Гідравлічний стенд для випробувань механічних агрегатів

Винахід відноситься до машинобудування і може бути використаний для випробувань та обкатки механічних агрегатів на підприємствах по виготовленню та ремонту механічних передач, редукторів та коробок зміни передач будь-якого типу, які встановлюються на транспортних засобах, будівельно-дорожній, сільськогосподарській та іншій техніці. Одними з важливих те хнологічних операцій при виготовленні та ремонті механічних агрегатів є їх випробування та обкатка. Процес випробувань звичайно займає десятки хвилин на кожному режимі роботи механічного агрегату, а обкатка з повною приробкою вузлів та деталей триває декілька годин. В зв'язку з цим, на виробництві технологічні операції по випробуванню та обкатці виконують на спеціальних стендах та зв'язані з великими витратами часу та енергії. Підвищення якості випробувань та обкатки механічних агрегатів забезпечується при виконанні цих технологічних операцій в двох циклах: основного при спрямуванні силового потока від вхідного валу агрегату до вихідного та реверсивного циклу - при спрямуванні силового потока від вихідного валу до вхідного. Найбільш ефективними є стенди з рекуперацією потужності, в яких енергія циркулює в замкнутому силовому контурі стенда. Основними елементами гідравлічних стендів для випробувань механічних агрегатів з рекуперацією потужності є обратимі гідромашини, які можуть працювати в режимі насосу або гідродвигуна. Так, відомий гідравлічний стенд для випробувань механічних агрегатів [1], який містить приводний двигун, дві обратимі гідромашини, бак, навантажуючий клапан, вал приводного двигуна зв'язаний з валом однієї з обратимих гідромашин, вони з'єднані напорними гідролініями між собою, а гідролініями малого тиску з баком, навантажуючий клапан під'єднаний до напорної гідролінії обратимих гідромашин, та зливною гідролінією через витратомір з датчиком кутової швидкості з баком. Перед початком випробувань вхідний вал механічного агрегату з'єднують з валом гідромашини, яка працює в режимі гідродвигуна, та вихідний вал механічного агрегату з'єднують з валом гідромашини, яка працює в режимі насоса. При випробуваннях механічного агрегату частина механічної енергії в ньому витрачається, а частина гідравлічної енергії витрачається в обратимих гідромашинах і навантажуючому клапані та перетворюється у теплову. Ці витрати енергії компенсуються приводним двигуном, який приводе в обертання одну з гідромашин. Режим роботи гідромашин на стенді визначається місцем встановлення приводного двигуна. В зв'язку з цим, в стенді можливий лише один цикл випробувань при напрямку спрямування силового потоку від вхідного до вихідного валу механічного агрегату. Основним недоліком такого стенду є його мала продуктивність, тому що на стенді випробовується тільки один механічний агрегат. Крім того, для випробувань механічного агрегату в двох необхідних циклах необхідна його додаткова переустановка, яка пов'язана з від'єднанням валів, переустановкою механічного агрегата, і з новим з'єднанням його валів з валами гідромашин. В зв'язку з цим зменшується продуктивність стенду, тому що необхідний додатковий час на переустановку механічного агрегату для зміни циклу випробовувань. Також, такий стенд не забезпечує можливість зміни параметрів випробувань, основними з яких є частота обертання та обертовий момент, тому що приводний двигун задає ці параметри навантаження по своїй потужності та частоті обертання. Наприклад, при використанні асинхронного електродвигуна на такому стенді забезпечується тільки одна частота обертання і момент, що значно обмежує параметри випробувань, або потребує зайвих витрат часу на переналадку стенда для забезпечення зміни параметрів випробувань по частоті обертання та моменту. Переналадка параметрів стенду забезпечується, або заміною приводного двигуна на другий, який має інші механічні характеристики, або встановленням між валом приводного двигуна і механічного агрегату додаткової механічної передачі. В обох випадках необхідна зупинка стенду та проведення додаткових слюсарно-монтажних операцій для зняття приводного двигуна, встановлення другого, або для приєднання додаткової механічної передачі. Найближчим аналогом є гідравлічний стенд для випробувань механічних агрегатів [2], який містить приводний двигун, дві обратимі гідромашини, навантажуючий клапан, навантажуючий гідродвигун з двома гідролініями, бак, під'єднаний до нього регульований насос з напорною гідролінією з послідовно встановленим дроселем, зливні гідролінії, запобіжний