1347

3. Определение часового расхода жидкого топлива GT, кг/ч, проводят по приборам, непосредственно показывающим расход, или по формуле (для весового способа измерения)

τ– время расхода контрольной порции топлива, с.

4.Удельный расход топлива gе, г/(кВт·ч), рассчитывается по формуле

где Ne мощность, определенная при испытаниях, кВт.

По полученным результатам строятся характеристики двигателя. Порядок построения характеристик (графических зависимостей

параметров) следующий:

1.Определяется количество кривых, предполагаемых к построе-

нию.

2.В зависимости от величины максимального значения параметра выбирается масштаб соответствующей шкалы. График должен иметь максимальный размер в данной системе координат для возможности оценки характера зависимости.

3.Для построения графиков используется сантиметровая сетка. Шкала строится для диапазона, в котором изменяется данная величина при проведении испытания. Шкала подписывается обозначением параметра и указанием его размерности. Располагать шкалы можно с обеих сторон поля графика. ГОСТ 18509 рекомендует использовать следующие масштабы графиков (прил. 3). Рекомендуется применять масштабы таким образом, чтобы по построенным кривым был виден характер изменения рассматриваемых величин. Показатель работы двигателя, принятый за аргумент, откладывается в выбранном масштабе по оси абсцисс.

4.Точки, полученные в ходе эксперимента, наносятся на график

исоединяются плавной кривой.

5.Так как при испытаниях всегда имеется некоторый разброс точек (вызванный разными погрешностями), то при проведении плав-

10

ной кривой следует стремиться к тому, чтобы она проходила возможно ближе ко всем опытным точкам. Ломаные линии на графиках не допускаются (если это не выражает характера изменения величины).

6. При проведении плавной кривой следует уделять внимание и выпавшим точкам, устанавливая причины их выпадения. Над проведёнными кривыми надписывается буквенное обозначение параметра.

6. Требования к отчёту

Отчет должен содержать следующие разделы:

-название лабораторной работы;

-цель, оборудование и оснащение лабораторной работы;

-краткое изложение теоретических положений;

-формулы, используемые при расчетах, с расшифровкой входящих в них параметров и указанием единиц измерения;

-протокол результатов испытаний и расчетов (см. прил. 1);

-обработку результатов эксперимента с выполнением необходимых расчётов и построением графиков полученных зависимостей;

-вывод, отражающий суть проделанной работы с анализом полученных результатов и характеристик.

7. Испытательный стенд и аппаратура

Испытательный стенд должен иметь оборудование для измерения показателей работы двигателя с необходимой точностью в соответствии с ГОСТ 14846 на испытания двигателей. Например, крутящий момент и расход топлива необходимо измерять с точностью ±1%, частоту вращения коленчатого вала с точностью ±0,5%, температуры охлаждающей жидкости и масла с точностью ±2 °С;

Стенд для типовых испытаний двигателя состоит из следующих основных компонентов (рис. 1):

-силовая установка с соответствующим типом двигателя;

-нагрузочное устройство (балансирная машина) с индикатором нагрузки;

-штатные контрольно-измерительные приборы данного двигате-

ля;

-тахометр;

-секундомер;

-весы лабораторные.

11

Рис. 1. Общий вид стенда для испытаний двигателя:

1 – пульт управления двигателем; 2 – двигатель внутреннего сгорания; 3 – соединительная муфта; 4 – защитный кожух соединительной муфты; 5 – нагрузочное устройство (балансирная машина); 6 – опоры балансирной машины; 7 – датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя и ротора балансирной машины; 8 – контрольно-измерительные приборы двигателя; 9 – ручка управления подачей топлива; 10 – плечо нагрузочного устройства; 11 – индикатор нагрузки; 12, 13 – фундаментные плиты соответственно лабораторного корпуса и стенда; 14 – рама стенда; 15 – кронштейны крепления двигателя к раме стенда

Для снятия характеристик дизельного двигателя используются стенды с двигателями Д-240 и Д-21А1. Для исследования бензинового двигателя используют стенды с двигателями ЗМЗ-53, ЗМЗ-406 или ВАЗ-21214.

В качестве нагрузочного устройства применяется индуктивный тормоз – асинхронный двигатель с фазным ротором. Нагрузка на коленчатом валу двигателя задается тормозным моментом нагрузочного устройства. Тормозной момент зависит от величины тока в обмотке статора и изменяется с помощью реостата. Нагрузочное устройство стенда закреплено балансирно, т.е. корпус электродвигателя (статор) может качаться на подшипниках, закрепленных в опорных стойках.

