Loading device for oncoming dynamic loading

Abstract

Methods of running and testing of parts, units and aggregates under load in case of transferring required drive torques through them are considered. The method of loading by oncoming drive torques using inertial loaders is theoretically substantiated.

Full Text

УДК 631.3.004.67 ТСМ № 10-2014 Нагружающее устройство для встречного динамического нагружения Д-р техн. наук П.А. Власов (Пензенская ГСХА, тел. 8 (8412) 62-85-79) Аннотация. 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 с помощью инерционных нагружателей, который на порядок 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, инерционные нагружатели. В машиностроении и при ремонте машин обкатка и испытание сборочных единиц - заключительные технологические операции, выявляющие качество сборки и ремонта узлов и агрегатов технических систем (зубчатых передач, редукторов, муфт, карданных валов, валов и др.). Действующие ГОСТы и технические условия предусматривают и рекомендуют проведение испытаний на надежность под назначенной нагрузкой в виде крутящих моментов [1-3], однако кроме способа замкнутого силового контура и прямого нагружения с использованием источника энергии и тормоза в науке и практике ничего не применяется. Поэтому такие испытания в производстве не проводятся, из-за чего увеличивается число отказов в процессе эксплуатации отечественной техники. Испытание на надежность сложного изделия - трудная задача, связанная с большими затратами времени и энергии. Такие испытания должны учитывать широкий диапазон режимов и условий работы узлов и агрегатов машин с созданием соответствующих нагрузок на стендах. При разработке методик стендовых испытаний нужно стремиться к тому, чтобы режимы и условия в наибольшей степени соответствовали эксплуатационным. При обкатке под назначенной нагрузкой в виде крутящих моментов происходит интенсивная приработка подвижных сопряжений - изменение физико-механических свойств поверхностей сопрягаемых деталей и достижение оптимальной шероховатости. Обкатка и испытание элементов машин позволяют проверить надежность их работы как в условиях производства, так и в условиях эксплуатации с целью уменьшения числа отказов. Особенно важны обкатка и испытание c применением продолжительно действующей нагрузки, например крутящего момента, приближенного к условиям эксплуатации на данной машине. Когда обкатка и испытание под нагрузкой продолжительные, происходит нужная приработка, достигается оптимальная шероховатость трущихся поверхностей. Однако для этого требуются большие затраты энергии. Известны нагружающие устройства, позволяющие проводить обкатку и испытания под нагрузкой с использованием замкнутого силового контура, в т.ч. сил инерции (а.с. № 868407, 1035448 А, 13003871 А1, 1656371 А1, пат. РФ № 1778603). Недостатки всех этих конструкций состоят в том, что их применение возможно только в замкнутом силовом контуре и затраты энергии на привод остаются значительными: требуется установка как испытуемого элемента, так и аналогичного технологического элемента, необходимого для выравнивания угловых скоростей в контуре, например при испытаниях коробок передач, редукторов [4, пат. РФ № 2237235]. Для устранения перечисленных недостатков в Пензенской ГСХА предложен способ встречного динамического нагружения (пат. РФ № 2237235, 2477848), но до настоящего времени технического решения на его реализацию нет [5-7]. В связи с этим предлагается использовать два инерционных нагружателя, один из которых устанавливается на входном, а второй - на выходном валу испытуемого элемента [8]. При вращении они создают противоположно направленные крутящие моменты. На рис. а изображена принципиальная схема первого нагружателя, состоящего из электромотора 1 и муфты 2, соединяющей вал электромотора с валом первого нагружателя 3. Вал нагружателя вращается в опорах 4 и жестко закреплен с роликом 5, к которому крепятся диаметрально противоположные рычаги 6. На концах рычагов 6 расположены шарниры 7, которыми они соединены с прямолинейными рычагами 8, опирающимися на ролик 5 сверху и снизу. Криволинейные рычаги 9 соединены с рычагами 6 шарнирами 7, а на свободные концы рычагов 8 опираются концы рычагов 9 через малые ролики 10. К другим концам рычагов 9 крепятся грузы 11. Грузы располагаются на одной линии, проходящей через центр ролика 5, по которой направлена сила инерции грузов Fи. На рис. б изображена схема второго нагружателя, представляющего собой копию первого нагружателя, повернутую относительно линии действия инерционных сил грузов на 180°. Нагружающее устройство работает следующим образом. При вращении вала первого нагружателя присоединенные к нему через ролик рычаги 6, 8 и 9, а также грузы под действием центробежных сил создают силы инерции Fи. Силы Fи посредством рычагов 9, которые могут поворачиваться в шарнирах, свободными концами через малые ролики создавать давление на свободные концы рычагов 8 и поворачивать рычаги 6 относительно вала по часовой стрелке, создают крутящий момент Мкр. Второй нагружатель работает аналогичным образом. Валы первого и второго нагружателей соединены посредством валов испытуемого элемента (на рисунке показано штрихпунктирной линией). Моменты Мкр, создаваемые двумя нагружателями, должны быть одинаковыми, тогда расположенный между ними испытуемый элемент будет нагружаться крутящим моментом, равным крутящему моменту первого или второго нагружателя. Мощность приводного электромотора составляет 3-5% от мощности, передаваемой испытуемым агрегатом на реальной машине. Очевидна экономия электроэнергии, особенно значительная при испытаниях на ресурсные отказы, в результате которых объект достигает предельного состояния [7, 8]. Разработанное нагружающее устройство позволяет благодаря использованию инерционных нагружателей и явления встречного нагружения решить проблему нагружения узлов и агрегатов номинальными эксплуатационными нагрузками в виде крутящих моментов и на порядок снизить расход электроэнергии на привод испытательных и обкаточных стендов на производстве.