lab_zad-2004-2

3.Увеличивая нагрузку с интервалом 0,23 Ме вплоть до номинального числа оборотов, каждый раз производить запись показаний приборов (регуляторная часть характеристики).

4.На регулировочной ветви нагрузку дизеля повышать, ориентируясь по скоростному режиму (примерно 100 об/мин).

Снимая регуляторную ветвь характеристики, зафиксировать режим максимального крутящего момента (Ме max).

Для того, чтобы не перегреть дизель на режимах регуляторной ветви, замеры и установку режимов производить возможно быстрее.

Полученные результаты занести в журнал испытаний:

Провести анализ полученных характеристик.

На основании полученных данных рассчитать следующие показатели дизеля:

1. Степень неравномерности регулятора:

где nMдmax – частота вращения при максималином моменте дизеля.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется скоростной характеристикой?

61

2.Почему на дизелях необходимо устанавливать регулятор частоты вращения и что он обеспечивает?

3.Что понимается под устойчивостью режима работы двигателя?

4.В чём отличие всережимного регулятора от двухрежимного?

5.Для чего осуществляют прямую коррекцию подачи топлива?

6.Что называется коэффициентом запаса крутящего момента?

7.Для чего осуществляют обратную коррекцию подачи топлива?

8.Каковы условия определения внешней и частичной скоростных характеристик?

9.Объясните характер изменения по внешней скоростной характеристике коэффициента наполнения, коэффициента избытка воздуха, индикаторного и механического к.п.д.

10.Чем определяется повышение и снижение Ме(Ре) при уменьшении частоты вращения по внешней скоростной характеристике?

11.Чем объясняется характер изменения эффективной мощности и удельного эффективного расхода топлива по внешней скоростной характеристике и регуляторной ветви?

12.Расскажите о способе определения внешней скоростной характеристики с регуляторной ветвью.

13.Чем объясняется резкий перегиб всех кривых регуляторной характеристики в точке, соответствующей номинальному режиму?

14.За счет чего при уменьшении оборотов растет крутящий момент дизеля?

62

4.5. Снятие характеристики холостого хода тракторного дизеля

Цель работы: освоить методы экспериментального определения оптимальных показателей работы двигателя на холостом ходу.

Задачи работы:

1.Снятие характеристики холостого хода дизеля 2.Проведение анализа полученной характеристики

3. Построение характеристики холостого хода дизеля Gт f 1 n . 4.Построение характеристики изменения коэффициента наполнения

дизеля v f 2 n .

5.Определение минимально устойчивой частоты вращения. 6.Определение минимального расхода топлива на холостом ходу

дизеля.

7.Определение максимального значения коэффициента наполнения и частоты вращения при достижении максимального наполнения цилиндров.

Характеристика холостого хода представляет собой зависимость от частоты вращения показателей двигателя (в первую очередь расхода топлива) при работе без внешней нагрузки (см. рис.4.10). Характеристика холостого хода определяется от минимальной устойчивой частоты вращения до частоты вращения, обычно равной половине от номинальной или до максимальной либо до максимальной частоты холостого хода. Частота вращения при получении этой характеристики изменяется у дизеля перемещением рейки топливного насоса.

Рис. 4.10. Пример характеристики холостого хода

63

Наиболее важна эта характеристика для двигателей, которые значительную долю времени эксплуатации работают на режиме холостого хода (транспортные двигатели, эксплуатируемые в городах; двигатели, эксплуатируемые в условиях Крайнего Севера, и т. д.), так как позволяет оценить непроизводительные затраты топлива, оказывающие заметное влияние на эксплуатационную экономичность двигателя. При холостом ходе pi = рм.п. и увеличивается с ростом частоты вращения.

Часовой расход топлива при холостом ходе

где A7 = 120 Vhi/(Hu ),

рм.п - - давление механических потерь, n – частота вращения,

I – индикаторный к.п.д. Vhi – литраж двигателя,

Hu – низшая теплота сгорания топлива,

- тактность двигателя.

Из формулы следует, что выгодно уменьшать минимальную частоту вращения холостого хода. Важное значение для уменьшения непроизводительных затрат топлива имеет тепловой режим двигателя. При повышении температуры воды и масла, например, из-за отключения вентилятора, уменьшается pм.п и растет индикаторный к. п. д. при работе на режиме холостого хода. В результате снижается Gт.

