Устройство для испытаний на вибропрочность изделий
Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для вибрационных испытаний изделий со смещенным центром, имеющих массу до 5 тонн, например, тяговых двигателей подвижного состава. Задача полезной модели - обеспечить с помощью предлагаемого устройства проведение вибропрочностных испытаний изделий со смещенным центром тяжести в соответствии с требованиями ГОСТ 2582-81. Поставленная задача решается тем, что в устройство для испытаний на вибропрочность, состоящее из основания, по концам которого закреплены, с помощью тумб, пакеты рельсов, а к середине пакетов рельсов закреплен стол, под которым на основании закреплены электромагниты, обеспечивающие колебание стола и устройства крепления испытуемого электродвигателя, выполненные с одной стороны в виде стойки, закрепленной на основании, предназначенной для шарнирного крепления кронштейна подвески двигателя, а с другой стороны - в виде установленных на столе стоек с закрепленной на них балкой, имеющей прямоугольное сечение, на которой с зазором подвижно расположены два вкладыша, имеющих наружные размеры, идентичные размерам моторно-осевых подшипников испытуемого двигателя, при этом внутри вкладыши имеют отверстия прямоугольного сечения, а в зазоре между вкладышами и опорными поверхностями балки имеется технический войлок, введены отличия: свободное пространство между нижней поверхностью балки и вкладышем заполнено упругим амортизатором, жесткость которого составляет k=(0,5-10)·Мизд, где: k - жесткость амортизатора в кг/мм
Мизд - масса испытуемого изделия в кг
(0,5-10) - нормирующий коэффициент в 1/мм
В качестве амортизатора можно использовать, например, резиновую пластину, опорные поверхности которой закрыты металлическими листами. Технический результат - совпадение по фазе виброударных нагрузок с вибрацией стенда, что позволяет получить стабильный процесс. Наличие упругого амортизатора между нижней поверхностью балки и вкладышем ограничивает перемещение двигателя в вертикальном направлении и не допускает его отрыва от опорной поверхности войлока. В результате виброударные нагрузки совпадают по фазе с вибрацией стенда и происходит стабилизация процесса.
Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована при вибрационных испытаниях изделий, имеющих массу до 5 тонн, например, тяговых двигателей подвижного состава.
Известно устройство для испытаний на вибропрочность (см. Электровозостроение: Сб. науч. тр. ОАО «Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения (ОАО «ВЭлНИИ»). Новочеркасск, 2003, т.45, с.378-381), состоящее из основания и пакетов шестиметровых рельсов типа Р75, закрепленных по концам с помощью тумб к основанию.
В средней части рельсовых пакетов закреплена платформа-стол, на которой устанавливают испытуемые изделия. На основании под столом закреплены электромагниты, с помощью которых возбуждают колебания стола. Питание электромагнитов осуществляют от синхронного генератора регулируемой частоты.
Недостатком этого устройства является невозможность развить испытательное ускорение более 60 м/с2 (6g) при массе испытуемого объекта 5 тонн, а это необходимо при испытаниях на вибропрочность тяговых двигателей электровозов и тепловозов.
Прототипом является устройство для испытаний на вибропрочность тяговых двигателей подвижного состава (патент РФ на изобретение 
2373507).
Это устройство имеет основание, на котором закреплены с помощью тумб пакеты рельсов по концам, а к середине пакетов рельсов закреплен стол, под которым на основании закреплены электромагниты, обеспечивающие колебание стола, и устройства крепления испытуемого электродвигателя, причем устройство крепления испытуемого электродвигателя выполнено с одной стороны в виде стойки, закрепленной на основании, предназначенной для шарнирного крепления кронштейна подвески двигателя, а с другой стороны - в виде установленных на столе стоек с закрепленной на них балкой, имеющей прямоугольное сечение, на которой с зазором подвижно расположены два вкладыша, имеющие наружные размеры, идентичные размерам моторно-осевых подшипников испытуемого двигателя, при этом внутри вкладыши имеют отверстия прямоугольного сечения, а в зазоре между вкладышами и опорными поверхностями балки установлен технический войлок.
