2462

Рис. 4.3. Тензодатчик S-образного типа для определения силы

при определении крутящего момента двигателя

Датчик может измерять деформацию при растяжении или сжатии и передавать измеряемые величины (например, в Н) на пульт управления. Датчик типа SBA - 200 способен работать при номинальной нагрузке до 200 кгс (1960 Н). Напряжение питания датчика 12 В, относительная погрешность измерения 0,3%. Различные виды датчиков типа SBA способны выдерживать максимальные нагрузки от 50 до 500 кгс. Датчик устанавливается при помощи тяги между плечом тормоза балансирной машины и фундаментной плитой.

Угловая скорость ω зависит от частоты вращения вала двига-

превращены в кВт), а в формуле (4.24) π = 3,14 и все выражение разделено на 30, то в результате сокращения 30 000 на 3,14 получим

Например, для данных приведенных выше,

ge = 9550 ∙ 3,6 ∙ 50 / (10 ∙400 ∙ 2000) = 0,21 кг/ (кВт ∙ч).

Из анализа формулы (4.26) следует, что погрешность при определении удельного эффективного расхода топлива зависит от абсолютной или относительной погрешности навески топлива, времени замера

191

навески топлива, эффективного крутящего момента на коленчатом валу двигателя, частоты вращения коленчатого вала двигателя. Погрешность измерений зависит от класса точности приборов К, номинальной (максимальной) шкалы прибора и измеренной величины по шкале прибора.

Величина Ne может быть определена расчетным путем по формуле

где т − тактность двигателя (для четырехтактного двигателя − 4, для двухтактного − 2).

Из анализа формулы (4.27) следует, что при постоянном рабочем объёме цилиндра Vh в литрах и числе цилиндров i величина Ne в кВт зависит от частоты вращения коленчатого вала n (мин-1) и среднего эффективного давления в цилиндре Pe (МПа). Для двигателей без наддува Pe = 0,7 – 1,0 МПа, с наддувом 1,1 – 3,0 МПа. Рабочий объем зависит от площади цилиндра (диаметра) и хода поршня.

Если известна величина Ne ,то по формуле (4.27) можно определить значение Pe и требуемое давление воздуха на впуске в цилиндры [58].

Величину давления воздуха на выходе из компрессора для че-

тырехтактных двигателей определяют из соотношения

Pk = (0,15 − 0,18)Pe ,

для двухтактных двигателей

Pk = (0,2 − 0,28)Pe .

Для определения расхода топлива выбираем весы классом точности 0,1 (К= 0,1) с диапазоном измерения массы до 100 г. Навеску топлива выбираем массой в 20 г.

Абсолютная погрешность измерения удельного расхода топлива будет равна

Относительная погрешность

Для измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя применяют тахометры. Для проведения замера частоты вращения вала выбираем тахометр классом точности 0,1 (К = 0,1). Шкала прибора рассчитана на номинальную частоту вращения n = 5000 мин-1 (об /мин).

192

Определим абсолютную погрешность прибора:

Допустим, что данным тахометром мы измерили частоту вращения вала двигателя, равную 2000 мин-1. Определим относительную погрешность:

Максимальная допустимая относительная погрешность частоты вращения при определении мощности двигателя не должна превышать

± 1% согласно ГОСТ Р 53639 – 2009 [59].

Для измерения времени расхода топлива применяют секундомеры механического и электронного типов. На рис. 4.4 показаны секундомеры механического и электронного типов. Погрешность измерения зависит от конструктивного исполнения, класса точности и градуировки. Электронный секундомер обладает меньшей погрешностью измерения, чем механический секундомер.

Секундомер механического типа Секундомер электронного типа

Рис. 4.4. Виды секундомеров

Представленный механический секундомер имеет минимальную шкалу деления 0,1 с. Значение скачка секундной стрелки равно 0,1 с. Класс точности секундомера равен 3.

Определим предельную относительную погрешность при измерении времени:

εП (с1 ) = ± К ∙ (1,7∙ А / Т + В) = 3 ∙ (1,7 ∙0,1 / 20 + 4,3 10-4) = 0,26%. (4.32)

где К – класс точности; А – значение скачка секундной стрелки, с; Т – измеряемое время, с; В – относительная погрешность, определяющая отклонение частоты спускаемого регулятора, 4,3 ∙10-4.