Определить минимальную частоту вращения дизеля можно, учитывая следующие факторы:

-расход топлива, чем ниже частота вращения, тем ниже расход топлива;

-температурный режим деталей двигателя, при понижении нагрузки на двигатель до минимальной происходит уменьшение температуры деталей двигателя, в том числе гильзы цилиндра и поршня. Поскольку поршни современных дизелей изготавливают из аллюминиевых сплавов, а гильзы из чугуна или стали, то из-за остывания этих деталей происходит увеличение зазора в их сопряжении. В этот зазор устремляется масло из картера. Маслосъемные кольца не справляются с таким слоем и пропускают часть масла в камеру сгорания, что приводит к дымлению на холостом ходу.

-давление масла в системе смазки, с понижением частоты вращения двигателя падает расход масла в системе смазки. Это приводит к понижению давления в этой системе и повышению вероятности соприкосновения шеек коленвала с вкладышами.

-амплитуды крутильных колебаний, при значительном снижении частоты вращения работа коленвала будет происходить в зоне частот вращения, где наблюдается повышенная амплитуда крутильных колебаний или даже резонанс этих колебаний (крутильные колебания – это колебания при осевом скручивании колен коленчатого вала из-за чередования приложения тангенциальных сил, воздействующих на кривошип к

64

различным коленам вала). При том условии, что частота вращения коленвала двигателя совпадает с его резонансной частотой, даже при минимальных нагрузках на коленчатый вал может произойти его разрушение.

Порядок снятия характеристики холостого хода

1.Прогреть двигатель до нормального теплового состояния.

2.При отсутствии нагрузки установить максимальную подачу топлива, при этом двигатель будет развивать максимальные обороты холостого хода.

3.Провести замер показателей, указанных в журнале испытаний.

4.Уменьшить подачу топлива так, чтобы частота вращения снизилась на величину 100 мин-1 и повторить измерения.

5.Снятие характеристики закончить при достижении минимально устойчивых оборотов холостого хода.

По полученным данным построим следующие графики:

Gт f 1 n ; v f 2 n , = f3(n)

Произвести анализ полученных зависимостей.

Вопросы для самоконтроля:

1.От чего зависит крутизна кривой изменения часового расхода в функции частоты вращения коленчатого вала?

2.Какое значение имеет коэффициент избытка воздуха при минимальной частоте вращения холостого хода?

3.Какими факторами обусловлен выбор минимальной частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу?

4.Какое устройство определяет максимальную частоту холостого хода дизеля.

5.Расскажите методику снятия характеристики холостого хода.

65

4.6.Обработка индикаторной диаграммы, определение среднего индикаторного давления и показателя политроп сжатия и расширения

Цель работы: получение навыков обработки индикаторных диаграмм.

Задачи работы:

1.Снятие индикаторной диаграммы дизеля 2.Проведение анализа полученной диаграммы

3.Определение среднего индикаторного давления и показателя политроп сжатия и расширения.

Индицирование двигателя и методика обработки индикаторных диаграмм

Индицированием называются процессы, связанные с записью быстроменяющихся давлений в цилиндрах, каналах и внутренних полостях двигателей, например в трубопроводах системы питания дизелей, картерной полости и др. В применении к цилиндрам двигателя такие записи называются индикаторными диаграммами, представляющими собой зависимости P = f(n) или Р = f(V).Индикаторные диаграммы позволяют с наибольшей надежностью определять среднее индикаторное давление Рi, по которому легко подсчитать индикаторную мощность двигателя. По индикаторной диаграмме можно также определить следующие параметры рабочего цикла двигателя: фазы и длительность процесса сгорания, скорость нарастания давления, динамику тепловыделения, максимальное давление газов в цилиндре двигателя, показатели политроп сжатия и расширения и др.

Для получения индикаторных диаграмм применяют специальные приборы, называемые индикаторами. Существуют различные индикаторы, которые подразделяются на две основные группы: индикаторы, позволяющие получать диаграммы за каждый отдельный рабочий цикл - электрические индикаторы и индикаторы, дающие многоцикловые диаграммы, показывающие изменение давления за несколько сотен наложенных друг на друга циклов - стробоскопические (пневмоэлектрические) индикаторы. Каждый из указанных типов индикаторов имеет свои особенности.

