Стенд для исследования подшипников скольжения
Полезная модель относится к области испытательной техники и позволяет реализовать режимы нагружения подшипников скольжения переменно ориентированной силой, имитирующей условия эксплуатации опорных узлов корабельных технических средств. Стенд компонуется опорным узлом с системой смазки и охлаждения, приводимым во вращение электродвигателем с клиноременной передачей, и оборудуется гидравлическим нагрузочным устройством, передающим нормированное усилие на цапфу испытуемого подшипника с отклонением от вертикали на 30° и 60° по направлению и против вращения ротора, что позволяет имитировать режимы качки корабля. Корпус опорного узла предусматривает возможность размещения гидродинамических и гидростатодинамических подшипников номенклатуры корабельной техники, в качестве смазочных материалов которых используются минеральные масла, водяной конденсат и композитные жидкости на их основе. Технико-экономический эффект полезной модели заключается в повышении адекватности исследуемых на стенде процессов в условиях нагружения, которые имитируют эксплуатационные свойства реального объекта и удобны для воспроизведения в лабораторных условиях, адаптированных к проведению измерений с применением комплекса стандартной аппаратуры.
Полезная модель относится к испытательной технике и позволяет реализовать режимы нагружения подшипников скольжения переменно ориентированной силой, имитирующей условия эксплуатации опорных узлов корабельных технических средств.
Из существующего уровня испытательной техники известны конструкции стендов для исследования процессов в подшипниках скольжения, воспринимающих нагрузку модельного ротора постоянной массы и дисбаланса (например, SU 1513383 A1, опубл. 07.10.89) или нагруженных варьируемой по величине постоянно ориентированной силой (например, Савин Л.А. Экспериментальный стенд для исследования подшипников скольжения / Л.А. Савин, И.В. Чекутский, В.А. Мезников, О.В. Соломин, В.З. Мосин // Сб. научн. тр. ОрелГТУ. - Орел: ОрелГТУ, 1996. - Т.9. - С. 182-184). Испытательные узлы этих стендов предусматривают установку опор скольжения различных типов: радиальных втулочных или сегментных гидродинамических, гидростатических и гибридных подшипников со смазкой минеральными или синтетическими маслами, маловязкими смазочными средами (водяным конденсатом, водными растворами полимеров), криогенными жидкостями или двухфазными смазочными материалами. Однако с целью повышения устойчивости движения ротора эти технические решения предусматривают двухопорную схему установки вала в подшипниках. Реализация схемы нагружения ротора сконцентрированным усилием гидравлического нагрузочного устройства или диска постоянной массы приводит к прогибу упругой линии вала, взаимной корреляции реакций испытуемого и вспомогательного подшипников и, как следствие, нарушению условий автомодельности исследуемых трибопроцессов.
Целью изобретения является повышение адекватности исследуемых трибомеханических и гидродинамических процессов в подшипниках экспериментального стенда условиям функционирования опорных узлов скольжения в составе корабельных технических средств.
Приближение моделируемых процессов к условиям функционирования корабельного энергетического оборудования, на реализацию которого направлено заявляемое изобретение, достигается передачей переменно ориентированной силой, имитирующей условия нагружения опорных узлов при крене корабля, непосредственно на цапфу испытуемого подшипника стенда.
Стенд состоит из испытуемого опорного узла с системой смазки и охлаждения, приводного электродвигателя с клиноременной передачей, нагрузочного устройства, системы электропитания, управления и защиты, системы сбора и обработки экспериментальной информации. На фиг. 1 представлены схема (а) и общий вид (б) экспериментального стенда, где А - унифицированный корпус с испытуемым подшипником; В - аппаратура контроля и регистрации параметров; 1 - электродвигатель постоянного тока; 2 - клиноременная передача; 3 - подшипник качения; 4 - муфта; 5 - ферма нагрузочного устройства; 6 - гидроцилиндр нагрузочного устройства; 7, 8 - штуцеры подвода и отвода смазочного материала; 9 - щит электропитания; 10 - масляный насос; 11 - щит управления; 12 - бак.
Приводом экспериментальной установки является электродвигатель постоянного тока 1, закрепленный на общем фундаменте экспериментального стенда. Передача крутящего момента от приводного двигателя к испытуемому подшипнику осуществляется посредством повышающей клиноременной передачи 2 с тремя ремнями. Такое конструктивное решение позволяет существенно расширить диапазон частот вращения опорного узла, а так же обеспечить точность центровки ротора модельного подшипника на уровне 0,15 мм для смещения (ГОСТ 16162-78) и 0,09 мм - для излома (ГОСТ 8592-79). Для развязки ротора экспериментального узла от дополнительных радиальных нагрузок скоростной вал передачи закреплен в подшипнике качения 3, а соединение валов стенда выполнено с помощью радиальной муфты 4.
