Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Анализ основных работ по инерционным трансформаторам вращающего момента. постановка задачи 12
1.1. Основные конструктивные схемы и направления исследований инерционных трансформаторов вращающего момента 12
1.2. Основные типы импульсных механизмов, используемых в инерционных трансформаторах 23
1.3. Краткие выводы и постановка задачи 33
ГЛАВА II. Методы построения внешней характеристики инерционного трансформатора вращающего момента .. 36
2.1. Обобщенная модель инерционного трансформатора с жесткой
схемой 36
2.1.1. Физическая модель трансформатора 36
2.1.2. Математическая модель трансформатора 40
2.2. Процедура поиска точек начала и конца участков движения инерционного трансформатора. 46
2.3. Методы построения периодического решения (описание программ) 49
2.3.1. Изменение момента сопротивления выходного вала при неизменной скорости вращения выходного вала (метод половинного деления) . 51
2.3.2. Изменение скорости вращения выходного маховика при неизменном моменте сопротивления (метод замен) 54
2.3.3. Одновременное изменение момента сопротивления и скорости вращения выходного маховика (комбинированный метод) 56
2.4. Расчет внешней характеристики инерционного трансформатора, 58
2.5. Анализ внешней характеристики инерционного трансформатора 65
2.5.1. Влияние момента инерции грузового звена. 65
2.5.2. Влияние расстояния от оси трансформатора до точки, задающей геометрический центр масс грузового звена 70
2.5.3. Влияние момента инерции реактора 71
2.5.4. Влияние начальных условии 74
2.6. Условие выхода инерционного трансформатора на резким прямой передачи 75
2.7. Построение внешней характеристики инерционного трансформатора с учетом коэффициента полезного действия 78
ГЛАВА III. Оптимизация параметров инерционного трансформатора вращающего момента 86
ЗЛ. Устойчивость инерционного трансформатора на режиме холостого хода двигателя 87
3.2. Постановка задачи оптимизации 95
3.3. Алгоритм оптимизации параметров инерционной передачи на основе ЛП - метода . 100
3.4. Методика расчета оптимальных параметров инерционного трансформатора вращающего момента. 103
3.5. Конкретизация объекта исследования (оптимизация параметров инерционного трансформатора мотоцикла «Сова») 107
ГЛАВА IV. Экспериментальные исследования опытно- промышленного образца инерционного трансформатора вращающего момента на стенде 112
4.1. Цели и задачи эксперимента. 112
4.2. Описание экспериментального стенда и измерительной аппаратуры 112
4.3. Проведение экспериментальных исследований 122
4.4. Обработка экспериментальных данных. Сравнение резуль
татов теоретических и экспериментальных исследований 125
Выводы 129
Литература
- Основные типы импульсных механизмов, используемых в инерционных трансформаторах
- Процедура поиска точек начала и конца участков движения инерционного трансформатора.
- Алгоритм оптимизации параметров инерционной передачи на основе ЛП - метода
- Описание экспериментального стенда и измерительной аппаратуры
Введение к работе
Возрастающий ежегодный объем выпуска различных видов транспортных средств ведет к интенсивному росту движения на дорогах, что значительно усложняет управление машиной и как следствие приводит к увеличению числа дорожно-транспортных происшествий.
Этот факт требует повышения такого эксплутационного свойства транспортного средства как комфортабельность работы водителя. Одним из путей решения поставленной задачи является применение в механических приводах вместо ступенчатых передач автоматических бесступенчатых трансмиссий, позволяющих упростить управление машинами и повысить безопасность движения.
Наибольшее распространение при автоматизации управления транспортным средством получили автоматические бесступенчатые передачи на основе гидротрансформатора из-за высокого совершенства конструкций. Однако такие приводы имеют ряд трудно устранимых недостатков: недостаточный коэффициент трансформации момента; меньший по сравнению с механическим приводом средний коэффициент полезного действия (к.п.д.), особенно при работе на режиме трансформации вращающего момента; высокая стоимость и вес транспортного средства; сложность эксплуатации в холодное время года. Гидромеханические передачи устанавливаются, как правило, на автомобилях, снабженных двигателями большой мощности. На малолитражных и среднелитражных автомобилях гидротрансформатор обычно применяется вместе со ступенчатой коробкой передач как дополнительный преобразователь вращающего момента на каждой ступени [34].
