ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ СТАРТЕРОВ Российский патент 1997 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к испытательным стендам для пусковых двигателей и конкретно касается испытательного стенда для стартера, в частности для стартера двигателя внутреннего сгорания.

Чтобы испытания двигателей такого типа были действительно достоверными и надежными, испытуемый двигатель необходимо сначала вращать со скоростью примерно 1300 об/мин в течение короткого периода времени, обычно 1с, при этом указанный двигатель тормозится с максимальным тормозным моментом. Испытание затем воспроизводится в течение очень короткого периода (обычно 0,5 с), так называемое явление разноса, которое в итоге определяет момент запуска двигателя внутреннего сгорания, тем самым предопределяя ситуацию, в которой шестерня стартера из приводного элемента функционально переходит в состояние элемента свободного хода. Это доводит обороты шестерни стартера с 1300 до, например, 20000 об/мин.

Известен, в частности, испытательный стенд для стартеров двигателей внутреннего сгорания (SU, A, 1780065), содержащий по меньшей мере одно тело, установленное с возможностью вращения вокруг своей оси симметрии, приспособленное для подсоединения к нему по меньшей мере одного испытываемого двигателя с возможностью передачи вращения, тормозное устройство, установленное с возможностью обеспечения тормозящего воздействия на вращающееся тело, испытательный двигатель, установленный с возможностью сообщения вращающемуся телу заданной скорости вращения, и муфту сцепления, установленную с возможностью обеспечения в одном ее положении режима передачи тормозящего воздействия на испытываемый двигатель и во втором своем положении режима передачи момента вращения от испытательного двигателя к испытываемому.

В известном испытательном стенде тормозное устройство расположено между испытываемым двигателем и телом вращения на одном валу с ними, при этом вал тела вращения, с другой стороны, соединен посредством муфты сцепления с валом малоинерционного испытательного двигателя.

В описанном выше, так же как и в других известных и используемых в настоящее время в автомобильной промышленности испытательных стендах, как начальное торможение с максимальным моментом, так и последующее действие (моделирование так называемого разноса) выполняются электродвигателем, действующим также в качестве динамотормоза. Тормозная функция влечет за собой чрезмерные габариты этого электродвигателя и в результате к высокой его инерционности, а потому к ограничениям фактической скорости в пусковом режиме, моделирующем разнос. Кроме того, в случае применения электродвигателя, который работает также в качестве динамотормоза, невозможно произвести пуск с помощью двигателя, уже заторможенного в ходе испытания (в соответствии с заданными условиями это желательно смоделировать во время испытания). Наоборот, испытываемый двигатель первоначально находится в режиме холостого хода и при этом коротко замкнут динамотормозом после всего лишь двухсекундного вращения со скоростью 1300 об/мин, в то время как функция разноса еще только моделируется упомянутым динамотормозом, действующим в качестве электродвигателя, в промежуток времени, составляющий примерно 1,5 с вместо 0,5 с, как это соответствует условиям эксплуатации транспортного средства, предположительно воспроизводимого в ходе испытания.

В основу изобретения положена задача создать испытательный стенд для стартеров, который устранил бы недостатки технических решений, соответствующих предшествующему уровню развития техники, и позволял бы точно воспроизвести пуск с электродвигателем, заторможенным максимальным тормозным моментом, и затем быстро увеличить скорость вращения во время так называемого разноса.

Поставленная задача решается тем, что в испытательном стенде для стартеров, в частности для стартеров двигателей внутреннего сгорания, содержащем по меньшей мере одно тело, установленное с возможностью вращения вокруг своей оси симметрии, приспособленное для подсоединения к нему по меньшей мере одного испытываемого двигателя с возможностью передачи вращения, тормозное устройство, установленное с возможностью обеспечения тормозящего воздействия на вращающееся тело, испытательный двигатель, установленный с возможностью сообщения вращающемуся телу заданной скорости вращения, и муфту сцепления, установленную с возможностью обеспечения в одном ее положении режима передачи тормозящего воздействия на испытываемый двигатель и во втором своем положении режима передачи момента вращения от испытательного двигателя к испытываемому, согласно изобретению, муфта сцепления установлена между вращающимся телом и тормозным средством, а режим передачи момента вращения от испытательного двигателя к испытываемому осуществляется посредством тела вращения.

