Стенд для исследования динамики транспортных машин

 

Использование: при исследовании динамики транспортных машин. Сущность изобретения: стенд снабжен датчиками моментов на выходных валах электромагнитного тормоза и фрикционной муфты, преобразователем перемещения рейки топливного насоса дизеля, тремя каналами обработки сигналов датчиков момента и перемещения рейки топливного насоса, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных элемента выделения синусоидальной составляющей и преобразователя амплитудного значения, регистрирующими приборами постоянного тока. 21 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано при исследовании динамики транспортных машин.

Известен стенд для исследования динамики транспортных машин, содержащий соединенный фрикционной муфтой с коробкой передач двигатель, связанный торсионным элементом с коробкой передач маховик, размещенную за маховиком фрикционную муфту предельного момента, соединенную со вторым маховиком и размещенную за вторым маховиком муфту с тангенциальным зазором и соединенный с ней маховик с тормозом. Между первым маховиком и муфтой предельного момента размещен торсионный элемент с переменной жесткостью. Муфта с тангенциальным зазором соединена со вторым маховиком валом с дополнительным тормозом, а с третьим маховиком торсионным элементом постоянной жесткости (а.с. СССР N 288363, кл. G 01 М 13/02, 1968).

Недостатком известного стенда является то, что на нем не обеспечивается возможность оперативного определения амплитудно-частотной характеристики транспортной машины в координатах "момент на валу тормоза" "положение рейки топливного насоса двигателя". Эта характеристика является одной из важнейших для оценки динамики транспортной машины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому стенду является стенд для исследования динамики транспортных машин, содержащий последовательно соединенные приводной электродвигатель, фрикционную муфту, коробку передач, первый маховик, соединенный торсионным элементом постоянной жесткости с ведомым валом коробки передач, фрикционную муфту предельного момента, соединенную торсионным элементом переменной жесткости с первым маховиком, второй маховик, соединенный с фрикционной муфтой предельного момента, первый электромагнитный тормоз, соединенный со вторым маховиком, третий маховик, соединенный торсионом и муфтой с тангенциальным зазором с первым электромагнитным тормозом, второй электромагнитный тормоз, соединенный с третьим маховиком, две системы управления электромагнитными тормозами, каждая из которых включает в себя источник напряжения, генератор синусоидальных сигналов, сумматор, усилитель.

Недостатком известного стенда, принятого за прототип, является то, что он не обеспечивает достаточную информативность при исследовании динамики транспортной машины.

Указанный недостаток обусловлен тем, что на известном стенде обеспечивается воспроизведение случайной нагрузки, статистические характеристики которой соответствуют реальным эксплуатационным режимам работы транспортной машины и система управления обеспечивает лишь воспроизведение на валах стенда моментов сопротивления, изменяющихся случайным образом. Для учета влияния частоты переменной составляющей воспроизводимого момента сопротивления на нагруженность транспортной машины при постоянной амплитуде этой переменной составляющей момента необходимо экспериментально определить амплитудно-частотную характеристику транспортной машины. Входной величиной является момент на валу второго тормоза, а выходной величиной момент на выходном валу муфты сцепления. Учет влияния частоты момента сопротивления при постоянной его амплитуде дает информацию о быстроте управляемости машины, если в качестве выходной величины для определения амплитудно-частотной характеристики принять перемещение рейки топливного насоса двигателя. С учетом амплитудно-частотной характеристики в кооpдинатах "момент сопротивления" "положение рейки топливного насоса" оценивается влияние на подачу топлива (на положение рейки топливного насоса) частоты изменений момента сопротивления, воздействующего на машину, при постоянной амплитуде этих изменений. Результаты исследования транспортной машины на стенде используется для ее усовершенствования. Известный стенд не обеспечивает оперативное определение амплитудно-частотных характеристик машины по указанным входной и выходным координатам, поэтому он не обеспечивает достаточной информативности.

Цель изобретения повышение информативности стенда при исследовании динамики машины за счет обеспечения возможности определения на нем амплитудно-частотной характеристики.

