УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТАНКОВОГО ДВИГАТЕЛЯ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ Российский патент 2001 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к области военной техники, преимущественно бронетанковой, и может быть использовано для определения фактической мощности, развиваемой танковым двигателем и его остаточного ресурса в полевых условиях.

Опыт эксплуатации танковых дизельных двигателей показывает, что по мере отработки ими своего ресурса энергетические и экономические показатели двигателей снижаются вследствие износов цилиндропоршневой группы (ЦПГ), кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и механизма газораспределения (МГР).

Допустимое снижение энергетических показателей двигателей в эксплуатации, а именно эффективная мощность (N_e), устанавливается нормативно-технической документацией. Для танковых двигателей снижение мощности (N_e) допускается не более чем на 15% (см. Колчин А. В. Датчики средств диагностирования машин. -М.: Машиностроение. 1984. -120 с.). При достижении величиной N_e предельного значения двигатель направляется в капитальный ремонт.

Однако зачастую ухудшение энергетических и экономических показателей происходит из-за разрегулирования систем, обеспечивающих работу двигателя, и поэтому не может служить основанием для отправки двигателя в капитальный ремонт. Проведенный анализ технического состояния агрегатов, заменяемых при среднем ремонте танка Т-72, показал, что только 60% двигателей достигает предельного состояния, а остальные 40% после выполнения некоторых регулировочных работ (в первую очередь на топливоподающей аппаратуре) могут быть использованы как подменный фонд агрегатов в танковых частях.

Известны несколько способов определения технического состояния двигателей транспортных и сельскохозяйственных машин (см. Колчин А.В., Бобков Ю. К. Новые средства и методы диагностирования автотракторных двигателей. -М.: Колос. 1982. -110 с.). Это стендовые (тормозные), бестормозные, эксплуатационные и органолептические. Наибольшей точностью и объективностью оценки технического состояния обладают стендовые и бестормозные способы, каждый из которых обеспечивается необходимыми техническими средствами (стендами и переносными приборами). Известные стенды для определения мощности (тормозные стенды) - это крупное и дорогостоящее стационарное оборудование, применяемое при испытаниях изготовленных или капитально отремонтированных двигателей. Однако они не приспособлены для контроля технического состояния танковых двигателей в полевых условиях. Большей приспособленностью к полевым условиям обладают переносные приборы, основанные на бестормозных методах измерения мощности двигателей,
Известен прибор ИМД-Ц (из семейства приборов типа ИМД, ИПД, КИ, выпускавшихся в СССР, JK-1 (ЧССР), DS-205 (ГДР) для определения мощности автомобильных и тракторных двигателей по ускорению их свободного разгона (без внешней нагрузки) (см. Колчин А. В., Бобков Ю.К. Новые средства и методы диагностирования автотракторных двигателей. -М.: Колос, 1982. -110 с.). Типовая схема устройства для определения угловых ускорений дизельного двигателя в данном приборе содержит 18 элементов и блоков (кварцевый генератор, делитель частоты, логическая схема "ИЛИ-НЕ", цифровой индикатор, счетчик, триггеры, генератор пилообразного напряжения, нуль-органы, ждущий мультивибратор, блок дифференциации, запоминающее устройство и др.). Усовершенствование данного прибора (например, в ИМД-2М) достигнуто за счет введения дополнительных элементов (регулируемых компараторов напряжения и частоты, селектора уровня и др.). К недостаткам данного прибора следует отнести: наличие индуктивного датчика, обладающего значительной погрешностью из-за дискретности сигналов, поступающих от зубчатого венца маховика, наличие колебательной составляющей в переходном процессе изменения угловой скорости коленчатого вала двигателя, наличие методической составляющей погрешности, вызванной принятым допущением о постоянстве угловой скорости на участке измерения, большой трудоемкостью установки индуктивного датчика на двигатель.

Известна также система встроенных устройств контроля технического состояния танкового двигателя (см. Об. 172М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Книга 2. -М. : Воениздат, 1975. -381 с.), содержащая: электрический датчик тахометра, соединенный с коленчатым валом двигателя, с указателем; электрический датчик манометра, установленный в специальном отверстии последней опоры коленчатого вала двигателя с указателем; электрический датчик температуры охлаждающей жидкости, установленный в радиаторе охлаждения двигателя с указателем; сигнальную лампу предельной температуры охлаждающей жидкости, а также педаль подачи топлива, связанную с рейкой топливного насоса высокого давления и штатные аккумуляторные батареи. Данная система принята за прототип для создания устройства контроля технического состояния танкового двигателя в полевых условиях.

Характерной особенностью данной системы является практическая невозможность определения точного значения величины эффективной мощности двигателя (N_emax) по показаниям встроенных устройств контроля. Но для принятия обоснованного решения об отправке контролируемого двигателя в капитальный ремонт необходимо располагать конкретными значениями величин N_emax и T_ост - остаточного ресурса двигателя, не снимаемого с танка.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности определения величины эффективной мощности и остаточного ресурса танкового двигателя в полевых условиях.

