книги из ГПНТБ / Багиров Д.Д. Двигатели внутреннего сгорания строительных и дорожных машин

Рис. 102. Нагрузочно-имита­ ционное устройство электриче­ ского стенда:

/ »— электродвигатель; 2 — цилин­ дрическая пара шестерен; 3 — чер­ вячная пара; 4 — кулачковая шай­ ба; 5 — рычаг; 6 — электрод

через цилиндрическую па­ ру шестерен и червячную пару приводится от электродвигателя, либо, от ко­ ленчатого вала испытуе­ мого двигателя. Скорость вращения шайбы, т. е. вре­ мя цикла нагрузки, регу­ лируются с помощью на­ бора сменных пар шесте­ рен. Нормальная работа имитационного устройства обеспечивается при под­ держании постоянной тем­ пературы раствора, нуж­ ной его концентрации и

уровня. Изменение загрузки двигателя осуществляется за счет изменения уровня раствора в баке реостата.

При использовании электрических тормозных стендов про­ грамма изменения крутящего момента или частоты вращения может вводиться в задающее устройство стенда в виде перфокарт или магнитной ленты, на которых записаны изменения соответ­ ствующих параметров, определенные во время эксплуатационных испытаний машины. Недостатком таких стендов является то, что при записи режима одновременно программируются и параметры двигателя, установленного на машине. Поэтому программу, запи­ санную для одного двигателя, нельзя использовать при испытании других.

В МАДИ создан стенд, лишенный этих недостатков [21]. На этом стенде с помощью аналоговой электронно-вычислительной машины моделируются условия работы двигателя, машины, внеш­ ние сопротивления, а параметры самого двигателя не программи­ руются. Стенд оборудован электрическим индукторным тормозом, индуктивной динамометрической муфтой и контрольно-измери­ тельными приборами. Если тормозной момент и момент инерции тормоза равны соответственно моменту сопротивления и приве­ денному моменту инерции машины, то работа двигателя на стенде и на машине аналогичны.

178

Рис. 103. Блок-схема моделиро­

3 — тормоз; 4 — тахогенератор; 5 —

тельная машина; 7—электромашин­ ный усилитель

Таким образом, решая совместно уравнение дви­ жения машины и вала тор­ моза, с помощью аналого­ вой машины можно опре­

делить текущее значение тормозного момента, необходимого для имитации работы двигателя на машине. В соответствии с рассчитан­ ным значением момента аналоговая машина подает импульс на уп­ равление индукторным тормозом. Учитывая, что изменение момента

ляется изменением тока в обмотке возбуждения индукторного тор­ моза с помощью электромашинного усилителя, на который посту­ пает сигнал с вычислительной машины, пропорциональный изме­ нению угловой скорости коленчатого вала.

Для имитации неустановившегося нагрузочного режима при­ меняют также и гидротормозы. В этом случае режим нагрузки изменяют различными устройствами, изменяющими расход воды через тормоз, например при помощи электрического реле, воздей­ ствующего на специальный клапан. Широко применяют механи­ ческие имитаторы с ленточными или колодочными тормозами, у ко­ торых затяжка изменяется во времени в соответствии с характе­ ром задаваемой нагрузки. Возможно совместное применение гид­ ротормоза, задающего определенный постоянный момент сопро­ тивления, и гидромеханического имитатора, обеспечивающего дополнительную нагрузку колебательного характера. При этом в гидромеханическом имитаторе могут бьцв использованы насосы уменьшенной мощности, однако будет ограничена и максимальная амплитуда колебаний нагрузки. Возможно применение механи­ ческого имитатора с гидротормозом, электрическим тормозом и другие сочетания.

Общим недостатком стендов с электрическими, гидравличе­ скими и механическими тормозами является наличие вращаю­ щихся деталей (роторов) со значительной массой. Большой момент

17»

инерции роторов не п озволяет резко изменять нагрузочны й реж им и ограничивает применение таки х устройств. Гидром еханический имитатор лиш ен этого недостатка.

