CZ24764U1 - Zařízení ke zkoušení hnacích řemenů - Google Patents

Description

Zařízení ke zkoušení hnacích řemenů

Oblast techniky

Zařízení ke zkoušení alespoň dvou hnacích řemenů, obsahující hnací elektromotor opatřený řemenicí, zátěžový elektromotor opatřený řemenicí a volně otočný vložený hřídel, na kterém jsou vedle sebe upevněny alespoň dvě řemenice, přičemž osy elektromotorů a vloženého hřídele jsou vzájemně rovnoběžné, přičemž elektromotory jsou spolu v průběhu zkoušení spřáhnuty pomocí dvou řemenů prostřednictvím řemenic, přičemž převodový poměr daný jmenovitými průměry řemenic je směrem z hnacího elektromotoru k zátěžovému elektromotoru dorychla.

Dosavadní stav techniky io Třecí řemenové převody patří k velmi starým strojním prostředkům, přesto existují technická zařízení, u kterých je jejich použiti optimálním řešením, nebojsou zcela nezastupitelné. Jedná se především o přenos kroutícího momentu na velké vzdálenosti, přičemž jeden dlouhý hnací řemen pohání současně celou řadu hnaných řemenic. Takovým případem jsou například hnací řemeny textilních strojů, které jsou sestaveny z řady vedle sebe uspořádaných pracovních míst, jejichž identická ústrojí jsou po celé délce stroje nebo jeho velké části poháněna společným dlouhým řemenem.

Zkoušení takových hnacích řemenů je náročné zvláště tehdy, když řemen při svém nasazení přenáší velké výkony. S všeobecným požadavkem na zkracování zkoušek je nutné, aby zkušební zatížení řemene bylo při relativně krátké zkoušce podstatně větší, než je jeho zatížení provozní.

To se týká jeho nucené deformace při průchodu přes řemenice a zvláště podstatně většího zatížení předpnutím a podstatně většího kroutícího momentu. To samozřejmě nežádoucím způsobem zvyšuje energetickou náročnost zkoušek.

Energeticky výhodný způsob provádění takových zkoušek je založen na využití dvou elektromotorů, z nichž jeden pracuje jako hnací motor a druhý jako zatěžovací motor. Zatěžovací motor je s hnacím motorem spojen převodem tak, že zatěžovací motor běží v nadsynchronních otáčkách a pracuje tudíž jako generátor. Součástí převodu mezi hnacím a zatěžovacím motorem je zkoušený, tedy zatěžovacím motorem zatěžovaný hnací řemen.

Zařízení pro zkoušení transmisních pásů podle US 4 235 091 má hnací motor, zatěžovací hnaný motor a transformátor pro řízení budicího napětí motoru, ke kterému je transformátor připojen.

Řemenice motorů jsou spřaženy zkoušeným transmisním pásem, přičemž převodový poměr, tedy jmenovité průměry řemenic, jsou voleny tak, že při podsynchronních otáčkách hnacího motoru má zatěžovací motor otáčky nadsynchronní.

US 4 237 719 popisuje podobné zkušební zařízení, u kterého je mezi řemenicemi hnacího a zatěžovacího motoru vložen pomocný hřídel se dvěma souosými řemenicemi, z nichž jedna je při35 pojena hnacím zkušebním řemenem k řemenici hnacího motoru a druhá zkoušeným řemenem k řemenici zatěžovacího motoru. Nadsynchronní otáčky zatěžovacího motoru běžícího v režimu generátoru jsou dány jmenovitými průměiy příslušných řemenic.

U řešení podle obou výše uvedených spisů se nastavuje tah ve zkoušeném pásu napínacím ústrojím posunutím příslušného motoru. Dále je uvedeno vždy několik alternativ uspořádání, které se liší počtem hnaných a zatéžovacích motoru a transmisních pásů. Stav opotřebení se zjišťuje vizuálně.

Rovněž JP 2005-283 388 A řeší zkoušky životnosti transmisních a jiných řemenů na zařízení, které umožňuje prostřednictvím zatěžovacího motoru běžícího v generátorovém režimu rekuperovat část energie přiváděné hnacímu motoru. Hnací část zařízení obsahuje hnací indukční motor pohánějící prostřednictvím hnacího zkušebního řemene, hnací řemenice a hřídele první zkušební řemenici. Zátěžová část obsahuje zátěžový indukční motor pohánějící prostřednictvím zkušebního řemene, zátěžové řemenice a hřídele druhou zkušební řemenici. Předem daný převodový

- 1 CZ 24764 Ul poměr mezi hnacím a zátěžovým motorem je dán kombinací průměrů řemenic. Zkušební řemenice jsou spojeny zkoušeným řemenem. Hnací i zátěžový motor jsou prostřednictvím měničů připojeny k síti. Připojení zatěžovacího motoru běžícího v generátorovém režimu k síti je řízeno zvláštním řídicím motorem.