Электрические автоматические трансмиссии обладают значительно более низкими значениями к.п.д., чем ступенчатые коробки передач, особенно при трогании с места, когда сила тока достигает большой
величины, и имеют вес, значительно превышающий вес механической или гидромеханической передачи [34].
Клиноременные бесступенчатые вариаторы чаще всего применяются на маломощных транспортных машинах (мопеды, мотороллеры, мотоциклы). Внедрение клиноременных трансмиссий ограничено сроком службы клинового ремня и центробежного регулятора [34],
Перспективным конкурентом гидравлическим, электрическим и фрикционным передачам является автоматический привод машины, созданный на основе инерционного трансформатора вращающего момента (ИТВМ).
ИТВМ является бесступенчатой передачей механического типа, обладающей внутренним автоматизмом, т. е. способностью автоматически изменять передаточное отношение в зависимости от угловой скорости выходного вала и величины нагрузки внешнего сопротивления. Кроме этого инерционные трансформаторы имеют ряд положительных свойств: в рабочем диапазоне передаточных отношений высокий к.п.д.(0.85-0.95), близкий к к.п.д. ступенчатых передач; компактность конструкций, габариты которых не превышают габаритов ступенчатых передач; коэффициент трансформации момента инерционной передачи достигает 7-10; наличие стопового режима позволяет предохранить двигатель от перегрузок при заклинивании рабочего органа; возможность работы на режиме прямой передачи, при котором трансформатор, работая, как упругая динамическая муфта, снижает крутильные колебания в трансмиссии [17,54,66].
Отмеченные достоинства обуславливают перспективу применения ИТВМ в приводах различных машин.
Первые инерционные трансформаторы появились в 20-х годах нашего столетия* Но только в последние 30 лет начались интенсивные исследования по развитию теории и конструкции инерционных передач. В нашей стране выполнен большой объем работ по исследованию ИТВМ. В работах А.С. Антонова, С.П.Баженова, М.Ф. Балжи, В.Г. Белоглаэова, А.А. Благонравова,
РЛ Болдырева, Г.Г. Васина, М.П. Горина, А.Ф. Дубровского, СЛ Кожевникова, В.Э. Кузнецова, А.И. Леонова, В.Ф. Мальцева, В Л Пожбелко, А.Т. Полецкого, А,ГХ Полякова, СМ. Крупицкого, HJC. Куликова, В.А. Умняшкина, В.Н. Филимонова и других авторов исследована динамика, созданы основы теории инерционно-импульсных силовых систем, обоснована перспективность применения инерционных трансформаторов в приводах различных машин, и в первую очередь, в транспортных.
Работы по проблеме создания конкурентоспособного ИТВМ затрагивают широкий круг вопросов, связанных с теоретическими и экспериментальными исследованиями различных схем трансформаторов, а также их основных узлов - импульсного механизма и механизмов свободного хода (МСХ).
Несмотря на многочисленность конструкций инерционных трансформаторов, проблема создания ИТВМ, эффективно использующего мощность двигателя, остается до конца не решенной.
При исследования различных режимов работы транспортного средства передаточные свойства инерционного трансформатора описываются его внешней характеристикой, которая представляет собой зависимость момента, развиваемого трансформатором на ведомом валу, от передаточного отношения.
Одним из важных требований, предъявляемых к любой импульсной передаче, является обеспечение заданной внешней характеристики.
Поэтому, одним из главных направлений совершенствования инерционного трансформатора вращающего момента следует считать выбор оптимальных конструктивных параметров, обеспечивающих заданную внешнюю характеристику на определенном диапазоне передаточных отношений. Этот вопрос приводит к необходимости уточнения методов расчета внешней характеристики.
В данной работе предложен рациональный метод построения внешней характеристики инерционного трансформатора на основе
изученных методов. Решается задача нелинейной оптимизации из условия минимума расхождения между графиком расчетной внешней характеристики и заданной (идеальной) кривой для любого диапазона передаточных отношений.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и приложений.
В первой главе проводится анализ известных схем инерционных трансформаторов и импульсных механизмов. Отмечаются важнейшие этапы в развитии методов построения внешних характеристик инерционных трансформаторов. Ставятся задачи исследования.