диференційний клапан, який під'єднаний до напорної гідролінії регульованого насоса, навантажуючий гідродвигун та регульований насос з'єднані напорними гідролініями між собою а гідролініями малого тиску з баком, обратимі гідромашини з'єднані напорними гідролініями між собою, а гідролініями малого тиску з баком, навантажуючий клапан під'єднаний до напорної гідролінії обратимих гідромашин та зливною гідролінією через витратомір з датчиком кутової швидкості з баком, напорна гідролінія обратимих гідромашин з'єднана з керуючою порожниною запобіжного диференційного клапана регульованого насоса. Перед початком випробувань на стенді вхідний вал механічного агрегату з'єднують з валом гідромашини, яка працює в режимі гідродвигуна, а вихідний вал механічного агрегату з'єднують з валом гідромашини, яка працює в режимі насоса. Витрати енергії в стенді компенсуються навантажуючим гідродвигуном, до якого гідравлічна енергія подається з регульованого насоса. Навантажуючий гідродвигун приводе в обертання одну з гідромашину, яка працює в режимі насоса. Стенд дозволяє випробувати механічний агрегат за схемою з рекуперацією потужності при будь-яких потрібних параметрах навантаження. Зміна параметрів навантаження механічного агрегату при випробуваннях по кутовій швидкості забезпечуються зміною подачі регульованого насосу, а по моменту зміною настройки навантажуючого та запобіжного диференційного клапанів. Режим роботи обратимих гідромашин на стенді визначається місцем встановлення навантажуючого гідродвигуна. В зв'язку з цим в стенді можливий лише один цикл випробовувань при спрямуванні силового потоку від вхідного валу до вихідного валу механічного агрегата. Основним недоліком вказаного стенда є його низька продуктивність в зв'язку з тим, що випробовується тільки один механічний агрегат. Крім того, конструкція стенду не дозволяє проводити випробування в двох циклах - при двох напрямках силового потоку, - так як він спрямовується тільки в одному напрямку в залежності від місця приєднання навантажуючого гідродвигуна до механічного агрегату. Зміна напрямку силового потоку при випробуваннях потребує зайвих витрат часу на перестановку навантажуючого гідродвигуна на стенді для приєднання його до вала другого механічного агрегату. При переустановці агрегатів стенду для зміни циклу випробовувань складно забезпечити однакові умови їх кріплення, в зв'язку з цим погіршується якість випробувань. В основу винаходу поставлена задача удосконалення гідравлічного стенду для випробувань механічних агрегатів шляхом введення нових конструктивних елементів та їх з'єднання, що дозволить підвищити його продуктивність та якість випробувань за рахунок забезпечення однакових умов при одночасних випробуваннях та обкатці двох механічних агрегатів в двох циклах при будь-яких потрібних параметрах навантаження. Поставлена задача вирішується тим, що гідравлічний стенд для випробувань механічних агрегатів, який містить приводний двигун, дві обратимі гідромашини, навантажуючий клапан, навантажуючий гідродвигун з двома гідролініями, бак, під'єднаний до нього регульований насос з напорною гідролінією з послідовно встановленим дроселем, зливні гідролінії, запобіжний диференційний клапан, який під'єднай до напорної гідролінії регульованого насоса, навантажуючий гідродвигун та регульований насос з'єднані напорними гідролініями між собою, а гідролініями малого тиску з баком, обратимі гідромашини з'єднані напорними гідролініями між собою а гідролініями малого тиску з баком, навантажуючий клапан під'єднаний до напорної гідролінії обратимих гідромашин та зливною гідролінією через витратомір з датчиком кутової швидкості з баком, напорна гідролінія обратимих гідромашин з'єднана з керуючою порожниною запобіжного диференційного клапана регульованого насоса, додатково містить другий навантажуючий гідродвигун з двома гідролініями, два чотирьохлінійні розподілювача, які мають попарно однойменні позиції (а) та (b), механічну передачу, яка з'єднує вали навантажуючих гідродвигунів, напорна гідролінія регульованого насосу з'єднана з двома чотирьохлінійними розподілювачами, кожен з яких з'єднай двома гідролініями з відповідним навантажуючим гідродвигуном та однією з баком, при цьому в одних різнойменних позиціях з кожної пари (а) та (b) розподілювачів з'єднані одна гідролінія навантажуючого гідродвигуна з напорною гідролінією регульованого насосу та друга його гідролінія з баком, в други х різнойменних позиціях з кожної пари (b) та (а) розподілювачів гідролінії навантажуючого гідродвигуна з'єднані