Společnými nevýhodami zařízení podle dosavadního stavu techniky je jednak existence hnacích řemenů nutných pro způsob vyhodnocení chodu zařízení z hlediska zjišťování prokluzu hnacích řemenů, jednak pevná volba převodu mezi hnaným a zátěžovým motorem. U JP spisu může být nevýhodou i měření zatížení zkoušeného pásu wattmetrem a momentovým snímačem, jakož i velká složitost mechanické části zařízení.

Cílem technického řešení je odstranit nedostatky dosavadního stavu techniky, především zjednodušit zkušební zařízení a zvýšit hospodárnost jeho provozu vyloučením použití zkušebních pásů.

Podstata technického řešení

Cíle technického řešení je dosaženo zařízením ke zkoušení alespoň dvou hnacích řemenů, jehož podstatou je to, že všechny hnací řemeny jsou řemeny zkoušenými, přičemž každý z řemenů je spřažen s napínacím zařízením, přičemž spojuje řemenici elektromotoru s řemenicí vloženého hřídele spřaženého s čidlem jeho otáček, nebo řemenici vloženého hřídele spřaženého s čidlem jeho otáček s vloženou otočnou řemenicí spřaženou s čidlem jejich otáček, přičemž elektromotory a čidla jsou spřaženy s elektronickou řídicí jednotkou.

Mezi třífázovou sítí a elektromotory jsou zařazeny měniče, jejichž stejnosměrné obvody jsou vzájemně spojeny elektrickým propojením. To umožňuje vracet část elektrické energie přímo hnacímu elektromotoru bez prostřednictví třífázové sítě.

Napínací zařízení řemenů obsahují elektrické elektronicky ovládané pohony, což je výhodnější než používání závaží z hlediska obtížné manipulace s nimi, navíc lze zkoušení výhodně automatizovat.

Zařízení obsahuje prostředky k optickému a/nebo elektrickému sledování stavu řemenů, což je rovněž vhodné s ohledem na možnost automatizace zkoušky a možnosti ukládání zkušebních záznamů.

Objasnění výkresů

Příkladná provedení zařízení ke zkoušení hnacích řemenů jsou schematicky znázorněna na výkresech, kde značí obr. 1 čelní pohled na uspořádání zkušebního stavu s vloženým hřídelem umístěným přestavitelně mezi motory, přičemž je zátěžový motor uložen v rámu posuvně, obr. 2 půdorys k obr. 1, obr. 3 čelní pohled na uspořádání zkušebního stavu s vloženým hřídelem umístěným nepřestavitelně mezi motory, přičemž hnací i zátěžový motor jsou samostatně posuvné v rámu, obr. 4 čelní pohled na uspořádání zkušebního stavu s motory umístěnými vzájemně těsně nad sebou a vloženým hřídelem umístěným z jedné strany od nich, obr. 5 čelní pohled na uspořádání zkušebního stavu s motory umístěnými vzájemně těsně vedle sebe a vloženým hřídelem umístěným nad nimi, obr. 6 čelní pohled na uspořádání zkušebního stavu pro zkoušení tří řemenů, obr. 7 půdorys k obr. 6 a obr. 8 blokové schéma zapojení elektrické výbavy zkušebního stavu,

Příklady uskutečnění technického řešení

V příkladných provedeních obsahuje zkušební stav rám 1, na kterém jsou upevněny elektromotory 1T, J_2 opatřené příslušnými řemenicemi 111, 121. Z hlediska řízení je výhodné použití synchronních elektromotorů. V provedení podle obr. 1 je mezi elektromotory 11,12 uspořádán na rámu 1 volně otočný vložený hřídel 13 umístěný přestavitelně vzhledem elektromotorům H, 12, který je zde přestavitelný výkyvné kolem osy 131. Na koncích vloženého hřídele j_3 jsou pevně uloženy řemenice 132, 133, přičemž řemenice 132 je spojena s řemenicí 111 elektromotoru H.

-2CZ 24764 U1 zkoušeným řemenem 2 a řemenice 133 je spojena řemenicí 1 21 elektromotoru 12 zkoušeným řemenem 3. Elektromotor 12 je v rámu 1 zkušebního stavu uložen neznázoměným způsobem posuvně vzhledem k elektromotoru 1_1_, resp. k vloženému hřídeli 13 a ve směru S_x od elektromotoru J_1 zatížen tahem v napínacím lanu J_4 vedeném přes vodicí kladku 141 upevněnou na rámu 1 a vyvolaném blíže nepopsaným napínacím zařízením 3L kterým je napínán zkoušený řemen 3.