Нагрузочное устройство состоит из грузовой фермы 5 с закрепленной на ней платформой. Квазистатическое нагружение вала испытуемого подшипника осуществляется гидравлическим цилиндром 6, размещенным между нагрузочной фермой 5 и нагрузочной планкой 4 (фиг. 2), в любом из пяти положений с отклонением от вертикали на 30° и 60° по направлению и против вращения ротора, что позволяет имитировать режимы качки корабля. Нагрузка на подшипник задается по показаниям манометра в напорной полости гидроцилиндра и тарируется динамометром.
Унифицированный корпус (фиг. 2, а) спроектирован с учетом возможности установки различных типов подшипников скольжения. Экспериментальный узел закреплен на силовых конструкциях, жестко соединенных с массивным фундаментом стенда.
Втулка испытуемого подшипника 14 размещается в специальном унифицированном корпусе 3 (фиг. 2, б), закрытом с кормовой и носовой части крышками 1 и 7, и фиксируется монтажной втулкой 13, состоящей из двух вкладышей. Росточки во втулке 13 и корпусе подшипника 14 образуют кольцевой канал для подвода масла. По окружности корпуса монтажная втулка 13 закреплена от проворачивания пятью винтами и штуцером для подвода масла. На трубе 3 с двух сторон от исследуемого подшипника рассверлены по 5 отверстий для прохода силовых шпилек 5. Одно отверстие вертикальное, а 4 других - размещены под углами 30° и 60° со смещением в обе стороны от вертикального. В нижней части трубы 3 ввернуты 2 штуцера 15 для слива масла.
Для передачи радиальной нагрузки на вал испытуемого подшипника 12 на его шейках с двух сторон монтируются аналогичные по конструкции нагрузочные втулки 11 и 16 с размещенными в них шарикоподшипниками 10 и 17. В нагрузочных втулках выполнены резьбовые отверстия, совпадающие с осью отверстий на трубе 3. В эти отверстия могут в пяти положениях вворачиваться силовые шпильки 5, на которых закрепляется нагрузочная планка 4.
Осевому перемещению нагрузочных втулок 11 и 16 препятствует гайка 9 и ведомая полумуфта 18, закрепленная на резьбе хвостовика вала 12 и законтренная гайкой 21. Привод ротора испытуемого подшипника 12 осуществляется от скоростного вала клиноременной передачи через эластичную муфту.
Ведущая полумуфта 22 соединения закреплена на валу передачи при помощи шпонки. Соединение ведущей 22 и ведомой 18 полумуфты осуществляется по средством резьбовых пальцев 20, проходящих через резиновые вкладыши 19 и ввернутых в ведомую полумуфту 18. После сборки пальцы фиксируются проволочной обвязкой.
Система смазки экспериментального стенда (фиг. 1) предназначена для обеспечения жидкостного режима работы подшипника, смазывания и охлаждения трущихся деталей. Система состоит из шестеренного насоса 10, сетчатого фильтра, циркуляционной масляной цистерны, трубопроводов и запорной арматуры. Применение шестеренчатого насоса с электроприводом постоянного тока позволяет регулировать расход смазочного материала в системе в зависимости от типа исследуемого подшипника. Кратность рециркуляции в системе питания контролируется с помощью мерной емкости, а подача насоса регулируется по показаниям давления в напорном коллекторе.
Система электропитания, управления и защиты осуществляет пуск, остановку, регулирование оборотов и защиту приводного двигателя; пуск, остановку, защиту от опасных перегрузок электродвигателя масляного насоса.
Стенд оборудован контрольно-измерительной аппаратурой (фиг. 1, В) для регистрации следующих физических параметров: давления и температуры смазочного материала в напорной магистрали, температуры в зазоре подшипника; линейных перемещений ротора в вертикальном и горизонтальном направлениях; расхода смазочного материала; напряжения и тока приводного электродвигателя, виброперемещения и виброускорения в контрольных точках корпуса подшипника и фундамента установки. Для задания скорости вращения вала экспериментального стенда реализован бесконтактный способ фиксирования частоты вращения оптическим инфракрасным таходатчиком. Регистрация параметров вибрации и обработка данных таходатчика производится с помощью автономного микропроцессорного виброизмерительного прибора (например, анализатора спектра вибрации 795М по ТУ.У 22439630.002-99).
Стенд для исследования подшипников скольжения, содержащий корпус с испытуемым опорным узлом, систему его смазки и охлаждения, приводной электродвигатель с клиноременной передачей и нагрузочное устройство, отличающийся тем, что для передачи на вал подшипника переменно ориентированной силы, имитирующей условия функционирования опорных узлов энергетического оборудования при крене корабля, используется гидравлический цилиндр, шток которого передаёт радиальное усилие на наружные кольца подшипников качения, закрепленных на шейках ротора по обе стороны втулки испытуемого подшипника, а корпус опирается на упорные плиты профилированной нагрузочной фермы, установленные с отклонением от вертикали на 30° и 60° по направлению и против вращения ротора.
РИСУНКИ