між собою та з баком, а напорна гідролінія регульованого насосу перекрита, при цьому в одному циклі випробовувань підключена одна пара однойменних позицій (а) розподілювачів, а в реверсивному циклі випробовувань підключена друга пара однойменних позицій (b) розподілювачів. Підвищення продуктивності стенду та якості випробувань досягнуто за рахунок можливості одночасного випробування та обкатки двох механічних агрегатів в дво х циклах з забезпеченням рівних умов випробувань обох агрегатів. Це стало можливим тому, що встановлення додаткового навантажуючого гідродвигуна з двома гідролініями, та двох чотирьохлінійних розподілювачів з двома позиціями (а) та (b) дозволяють проводити випробування в двох циклах в залежності від підключення одного з навантажуючих гідродвигунів до напорної гідролінії регульованого насосу. Розподілювачі встановлені та підключені таким чином, що забезпечують подачу робочої рідини від напорної гідролінії регульованного насосу тільки до одного з навантажуючих гідродвигунів стенду. При цьому до другого навантажуючого гідродвигуна рідина не подається, тому що напорна гідролінія регульованого насосу до нього перекрита. Така схема включення агрегатів стенду забезпечує підключення до напорної гідролінії регульованого насосу тільки одного з навантажуючих гідродвигунів, а другий при цьому працює в режимі холостого ходу. Таким чином, в першому циклі випробувань в одному з механічних агрегатів силовой потік спрямовується від вхідного валу до ви хідного, а в другому механічному агрегаті силовой потік спрямовується в протилежному напрямку - від вихідного валу до вхідного. При переключенні розподілювачів в другі позиції забезпечується реверсивний цикл випробувань при цьому силовий потік спрямовується в протилежному напрямку. Чим і забезпечується два цикла роботи гідравлічного стенду. Завдяки введення нових конструктивних елементів та їх з'єднання для зміни цикла випробувань не треба переставляти механічні агрегати або навантажуючий гідродвигун, а необхідно тільки переключити позиції розподілювачів, таким чином, щоб підключити до напорної гідролінії регульованого насосу навантажуючий гідродвигун, який спочатку працював у режимі холостого ходу, а другий навантажуючий гідродвигун перевести у режим роботи холостого ходу. Таким чином, забезпечується в кожному з двох циклів випробовувань спрямування силового потоку в стенді в обох можливих напрямках при будь-яких потрібних параметрах навантаження без додаткових слюсарно-механічних технологічних операцій для перестановки агрегатів або перестановки навантажуючого двигуна. На фіг.1 представлена принципова гідравлічна схема запропонованого стенду з елементами його кінематичної схеми. Стенд містить регульований насос 1 та приводний двигун 2, які з'єднані між собою муфтою 30. Дросель 3 з'єднай з регульованим насосом 1 напорною гідролінією 6. Стенд містить навантажуючий гідродвигун 4 з гідролініями 33,34 та навантажуючий гідродвигун 5 з гідролініями 35, 36. Вали навантажуючих гідродвигунів 4, 5 з'єднані між собою механічною передачею 18, наприклад ланцюговою. На валах навантажуючих гідродвигунів 4, 5 та механічної передачі 18 встановлені муфти 31 та 32. На стенді встановлені обратимі гідромашини 7 і 8, які з'єднані між собою напорною гідролінією 9 та через навантажуючий клапан 11 і витратомір 12 з баком 13. Гідролінії малого тиску 10 з'єднують обратимі гідромашини 7,8 з баком 13. Запобіжний клапан 14 виконай диференційним, при цьому його керуюча порожнина з'єднана з напорною гідролінією 9 гідролінією 19. Витратомір 12 і одна з обратимих гідромашин, наприклад 8 оснащені датчиками 15 кутової швидкості. На валу 16 обратимої гідромашини 8 встановлена муфта 20, а на валу 17 обратимої гідромашини 7 встановлена муфта 21. В напорній гідролінії 6 регульованого насоса 1 після дроселя 3 встановлені два чотирьохлінійні розподілювача 22 та 23, які мають по дві робочі позиції (а) та (b). В позиції (а) розподілювач 22 з'єднує напорну гідролінію 6 регульованого насосу 1 та гідролінію 33 навантажуючого гідродвигуна 4, а його гідролінію 34 з баком 13. В позиції (а) розподілювач 23 з'єднує гідролінії 35,36 навантажуючого гідродвигуна 5 між собою та з баком 13, а напорну лінію 6 регульованого насосу 1 перекриває. В позиції (b) розподілювач 22 з'єднує гідролінії 33,34 навантажуючого гідродвигуна 4 між собою та з баком 13, а напорну лінію 6 регульованого насосу 1 перекриває. При цьому в позиції (b) розподілювач 23 з'єднує напорну гідролінію 6 регульованого насосу 1 та гідролінію 35 навантажуючого гідродвигуна 