Недостатком прототипа является то, что при увеличении амплитуды виброускорений более 90 м/с 2 в процессе вибропрочностных испытаний изделий со смещенным центром тяжести происходит резкое увеличение нестабильности процесса. Отклонение амплитуды виброускорений составляет ±50%, в то время как стандарт допускает ±20%. В процессе ударного подбрасывания испытуемого двигателя в течение цикла, равного 1 с, наблюдаются либо колебания в противофазе, когда виброускорения имеют значение порядка 50-60 м/с2, либо совпадение фаз, когда виброускорение возрастает до 150-160 м/с2. При дальнейшем увеличении виброускорений наблюдаются значительные выбросы вибронагрузки, которые представляют опасность для прочности испытуемого изделия. Из-за этих недостатков невозможно осуществить вибропрочностные испытания изделий со смещенным центром тяжести, например, тяговых двигателей в соответствии с требованиями ГОСТ 2582-81.
Задача полезной модели - обеспечить с помощью предлагаемого устройства проведение вибропрочностных испытаний изделий со смещенным центром тяжести в соответствии с требованиями ГОСТ 2582-81.
Поставленная задача решается тем, что в устройство для испытаний на вибропрочность, состоящее из основания, на котором закреплены с помощью тумб пакеты рельсов по концам, а к середине пакетов рельсов закреплен стол, под которым на основании закреплены электромагниты, обеспечивающие колебание стола, и устройства крепления испытуемого электродвигателя, причем, устройство крепления испытуемого электродвигателя выполнено с одной стороны в виде стойки, закрепленной на основании, предназначенной для шарнирного крепления кронштейна подвески двигателя, а с другой стороны - в виде установленных на столе стоек с закрепленной на них балкой, имеющей прямоугольное сечение, на которой с зазором подвижно расположены два вкладыша, имеющие наружные размеры, идентичные размерам моторно-осевых подшипников испытуемого двигателя, при этом, вкладыши имеют внутри отверстия прямоугольного сечения, а в зазоре между вкладышами и опорными поверхностями балки расположен технический войлок, введены отличия: свободное пространство между нижней поверхностью балки и вкладышем заполнено упругим амортизатором, жесткость которого рассчитывается по формуле:
k=(0,5-10)·Мизд., где k - жесткость амортизатора в кг/мм
Мизд. - масса испытуемого изделия в кг.
(0,5-10) - нормирующий коэффициент в 1/мм
В качестве амортизатора можно использовать, например, резиновую пластину, опорные поверхности которой закрыты металлическими листами.
Наличие упругого амортизатора между нижней поверхностью балки и вкладышем ограничивает перемещение двигателя в вертикальном направлении и не допускает его отрыва от опорной поверхности войлока. В результате виброударные нагрузки совпадают по фазе с вибрацией стенда, что позволяет получить стабильный процесс.
Таким образом, введение новых существенных признаков, а именно-заполнение свободного пространства между нижней поверхностью балки и вкладышем упругим амортизатором определенной жесткости, рассчитанной по вышеуказанной формуле, позволяет осуществить вибропрочностные испытания изделий в соответствии с требованиями ГОСТ 2582-81.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид устройства испытаний на вибропрочность.
На фиг.2 - вид сверху.
На фиг.3 - конструкция опирания узла моторно-осевого подшипника (сечение А-А, фиг.2).
