1.3.4 Установка "эквивалентный вал"

Для проведения комплекса исследований по разработанной методи­ке оптимизации ФМС была создана лабораторная установка "эквивалент­ный вал" многофункциональная по своим возможностям и целям исследо­ваний.

Это модель испытываемого узла трения с присоединенной к ней инерционной системой. Последняя состоит из вала с установленными на нем инерционными массами, которые соединены между собой и испы­тываемым узлом упругими связями. Число и величина инерционных масс, а также величины жесткостей связей и их декременты колебаний варьи­руются и соответствуют модели n-массной приведенной схеме иссле­дуемой ФМС.

На рис.1.12 представлена лабораторная установка "эквивалентный вал".

Рис.1.12 Установка «Эквивалентный вал»

Привод установки состоит из двигателя постоянного тока N = 1,6 КВт, n= 3000 об/мин и червячного редуктора . Данный привод позволяет осуществлять плавное изменение скорости относитель­ного скольжения пары трения палец-диск в пределах от 0,15 м/с до 3,3 м/с.

Через клиноременную передачу вращение с привода передается на вал 3, который в двух опорах 2 с подшипниками качения установлен на массивном основании I. На валу 3 монтируется инерционная система и механизм нагружения с исследуемым узлом трения.

а) Инерционная система стенда

Инерционная система состоит из дисков 4, установленных относи­тельно вала 3 на подшипниках, при этом каждый из дисков может быть жестко зафиксирован относительно вала. Динамический момент инерции диска с помощью сменных, инерционных масс 6 можно варьировать в пределах от до. Между собой инерционные массы соединены жесткостями связей, роль которых выполняют скобы 5. Варьирование жесткости связи между инерционными массами осуществля­ется как количеством устанавливаемых скоб, их толщиной в поперечном сечении, так и их углом поворота относительно оси крепления. При необходимости создания больших значений жесткостей связей, часть их может быть заменена тягами 7.

Таким образом, между инерционными массами можно создать любую требуемую жесткость связи, при этом изменение угла установки скобы позволяет проводить плавное изменение ее величины. На торцовой по­верхности первого диска жестко крепится диск испытываемого узла тре­ния 8.

Инерционная система в зависимости от количества масс расчетной модели исследуемой ФМС одним из своих дисков жестко крепится отно­сительно вала 3. Для представленной на рис.1.11, в 6-ти массной модели ФМС путевой машины МПТ к валу закрепляется шестая инерционная масса.

Для полного исключения влияния инерционной системы на исследуе­мый узел трения достаточно все инерционные массы жестко закрепить относительно вала, приведя их вместе с валом к единой инерционной массе.

б) Механизм нагружения

Механизм нагружения установки предназначен для создания осевого усилия нормального к поверхности трения. При этом можно осуществлять как механическое нагружение, так и нагружение усилием электромагнит­ного сцепления.

Для создания электромагнитного нагружения на установке имеется электромагнит 9, который установлен на шлицах направляющей втулки 10, при этом втулка 10 относительно вала 3 установлена на подшипнике скольжения. К направляющей втулке 10 прикреплены два кронштейна 11, на которых установлены две опоры 12, перемещающиеся одновременно и по пазам направляющей 13 и по кронштейнам 11.

Подобная конструкция установки направляющей с электромагнитом за счет перемещения опор и, таким образом, изменения длины крон­штейнов позволяет в широких пределах изменять жесткость установки электромагнита. На рабочей поверхности электромагнита жестко зак­реплены образцы 14. Для регистрации колебаний в нормальной и тангенциальной плос­костях установлены пьезодатчики 15.

При подаче напряжения на электромагнит он по шлицам направляю­щей втулки перемещается и притягивается к диску 8, что обеспечива­ет, в зависимости от величины напряжения, осевое усилие на иссле­дуемой паре трения.

Для создания механического нагружения (рис.1.13) дополнительно на опоре 2 устанавливаются две штанги 16, на которых крепится при­вод 17, шток которого перемещает скользящую втулку 18, осевое уси­лие с которой передается через тяги 19 на электромагнит с образца­ми 14.

Параллельно силовой цепи привода 17 установлен динамометр 20 для регистрации осевого усилия. Регистрация силы трения производит­ся тензодатчиками.

При подборе аппаратуры и режимов ее эксплуатации становилась задача обеспечить по всему тракту прохождение аналогового сигнала с полосой пропускания частот 30...10000 Гц. Вибросигнал, возбуждае­мый исследуемым фрикционным взаимодействием, регистрируется датчи­ком, который работает в следующем частотном диапазоне: нижняя частота определяется входными параметрами виброизмерительного уст­ройства, а верхняя составляет 10000 Гц.

Рис. 1.13 Механизм нагружения установки «Эквивалентный вал»

Выводы

1. Наиболее эффективным методом идентификации ФМС является идентификация по данным модельного эксперимента, при этом построенная таким образом модель ФМС в целом без существенных изменений мо­жет быть использована для решения имитационной задачи на ЭВМ.

2. При построении физической модели ФМС критерием ограничения числа сосредоточенных масс эквивалентной схемы является факт превышения частоты колебаний высшей гармоники эквивалентной механичес­кой системы эффективной ширины плотности спектра сил фрикционного взаимодействия.

3. Механическая система лабораторной установки должна моделиро­вать основные динамические параметры исследуемой машины (совпаде­ние амплитудно-фазо-частотных характеристик), обеспечивать адекват­ность процессов, протекающих на фрикционных контактах в модельных и натурных условиях.

4. Применение методов идентификации ФМС на базе спектральных характеристик позволяет получить параметры, характеризующие физические свойства системы (собственные частоты, демпфирование, угловые коэффициенты, фазовые соотношения и др.), а также триботехничес- кие параметры контакта (вид изнашивания, равновесную шероховатость, текущее значение жесткости контакта).

43