Стенд для динамических испытаний

(21) 335 (22) 10. (46) 23. (72) Г.П В.Н.Нико (71) Лен литехнич 36 3/18-101. 813.83. Бюл.Голованов,аевигр адскийский инсти Р 11 И.Ка зин и рдена ут им нина по И.Калин на., (5 б )9 355 531. 768(0888) 1. Авторское свиде 570,кл. О 01 Р 21/ Авторское свидете 89, кл. С 01 Р 21 Авторское свидете вке У 2942112,кл. 6 (прототип). тельство СССР00, 19 б 9.льство СССР/00, 1978.льство СССР01 Р 21/ОО,2.77753.о зая98054) (ПЫТАНикал ДИНАМИЧЕСКИХ ИСплатформу с верения, расположен 7) СТЕНД ДЛЯЙ, содержащиной осью вр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ ИЗ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ ную на ней раму с горизонтальнойосью .вращения, на которой установлена платформа с воэможностью радиального перемещения относительно вертикальной -оси посредством кулачка срегулируемйм наклоном и ролика, итри автономных привода платформ, о тл и чающий с я тем, что, с целью расширения рабочего диапазона иповьвдения точности воспроизведениязадаваемых законов движения, электродвигатель третьего привода установлен соосно с электродвигателем второго привода, а его корпус жесткосоединен с валом двигателя второгопривода, при этом вал двигателя третьего привода соединен с гибкими свя-зями с валами, установленными симметрично на периферии раьы, жестко соединенной с валом двигателя второгопривода. С:Изобретение относит ся к испыт ательной технике и предназначено для динамических испытаний изделий на воздействия, имитирующие реальные условияих эксплуатации.Известен стенд для воспроизведения сложных законов движения, снабженный автономными приводами 1).Однако указанный стенд решает ограниченные задачи.Известен стенд, имеющий три независимых привода и вращающиеся противовесы. Достоинство укаэанного стенда состоит в том, что на нем возможно воспроизведение большой номенклатуры испытательных воздействий, при- )5чем благодаря применению вращающихсяпротивовесов удалось в значительнойстепени компенсировать возмущающиемоменты и снизить мощность приводов 2. 20Однако конструктивное решение компенсации возмущающих моментов в указанном стенде не обеспечивает необходимой степени точности испытательныхвоздействий, 25Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является стенд,содержащий платформу с вертикальнойосью вращения, расположенную на нейраму с горизонтальной осью вращения, З 0на которой установлена платформа свозможностью радиального перемещения относительно вертикальной осипосредством кулачка с регулируемымнаклоном и ролика, и три автономныхпривода платформ 3"),К недостаткам известного стендаотносится следующее.На валу третьего привода имеетсянеуравновешенный момент от сил инерции.4При работе стенда в его приводахвозникают моменты сопротивления отсил инерции. Для третьего приводамомент сопротивления определяется выражениемфЭ 2 1 2 2 ) 45эгде 32 - момент инерции вращающей 31 ся части третьего приводаотносительно оси вращения;Ч 1 - угловая скорость вращенияпервого привода, 1/с; 50Ч 2 - угловая скорость вращениявторого привода,1/с;Момент сопротивления М 3, воздействуя на третий привод, вызйвает коле- .бание угловой скорости привода, кото рое определяется выражением3Ч выези Т, (х)т з3Погрешность угловой скорости 9360выз ванн ая моментом сопротивления М 3,определяется выражением, ф :, : " (3э 65 Расчеты показали, что погрешность угловой скоростиот действия момен та Мможет достигать 18-20, Из выражейия 3) видно, что для уменьшения погрешности У необходимо уменьшить угловую скорость первого привода, либо увеличить угловую скорость третьего привода стенда, Все это ведет к уменьшению диапазона, воспроизводимых на стенде испытательных воздействий и снижению его точностных характеристик.Стол для установки объекта испытания и симметрично ему противовес приводятся во вращение от автономных электродвигателей.Использование дополнительного электродвигателя в противовесе требует выполнения условия3Ч (+)э з згде Э - момент инерции вращающих 1)ся частей в противовесе.Невыполнение условия 14 ) ведет к увеличению момента сопротивления на втором приводе. Если для выполнения условия 4 ) на противовесе будет поставлен электродвигатель, аналогичный третьему приводу, то необходимо будет обеспечить полную синхронизацию двух электродвигателей по углу и по фазе, что технически Обеспечить крайне трудно и требует дополнительного оборудования.Введение дополнительного электродвигателяв противовесе привело к увеличению общей мощности стенда вообще, а второго привода в частности, Сказанное подтверждается следующими выражениями;22Р Е М -М32й); 1)М - М 2КД Ъ У 2илИ- 2 (7) 1 Мп -М2д 2Р время разгона второгс; ривода с;время перехода с одногопараметра испытания надругой Ф 2) для второго2привода, с;. 1 щ - время торможения второгопривода в случае отсутствия тормозного моментадвигателя );Э - приведенный момент энер 2гии к валу второго привода;М 2 - момент сопротивления навалу второго. приводаМ - момент, разбиваемый элекд 2тродви гателем второгопривода.Из выражений (5),(6 ), (7 ) видно,что с увеличением момента инерции Э(от установки электродвигателя в про.- 2тивовесе , увеличивается время пускапереходас одного режима испытанийна другой и время торможения. Это ведет к уменьшению эффективности использования стенда за смену. Увеличение времени цикла испытаний не позволяет использовать данный стенд дляизделий с ограниченным ресурсом. 15Уменьшить время цикла испытанийможно лишь за счет увеличения мощности электродвигателя второго привода,Имеют место неблагоприятные условия работы электродвигателей третьего привода и противовеса.При работе стенда электродвигатель третьего привода и противовеснаходятся в поле ускорений, котороесоздается первым и вторым приводами,Это ведет к Ухудшению условий коммутации из-за воздействия центробежных сил на щетки коллектора, а также к дополнительным нагрузкам навалы электродвигателей, 4 то ведет к их деформации, " 30Указанные недостатки. полностьюустранены в предлагаемом стенде для динамических испытаний.