1, Показатели, характеризующие’условия работы двигателей

Условия работы машины характеризуются температурой, влаж­ ностью, давлением окружающего воздуха, свойствами грунта, видом выполняемых операций и технологией их выполнения, ка­ чеством технического обслуживания, ремонта, материального снаб­ жения и т. п. Эти показатели периодически во время эксплуата­ ции машин точно фиксируют. Их определение часто не требует

определяют при помощи многократного периодического взятия проб воздуха (не менее шести серий) в зоне воздухозаборника в те­ чение всего периода эксплуатации двигателя при выполнении машиной различных технологических операций.

Для определения запыленности воздуха широко применяется аспирационный метод. С этой целью используют фильтры (напри­ мер, АФА-В-18), соединенные трубкой с насосом. Количество про­ текшего через фильтр воздуха определяют с помощью реометра, показывающего скорость движения воздуха за определенное время. Количество пыли определяют как разность массы фильтра до и после взятия пробы. После взвешивания'фильтр закрепляют в пат­ рон (алонж), устанавливают в зоне воздухозаборника и соединяют через реометр с насосом, создающим определенную скорость воз­ духа (как правило, расход воздуха составляет 15—20 л/мин). Одновременно с подключением фильтра включают секундомер. Взятие пробы прекращают при заметном потемнении фильтра. После просушивания фильтр взвешивают.

Концентрацию пыли в мг/м3 рассчитывают по следующему выражению:

180

и с помощью простейших приборов типа ударника ДорНИИ. Сум­ мирование ежедневных записей показателей, характеризующих условия работы машины, в течение достаточно продолжительного времени позволяет определить осредненные условия эксплуатации двигателей.

Б а л а н с в р е м е н и р а б о т ы д в и г а т е л я , опреде­ ляющий в основном напряженность его эксплуатации, может быть установлен путем осреднения результатов хронометража за не­ сколько смен работы машины. Хронометражем можно определить общее время работы двигателя за смену, время работы под нагруз­ кой и на холостом ходу, простои по организационным причинам и из-за технической неисправности двигателя и машины. Хрономе­ тражем определяют и распределение времени в технологическом цикле, т. е. время выполнения различных операций цикла. Не­ обходимость определения этого параметра связана с тем, что при выполнении различных операций даже за один технологический цикл загрузка двигателя изменяется в значительных пределах.

Распределение времени в технологическом цикле может быть определено также и при построении нагрузочной диаграммы дви­ гателя, т. е. при определении зависимости момента сопротивления от времени работы двигателя. Нагрузочная диаграмма опреде­ ляется тензометрированием.

К о л и ч е с т в о в к л ю ч е н и й р а з л и ч н ы х м е х а ­ н и з м о в м а ш и н ы влияет на значение загрузки двигателя и на динамичность характера его работы. Количество включений механизмов может быть определено прямым их подсчетом за опре­ деленное время работы и специальными счетчиками, например, электроимпульсными счетчиками СБШ/100, включенными в бор­

быть определено либо путем непосредственного подсчета их коли­ чества за смену, либо электроимпульсными счетчиками, связан­ ными с рычагом бендикса пускового двигателя или электростар­ тера.

Момент сопротивления может быть определен прямыми и кос­ венными методами. При определении момента прямыми методами его измеряют непосредственно на коленчатом валу двигателя либо на одном из валов трансмиссии. Крутящий момент на коленчатом валу может быть измерен тензометрированием. В этом случае тензодатчики наклеивают на шейке или щеке коленчатого вала по полумостовой схеме, как это показано на рис. 104. Для вывода проводов часто служат масляные отверстия в коленчатом валу. Для съема сигналов применяют токосъемные устройства различ­ ной конструкции.