Одноцикловая диаграмма представляет собой исключительные преимущества при изучении характера протекания процесса и отдельных его участках. Однако, при определении суммарных показателей (мощность, к.п.д.), которые по своей природе являются осредненными величинами, определенные удобства представляет многоцикловая диаграмма.

66

К индикаторам, записывающим многоцикловые диаграммы, относятся пневмоэлектрические индикаторы с электроконтактными датчиками давления, представителем которых является индикатор МАИ-2.

Пневмоэлектрический индикатор МАИ-2 предназначен для индицирования поршневых машин с частотой вращения коленчатого вала до 4000 мин-1 и изменением давления в пределах от 0,002 до 12,0 МПа.

Индикатор имеет два канала записи, которые могут использоваться как раздельно, так и одновременно.

Конструкцией индикатора предусмотрена возможность наносить на индикаторную диаграмму базовые отметки, как то: в.м.т. и н.м.т., атмосферную линию, линию тарировки давления, момент подачи искры или момент начала подачи топлива в дизелях. Схема индикатора приведена на рис. 4.11. Индикатор состоит из трех частей: датчика давления, устанавливаемого в головке цилиндра двигателя 10, записывающего устройства и тиратронного преобразователя 1.

Датчик давления имеет две полости, разделенные мембраной 11. Нижняя полость сообщается с полостью цилиндра двигателя 10, а в верхнюю по трубопроводу.15 из баллона 17 подается сжатый воздух. Его давление является контролируемой величиной, которая измеряется манометром 13 и может регулироваться вентилями 16 и 14.

Рис 4.11. Схема работы индикатор:1-тиратронный преобразователь, 2-барабан для записи, 3-кулачковая муфта, 4-игла-электрод, 5-пружина, 6-плунжер, 7-гильза, 8- штуцер, 9-расширительный бачок, 10-камера сгорания, 11-мембрана индикатора, 12электрод, 13-манометр, 14-вентиль для сброса давления, 15-трубопровод, 16расходный вентиль, 17-баллон со сжатым воздухом.

В верхней полости датчика установлен изолированный электрод 12, замыкаемый мембраной на массу при небольшом прогибе ее вверх от среднего положения.

Записывающее устройство состоит из барабана 2, связанного жестко через кулачковую муфту 3 с коленчатым валом двигателя, ж системы, фиксирующей величину контрольного давления воздуха.

Воздух по ответвлению трубопровода 15 поступает в расширительный бачок 9, где его давление передается жидкости (маслу) и

67

через пустотелый штуцер 8 в гильзу 7 плунжера 6. Смещению плунжера вдоль образующей барабана 2 препятствует сменная пружина 5. Плунжер 6 жестко связан с разрядником, изолированная игла 4 которого одним концом касается токосъемной шины, другой конец иглы находится вблизи поверхности барабана 2.

Описанное устройство по существу является поршневым пружинным манометром. Каждому значению контрольного давления воздуха будет соответствовать определенное положение разрядника. С помощью пружины 8 (меняя их) можно изменять масштаб регистрации давлений. Так как барабан 2 в период индицирования жестко связан с коленчатым валом двигателя, то другой координатой индикаторной диаграммы будет угол поворота коленчатого вала. Таким образом, индикатор МАИ-2 записывает развернутые индикаторные диаграммы в

координатах Р- .

Для уменьшения влияния трения на точность работы измерительного механизма гильза 7 при помощи системы шестерен и червячной передачи приводится во вращение от вала барабана 2.

Электрод датчика давления 12 соединен с тиратронным преобразователем 1, который при замыкании и размыкании электрода усиливает электрические импульсы и трансформирует их в высокое напряжение 14 ... 18 кВ. Высокое напряжение, поступающее от тиратронного преобразователя 1, подается на разрядник 4. Между разрядником и барабаном в момент подачи импульса происходит искровой разряд. Для фиксации этого момента на барабане закрепляется электропроводная бумага, на которой искровой разряд оставляет черную точку.