Цель изобретения .состоит в повышении точности воспроизведения зада- З 5ваемых законов движения, расширении диапазона воспроизводимых на стенде испытательных воздействий.Цель достигается тем, что электродвигатель третьего привода установлен соосно с электродвигателем второго привода, а его корпус жесткосоединен с валом двигателя второгопривода, при этом вал электродвигателя третьего привода соединен гиб кими связямис валами, установленными симметрично на периферии рамы, жестко соединенной с валом двигате-ля второго привода.На чертеже изображен стенд для ди намическихиспытаний, общий вид,Стенд включает установленную на шпиндЬльном узле 1 платформу 2. На платформе 2 расположен двигатель 3 с горизонтальной осью вращения вал 55 которого соединен с рамой 4 и корпусом электродвигателя 5 третьего привода. Рама 4 имеет две направляющие б и два валика 7, приводимых во вращение от зубчато-цепной передачи 8. Каретка 9 включает в себя зубчатую 60 передачу и устройство 10 для изменения угла с( . На выходном валу устройства 10 находится стол, на котором устанавливается объект 11испытаний, Каретка 9 вместе с зубча той передачей, устройством 10 и оь, - ектом 11 испытаний может перемещаться вдоль направляющей 6. Вращение на объект 11 испытаний передается от электродвигателя 5 через зубчато- цепную передачу 8, зубчатую передачу каретки 9 и через устройство 10.Противовес 12, который выполнен аналогично каретке 9, соединен с последней рычагом 13. Ось вращения рычага 13 расположена на штанге 14, которая жестко защеплена на раме 4. Противовес 12 снабжен роликом 15, который ьод действием разности радиальных сил прижимается к направляющему кулачку 16.Стенд работает следующим образом.На стол каретки 9 устанавливается объект 11 испытанийНа объект 11 испытаний подается необходимое электропитание. На.столе противовеса 12 устанавливается уравновешивающаяся масса, которая немного больше (0,5 кг) массы объекта 11 испытаний. Это необходимо для того, чтобы при работе стенда возникала разность центробежных сил, создаваемых первым приводом. далее по известным режимам испытаний определяется. величина угла 1) и выставляется угол наклона направляющего кулака 16. к оси второго привода 3. Величина угла у определяется выраже ниемЪ Ч 1 Ч 2" сзгссоз .1(8)2+у 2 где прасстояние от центра массобъекта испытаний до осивращения второго привода,м;й - расстояние от центра массобъекта испытаний до осивращения первого привода,м.Далее последовательно включаются электродвигатели: третьего привода 5, первого 1 и второго 3 приводов. Под действием разности центробежных сил, действующих в результате работы трех приводов имитационного стенда, объект 11 испытаний получает вращение вокруг собственной оси, которая в свою очередь описывает коническую поверхность с углом с(,при вершине в поле ускорения, создаваемое первым приводом 1. При этом объект 11 испытаний совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси конуса от. направляющего кулачка 16.В результате применения указанного устройства удалось достигнуть следующего.Повысилась точность воспроизведения задаваемых законов движения.Использование одного электродвигателя для изделия и противовеса ведет к выполнению условия (4). Угло1007026 Составитель Н,МараховскаяРедактор О.Половка ТехредЛ,Пекарь Корректор А Повх Заказ 2130/68 Тираж 871 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий1 1 3035 р Москва, Жу Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 вые скорости противовеса и объекта испытаний будут всегда синхронны и синфазны, а точность компенсации моментов сопротивления от сил инерции на валу изделия и противовеса будет определяться степенью идентичности изготовления противовеса и объ 1) екта испытаний, т.е. З = 321)Значит, если выполнить условие Эу = Э 2 , то колебания угловой скорос ти 9 будут сведены к минимуму. Одновременно с этим достигается компенсация момента сопротивления М 3 от сил инерции в третьем приводе.Из выражения ( 1 ) видно, что направ 5 ление момента сопротивления М 3 от сил инерции, действующего на вал йзделия и вал противовеса, противоположны друг другу. Значит, эти моменты будут восприниматься гибкими связями в виде зубчатых цепей, будут уравновешивать друг друга и не будут передаваться связями непосредственно на электродви- гатель, т.е, электродвигатель не будет воспринимать воздействие моментов сопротивления от сил ийерции.Благодаря компенсации указанного момента сопротивления от сил инерции расширился диапазон воспроизводимых на стенде испытательных воздействий с заданной погрешностью). Одновремен-З 0 но с этим последовательное, т.е. соосное расположение второго и третьего электродвигателей, позволяет складывать их угловые скорости, если они вращаются в одну сторону. Если электродвигатели вращаются в разные стороны, то их угловые скорости вычитаются, в результате чего диапазон изменения скорости вращения объекта испытаний увеличивается,Значительно снизилась масса вращающихся частей стенда и мощность приводов, улучшились условия эксплуатации электродвигателя третьего привода, так как отсутствуют центробежные силы, которые нарушает контактщеток с коллектором электродвигателя.ф:Используя один электродвигатель для вращения изделия и противовеса, общая мощность приводов стенда уменьшилась. благодаря уменьшению приведенного момента инерции к валу второго привода 3 , Из выражений (5 ),6 ) и 17 ) видно, что уменьшение при 2веденного момента 3 ведет к уменьшению мощности второго привода, либо к уменьшению времени цикла испытаний, что ведет к повышению эффективности использования стенда за смену, т.е. повышается КПД стенда.