Желательно вращающееся тело выполнить с возможностью подключения к нему двух или более испытываемых двигателей. При этом целесообразно вращающееся тело выполнить в виде ротора, оснащенного зубчатым венцом. Предпочтительно ротор выполнить с возможностью воспроизведения по существу характеристик маховика двигателя внутреннего сгорания.

Возможно стенд оснастить опорными элементами для установки на них испытываемых двигателей во время испытания, при этом опорные элементы желательно выполнить с возможностью регулировки их положения по двум взаимно перпендикулярным осям относительно вращающегося тела.

Предпочтительно стенд оснастить средством охлаждения испытываемых двигателей в конце испытания.

Возможно средство охлаждения выполнить включающим в себя источник сжатого воздуха, оснащенный трубопроводом, выходное отверстие которого расположено вблизи испытываемого двигателя.

Возможно также, чтобы тормозное средство представляло собой динамометрический тормоз. При этом целесообразно в качестве тормозного средства использовать фрикционный тормоз.

Предпочтительным вариантом является выполнение стенда, содержащим два вращающихся тела-ротора, две муфты сцепления, два испытательных двигателя, при этом тормоз должен быть снабжен двумя выходными валами, связанными каждый с соответствующим вращающимся телом.

При этом, используя стенд, возможно одновременно проводить испытания четырех идентичных или двух пар идентичных электродвигателей, причем они последовательно подвергаются пусковому испытанию и моделированному разносу.

Целесообразно, кроме того, в качестве муфты сцепления использовать по меньшей мере одну электромагнитную муфту, а испытательный двигатель оснастить средством торможения, выполненным с возможностью торможения вращающегося тела в конце испытательного цикла.

Малоинерционный двигатель, снабженный тормозом, дает благоприятную возможность остановить систему в течение короткого периода времени в конце испытания на разнос.

Данное изобретение предусматривает использование средства охлаждения сжатым воздухом, что позволяет сократить время охлаждения коллекторов испытываемых электродвигателей соответственно, также общее время, необходимое для испытания с возможностью сравнения четырех электродвигателей, сгруппированных в две пары с идентичными характеристиками. Испытываемый электродвигатель при запуске блокируется и поэтому тормозится в течение определенного заданного промежутка времени, в то же время осуществляется разнос без каких-либо особых ограничений по скорости (например, в течение 0,5 с), поскольку эта операция выполняется низкоинерционным двигателем (и соединенной с ним системы).

Следовательно, при использовании стенда становится возможным проводить испытательные циклы в сжатые сроки, максимально сократив простои. Кроме того, испытываемые электродвигатели становятся в условия реальной эксплуатации, поскольку разнос выполняется в течение требуемого времени примерно 0,5 с, а критический режим работы маховика, связанного с шестерней, сокращается.

Кроме того, стенд позволяет соединять шестерни и зубчатые венцы роторов четырех испытываемых электродвигателей различными способами благодаря гибкости системы установки электродвигателей, испытываемых на этом стенде.

На фиг. 1 изображен испытательный стенд,вид сбоку; на фиг.2 то же, вид сверху.

На фиг.1 и 2 изображен стенд 1, приспособленный для испытаний стартеров электродвигателей M внутреннего сгорания. В частности, этот стенд приспособлен для предпочтительного применения в области автомобильной промышленности.

Стенд 1 содержит жесткую опорную конструкцию (например, станину или рабочий стол) 2, которая поддерживает расположенный на ней стол 3 правильной четырехугольной формы. Тормоз 4, представляющий собой, в предпочтительном исполнении, фрикционный динамометрический тормоз, размещен на столе 3, в центральной части указанного стола 3. Тормоз 4 снабжен двумя выходными валами 5, расположенными горизонтально и в основном в одной плоскости с продольной центральной осью стола 3.

Две муфты 6 (обычно электромагнитные муфты) расположены соосно выходным валом 5 тормоза 4, благодаря чему муфты 6 в положении зацепления выполняют соединение и передачу вращения от каждого выходного вала 5 тормоза 4 к соответствующему телу вращения ротору 7, оборудованному в своей периферийной части радиальным или торцевым зубчатым венцом. Каждый ротор 7 можно поэтому сравнить по сути с маховиком двигателя внутреннего сгорания, снабженным периферийным зубчатым венцом для зацепления с шестерней стартера. Каждый зубчатый ротор 7, кроме того, соединен с выходным валом соответствующего малоинерционного испытательного электродвигателя 8.

