УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1999 года по МПК G01L3/24 

Изобретение относится к двигателестроению.

Известно устройство для измерения мощности двигателя, содержащее гидротормоз с корпусом и основанием и измеритель частоты вращения двигателя (Л. Я. Волчок "Методы измерения в двигателях внутреннего сгорания", 1955, с. 26-31).

К недостаткам данного устройства следует отнести ненадежность его измерений, а также отсутствие возможности регистрации мгновенных значений мощности и необходимости проведения расчетов для определения мощности.

К основным задачам, которые решали авторы в процессе создания устройства, следует отнести повышение надежности измерений, а также обеспечение мгновенного автоматического измерения мощности двигателя без дополнительных расчетов в режиме его динамического погружения.

Поставленные задачи достигаются тем, что устройство дополнительно снабжено прецизионными плунжерами, которые установлены в гидроцилиндрах, гидравлическая система снабжена насосом высокого давления, а также клапаном для сброса давления, причем измеритель давления выполнен безинерционным и соединен с процессором. Прецизионные плунжеры посредством рычагов соединены с корпусом гидротормоза. Корпус гидротормоза при работе стремится повернуться в направлении крутящего момента двигателя. Величина этого поворота ограничена зазорами между рычагами и образующими пазов в ограничителях, жестко прикрепленных к основанию (раме) гидротормоза, т.е. величина возможного поворота корпуса определена разностью ширины пазов в ограничителях и толщины рычага (зазор а', а'' на фиг. 2).

Прецизионные плунжеры шарнирно прикреплены к рычагам. Эти плунжеры входят в гидравлические цилиндры, которые шарнирно соединены с рамой (основанием) корпуса гидротормоза. Шарнирные соединения обеспечивают отсутствие заклинивания прецизионных втулок в гидравлических цилиндрах. Внутрь этих цилиндров с помощью насоса высокого давления перед работой гидротормоза подается под давлением рабочая жидкость, под действием которой рычаги занимают некоторое среднее положение в ограничителях, т.е. такое положение, когда зазоры между рычагами и образующими паза в ограничителях вверху и внизу примерно равны между собой (величина этих зазоров в выполненной установке составляет 20-25 мм).

При работе гидротормоза крутящий момент, создаваемый двигателем и передаваемый на корпус гидротормоза, уравновешивается силами давления жидкости в гидравлических цилиндрах. Эти силы давления жидкости P_Ж создают усилие P, равное произведению P_Ж на площадь Г_пл. Эти усилия P, действующие на плече L, и уравновешивают создаваемый двигателем крутящий момент М_КР, т.е.:
M_КР = 2PL,
где L - плечо действия силы P, т.е. расстояние от оси вращения ротора гидротормоза до оси гидравлического цилиндра (см. фиг. 1).

В свою очередь величина давления жидкости в над (под) плунжерных полостях в гидроцилиндрах измеряется безынерционным измерителем давления, установленным в гидравлической системе, состоящей из насоса высокого давления, прецизионных плунжеров гидравлических цилиндров, клапана для сброса давления и соединительных трубопроводов.

Кроме того, устройство снабжено измерителем частоты вращения, сигнал от которого вместе с сигналом от измерителя давления поступает в процессор, после чего результаты обработки сигналов поступают в блок отображения информации.

На фиг. 2 представлена схема предлагаемого устройства. Устройство имеет гидравлический тормоз с корпусом 1, к которому крепятся рычаги 2, и к ним шарнирно крепятся прецизионные плунжеры 4, входящие в гидроцилиндры 5, которые, в свою очередь, шарнирно прикреплены к неподвижному остову (раме) корпуса гидротормоза. С помощью насоса высокого давления 6 при закрытом клапане 7 внутрь гидроцилиндров перед работой гидротормоза подается рабочая жидкость, обеспечивающая перемещение рычагов в среднее положение в пазах, жестко закрепленных ограничителем 3 (когда зазор а' примерно равен а'', что в выполненном устройстве составляет величину 20 мм). При работе гидротормоза, нагружающего двигатель, мощность которого и должна быть определена, корпус гидротормоза стремится повернуться в направлении стрелки (см. фиг. 1) и это усилие, воспринимаемое поршнями 4, приводит к увеличению давления в цилиндрах 5, что фиксируется измерителем давления 8. Устройство снабжено также измерителем частоты вращения 9 двигателя (ротора гидротормоза), процессором 10 и блоками 11 и (или) 12 отображения результатов (дисплей, индикатор).

