книги из ГПНТБ / Лихачев В.С. Испытания тракторов учеб. пособие

При испытаниях двигателей внутреннего сгорания и тракторов для измерения угловых скоростей широкое распространение по­ лучили электрические тахометры. Они обладают достаточно высо­ кой точностью (0,2—0,5%), имеют равномерную шкалу, надежны в работе, приспособлены для дистанционного измерения и позво­ ляют параллельно регистрировать угловую скорость на осцилло­ грамме.

Электрический тахометр состоит из датчика-тахометрического генератора, соединительных проводов и измерителя — тахометрического указателя.

Отечественная промышленность выпускает тахогенераторы: постоянного тока магнитоэлектрические (с постоянными магни­ тами); постоянного тока электродинамические с независимым воз­ буждением (с подмагничиванием от постороннего источника тока); переменного тока синхронные магнитоэлектрические; асинхрон­ ные с возбуждением от источника переменного тока (от сети). В измерительной практике применяют тахогенераторы магнито­ электрические постоянного тока и синхронные магнитоэлектри­ ческие переменного тока с последующим выпрямлением напря­ жения. Эти приборы проще по конструкции, надежны в работе, не требуют питания для электромагнитной системы и обеспечи­ вают достаточно мощный сигнал.

Тахоуказатели электрических тахометров представляют собой синхронно-реактивные электродвигатели, имеющие магнито­ электрическую связь с показывающим механизмом.

На рис. 62 показана схема электрического тахометра трехфаз­ ного переменного тока моделей ТЭ-45, ТЭ-204, ТЭ-205, ТЭ-206 и ТЭ-207. Тахометр ТЭ-204 предназначен для работы в диапазоне

600—3000 об/мин, ТЭ-206 — в диапазоне 1800—3000 об/мин, ТЭ-207

в диапазоне 3000—14000 об/мин. Скоростной диапазон определяется передаточным числом редуктора, встроенного в корпус тахогенератора. Тахометр ТЭ-45 взаимнозаменяем с тахометром ТЭ-204, но тахогенератор у первого тахометра рассчитан на работу одновременнно с двумя тахоуказателями, тогда как у второго — с одним тахоуказателем.

Тахогенератор тахометра типа ТЭ-204 (рис. 62) представляет собой трехфазный синхронный генератор с ротором 1 в виде коло­ колообразного постоянного магнита, который приводится в дви­ жение от испытываемого вала. Трехфазная обмотка 2 статора помещена внутри ротора.

Для работы в различном диапазоне частот вращения в корпус тахогенератора встроен редуктор (понижающий частоту вра­ щения ротора генератора относительно измеряемой) с переда­ точным числом для моделей ТЭ-204, ТЭ-205, ТЭ-206 и ТЭ-207

Рис. 63. Тахогенератор и тахоуказатель ТЭ-204

дохранения ротора генератора от динамических нагрузок при резких колебаниях угловой скорости вала. Тахогенератор раз­ вивает напряжение 10 В на каждые 1000 об/мин. В рабочем диа­ пазоне напряжение линейно зависит от угловой скорости.

Тахоуказатель представляет собой трехфазный синхронно­ реактивный электродвигатель. Трехфазный ток от тахогенератора создает в обмотках 3 статора двигателя (рис. 62) вращающееся магнитное поле, которое приводит во вращение ротор 4. Ротор состоит из двух частей: основного ротора с явно выраженными полюсами и вспомогательного короткозамкнутого с неявно выра­ женными полюсами.

На одном валу с ротором двигателя насажен второй ротор — постоянный магнит-звездочка 5. Вращаясь, он увлекает за собой чувствительный элемент 6, который закручивает возвратную пру­ жину (волосок) 7 и перемещает по циферблату стрелки указателя 9. Узел 8 является успокоителем.