Vložený hřídel 13 je spřažen s čidlem 4 sledujícím jeho otáčky.

V dalším textu je synchronní elektromotor H uváděn jako hnací elektromotor H a synchronní elektromotor 12 je uváděn jako zátěžový elektromotor 12.

Všechny řemenice 111, 121, 132, 133 mohou mít stejný jmenovitý průměr. Výhodné však je, jsou-li jmenovité průméry Plil, D121. Dl32, D133 řemenic 111, 121. 132, 133 voleny tak, aby v ustáleném stavu zkušebního režimu při převodu l_stabíi daném těmito průměry byly otáčky hnacího elektromotoru 11 nižší než otáčky zátěžového elektromotoru 12. Znamená to, že převod i_stabii bude odpovídat vztahu

Plil D132 ^X

P133

D121 ~~ 'sta bil > 1

Alternativní uspořádání zkušebního stavu je znázorněno na obr. 3. Na rozdíl od provedení z obr. 1 je na rámu 1 kromě zátěžového elektromotoru 12 i hnací elektromotor 11 uspořádán vzhledem k rámu 1 posuvně. Hnací elektromotor 11 je opatřen blíže nepopsaným napínacím zařízením 21. kterým je ve směru §2 od elektromotoru 12 zatížen tahem v napínacím lanu 15 vedeném přes vodicí kladku 151 upevněnou na rámu 1. Tím je napínán zkoušený řemen 2. Volně otočný vložený hřídel 13 je na rámu 1 mezi elektromotory H, 12 nepřestavitelně upevněn. Výhodou tohoto alternativního uspořádání je kratší zdvih napínacího posuvu elektromotorů 11, 12 a relativně jednoduché pevné uložení vloženého hřídele 13, ovšem za cenu dalšího napínacího zařízení 21 řemene 2 spraženého s hnacím elektromotorem 11.

Další alternativní provedení je znázorněno na obr. 4. Hnací elektromotor 11 a zátěžový elektromotor 12 jsou v rámu 1 uspořádány nad sebou, přičemž jsou oba posuvně uloženy vzhledem k rámu 1 a tím i vzhledem k volně otočnému vloženému hřídeli 13 upevněnému nepřestavitelně na rámu 1 z jedné strany elektromotorů 11, 12. Ve znázorněném provedení je na společném napínacím lanu 16 nahrazujícím napínací lana 14. 15 elektromotorů 12. 11 zavěšena volná otočná kladka 161, jejíž osa je spojena s napínacím zařízením 32. V tomto příkladném provedení jsou napínacím zařízením 32 současně napínány oba zkoušené řemeny 2, 3 tahem ve směru Sj od vloženého hřídele 13. Samozřejmě lze napínání dvěma napínacími zařízeními realizovat dvěma napínacími zařízeními 21, 31 stejně, jako je tomu u provedení podle obr. 1 a 2. Uspořádání má v podstatě stejné výhody jako uspořádání podle obr. 2, navíc je rám 1 zkušebního stavu podstatně kratší a vzhledem k malé vzájemné vzdálenosti elektromotorů 11, 12 může být kratší kabeláž mezi nimi a dalším elektrickým vybavením. Modifikace tohoto uspořádání je znázorněna na obr. 5. Rám 1 zkušebního stavu je postaven svisle, což zmenšuje nároky na zastavěnou plochu, navíc může být k napínání zkoušených řemenů 2, 3 využito i hmotnosti elektromotorů 1_1, 12. Napínání může být provedeno společným napínacím zařízením 32 jako u provedení podle obr. 4, nebo mohou být použita dvě oddělená napínací zařízení 21, 31.

Tah v lánech 14,15,16 je v příkladných provedeních vyvozen elektricky poháněnými prostředky napínacích zařízení 21, 31, 32, případně mohou být k vyvození tahu použita závaží. Elektrické řízení napínacích zařízení 21, 31. 32 umožňuje za provozu individuálně a spojitě měnit a definovat velikost prokluzu jednotlivých zkoušených řemenů 2, 3, 5.