Указанная цель достигается тем, что стенд для исследования динамики транспортных машин содержит последовательно соединенные двигатель внутреннего сгорания, фрикционную муфту, коробку передач, первый маховик, соединенный торсионным элементом постоянной жесткости с ведомым валом коробки передач, фрикционную муфту предельного момента, соединенную торсионным элементом переменной с жесткости с первым маховиком, второй маховик, соединенный с фрикционной муфтой предельного момента, первый электромагнитный тормоз, соединенный со вторым маховиком, третий маховик, соединенный торсионом и муфтой с тангенциальным зазором с первым электромагнитным тормозом, второй электромагнитный тормоз, соединенный с третьим маховиком, систему управления первым электромагнитным тормозом, включающую в себя обмотку возбуждения тормоза, источник напряжения, выходом подключенный к обмотке возбуждения, систему управления вторым электромагнитным тормозом, включающую в себя генератор синусоидальных сигналов, сумматор, усилитель и обмотку возбуждения тормоза, к которой выходом подключен усилитель. Стенд снабжен датчиками моментов на выходном валу второго электромагнитного тормоза и выходном валу фрикционной муфты соответственно, преобразователем перемещения рейки топливного насоса дизельного двигателя, тремя каналами обработки сигналов датчиков момента и перемещения рейки топливного насоса, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных элемента выделения синусоидальной составляющей и преобразователя амплитудного значения, регистрирующими приборами постоянного тока, подключенными к выходам преобразователей амплитудного значения. Элементы выделения синусоидальных составляющих подключены соответственно к выходам датчиков момента и перемещения рейки топливного насоса двигателя внутреннего сгорания.

Наличие в стенде для исследования динамики транспортных машин датчиков моментов на валу второго электромагнитного тормоза, на выходном валу фрикционной муфты и преобразователя перемещения рейки топливного насоса позволяет получить информацию о моменте на валу второго электромагнитного тормоза, о моменте на выходном валу фрикционной муфты, о положении рейки топливного насоса, наличие элементов выделения синусоидальных составляющих трех каналов обработки сигналов позволяет произвести выделение синусоидальных составляющих моментов на валу тормоза и фрикционной муфты, а также синусоидальной составляющей перемещения рейки топливного насоса, наличие преобразователей амплитудного значения трех каналов обработки сигналов позволяет произвести преобразование амплитуды синусоидальных составляющих моментов и перемещения рейки топливного насоса в напряжение постоянного тока. Наличие регистрирующих приборов постоянного тока позволяет измерять напряжение постоянного тока, практически равное амплитуде синусоидальных составляющих, т.е. обеспечивать регистрацию значений, по которым строится амплитудно-частотная характеристика транcпортной машины, тем самым обеспечивается оперативность исследования и повышается информативность.

На фиг.1 изображена общая схема стенда; на фиг.2-4 сигналы в цепях нагружения стенда; на фиг.5-11 сигналы в цепях датчика моментов; на фиг.12-14 сигналы в каналах обработки информации; на фиг.15-19 сигналы в цепях преобразователя перемещения рейки топливного насоса; на фиг.20 и 21 осциллограммы записей на светолучевой осциллограф синусоидальных переменных составляющих момента и перемещения рейки топливного насоса.

Стенд содержит последовательно соединенные двигатель 1 внутреннего сгорания, фрикционную муфту 2, коробку 3 передач, первый маховик 4, соединенный торсионным элементом 5 постоянной жесткости с ведомым валом коробки 3 передач, фрикционную муфту 6 предельного момента, соединенную торсионным элементом 7 переменной жесткости с первым маховиком 4, второй маховик 8, соединенный с фрикционной муфтой 6 предельного момента, первый электромагнитный тормоз 9, соединенный со вторым маховиком 8, третий маховик 10, соединенный торсионом 11 и муфтой 12 с тангенциальным зазором с первым электромагнитным тормозом 9, второй электромагнитный тормоз 13, соединенный с третьим маховиком 10, систему управления первым электромагнитным тормозом 9, включающую в себя обмотку 14 возбуждения тормоза 9, источник напряжения 15, выходом подключенный к обмотке 14 возбуждения, систему управления вторым электромагнитным тормозом 13, включающую в себя генератор 16 синусои- дальных сигналов, сумматор 17, усилитель 18 и обмотку 19 возбуждения электротормоза 13, к которой выходом подключен усилитель 18, первый датчик 20 момента, установленный на выходном валу второго электромагнитного тормоза 13, второй датчик 21 момента, установленный на выходном валу фрикционной муфты, преоб- разователь 22 перемещения рейки топливного насоса двигателя, элементы 23, 24 и 25 выделения синусоидальных составляющих моментов и перемещения рейки топливного насоса двигателя, преобразователи 26, 27 и 28 амплитудного значения, подключенные к выходу элементов 23, 24 и 25 соответственно, регистрирующие приборы постоянного тока 55, 56 и 57 показывающего типа со стрелкой, подключенные к выходам соответствующих преобразователей 26, 27 и 28 амплитудного значения. Элемент 23 выделения синусоидальной составляющей подключен к выходу первого датчика 20 момента. Элемент 24 выделения синусоидальной составляющей момента подключен к выходу второго датчика 21 момента. Элемент 25 выделения синусоидальной составляющей подключен к выходу преобразователя 22 перемещения рейки топливного насоса двигателя. Каждый датчик 20 и 21 момента включает в себя два металлических диска 29 и 30, закрепленных неподвижно один относительно другого на валу, преобразователи 31 и 32 импульсные щелевые, установленные вблизи валов, сумматор 33, выполненный на резисторах, выпрямитель 34, фильтр 35 низших частот, резистор 36.