Электромагнитные муфты 6 и двигатели 8 подключены к устройствам 9 питания и управления, которые расположены внутри опорной конструкции 2 и в свою очередь управляются соответствующими средствами управления, контролируемыми компьютером D, находящимся внутри, по крайней мере одного, шкафа B, связанного с конструкцией 2 кабеля C, по которому передаются сигналы питания и управления от шкафа B к узлам, входящим в конструкцию 2. Последняя предпочтительно представляет собой разделенный на отсеки корпус, имеющий дверцы, которые могут быть открыты для обеспечения легкого доступа к находящимся внутри электроузлам. Она обычно включает также вспомогательные устройства, такие как электроклапаны 10, приспособленные для подачи сжатого воздуха в каналы 11, причем этот сжатый воздух используется для охлаждения испытываемых электродвигателей M.

Как уже упоминалось, тормоз 4 предпочтительно представляет собой охлаждаемый водой динамометрический фрикционный тормоз.

Испытываемые электродвигатели M устанавливают на кронштейны, расположенные на противоположных сторонах каждого из зубчатых роторов 7 таким образом, чтобы обеспечить зацепление шестерни электродвигатели M с зубчатым венцом ротора 7. С этой целью элементы испытываемых двигателей предпочтительно изготавливают в виде салазок 12, регулируемых по двум осям (продольной и поперечной осям по отношению к конструкции 2) таким образом, чтобы обеспечивалась простота зацепления шестерни электродвигателя M с соответствующим зубчатым ротором 7, даже в случае, когда двигатели имеют различные характеристики.

Следует отметить, что условия установки электродвигателей M на стенде 1 обеспечивают не только строго заданное механическое соединение (с привязкой к режиму зацепления шестерен с зубчатым ротором 7), но также:
соединение указанных электродвигателей с соответствующим источником 13 электропитания, который расположен внутри конструкции 2 и управляется компьютером D с тем, чтобы обеспечить в начальной фазе испытания моделирование пуска электродвигателя, заторможенного максимальным тормозным моментом, и предпочтительно
расположение электродвигателей M согласно с выходными соплами каналов 11 для подачи струй сжатого воздуха, управляемых электроклапанами 10, с тем, чтобы обеспечить быстрое охлаждение коллекторов электродвигателей M в конце испытания.

Кроме того, стенд 1 покрывается защитными кожухами, устанавливаемыми с возможностью скольжения в продольном направлении по отношению к указанному стенду (не показаны), которые позволяют получить легкий доступ ко всем механическим элементам.

Каждый цикл испытания (описание относится к одновременному испытанию четырех электродвигателей M) осуществляется в соответствии с последовательностью, описанной ниже.

Сначала четыре электродвигателя M устанавливают на стенд 1, причем их помещают на соответствующие направляющие элементы салазки 12 -таким образом, чтобы привести в зацеплении шестерни с зубчатым венцом двух роторов 7.

Как только испытываемые электродвигатели установлены на стенде 1, компьютер D проверяет положение зацепления муфт 6 (чтобы зубчатые роторы 7 составляли единое целое с выходными валами 5 тормоза 4) и таким образом подключает источник 13 питания с тем, чтобы проверить электрический разряд, подаваемый на электродвигатели, подобный разряду, производимому автомобильным аккумулятором, причем разряд длится примерно 1 с. Электродвигатели M, возбужденные таким способом, приводят во вращение зубчатые роторы 7 и, следовательно, фрикционный тормоз 4, до 1300 об/мин при заданном максимальном тормозном моменте.

В конце этого периода времени (например, 1 с), в течение которого поддерживаются данные условия, соответствующую муфту 6 переводят в нейтральное положение, в то время как соответствующий малоинерционный электродвигатель 8 запускается и в течение короткого периода времени (обычно 0,5 с) вращает соответствующий ротор 7 с соответствующей скоростью, например скорость вращения шестерен электродвигателей M составляет около 20000 об/мин. Таким путем моделируется и поддерживается в течение примерно 1 с фаза так называемого разноса. В конце этого периода пусковой электродвигатель 8 переводится в тормозное положение таким образом, чтобы остановить испытательную систему в течение примерно 0,5 с. В этот момент открывается электроклапан 10, который через канал 11 подает сжатый воздух для охлаждения коллектора электродвигателя, подвергаемого испытанию. Затем компьютер D обеспечивает проведение испытания электродвигателя M, установленного на следующей позиции, причем эта операция повторяется n-ное число раз до тех пор, пока не достигнуто предварительно заданное определенное количество циклов или не выявлена первая аномалия.

