1.2.1. Механические тормоза

В механических тормозах нагружение испытываемых двигателей осуществляется путем регулирования силы трения между барабаном, соединенным с коленчатым валом двигателя, и тормозными колодками.

Механические тормоза имеют следующие недостатки:

непостоянство коэффициента трения между колодками и барабаном, что требует непрерывной их регулировки;

малую энергоемкость.

1.2.2. Гидравлические тормоза

Принцип действия гидравлических тормозов (гидротормозов) основан на использовании силы сопротивления движению твердого тела в жидкости. Гидротормоза получили наибольшее распространение в практике стендовых испытаний вследствие относительной простоты конструкции и большой энергоемкости (до 60000 кВт и выше). Поглощаемая в гидротормозах энергия превращается в тепловую и затрачивается на нагрев жидкости (обычно воды, так как она обладает высокой теплоемкостью и вязкость ее сравнительно слабо зависит от температуры).

Конструкции гидротормозов разнообразны, но на практике нашли применение, в основном, дисковые, лопастные, штифтовые, камерные, пленочные и объемные.

Схема дискового гидравлического тормоза показана на рис.1.

Рис. 1. Схема гидравлического тормоза

1 – ротор; 2 – тормозной диск; 3 – труба подвода воды; 4 – вентиль, регулирующий подвод воды; 5 – кожух; 6 – подшипники; 7 – вентиль выпускного трубопровода; 8 – стойка

На вал 1 насажен тормозной диск 2, вращающийся на подшипниках относительно кожуха 5. Вода по трубе 3, снабженной вентилем 4, подается к центру диска 2, откуда под действием центробежной силы отбрасывается к периферии кожуха и располагается вокруг него равномерным слоем. Вследствие трения между водой и диском, вода увлекается диском и отбрасывается к кожуху.

Усилие, возникающее при трении воды о стенки кожуха 5, поворачивает его в сторону вращения диска 2. Для того чтобы вода в тормозе отдавала большую часть приобретенной от диска 2 энергии, кожух 5 снабжен внутри ребрами. Момент силы трения воды о кожух будет равен крутящему моменту, приложенному к валу 1 тормозного диска 2 со стороны двигателя. Так как кожух 5 установлен на шариковых подшипниках 6 относительно стоек 8, то он уравновешивается грузом, подвешенным на рычаге. Зная длину рычага L и величину силы тяжести груза G, можно определить тормозной момент, Н·м:

M_T= GL.

Поскольку на установившемся режиме работы двигателя

M_T=M_e,

где M_e – крутящий момент двигателя, то в протоколы испытаний заносятся полученные значения M_T=M_e.

Количество воды внутри кожуха 5 и, следовательно, мощность, поглощаемую тормозом, регулируют кранами 4 и 7. Краном 7, кроме того, регулируется величина нагрева отработавшей воды, которая сливается в канализацию.

Для того, чтобы показания гидротормоза не зависели от колебаний давления в водопроводной сети, вода к патрубку 3 в некоторых случаях подается из специального напорного бака, в котором постоянство уровня поддерживается при помощи переливного патрубка.

Характеристика гидротормоза, представляющая собой зависимость поглощаемой мощности от частоты вращения, приведена на рис. 2. По данной характеристике можно судить о величине тормозной мощности, возможных пределах скоростного режима тормоза и степени устойчивости режима торможения. Область режимов работы гидротормоза ограничена контуром ОАВС.

Рис. 2. Внешняя характеристика гидравлического тормоза ОАВСD; внешние скоростные характеристики двигателей внутреннего сгорания 1 и 2

Участок ОА соответствует работе тормоза при заполнении его водой. Зависимость поглощаемой мощности от частоты вращения ротора на этом участке является кубической. В точке А тормозной момент достигает максимума, на измерение которого рассчитано весовое устройство. Дальнейшее увеличение поглощаемой мощности (участок АВ) возможно при постоянном максимальном моменте путем увеличения числа оборотов ротора. В точке В поглощаемая тормозом мощность ограничивается условиями допускаемой температуры воды, и дальнейшее повышение частоты вращения возможно лишь в том случае, если мощность остается постоянной, т. е. при одновременном снижении тормозного момента (участок ВС). В точке С частота вращения ограничивается механической прочностью ротора тормоза. Нижняя граница (линия О) соответствует мощности, поглощаемой тормозом без заполнения его водой, в основном, за счет потерь на трение в подшипниках.

Температура воды на выходе из гидротормоза должна поддерживаться в пределах 50–75С. При более высокой температуре резко увеличиваются коррозия деталей тормоза и образование накипи, а главное, возникает угроза кавитации, которая может вывести тормоз из строя.

Основное условие, которое должно соблюдаться при использовании тормозных устройств всех типов, состоит в том, что характеристика испытываемого двигателя должна обязательно располагаться внутри рабочего поля характеристики тормоза (кривая 1 на рис. 2). Если же характеристика двигателя не укладывается внутри поля, ограниченного внешней характеристикой тормоза, то последний не обеспечит работу двигателя в необходимой области мощностных и скоростных режимов.

К недостаткам гидротормозов следует отнести:

отсутствие возможности использования (рекуперации) энергии, вырабатываемой двигателем и поглощаемой тормозом;

отсутствие возможности проворачивания коленчатого вала двигателя от тормоза (невозможность холодной обкатки двигателя);

значительный расход воды (для уменьшения расхода воды необходимо создавать специальные холодильники).

Достоинствами гидротормоза являются компактность и простота конструкции, обусловливающие их относительно невысокую стоимость и несложный уход.