193

Для автоматического измерения расхода топлива рассмотрим возможность применения установки АИР-50, представленной на рис. 4.5 [57]. Главное её назначение – измерять период времени, за который расходуется (сгорает в камере двигателя) мерная навеска (доза, например, 50 г) топлива.

На весах 8 установлена мерная емкость 7 для топлива, которая наполняется или опорожняется (сжигается) в зависимости от положения электромагнитных клапанов в блоке 3. В блоке управления 1 имеется электронный секундомер. Электромеханическое устройство 10, управляемое сигналами от блока 1, определяет массу груза 9 (например, 50 г). Момент равновесия весов фиксируется фотоэлектрическим механизмом (на рисунке он не показан). Электронный процессор, входящий в состав блока 1, определяет время расходования (сгорания) выбранной дозы топлива и обрабатывает полученную информацию. Отдельные блоки расходомера соединены между собой проводами 2.

На панели блока управления находятся кнопки выбора мерной навески топлива и цифровое табло, которое указывает результаты измерения топлива в килограммах за час. Если измерение не производится, то топливо из бака 4 по трубке 6 поступает к топливной системе двигателя.

Рис. 4.5. Установка для измерения расхода топлива

Для повышения точности замера топлива установкой АИР-50 рекомендуется заменить электромагнитные клапаны блока 3 на быстродействующие клапаны с пьезоэлектрическим управлением.

194

Для определения погрешности расходования двигателем 50 г топлива используем в качестве средств измерения весы лабораторные (электронные) с пределом измерения 200 г, ценой деления 0,2 г и абсолютной инструментальной (приборной) погрешностью ± 0,1 г.

Относительная погрешность будет равна

Сравнивая погрешность расходования (сжигания) 20 г топлива [формула (4.29)] и 50 г [формула (4.33)] делаем вывод, что относительная погрешность уменьшилась с 0,5 до 0,2%.

Относительная предельная погрешность измерения и расчета удельного эффективного расхода топлива εП (ge) равна сумме относительной погрешности всех измеряемых величин:

± εП (ge) = [εП (mизм ) + εП (с) + εП (низ) + εП (nизм ) + εП (с1)] = (0,2 +0,26+ +0,12 + 0,25 + 0,26) = ± 0,91%.

Применительно к удельному расходу топлива ГОСТ Р 53639–2009 и ГОСТ Р 52517–2005 [59, 60] устанавливают допустимое значение относительной погрешности εП (ge) = ± 3,5%, а часовому расходу топлива ±1%.

На рис. 4.6 показан стенд для испытания и исследования двигателей внутреннего сгорания мощностью не более 500 кВт.

Рис. 4.6. Стенд для испытания и исследования двигателей внутреннего сгорания

195

Стенды могут быть дополнительно оборудованы приборами, датчиками для определения токсичности отработавших газов (оксида углерода, углеводородов, оксида азота, сажи), расхода воздуха и давления газов в цилиндре двигателя.

На рис. 4.7 показан стенд для испытания тепловозных двигателей мощностью более 1000 кВт. Стенды данной конструкции могут иметь тормозные установки гидравлического типа.

Нагрузочное устройство может иметь индикатор, при помощи которого измеряют крутящий момент. Индикатор на рис. 4.7 выполнен в виде весовой головки (верхняя часть стенда). Расход топлива может измеряться весовым (массовым) или объемным способом.

Рис. 4.7. Стенды для испытания и исследования тепловозных двигателей

Если нужно повысить точность результатов испытаний, исследований двигателей, то в первую очередь необходимо уменьшить наибольшие по величине погрешности измерений. Так как программа эксперимента зависит от исследователя, уместно поставить вопрос о подборе таких приборов и условий измерения, при которых точность сложных опытов должна быть максимальной, а погрешность минимальной.

196

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте определение абсолютной и относительной погрешностей результата измерения.

2.Назовите последовательность определения относительной погрешности сложных (многофакторных) опытов.

