СПОСОБ СОЗДАНИЯ НАГРУЗКИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ И ПРИРАБОТКИ АВТОТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ Российский патент 2015 года по МПК G01M15/08 G01M15/09 

Способ создания нагрузки для испытания и приработки автотракторных агрегатов относится к области машиностроения, в частности для приработки и испытания агрегатов, а также может быть использован в производствах их ремонта.

Известны стенды для испытания и приработки автотракторных агрегатов с нагрузкой гидравлическим тормозным устройством [Абелевич Л.А. Испытание агрегатов после ремонта автомобилей. - М.: Транспорт, 1966. 147-150 с.].

Наибольшее распространение имеют стенды для испытания и приработки автотракторных агрегатов с электрическим тормозом [Абелевич Л.А. Испытание агрегатов после ремонта автомобилей. - М.: Транспорт, 1966. 141-146 с.].

Недостаток всех известных способов создания нагрузки для испытания и приработки автотракторных агрегатов заключается в том, что они имеют постоянную тормозную нагрузку от времени испытания, поэтому не могут обеспечить тормозную характеристику, близкую к реальной.

Задачей заявленного способа является расширение технологических возможностей путем способа приработки и испытания автотракторных агрегатов путем создания переменной амплитудно-частотной характеристики нагрузки, близкой к реальным в условиях эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что нагрузку создают собственной компрессией двигателя внутреннего сгорания (ДВС), которая реализуется при закрытых впускном и выпускном коллекторах, а регулирование нагрузки производят путем создания равного удельного давления сжатого воздуха в коллекторах в конце такта впуска. При подаче равного давления сжатого воздуха во впускной и выпускной коллекторы сжатый воздух поступает в тот цилиндр ДВС, в котором открыт хотя бы один из клапанов штатного газораспределительного механизма. Удельное давление воздуха над поршнем ДВС в конце такта сжатия, так же как и для работающего двигателя, определяется по следующей известной формуле [Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: учебное пособие для вузов / А.И. Колчин, В.П. Демидов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа. 2002. - 81 с.].

$$P_c=P_a\cdot {\epsilon }^{n_1}\text{ (1)}$$

где P_a - давление конца такта впуска (перед сжатием), МПа;

ε - степень сжатия;

n₁ - показатель политропы сжатия.

Амплитудно-частотная нагрузка на прирабатываемый агрегат осуществляется собственной компрессией ДВС от давления воздуха конца такта сжатия P_с в соответствии с формулой (1), а регулирование этой нагрузки обеспечивают давлением конца такта впуска во впускном и выпускном коллекторах ДВС по следующей формуле:

$$P_a=0,1\cdot \left(1-\frac{{\Delta }_i}{100}\right)+\frac{{\Delta }_i\cdot P_{z(\partial )}}{100\cdot {\epsilon }^{n_1}},\text{ (2)}$$

где Р_а - давление сжатого воздуха, создаваемое во впускном и выпускном коллекторах ДВС, МПа;

Δ_i - доля удельного давления сжатия от действительного удельного давления конца сгорания, %;

P_z(∂) - действительное давление конца сгорания ДВС, МПа.

Частота вращения коленчатого вала n_к.в на каждой ступени приработки под нагрузкой определяется в долях от частоты вращения коленчатого вала при номинальной мощности n_N. Например, для первой стадии приработки частота вращения коленчатого вала определяется из соотношения n_к.в=0,2·n_N, для второй стадии n_к.в=0,4·n_N, для третьей стадии n_к.в=0,6·n_N, для четвертой стадии n_к.в=0,8·n_N и для пятой (последней) стадии n_к.в=1,0·n_N.

На фиг.1 представлена амплитудно-частотная характеристика тормозного момента на коленчатом валу, создаваемая собственными компрессорными силами ДВС, где P_c - давление сжатия над поршнем, МПа; М_кр - тормозной момент от собственной компрессии ДВС.

На фиг.2 представлена схема подключения дополнительного оборудования к ДВС для осуществления способа создания нагрузки на прирабатываемый агрегат.