Принцип работы индикатора

Индикатор работает следующим образом. В верхнюю полость датчика давления подается сжатый воздух из пневматической системы индикатора. Поскольку зазор между мембраной 11, находящейся в нейтральном положении, и электродом 12 очень мал (0,02 - 0,03 мм), то

при небольшом избытке давления газов в цилиндре двигателя ( Рдв = 15 ...

20 мм рт.ст.) мембрана будет касаться электрода и замыкать электрическую цепь. При равенстве или избытке давления над мембраной электрическая цепь будет разомкнута.

Во многих случаях избыточным давлением можно пренебречь и считать, что разрыв или замыкание электрической цепи происходит в момент равенства давлений в цилиндре двигателя и в пневматической системе индикатора.

При индицировании двигателя давление над мембраной датчика плавно повышают путем подачи сжатого воздуха из баллона 17. В момент, когда давление в цилиндре двигатели совпадает с давлением над мембраной, замыкается электрод 12 на массу и возникает электрический импульс, который подается на тиратронный преобразователь. Так как скорость изменения давления сжатого воздуха в датчике несоизмеримо

68

меньше скорости изменения давленая в цилиндре двигателя, в каждом цикле лишь две точки соответствует совпадению давления в цилиндре с давлением воздуха в датчике: одна точка на линии повышения давления, другая - на линии его понижения. Очевидно также, что в каждом последующем цикле это совпадение будет происходить при другой величине давления воздуха в датчике. Одновременно разрядник 4 регистрирующего устройства перемещается вдоль образующей барабана 2 пропорционально величине изменения давления воздуха в пневматической системе индикатора. В результате на регистрационной бумаге получают серию точек, образующих непрерывную линию изменения давления газов в цилиндре двигателя.

Общий вид индикаторной диаграммы с отметками, линиями тарировки и осреднением линии нарастания давления приведен на рис. 4.12.

Значительный разброс точек на линии нарастания давления объясняется невоспроизводимостью процесса сгорания в различных циклах и требует осреднения линии нарастания давления.

Обработка индикаторной диаграммы

Наиболее распространенным методом определения среднего индикаторного давления Pi является определение его по индикаторной диаграмме в координатах Р - V.

Менее трудоемким и более точным методом определения Pi

непосредственно по индикаторной диаграмме, снятой в координатах Р - без ее свертывания, является метод гармонического анализа с неравным шагом.

Рис. 4.12 Пример индикаторной диаграммы

Последовательность работы по определению Pi этим методом сводится к следующему:

1. На развернутую индикаторную диаграмму наклеивается шаблон и

измеряется высота ординат h мм через 10 угла поворота коленчатого вала. ВМТ индикаторной диаграммы совмещается с нулевой ординатой

69

шаблона. Значения ординат заносятся в соответствующий столбец таблицы 4.1. Для определения давлений высота ординат умножается на

масштаб пружины индикатора п [МПа/мм].

P = h п

(значение п = 0,878 МПа/мм). Значения давлений заносятся в таблицу 4.1. 2. Производится построение осей координат свернутой

индикаторной диаграммы.

Для этого из таблицы 2 выбираются значения перемещений поршня соответствующие определенному углу поворота коленчатого вала (0 …

180 ) и откладываются на оси абсцисс (на миллиметровой бумаге). Из этих точек проводятся вертикальные прямые.

Высоту оси ординат выбирают исходя из масштаба давления,

который можно принять равным р = 0,05 МПа/ мм.

3. Производится построение свернутой индикаторной диаграммы. По координатной сетке согласно таблице 4.4 откладываются значения давлений, соответствующих определенным значениям перемещениям поршня. Полученные точки соединяются плавными кривыми.

4.Определение среднего индикаторного давления.

Для определения Рi проводится замер площади, ограниченной линиями сжатия и расширения, т.е. площади индикаторной диаграммы. Эта площадь определяется путем подсчета числа квадратиков определенной

где F – площадь индикаторной диаграммы в мм2;

l – длина индикаторной диаграммы (ход поршня) в мм 5.Определение показателей политроп сжатия и расширения.

Средние показатели политроп сжатия и расширения определяются из выражений:

где P1, V1, P2, V2 – давления и объемы, соответствующие моментам закрытия впускного клапана и началу видимого сгорания;

P’1, V’1, P’2, V’2 – давления и объемы, соответствующие моментам конца видимого горения и началу открытия выпускного клапана.

70