3.Как определяется относительная и абсолютная погрешности при измерении удельного расхода топлива?

4.Какие вы знаете виды измерительных приборов для определения длины, частоты вращения вала, размеров наружных и внутренних поверхностей деталей, давления, силы тока и напряжения?

5.Полная шкала манометра равна 600 атм (60 МПа), класс точности 1,0.

Впроцессе регулировки форсунки вы установили при помощи стенда КИ-3333 давление впрыска топлива, равное 200 атм. Определите, чему равна абсолютная погрешность прибора (манометра) и относительная погрешность результата измерения 200 атм.

6.Как работает установка АИР-50 при автоматическом измерении расхода топлива?

197

Библиографический список

1.Макушев, Ю.П. Системы подачи топлива и воздуха дизелей : учебное пособие / Ю.П. Макушев, А.П. Жигадло, Л.Ю. Волкова. – Омск : СибАДИ, 2017. – 208 с.

2.Химмотология : учебное пособие / Ю. П. Макушев, А. П. Жигадло, Л.Ю. Волкова. – 2-е изд., перераб. и доп. – Омск : СибАДИ, 2019. – 156 с.

3.Системы питания двигателей внутреннего сгорания : методические указания к лабораторным и практическим занятиям по профилю подготовки «Двигатели внутреннего сгорания» / сост. Ю.П. Макушев. – Омск : СибАДИ, 2012.– 96 с.

4.Макушев, Ю.П. Системы питания быстроходных дизелей : учебное пособие / Ю.П. Макушев. – Омск : Изд-во СибАДИ, 2004. – 181 с.

5.Иващенко, Н. А. Дизельные топливные системы с электронным управлением / Н. А. Иващенко, В. А. Вагнер, Л. В. Грехов. – Барнаул : Изд-во АлГТУ им. И.И. Ползунова, 2000. – 111 с.

6.Сига, Х. Введение в автомобильную электронику / Х. Сига, С. Мидзутани ; пер. с япон. Л. А. Богданова. – Москва : Мир, 1989. – 232 с.

7.Касаткин, А.С. Электротехника : учеб. для вузов / А.С. Касаткин, М.В. Немцов.– 9-е изд.–М. : Издательский центр «Академия», 2005.– 544 с.

8.Губертус, Гюнтер. Диагностика дизельных двигателей / Г. Губертус. Серия «Автомеханик» ; пер. с нем. Ю. Г. Грудского. – Москва : ЗАО КЖИ «За рулем», 2004.– 176 с.

9. Программное обеспечение Diesel Easy Solutions для устройств Common Rail, версии 11. Руководство пользователя версия 2016.2. DIESEL EASY SOLUTIONS Diesel Easy Solutions. – URL: http://easydiesel.club 2.

10. Бобцов, А.А. Исполнительные устройства и системы для микроперемещений / А.А. Бобцов, С.В. Быстров, В.И. Бойков [и др.] : учебное пособие. – СанктПетербург, 2011. – 131 с.

11. Стрелец, А.А. Определение величины перемещения пьезопривода форсунки /А.А. Стрелец // Электротехника и электромеханика. –2011. – № 6. – С. 39 – 41.

12. Двигатели внутреннего сгорания. Т. 1. Рабочие процессы в двигателях и их агрегатах / А.С. Орлин, Д.Н. Вырубов, Г.Г. Калиш [и др.] ; под ред. А.С. Орлина. – Москва : Машиностроение, 1951. – 447 с.

13. Насос-форсунка с пьезоэлектрическим клапаном. Конструкция и принцип действия : пособие по программе самообразования. – Вольфсбург, 2005. – 23 с.

14. Трусов, В.И. Форсунки автотракторных дизелей / В.И. Трусов, В.П. Дмитриенко, Г. Д. Масляный. – Москва : Машиностроение, 1977. – 167 с.

15.Симсон, А. Э. Двигатели внутреннего сгорания (тепловозные двигатели

игазотурбинные установки) : учебник / А. Э. Симсон, А. З. Хомич, А. А. Куриц. – Москва : Транспорт, 1980. – 384 с.