93

§ 21. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА

Типовая методика испытаний двигателей внутреннего сгорания предусматривает определение часового расхода топлива путем измерения продолжительности расходования заданной для опыта порции топлива. Если расход топлива за опыт измеряют весовым способом, то его рассчитывают по формуле

опыт в г; Топ — продолжительность

опыта в с.

И з т о п л и д н о г о

чей топлива из банки во время опыта

Если расход топлива за опыт измеряют объемным способом, то

GT = 3y6 ^ p V кг/ч,

1ОП

где Won — расход топлива за опыт в см3;

— плотность топлива при температуре опыта в г/см3. Для измерения расхода топлива на весах требуются весы грузо­ подъемностью 10 кг и банка емкостью 5—8 л. Порог чувствитель­ ности весов должен быть около 2—3 г. При более высокой чув­ ствительности затрудняется наблюдение, особенно при больших расходах топлива, а более низкая чувствительность создает

неудобства при работе двигателя с малым расходом топлива.

100

Чтобы избежать погрешностей при измерении, банка на весах не должна соприкасаться с какими-либо предметами (трубками, шлангами и т. д.). Для надежной работы системы весы должны быть установлены несколько выше топливного насоса. Схема установки для измерения расхода топлива показана на рис. 64.

Чтобы избежать разлива топлива с весов на пол, на края чашки весов напаивают ободок высотой 1 см, в углу чашки просверли­ вают отверстие диаметром 4—5 мм. Топливо, попавшее на чашку весов при переливе, стекает в воронку под чашкой и по трубке отводится в емкость.

Для измерения расхода топлива по объему применяют мерные колбы и измерительные цилиндры (рис. 65). Их используют при испытании бензиновых двигателей, так как пользование открытыми емкостями на весах при работе с бензином не разрешается по условиям пожарной безопасности.

§ 22. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

При испытаниях двигателей необходимы приборы для измере­ ния температуры воды в радиаторе, масла в картере, топлива в мер­ ном бачке, отработавших газов, окружающего воздуха, нагретых деталей и т. д. Приборы для измерения температуры разделяют

на пять групп: термометры расширения (ртутные, спиртовые и др.), манометрические термометры, электрические термометры сопро­ тивления, термоэлектрические пирометры и пирометры излучения.

Из термометров расширения при испытаниях двигателей при­ меняют главным образом технические и лабораторные ртутные термометры с вложенной шкалой. Точность измерения лабора­ торными термометрами в зависимости от пределов шкалы колеб­ лется от 0,5 до 1° С, техническими — от 1 до 10° С.

При измерении температуры в сосудах или трубопроводах термометр вводят термобаллоном непосредственно в резервуар через уплотняющий штуцер (рис. 66, а) или устанавливают в сталь-

101

ной гильзе (рис. 66, б я в). Для уменьшения тепловой инерции зазоры в гильзе делают минимальными и заполняют маслом (для температур до 200° С) или медными опилками (для более высоких температур). Гильза должна омываться встречной струей жидко­ сти или газа.

Если термометр градуирован только при нагревании термо­ баллона (что указывается в паспорте и на обратной стороне шкалы), необходимо вносить поправку на искажение показаний за счет

нагревания столбика ртути окружающей средой, однако эта поправка незначительна и учитывается лишь при измерениях вы­ сокой точности.

Манометрические термометры являются дистанционными, по­ этому очень удобны, хотя и обладают пониженной точностью (до­ пустимая погрешность 2—3%). Термометр (рис. 67) состоит из трех основных частей: термобаллона 1, заполненного жидкостью или газом; бронированной капиллярной трубки 2 с внутренним диаметром 0,2—0,4 мм и манометра 3, градуированного в °С. Манометрические термометры изготовляют трех типов в зависи­ мости от заполняющего их вещества: жидкостные (ртуть для тем­ ператур от —30 до 550° С, ксилол — для температур от —40 до 400° С, метил-алькоголь — для температур от —40 до 158° С), паровые (эфиры для температур до 100° С, спирт для температур до 200° С) и газовые (азот, гелий для температур от 100 до 300° С).