181

Рис. 104. Схема подключения тензодатчи­ ков:

/ — рабочий датчик: 2 — компенсационный датчик; 3 — переменные сопротивления и конденсаторы для балансирования моста; 4 — источник питания; 5 — усилитель; 6 — шлей­ фовый осциллограф (или миллиамперметр)

Наибольшее применение нашли ртутные, струнные, индук­ ционные токосъемники. Сигналы от тензодатчиков через усилитель подаются на осциллограф. Применение этого метода, несмотря на высокую точность, сопряжено с большими техническими трудно­ стями, так как требует разборки двигателя. Существенные труд­ ности представляет также вывод проводов и установка токосъем­ ника. Поэтому значительно большее распространение получил метод тензометрирования какого-либо вала трансмиссии. Прин­ ципиальная схема измерения при этом аналогична схеме, показан­ ной выше. Однако точность замеров может оказаться ниже из-за упругих колебаний валов, пробуксовки муфты сцепления, влияния инерции вращающихся масс трансмиссии и т. п. На рис. 105 по­ казана установка токосъемника при испытании двигателя. Тари­ ровка датчиков при тензометрировании производится путем ста­ тического нагружения вала определенным моментом (тарированный груз на известном плече). При этом определяют изменение орди­ наты момента на ленте осциллографа.

Удобны бесконтактные датчики для измерения крутящего мо­ мента на коленчатом валу двигателя и на валах трансмиссии. В этом случае исключаются ненадежные токосъемники. Кроме того, при бесконтактном методе проще монтаж измерительного устройства, меньше объем разборочно-сборочных работ на двигателе. Приме­ нение магнитострикционных, индукционных, фотодатчиков для измерения крутящего момента широко известно.

Рис. 105. Установка токо­ съемника на карданном валу

182

Одним из наиболее перспективных методов является фазоим­ пульсный метод измерения крутящего момента при использовании бесконтактных датчиков. Он заключается в замере деформации (скручивания) вала под влиянием крутящего момента. В качестве источников импульсов используют генераторные датчики. Приме­ няются также и другие датчики, например фотосопоротивление, индукционные и т. д. На маховик и носок коленчатого вала уста­ навливают зубчатые диски. Импульсы создаются при вращении зубчатых дисков вблизи датчиков. При скручивании вала под дей­ ствием крутящего момента происходит сдвиг фаз импульсов. В пре­ делах упругих деформаций угол скручивания прямо пропорциона­ лен крутящему моменту, поэтому сдвиг фаз характеризует крутя­ щий момент. Импульсы от датчиков подаются на электронный ключ, а затем после усиления и преобразования в непрерывную форму сигнал, пропорциональный сдвигу фаз, поступает на реги­ стрирующий прибор (осциллограф). Одна из возможных электрон­ ных схем фазоимпульсного прибора приведена на рис. 106. Она включает а себя два генераторных датчика, инверторы для изме­ нения полярности импульсов, дифференцирующую цепочку и ин­ верторы для получения сигналов одинаковой полярности от перед­ него и заднего фронтов импульсов, схему «или», усилитель диффе­ ренцированных сигналов и электронный ключ.

Тарировка прибора может быть произведена при вращении вала и его скручивании с помощью тормозного устройства. Такая сложная тарировка является недостатком метода. Можно создать несложное тарировочное устройство, в котором скручивание вала имитируется, например, смещением одного из датчиков по каса­ тельной к диску с помощью микрометрического винта (рис. 107). Таким образом, прибор тарируется в условных единицах, а ре­ зультат в единицах момента может быть получен по известной формуле

м — I 1

183-

хорошие результаты при достаточно большом угле скручивания вала (не менее 0,5°). Если же валы машины не обладают достаточ­ ной упругостью, то легко выполнить специальные измерительные муфты с торсионным валиком, устанавливаемым между коленчатым валом и муфтой сцепления иди валами трансмиссии.

Широко известно применение месдоз (рис. 108), воспринима­ ющих реактивный момент двигателя. Для записи на ленту осцил­ лографа крутящего момента на месдозу наклеивают тензодатчики по полумостовой схеме. Вторую часть моста подключают в схему

усилителя.