16.Макушев, Ю.П. Расчет систем и механизмов двигателей внутреннего

сгорания математическими методами : учебное пособие / Ю. П. Макушев, Т. А. Полякова, Л. Ю. Михайлова [и др.]. – Омск : СибАДИ, 2011.–284 с.

17.Файнлейб, Б. Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей : справочник / Б. Н. Файнлейб. – 2-е изд., перераб. и доп. – Ленинград : Машиностроение. Ленингр. отделение, 1990. – 352 с.

18.Дизельная топливная аппаратура : справочник / А.П. Чиркин, И.И. Резник. Москва, 1965. – 170 с.

198

19.Володин, А.И. Расчет параметров струи впрыскиваемого жидкого топлива тепловозных дизелей / А.И. Володин, Л.Ю. Михайлова // Омский научный вестник. Серия «Приборы, машины и технологии». – 2011. – №3 (103). – С. 143 – 147.

20.Володин, А.И. Причины образования кокса в сопловых отверстиях распылителей форсунок дизелей / А.И. Володин, Л.Ю. Михайлова, Ю.П. Макушев // Омский научный вестник. Серия «Приборы, машины и технологии». – 2013. –

№1 (117). – С. 59 – 63.

21.Лышевский, А.С. Системы питания дизелей : учебное пособие для студентов втузов, обучающихся по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / А.С. Лышевский. – Москва : Машиностроение, 1981. – 216 с.

22.Коньков, А.Ю. Основы технической диагностики локомотивов : учеб. пособие /А. Ю. Коньков. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2007. – 98 с.

23.Михеев, В.А. Выбор контролируемых параметров для исследования качества функционирования тепловоза /В. А. Михеев, Е. И. Сковородников // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2008. – № 1. – С. 206 – 209.

24.Макушев, Ю.П. Методика диагностики топливной аппаратуры дизеля по изменению давления на входе в форсунку и движения иглы / Ю. П. Макушев, Л.Ю. Михайлова, А. В. Филатов // Материалы Международной научно-практи- ческой конференции. – Пермь, 2012. – Т. 1. – С. 347 – 354.

25.Симсон, А.Э. Испытания тепловозных и судовых дизелей типа Д100 / А.Э. Симсон, Н.П. Синенко, Ф.М. Маляров [и др.]. – Москва : Машгиз, 1960. – 264 с.

26.Михайлова, Л.Ю. Датчик давления для осциллографирования хода иглы распылителя форсунки // Ориентированные фундаментальные прикладные исследования – основа модернизации и инновационного развития архитектурно– строительного и дорожно-транспортного комплексов России : материалы Всероссийской 65-й научно-технической конференции ФГБОУ ВПО «СибАДИ». – Омск, 2011. – Кн. 2. – С. 397 – 402.

27. Марденский, В.П. Топливная аппаратура судовых дизелей / В.П. Марденский. – 2-е изд. – Москва : Транспорт, 1973. – 168 с.

28. Михайлова, Л.Ю. Диагностика форсунки дизеля по анализу хода иглы и утечкам топлива / Л. Ю. Михайлова // Вестник инновационного евразийского университета. – Павлодар, 2011. – № 3 (43). – С. 99 – 105.

29. Волкова, Л.Ю. Совершенствование диагностирования технического состояния форсунок тепловозных дизелей : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.22.07/ Волкова Лариса Юрьевна. – Омск, 2014. – 19 с.

30. Химмотология : учебное пособие / Ю. П. Макушев, Л. Ю. Михайлова, А. В. Филатов. – Омск : СибАДИ, 2010. – 160 с.

31. Гуревич, Д.Ф. О роли зазора в распылителе / Д.Ф. Гуревич // Известия вузов. Машиностроение. – 1963. – № 8. – С. 81 – 85.

32. Левин, В.Г. Физико-техническая гидродинамика / В. Г. Левин. – Москва : Физматгиз, 1959. – 699 с.

33. Кутовой, В.А. Распыливание топлива дизельными форсунками / В.А. Кутовой. – Москва : Машиностроение, 1981. – 119 с.