Zařízení podle technického řešení je výše popsáno na zkušebním stavu umožňujícím zkoušet současně dva zkoušené řemeny 2, 3. Na obr. 6 a 7 je zkušební stav 1 podle technického řešení, na kterém lze současně zkoušet tri zkoušené řemeny 2, 3, 5. Na rozdíl od předchozích provedení je neprestavitelný volně otočný vložený hřídel 51 kromě řemenic 132, 133 opatřen další řemenicí 511. Na konzole 18, která je uložena posuvně vzhledem k rámu 1, je uložena volně otočná řeme- 3 CZ 24764 (JI nice 512, na kterou působí ve směru S4 napínací lano 513 vedené přes vodicí kladku 514 k napínacímu zařízení 515. Vložené řemenice 511 a 512 jsou spojeny zkoušeným řemenem 5, přičemž volně otočná řemenice 512 ie spřažena s čidlem otáček 44. Volně otočná řemenice ovšem není zatěžována kroutícím momentem, řemen 5 je tudíž zatěžován pouze tahem vyvozeným napínacím ústrojím. V případě, že by namísto volně otočné řemenice 512 byl použit další zátěžový elektromotor, mohlo by probíhat zatěžování řetězených řemenů obdobným způsobem, který byl popsán u zařízení podle obr. 1 až 6. Je zřejmé, že počet takto řetězených dalších zkoušených řemenů je omezen v podstatě jen výkonem elektromotorů 11» 12» případně využitelným prostorem.

Na obr. 8 je znázorněno blokové schéma zapojení elektrické výbavy zkušebního stavu. Jako hnací elektromotor 1T i zátěžový elektromotor 12 jsou použity prakticky shodné synchronní stroje s permanentními magnety, každý o výkonu 28 kW, 3000 ot/min. Tyto elektromotory umožňují dostatečně přesně realizovat měření kroutícího momentu z rekonstrukce proudu. Je zřejmé, že lze rovněž použít cenově výhodnější asynchronní elektromotory vybavené příslušným řízením.

Řízení zkušebního stavu obsahuje řídicí jednotku 7, na jejíž vstupy jsou přiváděny naměřené hodnoty otáček a kroutících momentů hnacího elektromotoru 11 a zátěžového elektromotoru 12, otáček vloženého hřídele 13 od čidla 4, resp. otáček volně otočné řemenice 512 od čidla 41. Na další vstupy řídicí jednotky 2 jsou přiváděny údaje o napětí a/nebo prodloužení zkoušených řemenů 2, 3, 5 od napínacích zařízení 21. 31. 515. Podle úrovně automatizace činnosti zkušebního stavu může řídicí jednotka 7 na základě vstupních informací řídit svými výstupními impulzy činnost uvedených zařízení, tedy elektromotorů 11,12, měničů 61, 62, a napínacích zařízení 21, 31, 515. Zátěž zkoušených řemenů je řízena změnou kroutícího momentu, což je umožněno individuálním elektronickým řízením otáček elektromotorů H, 12- Sledováním otáček vloženého hřídele 13, resp. otáček volně otočné řemenice 512 je detekována hodnota prokluzu každého zkoušeného řemene, Prokluz lze navíc měnit elektrickým řízením napínacích zařízení 21» 31, 515, což dává možnost udržovat v průběhu celé zkoušky stálé zatížení řemenů i při jejich prodlužování v důsledku únavového opotřebení.

K třífázově síti 6 jsou elektromotory H, 12 připojeny prostřednictvím měničů 61, 62 (32 kW) obsahujících usměrňovač, stejnosměrný meziobvod a stridač. Podle dosavadního stavu by bylo možné použít aktivní usměrňovač, což umožňuje přímo rekuperovat energii do sítě. Tím lze snížit provozní náklady, neboť není nutné mařit energii potřebnou pro zatěžování zkoušených řemenů použitím brzdných odporů. Pořizovací náklady na toto řešení jsou ovšem relativně vysoké.

V provedení podle technického řešení je mezi stejnosměrnými meziobvody měničů 61. 62 instalováno elektrické propojení 63, které umožňuje realizovat systém pro vzájemné předávání energie, aniž by se toto předávání energie uskutečnilo prostřednictvím třífázové sítě 6.

Ve stabilizované fázi zkušebního provozu jsou otáčky hnacího elektromotoru 11 nižší než otáčky zátěžového elektromotoru 12, neodpovídají tedy převodu i_stabii, který je dán průměry Plil, D121, D132. D133 řemenic 111, 121, 132, 133 uspořádaných mezi elektromotory li, 12. Elektronickým řízením lze pro start zařízení nastavit elektronický převod i_elektr, který je převrácenou hodnotou převodu i_stabii·» tedy i_ť]_tfk_tr = l/i^. V době startuje tedy mezi elektromotory rozběhový převod i_IOZb = ieiektr x ístabti» otáčky hnacího elektromotoru 1T jsou stejné jako otáčky zátěžového elektromotoru 12, oba elektromotory li, 12 pracují v režimu motorů a spotřebovávají elektrickou energii. Stabilizovaného provozuje potom dosaženo postupnou změnou elektronického převodu na hodnotu i_ei&ktr⁼ 1, tedy otáčky elektromotorů jsou v poměru Ltabíi odpovídajícího průměrům Dl 11, D121. D132. D133 řemenic 111, 121, 132, 133. Přerušení ustáleného zkušebního stavu a zastavení elektromotorů il, 12 se provádí analogicky, nejdříve odlehčení na převodový poměr istan a následné zastavení. V průběhu celého zkoušení je tak dosaženo bezrázového chodu zařízení.