Во второй главе описывается физическая модель наиболее изученного инерционного трансформатора, состоящего из моногармонического импульсного механизма и двух жестких микрохраповых МСХ. Приводится математическая модель исследуемого трансформатора на основе обобщенной схемы импульсного механизма, предложенной в работе [54]. На основе полученной математической модели рассматриваются три возможных метода построения внешней характеристики инерционного трансформатора. Приводится рациональный метод и соответствующий ему алгоритм построения внешней характеристики при одновременном изменении момента сопротивления и угловой скорости ведомого маховика. По разработанному алгоритму составлена программа, функционирующая в среде Mathcad 2000 Professional и позволяющая моделировать динамику инерционного трансформатора на установившихся режимах. На основе данной программы производится оценка влияния отдельных конструктивных параметров на внешнюю характеристику инерционного трансформатора и степень ее расхождения с графиком идеальной кривой. Приводится алгоритм подбора вида эмпирической зависимости для опытных данных в смысле метода наименьших квадратов, на основе которого выполнено построение внешней характеристики с учетом
К.П.Д.
В третьей главе доказывается асимптотическая устойчивость инерционного трансформатора иа режиме холостого хода двигателя» которая наблюдается при определенном выборе параметров импульсного механизма. Формулируется задача оптимизации по критерию минимума расхождения между расчетной внешней характеристикой инерционного трансформатора и идеальной кривой при наличии параметрических и функциональных ограничений для любого диапазона передаточных отношений. Для решения поставленной задачи нелинейного программирования используется один из методов случайного поиска, основанный на построении точек равномерно расположенных в единичном n-мерном кубе. На основе разработанного алгоритма оптимизации внешней характеристики была предложена методика выбора параметров ИТВМ. Методика реализована при расчете оптимальных конструктивных параметров инерционного трансформатора мотоцикла «Сова» с одноцилиндровым двухтактным двигателем внутреннего сгорания рабочим объемом 200 см3.
В четвертой главе ставятся задачи экспериментальных исследований. Дается описание опытно-промышленного образца инерционного трансформатора вращающего момента и экспериментального стенда. Излагается методика проведения эксперимента. Производится обработка экспериментальных исследований и сравнение их с теоретической частью работы.
В приложениях содержатся: информация о свойствах гармонических импульсных механизмов, МгСАсо^-программы алгоритмов, использованные в работе при расчете внешних характеристик и оптимизации параметров инерционного трансформатора, акты внедрения результатов научно-исследовательской и опытнс-конструкторской работы.
Основные типы импульсных механизмов, используемых в инерционных трансформаторах
Большинство работ последних лет посвящено ИТВМ, выполненных именно по упругой схеме.
Вопросами построения внешней характеристики занимались Филимонов В.Н. [93] и Крылов СВ. [46],
В работе Филимонова В.Н. производилось построение внешней характеристики при неизменном моменте сопротивления, который задается согласно идеальной внешней характеристике. Предложенный им алгоритм построения внешней характеристики предполагает численное решение дифференциальных уравнений математической модели и обеспечивает фиксацию моментов замыкания и размыкания МСХ с учетом вероятностного закона распределения концов пластин по полкам зубьев храповых колес[93].
В работе Крылова СВ. построение внешней характеристики производилось при допущении постоянства скорости вращения двигателя и ведущего маховика при заданном значении момента сопротивления выходного маховика [46].
В области применения ИТВМ в силовой передаче транспортных машин, кроме упомянутых, следует отметить работы Г.В. Архангельского [14,15], СП. Баженова [18,19], В.Ф. Мальцева [63,64,65], И.Ф. Сороки [65] и других исследователей.
Существенный вклад в решение проблемы инерционного трансформатора внесен учеными Челябинского политехнического, Одесского технологического, Ижевского механического, Курганского машиностроительного, Ярославского политехнического институтов, конструкторами Курганского и Ижевского машиностроительных, Челябинского тракторного, Уральского автомобильного заводов и других организаций.
Основные типы импульсных механизмов, используемых в инерционных трансформаторах Большое количество конструктивных схем инерционных трансформаторов получено за счет применения различных импульсных механизмов. Импульсный механизм один из важнейших узлов ИТВМ, от схемы которого в значительной мере зависит величина динамических нагрузок в передаче.
К одним из первых импульсных механизмов следует отнести механизмы Хоббса, Чалмерса, непараллелограммный механизм передачи Спонтан [54].
Многочисленные исследования импульсных механизмов начались с попыток устранить недостатки непараллелограммного импульсного механизма {55], для чего были предложены кулачковый [2], параллелограммный [3], механизм Левина [5] и другие механизмы.