Термоэлектрический пирометр (рис. 68) состоит из трех частей: датчика генераторного типа — термопары, соединительных (ком­ пенсационных ) проводов и измерителя-милливольтметра. Термо-

102

пара представляет собой два проводника из различных металлов, изолированных один от другого фарфоровыми бусами; одни концы проводников спаяны (горячий спай /), а другие присоединены к милливольтметру 6. При нагревании спая возникает электро­ движущая сила, которая является функцией разности температур горячего спая и холодных концов термопары (холодный спай 2 и 3), присоединенных компенсационными проводами 4 и 5 к милливольт­ метру.

Показания милливольтметра зависят от температуры холод­ ного спая, поэтому необходимо чтобы последний всегда имел одну и ту же температуру. Милливольтметры тарируют обычно

включением параллельно гальванометру между концами провод­ ников термопары (на рис. 68 между точками 2 и 3) большого шунтирующего сопротивления, которое монтируют в головке тер­ мопары.

При больших колебаниях температур в месте установки милли­ вольтметра, а также при требованиях повышенной точности изме­ рений, прибегают к автоматической компенсации температурной погрешности холодных спаев термопары с помощью мостовой схемы, смонтированной в специальной коробке и питаемой стаби­ лизированным постоянным напряжением (рис. 69). В качестве чувствительного элемента в схему включают медное сопротивление. При этом нельзя изменять полярность питающего напряжения против той полярности, с которой производилась калибровка чувствительного элемента.

При пользовании термопарой следует наиболее внимательно анализировать источники погрешностей и устранять или учиты­

Так как милливольтметр устанавливают на некотором расстоя­ нии от термопары, то ее холодные концы соединяют с гальвано­ метром компенсационными проводами из того же материала, а для

103

термопар из благородных металлов — из материала, имеющего одинаковые термоэлектрические свойства с материалом термопары.

Для придания термопарам механической и термической проч­ ности их заключают в фарфоровые (для высокой температуры) или стальные оболочки. При измерении температуры быстроменяющихся процессов применяют незащищенные термопары с целью уменьшения их тепловой инерции.

Термопары из благородных металлов имеют толщину провода 0,5 мм, из других металлов— 1,5—3,0 мм. Для точных измере­ ний температуры быстроменяющихся процессов применяют более тонкую проволоку диаметром, равным сотым долям миллиметра.

Для установки термопар в трубопроводах и резервуарах дей­ ствительны те же правила, что и для установки термометров.

При испытаниях двигателей термопары применяют для изме­ рения температуры отработавших газов, температуры нагретых деталей двигателя и других объектов. Для измерения температуры нагретых деталей термопары укладывают на деталь и в месте укладки укрывают теплоизоляционным материалом. Иногда для этой цели применяют специальные термопары с припаянной к го­ рячему спаю металлической контактной пластинкой, или горячий спай приваривают к детали каплей стекла.

Для специальных целей термопары изготовляют сами экспери­ ментаторы, спаивая проводники паяльной трубкой на пламени

Их применяют в качестве дистанционных и контактных термо­ метров, а также для измерения температур в труднодоступных местах. Пределы измерения полупроводниковыми термометрами сопротивления — от—60 до +180° С, чем они выгодно отличаются от термопар, которые при измерении температур ниже 100° С дают повышенную погрешность.

Чувствительный элемент (датчик) полупроводникового термо­ метра сопротивления — термистор изготовляется из окислов меди и марганца. Термисторы имеют небольшие размеры (2—6 мм) и обладают высокой чувствительностью. Недостатком их является хрупкость и неприспособленность из-за этого для работы в усло­ виях вибраций. Действие термистора основано на том, что при изменении температуры изменяется электропроводность полу­ проводников. При повышении температуры на 1° С электропро­ водность полупроводника изменяется на 3—6%, при повышении на 100° С — в 50 раз.