Решение поставленной задачи достигается тем, что эффективная мощность двигателя оценивается по измеренному времени его свободного разгона от оборотов холостого хода до оборотов максимальной мощности (при отключенной коробке передач) и сопоставления полученных значений мощности с предельно допустимыми.

Для практической реализации предлагаемого устройства в известной системе встроенных устройств контроля технического состояния танкового двигателя к выходам электрического датчика тахометра и ограничителя хода рейки топливного насоса высокого давления (ТНВД) и штатных аккумуляторных батарей (АКБ) подключается электрическая схема управления счетчиком импульсов электронного частотомера. Причем вместо ограничителя хода рейки ТНВД устанавливается контакт включения, связанный с реле включения импульсов счетчика импульсов, подключенным к АКБ и выполненным с двумя нормально разомкнутыми контактами, а схема управления содержит последовательно соединенные трехфазный выпрямитель, вход которого связан с выходом датчика тахометра, регулируемый компаратор напряжения, первый усилитель, реле отключения счетчика импульсов, выполненное с одним нормально замкнутым контактом и последовательно соединенные второй усилитель, подключенный к выходу трехфазного выпрямителя, и электромагнитный клапан, кинематически связанный с контактом отключения счетчика импульсов.

Изобретение поясняется фиг. 1, 2, 3.

Фиг. 1. Устройство контроля технического состояния танкового двигателя в полевых условиях.

Фиг. 2. Устройство контроля технического состояния танкового двигателя в полевых условиях. Изменение времени разгона танкового дизеля в зависимости от его эффективной мощности.

Фиг. 3. Устройство контроля технического стояния танкового двигателя в полевых условиях. Изменение эффективной мощности дизеля в зависимости от времени наработки. Схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1, где:
1 - АКБ танка;
2 - тумблер включения устройства;
3 - тумблер включения счетчика импульсов электронного частотомера;
4 - рейка топливного насоса высокого давления;
5 - нормально разомкнутый контакт реле включения счетчика импульсов электронного частотомера;
6 - нормально разомкнутый контакт самоблокировки реле включения;
7 - нормально разомкнутый контакт реле включения;
8 - датчик тахометра двигателя;
9 - трехфазный выпрямитель;
10 - регулируемый компаратор;
11 - первый усилитель мощности;
12 - реле отключения электрической цепи пуска счетчика импульсов;
13 - нормально замкнутый контакт отключения счетчика импульсов;
14 - второй усилитель мощности;
15 - электромагнитный клапан;
16 - нормально разомкнутый контакт отключения счетчика импульсов;
17 - счетчик импульсов электронного частотомера (например, типа Ч3-54).

Подготовка устройства к работе заключается в подключении его к двигателю и к бортовой сети танка. Для этого расшплинтовывается и выворачивается ограничитель хода рейки ТНВД и вместо него устанавливаются контакты включения 5; к датчику тахометра 8 (или к разъему указателя тахометра на щитке механика-водителя) подключается трехфазный выпрямитель 9. Подключение устройства к бортовой сети танка осуществляется подключением к одной из ее розеток (+24 В).

Подготовка электронного частотомера типа Ч3-54 к работе заключается в подключении питания прибора к сети 220 В 50 Гц и в подготовке к проведению измерений (в соответствии с инструкцией к прибору.

Производится пуск двигателя, устанавливаются обороты холостого хода двигателя (n_xx). При этом электрический сигнал от датчика тахометра 8 через трехфазный выпрямитель 9 и второй усилитель мощности 14 поступает на электромагнитный клапан 15, который срабатывает и замыкает контакты 16 отключения счетчика импульсов 17. После включения тумблера 2 устройство контроля готово к работе.

Устройство начинает работать при резко до упора выжатой педали подачи топлива. При этом рейка ТНВД своим торцем замыкает контакты 5, напряжение АКБ 1 подается на реле 3; реле 3 срабатывает, замыкает контакты 6 и 7 и включает в цепь питания счетчика импульсов 17 от АКБ 1. Причем контакты 6 самоблокируются и удерживаются в замкнутом состоянии до включения тумблера 2.

Двигатель набирает обороты. При достижении частоты коленчатого вала n_p (например, 2000 об/мин), соответствующей максимальной мощности N_emax двигателя, срабатывает компаратор 10 и электрический сигнал черев первый усилитель мощности 11 подается на реле 12; реле 12 срабатывает и размыкает контакты 13. Цепь питания счетчика импульсов обесточивается; на цифротроне электронного частотомера фиксируется время разгона двигателя от n_xx до n_p (t_p, c) и суммарное число оборотов коленчатого вала двигателя (f_кв) за время разгона (t_p). Измеренные значения показателей t_p и f_кв записываются в протокол контроля.

