Практична робота №5 Принципи побудови діагностичних станцій (стендів)

Основним устаткуванням (модулями) станцій діагностування автомобілів є стенди для визначення показників потужності, паливної економічності та стендів для випробування гальмівних властивостей автомобілів — тягові та гальмівні стенди. Крім названих видів стендів при діагностуванні застосовуються стенди для перевірки передніх осей га елементів підвіски автомобілів.

Діагностування технічного стану двигуна, гальмівної системи, передніх осей та інших агрегатів автомобілів розглядається як особливий вид фізичного моделювання, яке поєднує фізичні моделі з натуральними об'єктами. В основі моделювання лежить теорія подібності або аналіз розмірностей.

При проектуванні діагностичних стендів намагаються створювати конструкції, на яких можна моделювати фізичні процеси, що протікають в реальних дорожніх умовах. Можуть бути способи повного і неповного моделювання. При повному моделюванні необхідно дотримання умови, щоб

x_і=k_і∙y_i,

де х_і – параметр моделі;

у_і – параметр оригіналу;

k_і– масштабний коефіцієнт (постійна величина).

Одним із основних модулів є стенди з біговими барабанами у комплекті із відповідним приводом та гальмівним пристроєм. Вибору конструкції стенда повинен передувати ретельний аналіз вимог, що до них висуваються. Необхідно розглядати механічні (тягові) властивості і перехідні процеси - зміни швидкості обертання приводного двигуна від моменту на його валу та моменту опору, тривалість перехідних процесів, наявність ударних навантажень тощо. Привод повинен забезпечувати зміну частоти обертання і крутного моменту (потужності) в широких межах.

При діагностуванні на стенді з біговими барабанами, створювана автомобільним двигуном потужність на колесах автомобіля повинна поглинатися спеціальним пристроєм. Визначається вона шляхом вимірювання величини крутного моменту М, який створює двигун та числа обертів п при даному моменті. Вказана потужність визначається за відомою формулою:

де ω - кутова частота обертання вала двигуна, с ^-1;

п- частота обертання вала двигуна, хв.^-1.

У якості навантажувальних (гальмівних) пристроїв можуть застосовуватися інерційні, механічні, гідравлічні та електричні гальма.

1. В інерційних системах навантаження створюється масами роликів і, кінематичне зв'язаних з ними інших елементів стенда, що обертаються.

2. До механічних відносяться колодкові, дискові, стрічкові та канатні гальма, їх перевагою є простота конструкції фрикційної пари та її обслуговування. До недоліків відносяться непостійність коефіцієнта тертя у фрикційній парі, значна похибка та необхідність їх інтенсивного охолодження.

3. Принцип дії гідравлічних гальм базується на використанні сили опору руху тіла в рідині. Гідравлічне гальмо складається із корпуса, у якому на валу обертаються диски. Вода, яку спеціальним насосом подають до центру дисків, під дією відцентрової сили відкидається до їх периферійної частини і в гальмі виникає вихровий рух води і підведена енергія витрачається на подолання гідравлічного опору. Регулюючи товщину водяного шару в гальмі можна вимірювати потужність, що витрачається на тертя між дисками та водою. Відпрацьована (нагріта) вода відводиться у каналізацію або систему охолодження. Момент тертя між диском та водою визначається за формулою:

де κ – коефіцієнт пропорційності;

µ - коефіцієнт тертя диска до води;

ω- частота обертання диска;

D,d- відповідно, зовнішній і внутрішній радіуси занурення диска в воду.

Крутний момент двигуна вимірюється за допомогою маятникових ваг, у яких гальмівний момент за допомогою важеля передається від корпуса гальма, що коливається, на силовимірювальний пристрій.

4. Електричні гальма, що можуть застосовуватися в конструкціях стендів базуються на використанні вихрових струмів та застосуванні електричних машин - двигунів постійного і змінного струмів.

Вихрові струми (струми Фуко) – це індуктивні струми, що виникають в металевих масах при зміні пронизуючих їх магнітних потоків. При виникненні вихрових струмів у диск, який обертається в постійному магнітному полі, він загальмовується згідно закону Ленца. Всередині корпусу гальма обертається ротор з полюсами у вигляді зубців. В корпусі розміщена обмотка збудження, що живиться постійним струмом. Магнітне поле в статорі пульсує з частотою, яка залежить від частоти обертів ротора та числа його полюсів. Внаслідок цього, в статорі індукуються вихрові струми, які створюють своє магнітне поле, що діє проти сил поля ротора. Так створюється гальмівна сила на роторі. Гальмівний момент ротора вимірюється за допомогою маятникових ваг. Затрачена енергія виділяється у виді тепла і відводиться із камери охолодження водою. Для управління величиною струму в обмотці збудження і вимірювання крутного моменту необхідний спеціальний електронний блок управління.

Найбільшим недоліком всіх названих вище гальмівних систем є їх придатність до роботи тільки у гальмівному режимі, тобто неможливість використання їх у тяговому режимі - для провертання двигунів та агрегатів трансмісії. За потужністю, яка витрачається на провертання цих агрегатів при різних обертах можна визначити зміни механічного коефіцієнта корисної дії (ККД) та наявності окремих несправностей.

Другий недолік полягає у неможливості використання енергії, яка в них утворюється (тепла).