При измерении температуры термистор включают в мостовую схему в качестве одного из плеч моста. В одну диагональ моста включается питание от батареи напряжением 3,5 В, в другую — микроамперметр, градуированный в градусах Цельсия, или реги­ стратор. Большое электрическое сопротивление термисторов (1000—200 000 Ом) позволяет пренебрегать сопротивлением под­

104

водящих проводов. Это свойство термистора, наряду с его высокой чувствительностью при низких температурах, используют для компенсации температуры холодного спая при работе с термо­ парами. В этом случае холодный спай термопары закрепляют на алюминиевой пластинке, температуру которой измеряют терми­ стором. Микроамперметр мостовой схемы термистора включают последовательно в цепь термопары; таким образом автоматически учитывается изменение температуры холодного спая.

Недостатком термистора является экспоненциальная нелиней­ ность его температурной характеристики R = / (/).

При испытаниях двигателей используют термисторы ММТ-4,

проводниковые диоды и транзисторы. Они имеют прямолинейную характеристику и достаточно чувствительны к изменениям тем­ пературы. Германиевые диоды, например, при постоянном значе­ нии пропускаемого тока на каждые 10° С изменения температуры

ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Для характеристики работы тракторного двигателя важно иметь средства для объективной оценки дымности выпуска отрабо­ тавших газов. Из значительного числа устройств для этой цели наиболее приемлем фотоэлектрический дымомер (рис. 70).

Через трубу 3 с помощью вентилятора 5, приводимого в дей­ ствие электродвигателем 6 типа МЭ-5 напряжением 12 В, проса­ сываются отработавшие газы, отбираемые от выпускной трубы испытываемого двигателя. Лампочка 1 (36 Вт, 12 В), установлен­

дымности газов в трубе зависят освещенность фотоэлемента и, следовательно, показания микроамперметра. Для продувки трубы дымомера трехходовой кран переключают в положение II. Стекла 2 защищают фотоэлемент и лампочку.

Дымомер подобного типа может быть установлен и непосред­ ственно на трубу, отводящую отработавшие газы от двигателя.

При тарировке прибора показание микроамперметра при пол­ ном свете и чистом воздухе принимают за нуль, показание при выключенном свете — за 100% дымности. Шкалу от 0 до 100% разбивают на 10 частей.

В ряде случаев возникает необходимость определения угла опережения впрыска топлива на работающем двигателе. Для этой

105

цели используют моментоскопы. Датчик моментоскопа представ­ ляет собой прерыватель, который устанавливается на форсунку и действует при подъеме иглы форсунки с помощью выведенного наружу толкателя. Указателем служит вращающийся разрядник, приводимый от носка коленчатого вала двигателя или от валика топливного насоса.

Успешно используют стробоскопическую схему, подобную схеме моментоскопа стенда СДТА-1 для регулировки дизельной

передачу с рейкой. Номенклатура и типы приборов зависят от задач и методики

испытаний и могут в значительной степени изменяться в процессе совершенствования техники испытаний.§

§ 24. ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОПЫТОМ

С целью сокращения количества персонала, участвующего в испытаниях, и повышения точности результатов испытаний в лабораториях по испытанию двигателей используют устройства для централизованного управления опытом. При использовании измерительно-информационных систем с выдачей результатов из­ мерения в обработанном виде на печать, устройство централизо­ ванного управления опытом входит в систему в качестве ее состав­ ной части.

В устройствах централизованного управления опытом про­ грамма опыта задается, как обычно, по расходу заданной навески топлива. Для этого на шкале весов устанавливают индуктивные, индукционные или фотоэлектрические датчики с интервалом задан­ ной навески (100, 200, 300, 500 г). При прохождении мимо них стрелки весов датчики подают сигналы начала и конца опыта. Эти сигналы управляют системой реле, включающих и выключающих

106_