На рис.1.4 изображена передача Левина, имеющая так называемые «плавающие» сателлиты. На ведущем маховике 1 закреплены гладкие кольца 6 н эпицикл 5, приводящий в движение сателлиты 3 с установленными на них неуравновешенными грузами 4. Сателлиты находятся также в зацеплении с солнечной шестерней промежуточного вала 2. При вращении ведущего маховика инерционные силы грузовых звеньев прижимают сателлиты к опорным поверхностям колец 6, и происходит «обкатывание» сателлитов по этим поверхностям.
Грузовые звенья с неуравновешенными массами создают знакопеременный момент на промежуточном валу 2. Прямой импульс момента передается через МСХ 8 на ведомый маховик 9 и ведомый вал 10, обратный импульс - через МСХ 7 на корпус передачи.
Особенностью конструкции является отсутствие подшипников» с помощью которых обычно устанавливаются грузовые звенья, что позволяет повысить долговечность импульсного механизма.
Большое количество схем импульсных механизмов привело к задаче создания обобщенной схемы импульсного механизма, впервые предложенной профессором А.И. Леоновым в работе [54].
Рис. (.4. Передача Левина На обобщенной схеме (рисЛ.5) звено 1 обозначает ведущий маховик, звено 2 - промежуточный вал, 3 - грузовое звено, точка S- центр тяжести грузового звена. Точка В - центр сателлита для планетарных импульсных механизмов, точка крепления грузового звена на реакторе для параллелограммного и непараллелограммного импульсных механизмов, точка крепления грузового звена на ведущем маховике для кулачкового механизма. Схема отражает общее свойство описываемых импульсных механизмов, обусловленное кинематическими связями и выражающееся в том, что механизмы имеют на грузовом звене точку, скорость которой является линейной формой обобщенных скоростей а и 0 чя=аа + Ь0 (1.1)
Постоянные геометрические параметры а и b определяются схемой механизма и связаны между собой соотношением а + Ь = е, где е = ОВ -расстояние от оси трансформатора до точки В грузового звена.
Угол Л (рис. 1.5) означает угол поворота радиуса ОВ, а угол цг задает угол поворота грузового звена относительно ОВ.
При вращении ведущего маховика 1 грузовые звенья 2 приводятся в движение и создают на промежуточном валу 3 знакопеременный вращающий момент, величина которого пропорциональна квадрату относительной угловой скорости грузового звена ц/ = у/ (а- /?), где у/ = —— известная функция углов поворота ведущего и промежуточного валов.
Процедура поиска точек начала и конца участков движения инерционного трансформатора.
В каждом цикле работы инерционного трансформатора можно выделить четыре подцикла, соответствующие участкам разгона реактора, совместного движения реактора и ведомого маховика, торможения реактора и выстой реактора. Определение начальных и конечных условий каждого из подциклов является составной частью всех разработанных алгоритмов построения характеристик трансформатора.
В качестве расчетной модели примем инерционный трансформатор с механизмом Левина со следующими параметрами: а = 400 рад! с, j3 = fi = r = oc = 0pad(ct МД=\21Н-м, =0.54кг-м2, J2 = 0.022кг м2, J OAKSM2, Л = 0.0056Н-М\ т = 2.\2кг, и = 4, А = 0.01м, Ю = 0.136.м, Н = 0.044.«, г2 = 0.046л/, ? = 0.723, ЛИ = 0.628, /(12 = 0.017, Л21 = -3.15Ы0_\ Л22 = 0, Л31 = 0.031, А32 = 1.784\Q\ ЛА = -6.161 -Ю-3, А5 = _б.448 10 , ЛЬ = 5.516 10 3[54]. Где A1=AU + Al2cosy/, А2 = А21 +A22cosy/, Аъ = А31 +A32cosy/, АА = AAsiniy, А5 - ASsmy/, А6 = A6smy/.
Первый участок — разгон реактора. Начальные условия принимаем равными: гО = Ос, 0 = р = у = а = 0рад/с, а = 400рад/с. Равенство нулю углов поворота соответствует условию положения равновесия системы дифференциальных уравнений.
На участке разгона реактора система дифференциальных уравнений имеет вид: Ар + A J + А4(а- fif + A J2 = МД; A2a + Ai0+A d-0y Aj2=Oi (2.25) J3r=-Mc.