Схема содержит следующие элементы: 1 - трубка сапуна газоотводящая; 2 - сапун; 3 - трубка маслосливная; 4 - коллектор воздухопровода впускной; 5 - коллектор выпускной; 6 - тройник; 7 - регулятор давления; 8 - манометр низкого давления; 9 - манометр высокого давления; 10 - ручка регулятора давления; 11 - ресивер компрессора; 12 - трубопроводы.

Действие способа заключается в следующем: при подаче равного давления сжатого воздуха во впускной коллектор воздухопровода 4 и выпускной коллектор 5, сжатый воздух поступает в тот цилиндр ДВС, в котором открыт хотя бы один из клапанов штатного газораспределительного механизма ДВС. Сжатый воздух подается от автономного источника ресивера компрессора 11 через редуктор 7 по трубопроводам 12. Посредством тройника 6 давление сжатого воздуха создается равным в каждом коллекторе ДВС. Численное значение давления сжатого воздуха регулируется посредством ручки регулятора 10 и контролируется по манометру 8.

Действие способа заключается в следующем: при подаче равного давления сжатого воздуха во впускной коллектор воздухопровода 4 и выпускной коллектор 5, сжатый воздух поступает в тот цилиндр ДВС, в котором открыт хотя бы один из клапанов штатного газораспределительного механизма ДВС. Сжатый воздух подается от автономного источника ресивера компрессора 11 через редуктор 7 по трубопроводам 12. Посредством тройника 6 давление сжатого воздуха создается равным в каждом коллекторе ДВС. Численное значение давления сжатого воздуха регулируется посредством ручки регулятора 10 и контролируется по манометру 8. Между испытуемым агрегатом и ДВС установлено устройство для измерения крутящего момента, которое соединяется с коленчатым валом ДВС. Впускной и выпускной коллекторы ДВС соединяют с регулируемым источником сжатого воздуха.

Определение параметров режима приработки на примере коробки перемены передач (КПП) с тормозной нагрузкой от ДВС КамАЗ-740 производят в следующей последовательности):

Исходные данные для расчета режимов нагрузки:

Частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности двигателя n_N=2600 об/мин.

2. Степень сжатия ε=17.

3. Показатель политропы сжатия дизеля n₁ принимается постоянным значением для всех частот вращения коленчатого вала (n₁=1,375).

4. Действительное давление конца сгорания P_Z=12 МПа.

Расчет параметров режима приработки выполняют в следующей последовательности:

1. Производят расчет удельного давления сжатия, соответствующей штатному состоянию двигателя КамАЗ-740 для начальной ступени нагрузки

$$P_c=P_{a(1)}\cdot {\epsilon }^{n_1}=0,1\cdot {17}^{1,375}=0,1\cdot 48,5=4,85.МПа$$

2. Определяют частоту вращения коленчатого вала

n_к.в=0,2·n_N=0,2·2600=520 об/мин.

3. По формуле (2) определяют требуемое удельное давление воздуха, создаваемого в коллекторах ДВС

$$P_a=0,1\cdot \left(1-\frac{{\Delta }_i}{100}\right)+\frac{{\Delta }_i\cdot P_{z(\partial )}}{100\cdot {\epsilon }^{n_1}}=0,1\cdot \left(1-\frac{20}{100}\right)+\frac{20\cdot 7,8}{100\cdot {17}^{1,375}}=0,112\text{ МПа}$$

4. По формуле (1) определяют давление конца такта сжатия

$$P_C=P_a{}_{(1)}\cdot {\epsilon }^{n_1}=0,112\cdot 17{,}^{1,375}=0,112\cdot 48,5=5,43.\text{ МПа}$$

Расчет параметров режима нагрузки для 2-й ступени приработки агрегата производят аналогичным методом, как и для первой ступени, в следующей последовательности:

1. Определяют частоту вращения коленчатого вала n_к.в=0,2·n_N=0,4·2600=1040 об/мин.

2. Определяют долю повышения давления от предельной нагрузки приработки Δ=40%.