Преобразователь 22 перемещения рейки топливного насоса включает в себя мультивибратор 37, выполненный на двух транзисторах, согласующий усилитель 38, конденсатор 39, катушку индуктивности 40, детектор 41, резистор 42. Каждый элемент выделения синусоидальной составляющей имеет конденсатор 43 и резистор 44. Каждый преобразователь амплитудного значения содержит конденсатор 45, диод 46, резистор 47 и фильтр низших частот 48. Источник 15 напряжения содержит автотрансформатор 49 с движком 50, трансформатор 51, выпрямитель 52, конденсатор 53. Сумматор 17 имеет два входа, к первому входу подключен генератор 16 синусоидальных сигналов, ко второму источник 54 напряжения.

Стенд работает следующим образом. После запуска двигателя 1 внутреннего сгорания включают фрикционную муфту 2, благодаря чему закручиваются валы фрикционной муфты 2, коробки 3 передач и торсионный элемент 5 постоянной жесткости. Если крутящий момент, передаваемый фрикционной муфтой 2, меньше момента трения фрикционной муфты 6, но больше момента сопротивления первого электромагнитного тормоза 9, то разгоняется первый маховик 4, закручивается торсионный элемент 7 переменной жесткости, разгоняется второй маховик 8, выбирается зазор в муфте 12 и закручивается торсион 11. Третий маховик 10 начинает вращаться, если подводимый к нему крутящий момент превышает момент сопротивления второго электромагнитного тормоза 13. Этот режим соответствует разгону транспортной машины без буксования движителей.

Если при включении фрикционной муфты 2 передаваемый ее крутящий момент больше момента трения фрикционной муфты 6, то интенсивность разгона первого маховика 4 выше, чем второго маховика 8. Этот режим соответствует разгону транспортной машины при буксировании движителей.

После окончания буксования фрикционной муфты 2 и уменьшения передаваемого ею крутящего момента буксование фрикционной муфты 6 прекращается в том случае, если крутящий момент двигателя 1 внутреннего сгорания больше момента трения фрикционной муфты 2. Вращение маховиков 8 и 10 осуществляется в случае, если крутящий момент двигателя 1 больше суммарного момента сопротивления обоих электромагнитных тормозов 9 и 13.

На первый вход сумматора 17 от источника 54 напряжения постоянного тока подается напряжение, соответствующее, например, половине момента сопротивления на валу тормоза 13 (фиг.2), а на второй вход сумматора 17 подается от генератора 16 синусоидальных сигналов синусоидальное напряжение, соответствующее 15% от номинального момента сопротивления, требуемого для воспроизведения определенного режима нагрузки на узлы транспортной машины и двигатель 1 (фиг. 3). Частота напряжения, подаваемого от генератора 16 может быть, например, 0,05 Гц. На валу электротормоза 13 появляется момент, пропорциональный сумме напряжений, приложенных ко входам сумматора 17 (фиг.4). На обмотку 14 возбуждения электротормоза 9 от источника 15 напряжения подается постоянное напряжение, например, 0,25% от номинального.

Металлические диски 29 и 30 проходят в щели преобразователей 31 и 32, в результате чего на электрических выводах преобразователей датчиков момента 20 и 21 формируются прямоугольные импульсы одинаковой высоты и длительности, которые поступают на входы сумматора 33. Преобразователи подключены к сумматору 33 таким образом, что их выходные сигналы находятся в противофазе. График сигналов на входу сумматора 33 в случае отсутствия моментов на валах показан на фиг.5 и 6. С появлением момента на валах возникает фазовое смещение выходных импульсных процессов (фиг.7 и 8). На выходе сумматора 33 появляется сигнал (фиг.9), который выпрямляется (фиг.10) и сглаживается (фиг.11). С помощью элементов 23 и 24 выделяется синусоидальная составляющая моментов выходных сигналов датчиков 20 и 21 моментов (фиг.12) и при открытом диоде 46 конденсатор 45 заряжается с малой постоянной времени до значительной величины. В момент времени, когда напряжение на конденсаторе 45 станет больше мгновенного значения измеряемого напряжения, диод 46 закроется. Затем конденсатор 45 разряжается. Так как постоянная времени разряда значительно, больше чем заряда, то разряжается конденсатор только на некоторую величину (фиг.13). Поэтому в установившемся режиме конденсатор 45 практически заряжается до амплитуды входного на преобразователи 26 и 27 напряжения. Напряжение на резисторе 47 представляет собой синусоиду с постоянной составляющей, причем последняя практически равна амплитуде входного на преобразователь 26 или 27 напряжения (фиг.14). Напряжение с резистора 47 сглаживается фильтром 48.