Решение системы дифференциальных уравнений (2.25) будем искать методом Рунге-Кутта 4-го порядка с постоянным шагом Ю"5. Перед этим сведем систему трех дифференциальных уравнений 2-го порядка к нормальному виду, т.е. системе шести уравнений 1-го порядка, следующим образом. Введем ряд замен: а х, 0 = у, y — z. Тогда исходная система примет вид: Вектор начальных условий будет (0,400,0,0,0, j j . Разгон реактора заканчивается при условии равенства угловых скоростей реактора и выходного маховика (fi = y), что соответствует нахождению точки конца участка разгона реактора (момент времени /1).
Второй участок - совместное движение реактора и ведомого маховика. Начальные условия берем с конца первого участка. Система дифференциальных уравнений для совместного движения имеет вид: (2.27) [л2а + {Аъ + Jt)$ + A5(d - 0f - A6d2 = -Мс. {Мд -ф-у?-Ау\А, +Ji) A2{-Mc+A6x2 -А,(х-у)2) ,_ASrMc A/-Al,x-yf)-Al{Ma-ASx-y) -A /) Систему (2.27) сводим к нормальному виду путем замен, описанных выше. В результате получаем систему четырех уравнении 1 -го порядка: а = х; (2.28) х Совместное движение осуществляется до тех пор, пока yf — q{a - 0) ж. Как только неравенство перестает выполняться, определяем время il и переходим на следующий участок.
Третий участок — торможение реактора. Начальные условия берем с конца второго участка. Система дифференциальных уравнений аналогична системе (2.25) участка разгона реактора, поэтому нормальный вид системы на этом участке имеет вид (2.26). Счет ведется до тех пор, пока угловая скорость/? не будет равна нулю, затем определяем точку ІЬ конца участка торможения реактора и переходим на следующий участок.
Четвертый участок - выстой реактора. Начальные условия берем с конца третьего участка. Дифференциальные уравнения на этом участке имеют вид: (2.29) А а + А 2 =МД\ Запишем нормальный вид системы (2.29): а = х; х = А M -V (2.30) z J, Счет ведется до тех пор, пока у/ = q{a - р) In, затем находим точку iA - время конца участка выстоя реактора и соответствующие этому моменту времени углы и скорости. После этого снова переходим на участок разгона реактора и так до тех пор, пока не получим выхода на периодическое решение.
Заметим, что решение систем существует тогда и только тогда, когда знаменатели А АЪ - А\ и Al(Al +Ji) A\ отличны от нуля, что выполняется всегда.
Алгоритм оптимизации параметров инерционной передачи на основе ЛП - метода
Так как выбранная нами критериальная функция (3.42) не имеет явного аналитического выражения, она задается в виде алгоритма, в процессе реализации которого приходится решать несколько раз системы различных нелинейных дифференциальных уравнений, то нахождение глобального минимума удобно вести одним из методов случайного поиска [98]. Рассмотрим систематический ЛПГ -поиск, теоретические основы которого заключаются в следующем [82]. Рассмотрим единичный и- мерный куб К", состоящий из точек X = {х1,х2,.,,хп)т, удовлетворяющих неравенствам 0 л: 1, j = 1,2,...,n.
Предположим, что функция f(x) кусочно-непрерывна в К" и требуется приближенно найти точку X такую, что /(I) = mui/(J).
В К" выбираем N независимых случайных точек Х1УХ2,...ХЯ, равномерно распределенных в Кя. Среди значений f(X ),f(X2\...,f(XJ находим наименьшее и считаем, что X f minf(X.). При достаточно больших N сходимость такого поиска доказана. Поиск будет тем лучше, чем более равномерно расположены в К" пробные точки. Наиболее равномерно распределенными (p.p.) среди всех известных в настоящее время последовательностей являются ЛПТ-последовательности. Эксперименты, проведенные с целью сравнения JIIJ- поиска с простейшим случайным 101 поиском, показали преимущество ЛП -поиска перед последним [82]. Для построения точек Xt ЛПТ-последовательности составлена таблица [82], По данной таблице можно вычислять точки с номерами 0 i ,2w в кубе -ЙГ" размерности « 51. По заданному номеру і вычисляем параметр In/ In 2 m = l + , затем для 7 =1,2,...,» вычисляем координаты точек X. по формуле . =2 - {Ц[2{,-2- }]- [2 ,2 - Е}, (3.43) где г - элемент таблицы, \z\ - целая часть от числа, {z}- дробная часть от числа. Выберем в К" произвольный п- мерный параллелепипед Я со сторонами, параллельными координатным граням.