Мощность N, развиваемая двигателем, определяется на основании следующих известных зависимостей:
N-M_КРn/159,2 (кВт),
где М_КР - крутящий момент, развиваемый двигателем, H м;
n - частота вращения двигателя, с^-1, фиксируемая измерителем частоты вращения 9.

В свою очередь
М_КР = 2PL,
где p - усилие на плунжере, создаваемое рабочей жидкостью, находящейся под давлением в гидроцилиндрах, H;
L - плечо силы P, равное расстоянию между осью вращения ротора гидротормоза и осью гидроцилиндров, м.

Усилие P определяется на основании фиксируемого измерителем давления 8 давления рабочей жидкости З путем его перемножения на площадь прецизионного плунжера Г_ПЛ.

P = P_Ж Г_ПЛ
Все расчеты реализуются в блоке (процессоре) 10, а результаты расчетов высвечиваются на индикаторе 12 или дисплее 11.

Устройство работает следующим образом.

Перед работой гидротормоза в гидроцилиндры 5 с помощью насоса высокого давления 6 с невозвратным клапаном подается рабочая жидкость (в выполненной конструкции в качестве рабочей жидкости используется смесь дизельного топлива и масла). Под действием давления жидкости прецизионные плунжеры, перемещаясь относительно цилиндров, поворачивают гидротормоз таким образом, что рычаги 2 занимают примерно среднее положение в ограничителях поворота 3. При работе двигателя с нагружающим его гидротормозом гидротормоз под действием крутящего момента, развиваемого двигателем, стремится повернуться в направлении этого момента (см. стрелку на фиг. 1), воздействуя через плунжеры на рабочую жидкость в гидравлических цилиндрах, что приводит к увеличению давления жидкости, находящейся в замкнутом пространстве (клапан 7 сброса давления закрыт, невозвратный клапан насоса высокого давления разделяет объемы гидравлической системы устройства и самого насоса высокого давления, протечки в прецизионном зазоре практически отсутствуют) в силу того, что жидкость практически несжимаема. Большему моменту развиваемого крутящего момента соответствует большее значение давления жидкости, которое (давление) фиксируется измерителем давления 8, подающим соответствующий сигнал к процессору 10. Сюда же (к процессору 10) поступает сигнал от измерителя частоты вращения 9. Эти сигналы обрабатывается в процессоре, который выдает сигнал на блоки отображения результатов 11, 12, которые показывают численную величину развиваемой двигателем мгновенной мощности.

Изобретение относится к измерителям мощности двигателя и может быть использовано в двигателестроении. Устройство дополнительно снабжено прецизионными плунжерами, которые установлены в гидроцилиндрах, а гидравлическая система снабжена насосом высокого давления и клапаном для сброса давления. Измеритель давления выполнен безынерционным и соединен с процессором. Прецизионные плунжеры посредством рычагов соединены с корпусом гидротормоза, который при работе стремится повернуться в направлении крутящего момента двигателя. Устройство обеспечивает автоматическое измерение мощности двигателя без дополнительных расчетов в режиме его динамического нагружения. 2 ил.

Устройство для измерения мощности двигателя, содержащее гидротормоз с корпусом и основанием и измеритель частоты вращения двигателя, отличающееся тем, что в него введены процессор, блоки отображения результатов измерения и гидравлическая система, содержащая насос высокого давления с невозвратным клапаном, безынерционный измеритель давления жидкости и клапан для сброса давления, а гидротормоз снабжен прикрепленными к корпусу рычагами и прецизионными плунжерами, установленными в гидроцилиндрах, при этом прецизионные плунжеры шарнирно прикреплены к рычагам, а гидроцилиндры шарнирно прикреплены к основанию гидротормоза, их полости подсоединены к гидравлической системе, а выходы измерителя давления и измерителя частоты вращения двигателя подключены к процессору, связанному с блоками отображения результатов измерения.