Электродвигатели M, которые выдержали заданное число циклов или которые вышли из строя во время испытания, демонтируют со стенда 1 по завершении этого испытания, после чего еще одна группа из 4-х электродвигателей M, подлежащих испытаниям, может быть установлена на стенде 1.

Использование: в испытательных стендах для пусковых двигателей. Сущность изобретения: стенд 1 включает один или более зубчатых роторов 7, к каждому из которых могут быть подсоединены один или более испытываемых электродвигателей (М), приводимых соответствующими шестернями. Каждый ротор 7 соединен, с одной стороны, с динамометрическим тормозом 4 посредством электромагнитной муфты 6, и с другой стороны - с малоинерционным пусковым двигателем 8. Испытательный цикл обеспечивает первоочередную активацию электродвигателя (М) таким образом, чтобы привести во вращение соответствующий зубчатый ротор 7, причем указанный ротор подсоединен к тормозу 4 посредством муфты 6 таким образом, чтобы сообщить максимальный тормозной момент электродвигателю. Муфта 6 переводится затем в отключенное положение и малоинерционный двигатель 9 приводит во вращение зубчатый ротор 7 с высокой скоростью таким образом, чтобы воспроизвести фазу разноса электростартера двигателя внутреннего сгорания. 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Испытательный стенд для стартеров, в частности для стартеров двигателей внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере одно тело, установленное с возможностью вращения вокруг своей оси симметрии, приспособленное для подсоединения к нему по меньшей мере одного испытываемого двигателя с возможностью передачи вращения, тормозное устройство, установленное с возможностью обеспечения тормозящего воздействия на вращающееся тело, испытательный двигатель, установленный с возможностью сообщения вращающемуся телу заданной скорости вращения, и муфту сцепления, установленную с возможностью обеспечения в одном ее положении режима передачи тормозящего воздействия на испытываемый двигатель и во втором своем положении режима передачи момента вращения от испытательного двигателя к испытываемому, отличающийся тем, что муфта сцепления установлена между вращающимся телом и тормозным средством, а режим передачи момента вращения от испытательного двигателя к испытываемому осуществляют посредством тела вращения. 2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что вращающееся тело выполнено с возможностью подключения к нему двух или более испытываемых двигателей. 3. Стенд по п. 1 или 2, отличающийся тем, что вращающееся тело выполнено в виде ротора, оснащенного зубчатым венцом. 4. Стенд по п. 3, отличающийся тем, что ротор выполнен с возможностью воспроизведения по существу характеристик маховика двигателя внутреннего сгорания. 5. Стенд по любому из пп. 1 4, отличающийся тем, что он содержит опорные элементы для установки на них испытываемых двигателей во время испытаний, при этом опорные элементы выполнены с возможностью регулировки их положения по двум взаимоперпендикулярным осям относительно вращающегося тела. 6. Стенд по п. 1 или 5, отличающийся тем, что он содержит также средство охлаждения испытываемых двигателей в конце испытания. 7. Стенд по п. 8, отличающийся тем, что средство охлаждения включает в себя источник сжатого воздуха, оснащенный трубопроводом, выходное отверстие которого расположено вблизи испытываемого двигателя. 8. Стенд по любому из пп. 1 7, отличающийся тем, что тормозное средство представляет собой динамометрический тормоз. 9. Стенд по п. 1 или 8, отличающийся тем, что в качестве тормозного средства использован фрикционный тормоз. 10. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что он содержит два ротора, две муфты сцепления, два испытательных двигателя, а тормоз снабжен двумя выходными валами, связанными каждый с соответствующим вращающимся телом. 11. Стенд по любому из пп. 1 10, отличающийся тем, что в качестве средства сцепления использована по меньшей мере одна электромагнитная муфта. 12. Стенд по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что испытательный двигатель оснащен средством торможения, выполненным с возможностью торможения вращающегося тела в конце испытательного цикла.