стенд для испытания деталей машин

Формула изобретения

Стенд для испытаний деталей машин, включающий приводной асинхронный двигатель и нагрузочный асинхронный генератор, подключенные к источнику электроэнергии через общий регулятор, передаточные устройства для соединения валов двигателя и генератора с испытываемой деталью, отличающийся тем, что в качестве регулятора использован регулируемый преобразователь частоты с независимым регулированием частоты и напряжения электроэнергии, причем передаточные устройства выполнены с передаточным числом, выбранным из интервала от 1,1 до 1,5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрооборудованию испытательных стендов для испытания деталей машин, а более конкретно для испытания цепных передач и предохранительных муфт сельхозмашин.

Ряд деталей машин, таких как цепные передачи, предохранительные муфты и др. требуют проведения испытаний при их нагрузке с имитацией естественных условий эксплуатации. Такие стенды содержат двигатели для приведения в движение указанной детали и тормозное устройство для механической нагрузки детали, в качестве которой используется электрический генератор. Известен стенд для испытания деталей сельхозмашин [а.с. СССР 1490535, G01М, 13/00, 30.06.89. БИ № 24], где для испытания деталей машин при регулируемой частоте вращения применен привод и нагрузочное устройство постоянного тока. Недостатки такого стенда определяются известными недостатками машин постоянного тока, такими как высокая стоимость, большие габариты и сложность эксплуатации.

Наиболее близким к заявленному устройству является стенд для испытания предохранительной муфты по а.с. СССР № 1596219 (А1, G01М, 13/00, 30.09.90. БИ № 36), в котором использовано электрооборудование переменного тока. Стенд содержит асинхронный электродвигатель, асинхронный генератор, регулятор напряжения, передаточное устройство и испытываемую деталь. Двигатель приводит испытываемую деталь в движение. Испытываемая деталь передает через передаточное устройство крутящий момент на нагрузочный асинхронный генератор, который выполняет функции тормозного устройства и обеспечивает загрузку испытываемой детали механической мощностью. Статорные обмотки двигателя и генератора соединены через регулятор напряжения с источником трехфазного напряжения. Передаточное отношение передаточного устройства выбирают таким образом, чтобы частота вращения генератора была выше, чем у двигателя. Такой способ соединения обмоток двигателя и генератора обеспечивают замкнутый контур циркуляции испытательной мощности при минимальном числе устройств в этом контуре.

Недостатком известного устройства является невозможность регулирования скорости перемещения испытываемой детали (цепи) в процессе испытания.

Технической задачей является расширение функциональных возможностей стенда за счет регулирования посредством регулируемого преобразователя частоты силы натяжения и скорости движения цепи, образующей передаточное устройство для сочленения валов асинхронного двигателя и асинхронного генератора.

Решение задачи достигается тем, что в стенде для испытаний деталей машин, включающем приводной асинхронный двигатель и нагрузочный асинхронный генератор, подключенные к источнику электроэнергии через общий регулятор, передаточные устройства для соединения валов двигателя и генератора с испытываемой деталью, в качестве регулятора использован регулируемый преобразователь частоты с независимым регулированием частоты и напряжения электроэнергии.

Положительным результатом изобретения является то, что испытание цепи может осуществляться при регулируемой скорости перемещения и регулируемой нагрузке.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема оборудования испытательного стенда и на фиг.2 - механические характеристики двигателя и генератора при различных напряжениях и частоте электроэнергии. Конструкция стенда испытания деталей машин представлена на примере стенда испытания цепных передач.

Стенд для испытания деталей машин состоит из приводного асинхронного двигателя 1, имеющего статорную обмотку 2 и ротор 3, нагрузочного асинхронного генератора 4 со статорной обмоткой 5 и ротором 6, регулируемого преобразователя частоты 7, подключенного к источнику электроэнергии, цепной передачи, содержащей ведущую 8 и ведомую 9 звездочки и испытываемую цепь 10. Статорные обмотки двигателя 2 и генератора 5 включены параллельно и подключены к регулируемому преобразователю частоты 7.

Валы роторов двигателя 3 и генератора 6 соединены между собой через испытываемую цепную передачу. Двигатель 1 и генератор 4 имеют числа пар полюсов соответственно р_д и р_г. При этом они могут иметь одинаковое число пар полюсов (р_д =р_г) или различное (р_д р_г). Передаточное отношение i передачи, равное отношению чисел зубцов звездочек, должно удовлетворять условию 1,1<ip_д/р_г <1,5. При выполнении этого условия ротор генератора вращается быстрее, чем его магнитное поле, что определяет генераторный режим работы.

Стенд работает следующим образом. При подаче регулируемым преобразователем частоты 7 электрического напряжения на статорную обмотку 2 двигателя 1 ротор двигателя 3 приходит во вращение, передаваемое через испытываемую цепь 10 ротору 6 генератора 4. Частота вращение ротора 6 генератора больше частоты вращения магнитного поля статорной обмотки 5 генератора, благодаря чему генератор нагружает цепь 10 механической мощностью. Принимаемую механическую мощность генератор 4 преобразует в электрическую, которую передает статорной обмотке 2 двигателя 1. Таким образом, создается замкнутый контур передачи и преобразования мощности: двигатель 1 электрическую мощность преобразует в механическую, которая от двигателя 1 передается через испытываемую цепь 10 генератору 4, где механическая мощность преобразуется в электрическую, которая возвращается двигателю 1. Потери мощности, имеющие место при ее преобразовании и передаче, покрываются источником электроэнергии. Эта мощность поступает в электрооборудование через регулятор 7 и может быть существенно меньше мощности испытания (механической мощности).

Принципы регулирования натяжения и скорости движения цепи поясняются механическими характеристиками на фиг.2, где представлена зависимость частоты вращения двигателя 1 и генератора 4 от момента на валу М при разном напряжении U и частоте f регулируемого преобразователя частоты 7. Частота вращения и момент М приведены к валу двигателя 1. Механическая характеристика двигателя 1 при напряжении U₁ и частоте f₁ имеет вид 11, соответственно для генератора 4 - вид 12. Натяжение и скорость движения цепи 10 определяются положением точки а на характеристике. Регулирование натяжения цепи 10 производится изменением электрического напряжения регулятором 7. При уменьшении напряжения механические характеристики двигателя 1 и генератора 4 изменяются и приобретают вид кривых 13 и 14 соответственно. Рабочая точка перемещается в точку b при меньшей величине момента и прежней частоте вращения двигателя 1 и скорости движения цепи 10.

При уменьшении частоты тока f и пропорциональном уменьшении напряжения U механические характеристики двигателя 1 и генератора 4 приобретают вид кривых 15 и 16, а рабочая точка перемещается в точку с, обеспечивая снижение скорости движения испытываемой цепи 10.

Пуск в работу стенда для испытания деталей машин может осуществляться при включении двигателя 1 и генератора 4 на испытательное напряжение и частоту или при плавном увеличении напряжения и частоты тока от минимального значения до испытательного. В последнем случае электрооборудование стенда не подвергается негативному воздействию больших пусковых токов двигателя 1 и генератора 4.

Стенд для испытания предохранительных муфт не имеет отличий от вышеописанного стенда в электрической схеме подключения электрооборудования и дополнительно содержит испытываемую предохранительную муфту (на фиг.1 не показана), расположенную между валом ротора 3 двигателя 1 и звездочкой 8 или между валом ротора 6 генератора 4 и соответствующей звездочкой 9.