CC BY
12
УДК 631.3.004.67
КИНЕМАТИКА НАГРУЖАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВСТРЕЧНОГО ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ
П. А. Власов, доктор технических наук, профессор
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. 8(8412)629-796
Рассмотрены способы обкатки и испытания деталей, узлов и агрегатов под нагрузкой при передаче через них требуемых крутящих моментов. Теоретически обоснован способ нагружения встречными крутящими моментами инерционными нагружателями, который на несколько порядков сокращает затраты энергии на привод испытательных стендов и упрощает их конструкции. Предложена кинематика нагружающего устройства.
Ключевые слова: обкатка, испытание, приработка, агрегат, нагрузка, крутящий момент, затраты энергии, встречное нагружение, нагружатели инерционные.
Обкатка и испытание сборочных единиц в машиностроении и при их ремонте -заключительные операции, выявляющие качество сборки и ремонта узлов и агрегатов технических систем (зубчатых передач, редукторов, муфт, карданных валов, валов и др.)
Обкатка и испытание должны проходить без нагрузки и под нагрузкой. При обкатке под назначенной нагрузкой в виде крутящих моментов происходит интенсив-
ная приработка подвижных сопряжений, представляющая собой процесс изменения физико-механических свойств поверхностей сопрягаемых деталей и достижения оптимальной шероховатости.
Обкатка и испытание элементов машин позволяют проверить надежность их работы с ее многообразием показателей как в условиях производства, так и в условиях эксплуатации, чтобы уменьшить число отказов при работе [1].
Нива Поволжья № 4 (21) ноябрь 2011 49
Схема нагружения
Особенно важное значение имеют обкатка и испытание с применением продолжительно действующей нагрузки, например крутящего момента, приближенного к условиям эксплуатации на данной машине.
В этом случае возникает проблемная ситуация - противоречие: когда обкатка и испытание под нагрузкой продолжительные, то произойдет нужная приработка, будет достигнута оптимальная шероховатость трущихся поверхностей - это хорошо; а плохо то, что возрастают энергетические затраты, т. е. приработка и испытания при изготовлении и ремонте становятся высокоэнергозатратными.
Известны нагружающие устройства, позволяющие проводить обкатку и испытания под нагрузкой с использованием замкнутого силового контура, в том числе и с использованием сил инерции для создания нагрузки в виде крутящего момента в замкнутом контуре [2-7].
Недостатки всех конструкций состоят в том, что применение их возможно только в замкнутом силовом контуре, а затраты энергии на привод остаются значительными. Кроме того в силовом контуре требуется установка как испытуемого элемента, так и технологического - такого же элемен-
та для выравнивания угловых скоростей в контуре, например, при испытании коробок передач, редукторов [8, 9].
Для устранения вышеперечисленных недостатков предложен способ нагружения [10, 11], но до настоящего времени технического решения на реализацию его нет.
В этой связи нами предлагается для нагружения использовать два инерционных нагружателя, один из которых устанавливается на входном, а второй на выходном валах испытуемого элемента [12, 13] и при вращении создают противоположно направленные крутящие моменты (рисунок).
На рисунке (поз. а) изображена схема первого нагружателя. Вал нагружателя 3 с жёстко установленным на нём роликом 5 вращается в опорах 4. К ролику 5 диаметрально противоположно прикреплены прямолинейные рычаги 6, на концах которых расположены шарниры поворота и скольжения 7. В средней части рычагов имеются шарниры поворота 8, которые соединяют рычаги 6 с криволинейными рычагами 9. Данные рычаги с помощью шарниров поворота 10 соединены с Г-образными рычагами 11, скользящими в шарнирах 7. На свободном конце 12 рычагов 11 закреплены грузы 13.
б
а
50
Технические науки
На рисунке (поз. б) представлена схема второго нагружателя, представляющего собой копию первого, повёрнутого относительно линии действия сил инерции грузов на 180°.
Испытуемый элемент устанавливается между нагружателями (на рисунке показан штрихпунктирной линией).