3. По формуле (2) находят требуемое удельное давление воздуха, создаваемого в коллекторах ДВС

$$P_a=0,1\cdot \left(1-\frac{{\Delta }_i}{100}\right)+\frac{{\Delta }_i\cdot P_{z(\partial )}}{100\cdot {\epsilon }^{n_1}}=0,1\cdot \left(1-\frac{40}{100}\right)+\frac{40\cdot 7,8}{100\cdot {17}^{1,375}}=0,125\text{ МПа}$$

4. По формуле (1) определяют удельное давление такта сжатия

$$P_C=P_{a(2)}\cdot {\epsilon }^{n_1}=0,125\cdot {17}^{1,375}=0,125\cdot 48,5=6,06.\text{ МПа}$$

Сводные результаты расчета параметров амплитудно-частотной характеристики для всех этапов приработки представлены в таблице.

Сводные расчетные значения параметров режима приработки КПП автомобиля КамАЗ с нагрузкой компрессионных сил ДВС Частота вращения коленчатого вала, мин^-1 Удельное давление в конце такта впуска Давление воздуха в конце такта сжатия (P_С), МПа n_к.в=300 P_a(i)=0,100 МПа 2,90 n_к.в=600 3,40 n_к.в=900 P_a(i)=0,100 МПа 3,90 n_к.в=1200 4,40 n_к.в=0,2 n_N=520 P_a(i)=0,100 МПа 4,85 n_к.в=0,2 n_N=520 P_a(i)=0,112 МПа 5,43 n_к.в=0,4 n_N=1040 P_a(i)=0,125 МПа 6,06 n_к.в=0,6 n_N=1560 P_a(i)=0,137 МПа 6,64 n_к.в=0,8 n_N=2080 P_a(i)=0,150 МПа 7,27 n_к.в=1,0 n_N=2600 P_a(i)=0,162 МПа 7,80

Технологическая эффективность предложенного способа создания нагрузки для испытания и приработки автотракторных агрегатов заключается в создании амплитудно-частотной характеристики тормозного момента, близкого к характеру реальной эксплуатационной нагрузки. Реализация способа характеризуется малой энергоемкостью и стоимостью дополнительного оборудования.

Изобретение может быть использовано при обкатке двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Способ создания нагрузки при испытаниях и обкатке заключается в том, что нагрузку создают тормозным моментом от собственной компрессии ДВС при закрытых впускном и выпускном коллекторах. Регулирование нагрузки на этапах приработки производят путем создания равного удельного давления сжатого воздуха в коллекторах ДВС. Давление рассчитывается формуле

$$P_a=0,1\cdot \left(1-\frac{{\Delta }_i}{100}\right)+\frac{{\Delta }_i\cdot P_{z(\partial )}}{100\cdot {\epsilon }^{n_1}}$$ , где Р_а - давление сжатого воздуха, создаваемое во впускном и выпускном коллекторах ДВС, МПа; Δ_i - доля удельного давления сжатия над поршнем от P_z(∂), %; P_z(∂) - действительное давление конца сгорания ДВС, МПа; ε - степень сжатия.

При прокрутке ДВС на коленчатом валу создается тормозной момент с амплитудно-частотной характеристикой, близкой к реальной эксплуатационной нагрузке. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей испытания агрегатов на долговечность, а также определения их технического состояния после ремонта в условиях, близких к реальным условиям эксплуатации. 2 ил.

Способ создания нагрузки для испытания и приработки автотракторных агрегатов, отличающийся тем, что нагрузку создают собственной компрессией ДВС при закрытых впускном и выпускном коллекторах, а регулирование нагрузки на этапах приработки производят путем создания равного удельного давления сжатого воздуха в коллекторах, прирабатываемого ДВС, определяемого по следующей формуле:
$$P_a=0,1\cdot \left(1-\frac{{\Delta }_i}{100}\right)+\frac{{\Delta }_i\cdot P_{z(\partial )}}{100\cdot {\epsilon }^{n_1}}$$ ,
где Р_а - давление сжатого воздуха, создаваемое во впускном и выпускном коллекторах ДВС, МПа;
Δ_i - доля удельного давления сжатия над поршнем от P_z(∂), %;
P_z(∂) - действительное давление конца сгорания ДВС, МПа;
ε - степень сжатия.