По истечении некоторого времени, когда прекратятся переходные процессы в машине, устанавливается гармоническое колебание рейки топливного насоса двигателя той же частоты, что и синусоидальное колебание моментов на валах машины, но с другой амплитудой. Это колебание рейки топливного насоса измеряется бесконтактным преобразователем 22 перемещения рейки топливного насоса. Происходит это следующим образом. На выходе мультивибратора 37 формируется периодическая последовательность прямоугольных импуль- сов (фиг.15), которая посредством согласующего усилителя 38 подается на последовательный резонансный контур, образо- ванный конденсатором 39 и катушкой индуктивности 40. Контур имеет амплитудно-частотную характеристику (фиг.16), которая представляет из себя резонансную кривую. Резонансный контур из всего спектра частот входного на контур периодического сигнала с прямоугольными импульсами (спектр изображен на фиг. 17), имеющего практически неограниченную полосу частот, выделяет периодическую составляющую с частотой, равной резонансной частоте контура. Эта периодическая составляющая, выделенная резонансным контуром, изображена на фиг.18. При изменении положения рейки топливного насоса меняется индуктивность резонансного контура, меняется его собственная частота, и резонансное взаимодействие с сигналом в виде периодической последовательности прямоугольных импульсов происходит на другой резонансной частоте. Поэтому периодическая составляющая, выделенная резонансным контуром, при новом положении рейки имеет другую частоту (фиг.19). В изменении частоты содержится информация о перемещении рейки топливного насоса. Для выделения изменения частоты сигнала применен детектор, который состоит из колебательного контура и амплитудного детектора. При изменении частоты сигнала величина напряжения на контуре детектора меняется, оно детектируется, и на резисторе 42 появляется напряжение, зависящее от частоты сигнала. Этот сигнал имеет постоянную составляющую, которая отделяется с помощью элемента 25 выделения синусоидальной составляющей. Далее преобразователем 28 амплитуда синусоидальной составляющей перемещения рейки топливного насоса преобразуется в напряжение постоянного тока, по уровню практически равное амплитуде синусоидальной составляющей сигнала о перемещении рейки. Сигнал с резистора 47 сглаживается фильтром 48. Регистрирующие приборы постоянного тока 55-57 показывают амплитуды моментов и перемещения рейки соответственно.

Затем изменяется частота выходного напряжения генератора 16 синусоидальных сигналов, например, устанавливается напряжение 0,1 Гц, но амплитуда этого напряжения сохраняется. Опять регистрируется показания приборов постоянного тока 55-57. Проделывается это 10-12 раз, всякий раз с новой заданной частотой выходного напряжения генератора 16. По полученным отсчетам регистрирующих приборов строится амплитудно-частотные характеристики машины.

Таким образом, на стенде обеспечивается оперативное определение с помощью приборов постоянного тока амплитудно-частотных характеристик машины, и тем самым повышается информативность стенда при исследовании динамики транспортных машин.

Формула изобретения

СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН, содержащий последовательно соединенные двигатель внутреннего сгорания, фрикционную муфту, коробку передач, первый маховик, соединенный торсионным элементом постоянной жесткости с ведомым валом коробки передач, фрикционную муфту предельного момента, соединенную торсионным элементом переменной жесткости с первым маховиком, второй маховик, соединенный с фрикционной муфтой предельного момента, первый электромагнитный тормоз, соединенный с вторым маховиком, третий маховик, соединенный торсионом и муфтой с тангенциальным зазором с первым электромагнитным тормозом, второй электромагнитный тормоз, соединенный с третьим маховиком, систему управления первым электромагнитным тормозом, включающую в себя обмотку возбуждения тормоза, источник напряжения, выход которого подключен к обмотке возбуждения, систему управления вторым электромагнитным тормозом, включающую в себя генератор синусоидальных сигналов, сумматор, усилитель и обмотку возбуждения тормоза, к которой подключен выход усилителя, отличающийся тем, что он снабжен датчиками моментов, установленными на выходном валу второго электромагнитного тормоза и выходном валу фрикционной муфты, преобразователем перемещения рейки топливного насоса двигателя, тремя каналами обработки сигналов датчиков момента и преобразователя перемещения рейки топливного насоса, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных между собой элемента выделения синусоидальной составляющей и преобразователя амплитудного значения, регистрирующими приборами постоянного тока, подключенными к выходам преобразователей амплитудного значения, при этом элементы выделения синусоидальных составляющих подключены соответственно к выходам датчиков момента и преобразователя перемещения рейки топливного насоса двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21