Найбільш досконалим видом гальм є електричні машини, які працюють у реверсних режимах: електродвигуна - при провертанні агрегатів і коліс; генератора - при створенні навантаження (гальмуванні) двигуна. При балансирній підвісці корпуса електричної машини, внаслідок взаємодії магнітних полів, якір відштовхується від статора і корпус машини відхиляється від положення рівноваги на деякий кут. Крутний момент можна заміряти за реакцією статора з допомогою спеціального динамометричного пристрою.

Рис. 5.1. Тягово-гальмівна характеристика стенду з електричним пристроєм:

М_Т - максимальний крутний (тяговий) момент;

М_Г—максимальний гальмівний момент;

п_с- синхронна частота обертів

У якості гальмівних і тягових пристроїв стендів застосовуються електричні машини постійного і змінного струму. Із машин змінного струму використовуються асинхронні машини. На їх базі створено практично всі вітчизняні тягові (обкаточні) стенди для випробування двигунів автомобілів і тракторів. Характеристика такої машини наведена на рис. 5.1.

На рис. 5.1 бачимо, що якщо асинхронна машина обертається я з частотою більшою, ніж п_с, то вона працює як генератор (гальмо). Заштриховані зони - це зони в яких можна задавати будь які режими за обертами та крутними моментами. Не заштриховані відповідають режимам перевантаження, на яких допускається тільки короткочасна робота. Для регулювання частоти обертання при обкатці двигунів та навантаження при випробуванні потужності застосовуються спеціальні реостати

У табл. 5.1 показано основні параметри, які необхідно виміряти на стендах з біговими барабанами. Вимірювання однієї частини параметрів вимагає, щоб електрична машина працювала в тяговому режимі, а другої - в гальмівному режимі. В обох випадках необхідною умовою є можливість моделювання зміни швидкості від нуля до максимальної (90-100 км/год.- для вантажних, 150-180 км/год - для легкових). У табл. 5.1 показано необхідний діапазон моделювання зміни швидкостей та реальний, що забезпечується асинхронною електричною машиною. В таблиці бачимо, що ні в тяговому, ні в гальмівному режимі асинхронні машини не забезпечують необхідний швидкісний діапазон випробувань. Для усунення вказаного недоліку необхідна установка трьохступеневого редуктора: підвищуюча передача (передавальне відношення и=0,5), пряма передача та понижуюча (и =2,0). До інших недоліків асинхронних електричних машин відноситься:

1. Електропривод з балансирною машиною більш дорогий в експлуатації. Потрібно значні витрати для вентиляції та підтримки концентрації содового електроліту в реостатах керування. Майже 40% електроенергії витрачається на нагрів електроліту.

2. Опір рідких реостатів є досить нестабільним, через що важко отримати надійну систему автоматичного керування стендом. Керувати цим видом електроприводу порівняно складно.

Таблиця 5.1

Види та режими випробувань на стенді з біговими барабанами

Вид випробування	Режим випробування
	тяговий		гальмівний
	необхідний діапазон зміни швидкості	забезпечується асинхронною машиною	необхідний діапазон зміни швидкості (потужності)	забезпечується асинхронною машиною
Випробування потужності двигуна	-	-	0…Vmax(Nmax)	50-90 км/год
Оцінка паливної ощадливості	-	-	0…Vmax(Nmax)	50-90 км/год
Оцінка складу відпрацьованих газів	-	-	0…Vmax(Nmax)	50-90 км/год
Перевірка спідометрів, тахометрів, обмежувачів максимальної частоти обертів двигуна	0…Vmax	20-40 км/год	-	-
Перевірка гальм	0…Vmax	20-40 км/год	-	-
Перевірка амортизаторів і ресор підвіски	0…Vmax	20-40 км/год	-	-
Перевірка зчеплення на буксування	-	-	(0,3-0,8)Nmax	50-90 км/год
Оцінка дисбалансу передніх коліс	0…Vmax	20-40 км/год	-	-
Віброакустична діагностика агрегатів трансмісії	0…Vmax	20-40 км/год	-	-
Визначення механічного ККД двигуна за витратою потужності на його провертання	0…Vmax	20-40 км/год	-	-
Визначення механічного ККД двигуна та агрегатів трансмісії за витратою потужності на провертання	0…Vmax	20-40 км/год	-	-

Більш досконалою системою управління електроприводом стенда є система із керованим двигун-генератором постійного струму з паралельним збудженням. Особливістю характеристик цих машин с те, що при зміні крутного моменту на певну величину ∆M оберти двигуна практично не змінюються (∆п→0). Це дуже важливо при виконанні таких діагностичних перевірок, при яких виникають динамічні навантаження. Цей електропривод, на відміну від електропривода змінного струму, в тяговому і гальмівному режимах дозволяє плавно, в широкому діапазоні обертів створити крутний момент, забезпечує плавність пуску, часті перемикання. Можливо отримати різні характеристики в перехідних режимах.

До переваг системи "двигун-генератор" постійного струму слід віднести простоту та економічність у правління з допомогою порівняно простої апаратури, якою регулюються тільки невеликі значення потужності збудження генератора і двигуна. Відсутність громіздких пуско-регулюючих реостатів в колі навантаження генератора, можливість автоматизації процесів керування з допомогою електромашинних засобів.