5, а його гідролінію 36 з баком 13. Гідравлічний стенд для випробувань механічних агрегатів працює таким чином. Перед початком випробувань вхідні вали 26, 27 механічних агрегатів 24, 25 з'єднують з муфтами 20, 21, які встановлені на валах обратимих гідромашин 7, 8. Вихідні вали 28, 29 механічних агрегатів 24, 25 з'єднують з муфтами 31 та 32, які встановлені на валах навантажуючих гідродвигунів 4, 5. В початковому положенні першого цикла випробувань розподілювачі 22, 23 знаходяться в позиціях (а). При включенні приводного двигуна 2 через муфту 30 приходить в обертання регульований насос 1 та подає робочу рідину в напорну гідролінію 6 і через регулюючий дросель 3 та позицію (а) розподілювача 22 до гідролінії 33 навантажуючого гідродвигуна 4, який через муфту 31 приводе в обертання вихідний вал 28 механічного агрегату 24. Вхідний вал 26 механічного агрегату 24 через муфту 20 передає обертання на вал 16 обратимої гідромашини 8. Навантажуючий гідродвигун 5 при цьому працює в режимі холостого ходу, засмоктуючи робочу рідину з бака 13 по гідролінії 36 через позицію (а) розподілювача 23, та зливаючи робочу рідину в бак 13 по гідролінії 35 через той же розподілювач 23. Напорна гідролінія 6 регульованого насосу 1 в позиції (а) розподілювача 23 до навантажуючого гідродвигуна 5 перекрита. При цьому першому циклі роботи стенду обратима гідромашина 8 працює в режимі насоса, а обратима гідромашина 7 в режимі гідродвигуна. Вал 17 гідромашини 7 передає через муфту 21 обертання на вхідний вал 27 механічного агрегату 25. Його ви хідний вал 29 передає через муфту 32 обертання на механічну передачу 18 через яку приводиться в обертання вихідний вал 28 механічного агрегату 24. Обертання з останнього через муфту 31 передається на його вхідний вал 26 та через муфту 20 на вал 16 обратимої гідромашини 8, яка працює у режимі насоса та нагнічує робочу рідину у напорну гідролінію 9 та обратиму гідромашину 7, яка працює у режимі гідродвигуна. Таким чином забезпечується рекуперація потужності на стенді при спрямуванні силового потоку в механічному агрегаті 25 від вхідного валу 27 до вихідного 29, а в механічному агрегаті 24 від вихідного валу 28 до вхідного валу 26. Зміна моменту навантаження на валах механічних агрегатів 24 та 25 забезпечується зміною настройки спрацювання навантажуючого клапана 11, що приводить до зміни тиску в напорній магістралі 9, а також зміни тиску в напорній магістралі регульованого насоса 1 за рахунок керуючій гідролінії 19 та диференційного клапана 14. При зміні подачі регульованого насоса 1 або прохідного перерізу дроселя 4 забезпечується зміна частоти обертання навантажуючого гідромотора 4 або 5, що забезпечує зміни частоти обертання валів механічних агрегатів 24 і 25. Переведення стенду у реверсивний цикл випробовувань забезпечується при одночасному переключенні розподілювачів 22 та 23 у позиції (b). При цієї позиції розподілювачів 22 та 23 робоча рідина з напорної гідролінії б регульованого насосу 1 спрямовується до гідролінії 35 навантажуючого гідродвигуна 5, а його гідролінія 36 з'єднується з баком 13. В навантажуючому гідродвигуні 4 через позицію розподілювача 22 (b) з'єднуються гідролінії 33, 34 між собою та з баком 13, а напорна гідролінія 6 регульованого насосу 1 до навантажуючого гідродвигуна 4 перекрита. При цьому циклі випробовувань гідравличного стенду обратима гідромашина 7 працює в режимі насоса, а обратима гідромашина 8 в режимі гідродвигуна. Таким чином, забезпечується реверсивний цикл зі спрямуванням силового потоку гідравлічного стенду в механічному агрегаті 24 від вхідного валу 26 до ви хідного 28, а в механічному агрегаті 25 від вихідного валу 29 до вхідного валу 27. Отже на гідравлічному стенді забезпечуються одночасні випробування та обкатка двох механічних агрегатів 24 та 25 в двох циклах випробувань - в обох можливих напрямках силового потоку при рекуперації потужності та при будь-яких потрібних параметрах навантаження. Використання гідравлічного стенду для випробувань механічних агрегатів дозволяє проводити одночасні випробування двох механічних агрегатів в двох циклах з мінімальними витратами потужності, вдвічі збільшити продуктивність стенду по часу випробувань при однакових умовах випробування кожного агрегату, а також підвищити якість випробувань шляхом забезпечення всього необхідного діапазону робочих параметрів. Джерела інформації. 1. Волков Д.П., Николаев С.Н. Надежность строительных машин и оборудования. - М. Высшая школа, 1979. c. 112. 2. А.с. СРСР №1606750, МПК5 F04В51/00, F15В19/00, 15.11.1990.