При дальнейшем увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя контакты 13 удерживаются в разомкнутом состоянии. При отпускании педали подачи топлива обороты двигателя (n) уменьшаются вплоть до оборотов холостого хода (n_xx); контакты 5 размыкаются, но контакты 6 и 7 остаются замкнутыми. В момент, когда n<n_p, контакты 13 замыкаются.

Цикл намерения разгонных характеристик двигателя заканчивается выключением тумблера 2. При этом реле 3 обесточивается, контакты 6 и 7 размыкаются. Счетчик импульсов 17 приводится в исходное положение (на цифротроне 0).

Для повторения цикла измерений необходимо включить тумблер 2, выжать до упора и удерживать в этом положении педаль подачи топлива; записать в протокол контроля измеренные (зафиксированные на цифротроне 17) значения показателей.

Измеренные значения величин t_p и f_кв используются для определения фактической эффективной мощности (N_e, кВт) и остаточного ресурса (Т_ост, мч) двигателя с помощью графиков на фиг.1 и 2.

На фиг. 1 построены зависимости N_emax от времени разгона t_p (кривая 1) и от суммарного числа оборотов f_кв коленчатого вала двигателя (кривая 2). Эти зависимости обычно очень точно строятся на заводе-изготовителе или на заводе капитального ремонта двигателей для конкретной марки двигателя с использованием стационарного оборудования. Зависимости N_emax = f(t_p) и N_emax = f(f_кв) на фиг.1 построены для дизельного двигателя танка T-72 при n_p = 2000 об/мин.

На фиг. 2 построена зависимость N_emax от наработки двигателя танка T-72 с начала эксплуатации (t_н, мч).

Порядок определения величины N_e и Т_ост следующий.

1. Определяется среднее значение измеренных величин t_p, и f_кв. Пусть, например, t_p = 5,6 с и f_кв= 59 об.

2. По графикам на фиг. 1 определяется N_emax. Например, при t_p = 5,6 с и f_кв = 59 об. имеем N_emax = 522 кВт.

3. По графику N_emax =f(t_н) на фиг.2 определяется наработка двигателя t_н, соответствующая его истинному техническому состоянию. Например, при N_emax = 522 кВт истинное техническое состояние двигателя танка Т-72 соответствует наработке t_н = 820 мч.

4. Определяется величина остаточного ресурса двигателя Т_ост. Например, для двигателя танка T-72 Т_ост = t_пр - t_н = 1130 - 820 = 310 мч. По окончании измерений устройство отсоединяется от проверяемого двигателя танка. При этом выворачиваются контакты 5 и на их место устанавливается и зашплинтовывается штатный ограничитель хода рейки ТНВД, от датчика тахометра 8 отсоединяется трехфазный выпрямитель 9. Устройство отсоединяется от бортовой сети танка.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить объективность и точность контроля технического состояния танковых двигателей в полевых условиях и обеспечивает принятие своевременных мер по предупреждению развития нежелательных процессов ухудшения энергетических и экономических показателей двигателей в эксплуатации.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для определения фактической мощности, развиваемой танковым двигателем, и его остаточного ресурса в полевых условиях. Изобретение позволяет повысить точность определения величины эффективной мощности и остаточного ресурса танкового двигателя в полевых условиях. Устройство контроля технического состояния танкового двигателя в полевых условиях содержит рейку, тахометр двигателя, снабженный датчиком и указателем, аккумуляторные батареи. Контакт включения связан с реле включения счетчика импульсов, подключенного к аккумуляторным батареям и выполненного с двумя нормально разомкнутыми контактами. Схема управления содержит последовательно соединенные трехфазный выпрямитель, вход которого связан с выходом датчика тахометра, регулируемый компаратор, первый усилитель, реле отключения счетчика импульсов, выполненное с одним нормально замкнутым контактом, и последовательно соединенные второй усилитель и электромагнитный клапан, кинематически связанный с контактом отключения счетчика импульсов. Вход второго усилителя подключен к выходу трехфазного выпрямителя. 3 ил.

Устройство контроля технического состояния танкового двигателя в полевых условиях, содержащее рейку, тахометр двигателя, снабженный датчиком и указателем, аккумуляторные батареи, отличающееся тем, что оно снабжено контактом включения, связанным с реле включения счетчика импульсов, подключенного к аккумуляторным батареям и выполненного с двумя нормально разомкнутыми контактами, а схема управления содержит последовательно соединенные трехфазный выпрямитель, вход которого связан с выходами датчика тахометра, регулируемый компаратор, первый усилитель, реле отключения счетчика импульсов, выполненное с одним нормально замкнутым контактом, и последовательно соединенные второй усилитель и электромагнитный клапан, кинематически связанный с контактом отключения счетчика импульсов, причем вход второго усилителя подключен к выходу трехфазного выпрямителя.