34. Шалай, В.В. Расчет параметров струи впрыскиваемого жидкого окислителя / В. В. Шалай, Ю. П. Макушев // Омский научный вестник. – 2010. – №1 (87). – С. 66 – 71.

199

35. Алексеев, В.П. Физические основы процессов в камерах сгорания поршневых ДВС : учеб. пос. по курсу «Теория рабочих процессов комбинированных ДВС» / В. П. Алексеев, Д. Н. Вырубов. – Москва : МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1977. – 84 с.

36. Лышевский, А.С. Распыливание топлива в судовых двигателях/ А.С. Лышевский. – Ленинград : Судостроение, 1971. – 200 с.

37. Чугаев, Р.Р. Гидравлика (техническая механика жидкости) / Р. Р. Чугаев. – 3-е изд., доп. и испр. – Ленинград : Энергия, 1975. – 600 с.

38. Рабинович, Е.З. Гидравлика / Е. З. Рабинович, А. Е. Евгеньев. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва : Недра, 1987. – 225 с.

39.Макушев, Ю.П. Выбор эффективного проходного сечения распылителей и дифференциальной характеристики впрыска топлива для дизелей с цилиндровой мощностью до 250 кВт / Ю.П. Макушев, Л.Ю. Волкова // Омский научный вестник. – 2015.− № 2 (140). – С. 76 – 79.

40.Семенов, Н.Н. Развитие теории цепных реакций и теплового воспламенения / Н. Н. Семенов. – Москва : Знание, 1969. – 96 с.

41.Гаврилов, А.А. Продолжительность задержки воспламенения топливовоздушной смеси в поршневых двигателях / А.А. Гаврилов, А.Н. Гоц // Научный журнал. – 2014. – №6 (часть 4). – С. 703 – 708.

42.Лышевский, А.С. Распыливание топлива в судовых двигателях / А.С. Лышевский. – Ленинград : Судостроение, 1971. – 200 с.

43.Системы питания дизелей [Электронный ресурс] : монография /

Ю.П. Макушев, Л.Ю. Волкова, А.П. Жигадло. − Омск : СибАДИ, 2017. − URL: http://lib.sibadi.org/books/ed2228 (дата обращения: 14.10.2020).

44. Астахов, И.В. Подача и распыливание топлива в дизелях / И.В. Астахов, В.И. Трусов, А.С. Хачиян [и др.]. − Москва : Машиностроение, 1971. – 359 с.

45. Конкс, Г.А. Современные подходы к конструированию поршневых двигателей : учебное пособие / Г.А. Конкс, В.А. Лашко. − Москва : «Моркнига», 2009. – 388 с.

46. Интегральное и дифференциальное исчисления в приложении к технике : монография / Ю.П. Макушев, Т.А. Полякова, В.В. Рындин, Т.Т. Токтаганов; под ред. Ю.П. Макушева. − Павлодар : Кереку, 2013. − 330 с.

47.Мировое судовое дизелестроение. Концепции конструирования, анализ международного опыта : учебное пособие / Г.А. Конкс, В.А. Лашко. – Москва : Машиностроение, 2005. – 512 с.

48.Судовые дизельные установки. Системы автоматического регулирования : учебное пособие / Г.А. Конкс, В.А. Лашко. – Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та,

2011. – 462 с.

49.Современные подходы к конструированию поршневых двигателей : учебное пособие / Г.А. Конкс, В.А. Лашко. – Москва : «Моркнига», 2009. – 388 с.

50.История двигателестроения и введение в направление : практикум /

Ю.П. Макушев, А.Л. Иванов. Омск, СибАДИ, 2018. – 89 с. – URL: http:// bek.sibadi.org/fulltext/esd596.pdf (дата обращения: 13.10.2020).

51. ГОСТ 32510-2013. Топлива судовые. Технические условия : дата введ. 2015-01-01. – Москва : Межгосударственный Стандарт, 2015. – 17 с.

52. Макушев, Ю.П. Расчет основных параметров судового двухтактного крейцкопфного дизеля МAN B&W 6S60MC-C / Ю.П. Макушев, Л.Ю. Волкова. – Сборник материалов IV Международной научно-практической конференции. –

200