Анализ технологий обкатки ДВС с использованием автоматизации процесса обкатки, а, также, сравнительный анализ существующих автоматизированных стендов для обкатки двигателей позволяют сделать следующие выводы:
1. Особенность прямого измерения крутящего момента дизельного двигателя заключается в пульсирующем характере воздействия на средство измерения (динамометр). Пульсация силы вызывается рабочими циклами дизеля и крутильными колебаниями коленчатого вала. Особенно велико динамическое воздействие на устройство измерения при пусках и остановках дизеля.
2. Автоматизация процесса с использованием компьютерных технологий позволит значительно сократить время обкатки ДВС, повысить ее эффективность исключить «человеческий фактор» из процесса обкатки.
3. Зарубежные обкаточно-тормозные стенды и нагрузочные устройства дороги, сроки их поставки велики. Стенды и нагрузочные устройства не обеспечивают «холодную» обкатку двигателей, не проработаны вопросы энергосбережения стендов.
Анализ механических характеристик нагрузочных устройств, реализованных на различных физических принципах (рис.1), позволяет сделать вывод о возможности использования объемного гидропривода в качестве нагрузочного устройства при испытании ДВС [ 1 ], внешняя скоростная характеристика дизельного двигателя 3 вписывается в поле 1, ограниченное внешней характеристикой тормоза (контур 0АВСD).
1 – характеристика гидравлического тормоза; 2 – характеристика электрического тормоза; 3 – внешняя скоростная характеристика дизельного двигателя.
Рис.1 - Механические характеристики различных нагрузочных устройств и дизельного двигателя
Гидравлические тормоза весьма энергоемки, просты по конструкции и в свое время получили широкое распространение в практике стендовых испытаний двигателей. Поглощаемая гидравлическим тормозом энергия расходуется на совершение гидродинамической работы и работы трения (вращающегося ротора о жидкость). Одной из разновидностей гидравлических тормозов являются тормоза на основе объемного гидропривода.
Принцип действия объемного гидропривода основан на практической несжимаемости рабочей жидкости (высоком модуле объемного сжатия рабочей жидкости), использовании закона Паскаля и уравнения Бернулли, учитывающего течение реальной жидкости в гидросистеме.
Гидравлический объемный привод обеспечивает бесступенчатое регулирование скорости движения рабочих органов; надежно и просто защищается от перегрузок рабочих органов и двигателя; дает возможность широко применять стандартизованные и унифицированные узлы, что позволяет снизить себестоимость нагрузочного устройства, облегчает его эксплуатацию и ремонт.
Гидравлическая схема разработанного нагрузочного устройства для испытания дизельных двигателей на базе объемного гидропривода представлена на рисунке 2.
ЭД-электродвигатель, ДВС-двигатель внутреннего сгорания, НА-гидронасос нерегулируемый, М-гидромотор регулируемый, Кмотор-клапан нагрузочный для моторного режима, Кнасос-клапан нагрузочный для насосного режима, АТ-маслоохладитель, Ф-фильтр сливной
Рисунок 2 – Схема гидравлическая нагрузочного устройства
Нагрузочное устройство позволяет обкатывать дизельные двигатели в режимах «холодной» и «горячей» обкатки.
Режим «холодной» обкатки дизельного двигателя (моторный режим):
1. Перед запуском двигателя оба нагрузочных клапана К полностью открыты;
2. Нагрузочный клапан К для моторного режима настраивается на требуемые частоту вращения и давление, необходимые для вращения коленчатого вала дизельного двигателя. Рабочая жидкость от гидронасоса НА поступает к гидромотору М, который приводит во вращение коленчатый вал дизельного двигателя;
3. Регулирование частоты вращения вала гидромотора М, в диапазоне п = 0…1500 об/мин и более, осуществляется путем закрытия нагрузочного клапана К моторного режима и изменения рабочего объема гидромотора М при помощи маховика его регулятора.
Режим «горячей» обкатки дизельного двигателя:
1. Нагрузочный клапан К для моторного режима полностью открыт. Регулировкой нагрузочного клапана для насосного режима обеспечивается требуемая нагрузка на коленчатом валу дизельного двигателя.
2. Гидромотор М работает в режиме насоса;
3. Гидронасос НА и нагрузочный клапан К для моторного режима обеспечивают необходимую подпитку на всасывании гидромотора М.
Конструкция разработанного нагрузочного устройства показана на рисунке 3.
Рисунок 3 - Нагрузочное устройство для испытания ДВС
На рисунке 3 по сквозной нумерации обозначены:
1 – рама, конструктивно объединяющая детали и узлы нагрузочного блока,
2 – защитный кожух,
3 – коробка передач,
4 – трубопроводы для подачи масла в насосы из масляного бака,
5 – общий коллектор выходов масла,
6 – ручка переключения коробки передач,
7 – показывающее устройство температуры масла на выходе из насосов,
8 – блок индикации датчика момента, для отображения величины крутящего момента, частоты вращения и определения механической мощности,
9 – манометры давления масла на выходе каждого насоса,
10 – пульт управления,
11 – конструктивные элементы, используемые при закреплении испытываемых двигателей и агрегатов (поперечины),
12 – виброопоры,
13 – предохранительные клапаны,
14 – штурвалы для регулировки нагрузки испытываемого двигателя с помощью дросселей,
15 – масляные фильтры для очистки масла подаваемого из маслоохладителя в масляный бак,
16 – шаровые краны подачи масла из масляного бака в насосы,
17 – шаровой кран слива масла,
18 – коллектор охлаждённого масла подаваемого в масляный бак из маслоохладителя (подсоединён к верхнему патрубку маслоохладителя),
19 – трубопровод для подачи масла из нагрузочного блока в маслоохладитель,
20 – заливная горловина и заливной фильтр для масла,
21 – трубопровод дренажа и слива,
22 – крышка масляного бака,
23 – бак масляный,
24 – подставка масляного бака,
25 – маслоохладитель,
26 – агрегат насосный, содержащий два насоса,
27 – блок нагрузочный.
Изготовлен и испытан опытный образец нагрузочного устройства, который внедрен в ООО «Морские пропульсивные системы» (г.Санкт-Петербург) для испытания и сертификации морских дизельных силовых установок.
На рисунке 4 представлен общий вид разработанного нагрузочного устройства со стороны насосных агрегатов.
Рисунок 4 – Общий вид нагрузочного устройства со стороны насосных агрегатов
Библиографический список
- Гергенов С.М. Испытания автомобильных двигателей, часть 1, г.Улан-Удэ, Издательство ВСГТУ, с.64
- Алексеева Т.В., Галдин Н.С., Шерман Э.Б. Гидравлические машины и гидропривод мобильных машин. – Новосибирск: Изд-во НГУ, 1994. – 212 с.