниров карданных валов содержит станину со смонтированными на ней двигателями , нагружающими и замыкающими редукторами , выходы которых связаны карданными валами , пылевую камеру , внутри которой размещены стойки с находящимися в них промежуточными опорами карданных валов , одна из которых соединена шарниром с замыкающим редуктором , имеющим гидропривод , обеспечивающий перемещение указанного редуктора по окружности [6]. К недостаткам стенда относят : 1) отсутствие возможности приготовления и изменения состава и концентрации компонентов технологической среды в процессе испытаний ; 2) отсутствие средств создания в зоне технологической камеры регулируемого электростатического поля .

Рисунок 2 – Схема стенда для испытания карданных передач в технологической камере ( модернизированный стенд )

Сущность предлагаемого решения по модернизации заключается в том, что стенд для испытания карданных передач в замкнутом силовом контуре (рис. 2) содержит станину, привод, технологическую передачу, нагружатель и испытываемую карданную передачу, расположенную в технологической камере , выполненной эластичной, при этом пространство технологической камеры посредством конструктивно-технологических элементов, выполненных в деталях стенда, соединено с полостью аккумулятора технологической среды, а стенд оснащен элементами и средствами создания регулируемого электростатического поля в зоне технологической камеры.

Кроме основных элементов стенд содержит технологическую камеру 10, расположенную между технологическими зубчатыми колесами 5 и 6, которая посредством эластичных изоляторов 11 установлена на упомянутых технологических зубчатых колесах 5 и 6 и охватывающая зону расположения испытываемой карданной передачи 9. В теле ведомого вала 8 выполнен осевой канал , с одной стороны которого установлены вентилятор 12, аккумулятор 13, регулируемый вентиль 14, соединенные трубопроводом 15, а с другой стороны , клапан 16, расположенный внутри камеры 10. Проводник 17 соединяет испытываемую карданную передачу 9 через металлоконструкцию стенда , регулятор 18, источник питания 19 и измерительные приборы 20 с технологической камерой 10. Упомянутая технологическая камера 10 может быть выполнена из токопроводящего эластичного материала или с внутренним токопроводящим покрытием .

Отличительным признаком работы модернизированного стенда по сравнению с базовым является приготовление технологической среды , которое осуществляют посредством закладки в аккумулятор 13 необходимых компонентов в требуемом количестве и перемешиванием их с воздухом посредством вентилятора 12. Затем при помощи регулируемого вентиля 14, трубопровода 15 через ведомый вал 8 и клапан 16 вводят часть содержимого аккумулятора 13 в технологическую камеру 10. Операции приготовления технологической среды и ее введения в упомянутую камеру 10 можно осуществлять как при отключенном стенде , так и в процессе испытаний , варьируя состав и концентрацию компонентов технологической среды . Для активного влияния на частицы технологической среды , находящейся внутри активной технологической камеры 10, подают напряжение на металлоконструкцию стенда и эластичную оболочку упомянутой технологической камеры 10. Посредством регулятора 18 и измерителей 20 устанавливают и контролируют величину и направление электростатического поля в зоне технологической камеры 10.

Наличие аккумулятора технологической среды и его соединение с пространством технологической камеры посредством конструктивно - технологических элементов , выполненных в деталях стенда , позволяет варьировать состав и концентрацию компонентов технологической среды в процессе испытаний с целью исследования влияния различных компонентов технологической среды на работоспособность объекта испытаний .

Применение элементов и средств создания регулируемого электростатического поля в зоне технологической камеры дает возможность управлять процессом воздействия частиц технологической среды на испытываемый объект путем противодействия силам инерции силами электростатического поля, регулируемого как по величине, так и по направлению. Такое действие может обеспечить , например, отталкивание частиц технологической среды от стенок технологической камеры в противодействие силам инерции, а целенаправленное ускоренное движение частиц технологической среды от периферии технологической камеры к испытываемому объекту может рассматриваться как фактор, ужесточающий режим испытаний. Таким образом, применение предлагаемого стенда позволит повысить точность результатов и расширить возможности стендовых испытаний карданных передач и их элементов.

Описанный стенд защищен патентом Российской Федерации на изобретение RU 2205377.

Базовый стенд (RU 2134412) изготовлен и эксплуатируется . Схема , общий вид изготовленной конструкции стенда и общий вид деталей силового контура представлены на рисунках 3, 4 и 5, а техническая характеристика в таблице 1.

1 – горизонтальная прямоугольная рама 1; 2 – наклонная полурама ; 3 – электродвигатель ; 4 – ведущий вал ; 5 – торсион ;

6 – сдвоенный карданный шарнир ( на схеме не показан ); 7 – ведомый вал ; 8,9 – конические колеса ; 10 – резьбовые стяжки ;

11 – рычаги ; 12 – ролики ; 13 – вертикальные стойки ; 14 – шарнирные опоры ; 15 – регулируемая стяжка ;

16 – дополнительные регулируемые стяжки ; 17 – подвижная полурама

Рисунок 3 – Схема стенда для испытания карданных передач

Рисунок 4 – Общий вид изготовленного стенда для испытания карданных передач

Рисунок 5 – Общий вид деталей силового контура

Таблица 1 – Техническая характеристика стенда

№ п / п	Наименование параметра	Значение
1	Испытываемый объект – карданный шарнир в сборе , шт	2
2	Максимальный крутящий момент , кНм	1,0
3	Частота вращения испытываемого карданного шарнира , мин -1	1000
4	Угол излома каждого из испытываемых карданных шарниров , град	9
5	Расчетная мощность , в замкнутом силовом контуре , кВт	100
6	Потребляемая мощность , кВт	2,2
7	Габаритные размеры , мм	2120×500 ×1200
8	Масса стенда , кг	180

Выводы

Подводя итог , следует отметить , что :

• 1.    Основу современной        системы

• 2.    Главной проблемой создания долговечных стендов является решение задачи конструирования силового контура и выбор элементов его замыкания , что способствует реализации условий моделирования эксплуатационных факторов при испытаниях .

• 3.    Предлагаемые технические решения являются перспективными с точки зрения поставленных

экспериментальной отработки перспективных решений по агрегатам механических трансмиссий должны составлять ускоренные стендовые ресурсные испытания .

проблем и позволят расширить диапазон имитационных условий испытаний при повышении точности и достоверности результатов .