Доказано, что если точки X. с декартовыми координатами (х хп,...,х.п)тобразуют p.p. последовательность в К", то точки Д с декартовыми координатами (а.х, а.2,...,аы )т, где аи =ai+ (Ь; -aiК j- У = 1 2,...,л (3.44) образуют p.p. последовательность в параллелепипеде Я, состоящем из точек (а1,ог2,...,огв)г, координаты которых удовлетворяют неравенствам а а Ь.. у } і Кроме этого, если среди точек Д,Л2,...А,.,., образующих p.p. последовательность в Я, отбирать все точки, принадлежащие некоторой области С с П, то получим последовательность точек p.p. в С. V Отношение объемов 8 = —— в теории методов Монте-Карло называют а эффективностью отбора, так как для получения одной точки в С приходится 102 рассмотреть около — точек в /7. Если S«l, то данный метод отбора является малоэффективным. Ограничения а} а} Ъ., ]-1,2,... ,и выделяют в п -мерном пространстве параметров atia1,...,an параллелепипед П параметрических ограничений, объем которого равен произведению Vn - (б, - а} )---(Ья - ай), Множество Су являющееся подмножеством параллелепипеда Я, задает функциональные ограничения рассматриваемой системы, которые обычно задаются некоторыми функциями от параметров.
Кроме параметрических и функциональных ограничений системы вводят понятие критерия качества. Критерием качества назовем характеристику системы, которая связана с ее качеством монотонной зависимостью. В нашем случае критерием качества является минимум функции (3.42). Если критериев качества больше, то задача усложняется.
Исходя из описанных выше теоретических соображений, алгоритм оптимизации параметров инерционного трансформатора заключается в выполнении ряда шагов.
На первом этапе определяются границы изменения параметров, задаются функциональные ограничения исследуемой математической модели, вводятся критерии качества системы.
Затем происходит выбор пробной точки следующим образом. По декартовым координатам точки Х={х хл,„.,хшУ Л77г-последовательности вычисляем декартовы координаты точки А=(аІІ,аІ2,...,аІпУ, принадлежащей параллелепипеду П с условиями (3.44). На следующем этапе при А- Л( проверяем выполнение функциональных ограничений. Если они выполнены, то точка A — At отбирается в качестве пробной точки в С и вычисляются критерии качества системы, в противном случае точка A-At отбрасывается. Из полученных таким образом пробных точек Ал3...,Аы отбираются те, которые дают минимум функции (3.42). Эти пробные точки при N- OD образуют последовательность, равномерно распределенную в С.
Алгоритм оптимизации внешней характеристики представлен на рис. 3.3.
В приложении 3 представлена программа расчета точек Х;=(х1,хг,...,хяі)гЯЯг-последовательности, с последуюшдім определением координат точек Л(=(огп,аг(15...,аги)г из Я и проверкой функциональных ограничений. Критерий качества системы, в нашем случае - нахождение минимума функции (3.42), вычисляется для заданного диапазона передаточных отношений по программе расчета внешней характеристики инерционного трансформатора (приложение 1).
При аналитическом расчете инерционного трансформатора руководствуются следующими данными: — максимальная мощность двигателя N , угловая скорость Дшвх двигателя при максимальной мощности a N, максимальный момент двигателя М — требуемый максимальный момент на ведомом валу передачи МСтя; — ориентировочные габариты передачи. Методика выбора параметров инерционного трансформатора состоит из нескольких этапов. На первом этапе проводится приближенный аналитический расчет постоянных параметров трансформатора, выработанный практикой разработки и испытаний опытно-промышленных образцов инерционного трансформатора.
Описание экспериментального стенда и измерительной аппаратуры
Корпус индукторного тормоза, качающийся в подшипниках, через рычаг определенной длины опирается на силоизмерительное устройство (СУ), выполненное в виде маятниковых весов.
Устройство для измерения частоты вращения вала тормоза (ДО) состоит из установленного на нем зубчатого колеса и встроенного датчика оборотов. Частота вращения вала электродвигателя измеряется аналогично.
Момент тормоза регулируется с помощью пульта управления тормозом (ПУТ). Пульт управления тормозом снабжен электрическим устройством и органами управления, которые позволяют изменять форму и крутизну характеристики тормоза посредством изменения тока возбуждения.