Устройство для испытаний на вибропрочность состоит из основания-плиты 1 (фиг.1), упругих элементов (пакетов рельсов) 2, закрепленных по концам и связанных жестко с основанием 1 с помощью тумб 3. На середине пакетов рельсов закреплен стол 4 с помощью рамы 5 и стягивающих шпилек 6. На основании 1 под столом 4 закреплены электромагниты 7, предназначенные для обеспечения колебаний стола 4. Устройство крепления испытуемого электродвигателя выполнено с одной стороны в виде установленных на столе 4 стоек-опор 8 с закрепленной к ним балкой 9 прямоугольного поперечного сечения. На балку 9 через узлы 10 моторно-осевых подшипников закреплен испытуемый тяговый двигатель 11, другой конец двигателя 11 через кронштейн 12 шарнирно закреплен на стойке 13, зафиксированной на основании 1 устройства. В узле 10 моторно-осевого подшипника двигателя 11 вместо штатного вкладыша подшипника установлен стальной вкладыш 14, по наружному диаметру и длине соответствующий штатному вкладышу, а внутреннее отверстие имеет прямоугольную форму с возможностью размещения внутри него балки 9, на верхней опорной поверхности вкладыша 14 закреплена пластина технического войлока 15. Свободное пространство между нижней поверхностью балки 9 и вкладышем 14 заполнено упругим амортизатором 16.
Таким образом, испытуемый тяговый двигатель 11 с помощью предлагаемого устройства имеет возможность совершать угловые перемещения в вертикальной плоскости относительно точки закрепления на стойке 13. Угол возможного поворота определяется упругими характеристиками амортизатора 16.
Устройство работает следующим образом.
Электромагниты 7 притягивают и отталкивают раму 5 со столом 4, закрепленную на пакетах рельс 2, которые совершают при этом упругие вертикальные колебания. Если ускорение стола 4 не превышает 10 м/с2 (1g), моторно-осевая часть двигателя 11 совершает колебания в вертикальной плоскости вместе со столом 4. Когда ускорение стола 4 начинает превышать 1g, начинается отрыв вкладыша 14 от балки 9 в месте опирания двигателя на балку 9 через войлок 15.
Дальнейшее увеличение ускорения стола 4 приводит к циклическому виброударному процессу, т.е. двигатель 11 получает виброударную нагрузку. Колебания двигателя 11 происходят между двух упругих сред - с одной стороны это войлок 15, с другой стороны - амортизатор 16. При этом амортизатор 16, имеющий заданную жесткость, ограничивает величину перемещения двигателя 11 в вертикальном направлении. В результате виброударные нагрузки совпадают по фазе с вибрацией стенда, что позволяет получить стабильный процесс.
Испытания устройства показали, что при ускорениях стола в интервале 30÷35 м/с 2 двигатель испытывает ускорение 160÷190 м/с2 , а при увеличении ускорения м/с2 на столе до 40-45 м/с2 на двигателе ускорение уже составляет 200-250 м/с2.
Использование данного технического решения позволяет проводить вибропрочностные испытания изделий со смещенным центром тяжести согласно требованиям ГОСТ 2582-81.
1. Устройство для испытаний на вибропрочность, состоящее из основания, на котором закреплены с помощью тумб пакеты рельсов по концам, а к середине пакетов рельсов закреплен стол, под которым на основании закреплены электромагниты, обеспечивающие колебание стола, и устройства крепления испытуемого электродвигателя, причем устройство крепления испытуемого электродвигателя выполнено с одной стороны в виде стойки, закрепленной на основании, предназначенной для шарнирного крепления кронштейна подвески двигателя, а с другой стороны - в виде установленных на столе стоек с закрепленной на них балкой, имеющей прямоугольное сечение, на которой с зазором подвижно расположены два вкладыша, имеющие наружные размеры, идентичные размерам моторно-осевых подшипников испытуемого двигателя, при этом внутри вкладыши имеют отверстия прямоугольного сечения, а в зазоре между вкладышами и опорными поверхностями балки установлен технический войлок, отличающееся тем, что свободное пространство между нижней поверхностью балки и каждым вкладышем заполнено упругим амортизатором, жесткость которого определяется по формуле
k=(0,5-10)·Мизд,
где k - жесткость амортизатора, кг/мм,
Мизд - масса испытуемого изделия, кг,
(0,5-10) - нормирующий коэффициент, 1/мм.
2. Устройство по п.1 отличающееся тем, что в качестве амортизатора применена резиновая пластина, опорные поверхности которой закрыты металлическими листами.