Одним из косвенных методов измерения крутящего момента является его определение по положению рейки топливного насоса дизеля или дроссельной заслонки карбюраторного двигателя. Воз­ можность применения этого мето­ да основана на том, что регулятор устанавливает рейку насоса (дрос­ сельную заслонку) в соответствии

определенная зависимость. Эта зависимость может быть опреде­ лена путем соответствующей та­ рировки. В качестве датчика

Рис. 108. Установка для измерения кру­ тящего момента:

1 — демпфер; 2 — месдоза

184

Рис109. Установка реохордного датчика положения рейки топливного насоса

в этом случае используют реохордный датчик (рис. 109) или стандартный потенциометр. Могут быть применены и бескон­ тактные датчики, например индукционный. Положение рейки (дроссельной заслонки) записывается на ленту шлейфового осцил­ лографа или самопишущего милливольтметра. При резко неуста­ новившейся нагрузке из-за инерционности регулятора описанный метод измерения крутящего момента может привести к существен­

ным погрешностям.

При испытании двигателя на стенде с гидромеханическим ими­ тационным устройством крутящий момент пропорционален дав­ лению рабочей жидкости в системе имитатора. Это позволяет опре­ делять крутящий момент путем измерения давления, создаваемого насосами. Датчики давления при этом тарируют при работе стенда с одновременной записью крутящего момента любым из известных

методов.

Аналогично при применении на стенде электротормозного уст­ ройства крутящий момент может быть определен путем измерения электрических параметров генератора. .

При наличии на тормозном стенде весового устройства,, воспри­ нимающего реактивный момент двигателя, крутящий момент может быть измерен этим устройством.

2« Выходные показатели двигателей

Кроме показателей, характеризующих условия работы дви­ гателя, при проведении эксплуатационных и стендовых испытаний измеряют выходные показатели двигателя, зависящие как от ус­

ловий работы, так и от конструкции, качества изготовления и тех­ нического состояния двигателя.

Т е м п е р а т у р а д е т а л е й в значительной степени влия­ ет на протекание рабочего процесса в цилиндрах, отражается на работоспособности узлов двигателя. Поэтому при испытаниях дви­ гателей почти всегда определяют их тепловое состояние. Измере­ ние медленно изменяющейся температуры воды, масла, топлива, охлаждающего воздуха не представляет особых затруднений. При эксплуатационных испытаниях тепловое состояние двигателей обычно оценивают путем фиксации среднесменной температуры воды и масла штатными приборами, установленными на приборном щитке. В стендовых условиях для измерения этих параметров чаще всего используют термопары и термометры сопротивления.

Измерение температуры деталей двигателя производится, как правило, в стендовых условиях. Существует ряд методов опреде­ ления температуры деталей.

Максимальную температуру деталей определяют с помощью специальных термокрасок, поля твердости материала детали или специальных «свидетелей» — плавких вставок. Метод термокрасок позволяет определять температуру деталей в диапазоне 50—1500° с точностью не ниже 10° по изменению цвета краски при нагреве. Высокую точность замера позволяет получить метод, основанный на изменении твердости материала детали или специальных «ка­ леных» штифтов. Метод плавких вставок заключается в том, что в месте измерения в глухих отверстиях зачеканивают специальные вставки («свидетели»), имеющие различные температуры плавле­ ния, находящиеся в зоне предполагаемой рабочей температуры испытуемой детали. Температура детали определяется как среднее между температурами плавления самого «холодного» из невыпла­ вившихся и самого «горячего» из выплавившихся «свидетелей».

Мгновенные значения температур могут быть измерены с по­ мощью термопар. Широко применяют термопары из хромелькопеля с пределом измерения до 800° С, хромель-алюмеля (до 1100° С), а также медь-константана (до 500° С), железо-констан- тана (до 600° С), нихром-константана (до 900° С) и др. Не исклю­ чено применение и других материалов (платины, вольфрама и т.п.). С помощью термопар измеряют температуру воздуха, выпускных газов, деталей двигателя. При этом для измерения температуры движущихся деталей приходится применять различные иногда сложные токосъемные устройства. Температуру выпускных га­ зов, как правило, измеряют с помощью хромель-алюмелевых термопар.

С к о р о с т ь в р а щ е н и я к о л е н ч а т о г о в а л а определяют при любых испытаниях двигателя. Частоту вращения коленчатого вала чаще всего измеряют с помощью электрических тахогенераторов. Вал тахогенератора жестко связан с коленчатым валом. Ток, вырабатываемый тахогенератором, пропорционален скорости вращения коленчатого вала, которая при подключении

186