При создании нагрузки на коленчатом валу двигателя с помощью данного устройства крутящий момент двигателя передаётся индук-

12

тивно на статор, который стремится повернуться в сторону вращения коленчатого вала. Статор связан с индикатором нагрузки − весовым устройством маятникового типа, с помощью которого определяют величину тормозной силы Р на плече l тормоза.

Контрольно-измерительные приборы позволяют контролировать режим работы двигателя, температуру охлаждающей жидкости и давление в системе смазки.

С помощью тахометра контролируется частота вращения коленчатого вала двигателя. В качестве тахометра используется цифровой прибор типа ТЦ-1 индуктивного типа, снимающий показания с контрольной звёздочки, закреплённой на валу балансирной машины. Измерение расхода топлива производится весовым методом. Для этого используются пружинные (маятниковые) весы. На одну чашу весов установлена емкость с топливом, а на другую укладываются грузы. В процессе снятия характеристики замеряется время расхода контрольной порции топлива (50 граммов). Изменение количества топлива в мерной ёмкости компенсируется увеличением количества грузов на чаше весов либо доливкой топлива в мерную емкость.

Лабораторная работа №1

РЕГУЛЯТОРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИЗЕЛЯ

Цель работы

Экспериментально исследовать влияние изменения нагрузки на коленчатом валу двигателя на основные показатели его работы, при неизменном положении органа управления подачей топлива.

На основе полученных данных построить регуляторную характеристику дизеля.

Теоретические основы

Регуляторная характеристика дизеля определяет показатели работы двигателя со всережимным регулятором и принятыми для условий эксплуатации регулировками во всем диапазоне нагрузок от холостого хода до максимального крутящего момента.

13

Регуляторную характеристику следует определять при положении органа управления регулятором частоты вращения, соответствующем полной подаче топлива.

Частичные регуляторные характеристики следует определять при положениях органа управления регулятором частоты вращения, соответствующих частичной подаче топлива.

Характеристики следует определять путем последовательного увеличения нагрузки от нулевой до полной и затем снижения нагрузки до достижения частоты вращения, составляющей не более 85% частоты вращения при максимальном крутящем моменте.

На регуляторной характеристике участок 1–2 (рис. 2) соответствуют работе дизеля "на регуляторе", а участок 2–3 – его работе по внешней скоростной характеристике. Работа дизеля по регуляторной характеристике (участок 1–2) соответствует примерно работе дизеля по нагрузочной характеристике, т.е. она происходит при изменении нагрузки от холостого хода до максимально возможной величины и при практически постоянной частоте вращения коленчатого вала.

В зависимости от назначения регуляторная характеристика дизеля при построении может быть представлена:

1) крутящим моментом, частотой вращения коленчатого вала, часовым и удельным расходами в функции мощности (рис. 2):

n,Mе,GT ,gе f Nе ;

14

15

Регуляторная характеристика дизеля, построенная в функции частоты вращения коленчатого вала, может быть использована для анализа при исследовании работы дизеля на различных скоростных режимах. Для изучения работы дизеля с регулятором весьма удобна регуляторная характеристика, построенная в функции мощности. Эта характеристика в практике испытания тракторных дизелей принята в качестве основной формы регуляторной характеристики.

Регуляторная характеристика, построенная в функции крутящего момента, оказывается весьма удобной при изучении показателей работы дизеля на различной нагрузке, особенно при совместном изучении их с тяговыми качествами тракторов, строительных и дорожных машин. В связи с этим такой вид регуляторной характеристики иногда называют тяговой характеристикой дизеля.

Методика снятия регуляторной характеристики двигателя

Регуляторная характеристика снимается при работе дизеля с регулятором, имеющим заводскую регулировку, или с оптимальной регулировкой, полученной при испытании. При этом производится ряд замеров необходимых показателей с последовательным увеличением нагрузки от холостого хода до максимальной мощности и затем до получения максимального крутящего момента.