Работа стенда осуществлялась следующим образом. Крутящий момент от электродвигателя (Д) через упругую муфту (МУВП) подводился к ведущему валу 1, соединенного с эпициклической шестерней 2 планетарного импульсного механизма Левина. Эпициклическая шестерня 2, вращаясь, приводила в движение сателлиты 3 с неуравновешенными грузами. Сателлиты при этом обкатывались по кольцам 4 эпицикла. Сателлиты, обкатывая ведомую шестерню 5 импульсного механизма, создавали на промежуточном валу 6 знакопеременные импульсы. Импульсы момента, стремящиеся повернуть реактор в направлении, противоположном вращению вала двигателя (отрицательные импульсы) замыкались на корпус И IBM посредством корпусного МСХ 7. Импульсы момента, стремящиеся повернуть реактор в направлении вращения вала двигателя (положительные импульсы), передавались от промежуточного вала 6 через выходной механизм свободного хода (МСХ) ведомому валу 10 и далее через упругую муфту на вал тормоза (Т). Основные параметры трансформатора: 121 /;=0.033ж; r,=0.02U; п = 4; h = 0.015л ;е = 0.0625л \т - 0.5кг; g =1.146; J,=0.0195ia -ji#2; J2= 0.0001 Ъ\кг-м2\ J3=0A5KZ-M2.
Конструкция стенда позволяет увеличивать момент инерции реактора путем навешивания дополнительных маховых масс, место крепления которых находится между импульсным механизмом и корпусным МСХ. Массы грузовых звеньев также можно изменять. Для этого с обеих сторон планетарного ряда на каждое грузовое звено симметрично друг другу устанавливаются два добавочных груза, чтобы положение общего центра масс не менялось.
В процессе экспериментальных исследований измерялись следующие параметры: — крутящий момент яа ведомом валу трансформатора (на валу тормоза); — частота вращения ведущего вала трансформатора (вала двигателя); — частота вращения ведомого вала трансформатора (вала тормозной установки).
Для измерения указанных параметров стенд был оборудован следующей аппаратурой: — индикатором крутящего момента тормоза; — индикатором частоты вращения вала тормоза; — датчиками оборотов; — тензодатчиками.
Индикаторы крутящего момента и частоты вращения вала тормоза находятся на передней панели пульта управления (ПУ) тормоза, который вместе с пультом управления двигателем (ПУД) установлен за пределами бокса, где расположен стенд.
Крутящий момент на валу индукторного тормоза (Т), отнесенный к известной длине рычага силоизмерительного устройства (СУ) показывается на индикаторе крутящего момента.
Датчик нагрузки силоизмерительного устройства рассчитан на фиксацию усилий сжатия (растяжения) от 50 кг до 1 т. Температурная погрешность датчика в диапазоне температур -Ю...+70С менее 0.1%. Показания датчика выводятся в блок регистрации и преобразуются в цифровую и аналоговую форму. Аналоговый сигнал регистрируется весовой головкой GA 03/483. Шкала прибора имеет диапазон от 0 до 75 Н-м, точность 0.1 Н-м. Цифровой сигнал выводится на пятиразрядный счетчик. Нагрузка регистрируется с точностью до 0.1 Н-м, показания нагрузки рассчитываются и выводятся на счетчик один раз в секунду.
Индикаторы частот вращения вала тормоза и вала электродвигателя подключены к датчикам оборотов и фиксируют частоты вращения вала тормоза и электродвигателя в об/мин.
Датчик оборотов - индукционный. Зазор между сердечником датчика и зубчатым колесом устанавливается равным 0.5...0.8 мм. Температурный диапазон работы датчика от —50С до +120С. Зубчатое колесо закреплено на валу тормоза, имеет 60 зубьев и, таким образом, на один оборот вала датчик вырабатывает 60 импульсов. Сигналы датчика выводятся в блок регистрации и преобразуются в цифровую и аналоговую форму. В аналоговой форме сигнал имеет напряжение от 0 до 10 В с максимальным током до /„„ =2 мА, В этой форме сигнал поступает на аналоговый (стрелочный) тахометр. В цифровой форме сигнал поступает на пятиразрядный счетчик. Величина сигнала по напряжению U=12...15 В, максимальный ток Twm =2 мА. Частота вращения вала тормоза фиксируется цифровым счетчиком с точностью (шагом) до 1 об/мин. Расчет данных по частоте вращения вала и вывод их на цифровой счетчик происходит один раз в секунду.
Похожие диссертации на Обоснование выбора параметров инерционного трансформатора на основе анализа методов построения и оптимизации внешней характеристики