Ve stabilizovaném provozu, tedy v době, kdy jsou otáčky zátěžového elektromotoru 12 vyšší než otáčky hnacího elektromotoru 11, jsou odměřovány aktuální otáčky a kroutící momenty obou elektromotorů 11. 12 a otáčky vložených řemenic 132, 133, 511, 512. Ze zjišťovaných rozdílů

-4CZ 24764 U1 otáček, stavu napínacích ústrojí 21, 31. 515 a prodloužení zkoušených řemenů 2, 3, 5 je možné vyhodnotit vlastnosti většího počtu zkoušených řemenů. Zásadní výhodou je možnost elektronického řízení chodu hnacího elektromotoru H a zátěžového elektromotoru 12, což umožňuje měnit během provozu zátěž zkoušených řemenů. Přitom všechny řemeny zúčastněné při zkoušení jsou řemeny zkoušenými. Navíc elektrické propojení 63 stejnosměrných obvodů měničů 61, 62 umožňuje předávat energii rekuperovanou generátorovým režimem zátěžového elektromotoru 12 bezprostředně hnacímu elektromotoru 11, což zvyšuje hospodárnost zkušebního zařízení.

Součástí hodnocení stavu zkoušených řemenů je sledování trhlin na hranách řemenů jednak opticky, jednak vyhodnocování vznikajících trhlin projevujících se změnami impedance a/nebo ίο vodivosti zkoušeného řemene.

Vedle plochých a klínových transmisních řemenů lze zkušební zařízení analogicky využít samozřejmě i pro pevnostní a životnostní zkoušky bezprokluzových řemenů ozubených,

Je zřejmé, že popsaná a zobrazená příkladná provedení zařízení podle technického řešení slouží především k vysvětlení jeho funkce, přičemž nelimituje šíři ochrany, která je vymezena připoje15 nými nároky na ochranu.

Claims (4)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Zařízení ke zkoušení alespoň dvou hnacích řemenů (2, 3, 5), obsahující hnací elektromotor (11) opatřený řemenicí (111), zátěžový elektromotor (12) opatřený řemenicí (121), a volně otočný vložený hřídel (13, 51), na kterém jsou vedle sebe upevněny alespoň dvě řemenice (132, 133),

20 přičemž osy elektromotorů (11, 12) a vloženého hřídele (13, 51) jsou vzájemně rovnoběžné, přičemž elektromotory (11, 12) jsou spolu v průběhu zkoušení spráhnuty pomocí dvou řemenů (2, 3) prostřednictvím řemenic (111, 121, 132, 133), přičemž převodový poměr daný jmenovitými průměry řemenic je směrem z hnacího elektromotoru (11) k zátěžovému elektromotoru (12) dorychla, vyznačující se tím, že všechny hnací řemeny (2, 3, 5) jsou řemeny zkouše25 nými, přičemž každý z řemenů (2, 3, 5) je spřažen s napínacím zařízením (21,31, 515), přičemž spojuje řemenici (111, 121) elektromotoru (11, 12) s řemenicí (132, 133) vloženého hřídele (13) spřaženého s čidlem (4) jeho otáček, nebo řemenici (511) vloženého hřídele (51) spřaženého s čidlem (4) jeho otáček s vloženou otočnou řemenicí (512) spřaženou s čidlem (41) jejich otáček, přičemž elektromotory (11, 12) a čidla (4, 41) jsou k řízení otáček elektromotorů (11, 12) spřa30 ženy s elektronickou řídicí jednotkou (7).

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi třífázovou sítí (6) a elektromotory (11, 12) jsou zařazeny měniče (61, 62), jejichž stejnosměrné obvody jsou vzájemně spojeny elektrickým propojením (63).

3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že napínací zařízení (21,

35 31, 515) řemenů (2, 3, 5) obsahují elektrické elektronicky ovládané pohony.

4. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že obsahuje zařízení k optickému a/nebo elektrickému sledování stavu řemenů (2, 3, 5).