При снятии характеристики следует придерживаться следующей последовательности:

1)запустить двигатель и дать ему поработать с постоянной частотой вращения коленчатого вала (n = 1000 мин-1) 3 5 мин;

2)плавно увеличивая подачу топлива, установить частоту враще-

ния коленчатого вала на уровне 1300 1500 мин-1 (по заданию руководителя эксперимента) и закрепить рычаг управления подачей топлива в неподвижном состоянии;

3)по сигналу руководителя эксперимента замерить время расхода топлива; зафиксировать полученное значение времени расхода топлива, текущее значение частоты вращения коленчатого вала и величину нагрузки на коленчатом валу двигателя в постовых бланках

(прил. 2);

4)увеличить нагрузку на коленчатом валу двигателя;

16

5)повторяя пункты 3 и 4, снять 6 8 точек регуляторной характеристики;

6)отключить нагрузку на коленчатом валу двигателя и установить рычаг управления подачей топлива в положение, при котором двигатель устойчиво работает на холостом ходу;

7)дать поработать двигателю на режиме холостого хода 3 5 минут и остановить двигатель, отключив подачу топлива поворотом рычага в крайнее положение;

8)привести в порядок приборы и принадлежности, использовавшиеся в ходе лабораторной работы.

Обработка экспериментальных данных

Значения параметров из постовых бланков и результаты последующих расчётов заносятся в протокол (см. прил. 1). По полученным значениям строят регуляторную характеристику: графики зависимостей основных параметров работы двигателя в функции частоты вращения коленчатого вала, крутящего момента или эффективной мощности (по заданию руководителя эксперимента):

n,Mе,GT ,gе f Nе ;Nе ,Mе ,GT ,gе f n ;

n,Nе ,GT ,gе f Mе .

При выполнении расчетов, обработке результатов и оформлении отчёта обратитесь к п.5. "Обработка результатов испытаний".

Контрольные вопросы

1.Цель работы и методика снятия характеристики.

2.Объяснить характер полученных зависимостей.

3.Какие параметры двигателя измерялись в процессе эксперимента, а какие рассчитывались позже?

4.Что оставалось неизменным в процессе эксперимента?

5.Как изменятся графики при увеличении (уменьшении) длины плеча балансирной машины?

17

6.Как изменится характер протекания графиков при увеличении (уменьшении) контрольной порции топлива?

7.Приведите пример условий эксплуатации, в которых двигатель транспортного средства работает по данной характеристике.

8.Как определить по полученным зависимостям момент отключения всережимного регулятора?

9.Чем объяснить выключение всережимного регулятора?

10.Типы регуляторов, применяемых в топливной аппаратуре дизелей.

Лабораторная работа № 2

НАГРУЗОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИЗЕЛЯ

Цель работы

Экспериментально исследовать влияние изменения нагрузки на коленчатом валу двигателя на показатели его топливной экономичности при неизменной частоте вращения коленчатого вала.

Построить нагрузочную характеристику дизеля.

Теоретические основы

Нагрузочную характеристику следует определять при постоянной частоте вращения путем последовательного увеличения подачи топлива в пределах изменения нагрузки от нуля до соответствующей полной подачи.

Нагрузочной характеристикой дизеля называют зависимость основных показателей двигателя (например, удельного и часового расходов топлива, коэффициента избытка воздуха) от степени загрузки дизеля Nе при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя (рис. 5).

Серия таких характеристик, снятых при различных, но постоянных скоростных режимах дизеля, дает возможность устанавливать в зависимости от нагрузки для каждой частоты вращения коленчатого вала часовой и удельный расходы топлива и определять gе min. По серии нагрузочных характеристик можно построить скоростные характеристики дизеля.

18

Изменение мощности дизеля при снятии нагрузочной характеристики осуществляют увеличением или уменьшением количества топлива, впрыскиваемого за цикл (при почти неизменном количестве воздуха), достигаемым изменением положения рейки топливного насоса.

Увеличение GT с увеличением нагрузки приводит к уменьшению, а, следовательно, к снижению индикаторного КПД рабочего цикла ηi двигателя. С увеличением нагрузки возрастает механический КПД двигателя ηM.

Резкое уменьшение qе при переходе от холостого хода к малым нагрузкам вначале вызывается одновременным увеличением ηi и ηM. При дальнейшем увеличении нагрузки ηi уменьшается, но более резко возрастает ηM, вследствие чего ge продолжает плавно снижаться, достигая своего минимального значения при максимальной величине произведения ηi · ηM.

При дальнейшем увеличении нагрузки ge начинает расти из-за преобладающего влияния ухудшающегося теплоиспользования – снижается ηi. Увеличение нагрузки на коленчатом валу двигателя сопровождается повышением дымности отработавших газов, которая, при определенном значении мощности, достигает предельно допустимого значения. Длительная работа дизеля на режиме максимальной мощности недопустима вследствие ухудшения экономичности, пере-

19