При испытании вал 3 первого нагружа-теля приводится во вращение от электромотора 1 через муфту 2. Вместе с валом вращаются ролик и присоединённые к нему рычаги 6, 9, 11 и грузы 13. Поскольку рычаги и грузы имеют определённую массу, то создаются центробежные силы инерции Ри, которые через Г-образные рычаги 11 и криволинейные рычаги 9 поворачивают концы рычагов 6 относительно вала 3 по часовой стрелке, создавая момент Мкр1.
При вращении вала 3' второго нагружателя происходит аналогичный процесс. Но поскольку рычаги и грузы повёрнуты на 180°, то создаваемые центробежные силы инерции поворачивают концы рычагов 6 относительно вала 3' против часовой стрелки, создавая крутящий момент Мкр2.
При равенстве масс деталей нагружа-телей моменты, создаваемые ими, будут одинаковыми, и находящийся между ними испытуемый элемент будет находиться под нагрузкой крутящего момента, равного сумме крутящих моментов от первого и второго нагружателей (Мкр = Мкр1 + Мкр2).
Мощность приводного электромотора составляет 3...5 % от мощности, передаваемой испытуемым агрегатом на реальной машине.
Экономия электроэнергии особенно значительна при испытании на ресурсные отказы, в результате которых испытуемый объект достигает предельного состояния [14, 15].
Литература
1. Решетов, Д. Н. Машины и стенды для испытания деталей / Д. Н. Решетов - М.: Машиностроение, 1979. - 376 с.
2. А. с. № 868407, С01М 13/02. Дифференциальный нагружатель / П. А. Власов. -Опубл. 30.09.81. Бюл. № 36.
3. А. с. № 1035448 А, С01М 13/02. Дифференциальный нагружатель для стендов замкнутого контура / Власов П. А. - Опубл. 15.08.83. Бюл. № 30.
4. А. с. № 1179125 А, С01М 13/02. Нагружатель для стендов замкнутого контура / Поветкин В. М., Китанин В. Ф., Власов П. А. -Опубл. 15.09.85. Бюл. № 34.
5. А. с. № 13003871 А1, С01М 13/02. Нагружатель / Власов П. А. - Опубл. 15.04.87. Бюл. № 14.
6. А. с. № 1656371 А1, С01М 13/02. Дифференциальный нагружатель / Власов П. А. -Опубл. 15.06.91. Бюл. № 22.
7. Пат. 1778603 РФ. Нагружатель для испытательных стендов / Власов П. А., Меньшов В. Г. - Опубл. 06.05.93. Бюл. № 10
8. Власов, П. А. Использование инерционных устройств при ремонте машин / П. А. Власов, В. А. Степанов. - М.: Агро-промиздат, 1987. - 102 с.
9. Власов, П. А. Повышение износостойкости деталей и узлов тракторов применением рациональных температур топливо-смазочных материалов: диссертация на соискание ученой степени д-ра техн. наук в виде научного доклада / П. А. Власов. -Саратов, 1994. - 63 с.
10. Пат. 2237235 РФ, Ри, С2 7С01М 13/02. Способ нагружения зубчатых передач, карданных валов и муфт на испытательных и обкаточных стендах / Власов П. А., Власов В. П., Меньшов В. Г. -Опубл. 27.09.2004. Бюл. № 27.
11. Пат. 70366 РФ, Ри, И1 С01М 13/02. Инерционный нагружатель / Власов П. А., Власов В. М., Захаров Ю. А. - Опубл. 20.01.2008. Бюл. № 21.
12. Власов, П. А. Стенд для обкатки и испытания карданных валов под нагрузкой / П. А. Власов // Сельский механизатор. -2010. - № 9. - С. 31.
13. Власов, П. А. Использование явления нагружения встречными моментами при испытании и обкатке агрегатов технических систем / П. А. Власов // Нива Поволжья. - 2010. - № 4. - С. 33-35.
14. Пат. 2134412 РФ, МПК7 С01М 13/02. Стенд для испытания карданных передач / А. М. Сигаев, А. Г. Пастухов, Г. П. Лопатин. - опубл. 10.08.99. Бюл. № 22.
15. Пат. 2205377 РФ, МПК7 С01М 13/02. Стенд для испытания карданных передач / А. Г. Пастухов, Е. П. Тимашов, А. И. Коше-лев. - опубл. 27.05.2003. Бюл. № 15.
Нива Поволжья № 4 (21) ноябрь 2011 51
