Стенд для имитации динамических нагрузок и вынужденных колебаний двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1990 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к испыта- ниям двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в частности к устройствам нагружения двигателей в процессе их испытания, и может быть использовано для исследован .я процессов изнашивания деталей и узлов ДВС.

Цель изобретения - сокращение времени испытаний.

На фиг.1 представлен стенд, общий вид и разрез А-А; на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.З - раз- раз В-В на Ъиг.1;ра фиг.4 - разрез, Г-Г на Лиг.1; на фиг.З - блок-схема стенда.

Стенд содержит основание 1, на котором закреплены стойки 2-7 и 8, 9 с направлчющими 10-13. Н стойках 2 и 3 жестко прикреплены электромагнитные порошковые тормоза 14 и 15. На стойках 4-9, направляющих 10-13 и тормозах 14 и 15 размещены с помощью подшипников 16-46 электромагнитные порошковые тормозные муфты 47-50, маховики 51-56 с переменными съемными массами,упругие муф- ты 57-60, снабженные пружинами, полые валы 61-64 и сплошной вал 65, четыре пары кулачков 66, шариковые карданы 67-69 с направляющими качания, трверсы 70s 71 с подвеской 72, с рамой, кулачки 73 и -74 с валами 75 и 76,.редуктор 77 с электродвигателем 78э толкатели 79 и 80 кулачков с вилками 81 и 82 и роликами 83-85 и 86-88, подвеску 89 с рамой и электромагнитные порошковые тормозные муфты 90 и 91 на подшипниковых узлах 92-95, электродвигатели 96 и 97, коробка 98 передач, муфта 99 сцепления, маховик 100 двигателя, испытуемый двигатель 101, электродвигатель 102, датчики 103 и 104 частоты вращения и угловой скорости 105 и 106, преобразователь 107, блок 108 управления, датчики перемещения 109 и 110 и моментов сопротивления 111-119, датчики 120 расхода топлива, датчики температуры и давления 121, устройства 122 согласования и регистрирующие приборы 123 Тормозные муфты 47 и 48 прикреплены к маховикам 51 и 52, последние жестко соединены с упругими муфтами 57-60 при помогай полых валов 61-64, размещенных в тормозах 14 и 15. Маховики 53 и 54 расположены в одной плоскости и жестко соединены с упругими муфтами 57-60, размещенными в роторах тормозов 14 и 15 и на валу 65, а маховики 55 и 56 прикреплены к роторам тормозов 14 и 15 и связаны с маховиком 53 при помощи четырех пар кулачков 66, последние расположены симметрично относительно горизонтальной оси и закреплены попарно на маховиках 53 и 55, 56. Маховик 54, кроме этого, закреплен на валу 65, связанном с шариковым карданом 67, жестко соединенного с шариковым карданом 68, последний расположен на траверсе 70. Электромагнитные порошковые тормоза 14 и 15 и тормозные муфты 47 и 48, маховики 51-56 с переменными съемными массами, упругие муфты 57-60, валы 61-65

5

кулачки 66 и шариковые карданы 67 и 68 образуют нагрузочное устройство стенда для имитации динамических нагрузок двигателя - силовых передач машин с прицепными и навесными машинами-орудиями. Тормозная муфта 50 прикреплена ведомой частью к кулачкам 73 и 74 при помощи валов 75 и 76

и соединена ведущей частью с ведомым валом редуктора 79 последний жестко соединен ведущим валом с валом электродвигателя 78, Кулачки 73 и 74 соединены с толкателями 79 и 80 с помощью вилок 81 и 82 и роликов 83 - 85 и 86-88, расположены на стойках. 8 и 9 с помошью шариковых подшипников 41 и 42 и прикреплены к траверсам 70 и 71.подвески 72 с рамой, установQ ленным на направляющих 10, 11 и 12, 13 с помощью поступательных шариковых подшипников 43, 44 и 45, 46. Тормозная муфта 50, траверсы 70, 71, кулачки 73, 74 с валами 75, 76, тол5 кателями 79, 80, вилками 81, 82 и роликами 83-88,образуют механизм качания подвески 72 с рамой вдоль вертикальной оси. На раме подвески 72 расположена подвеска 89 с рамой, жестко соединенная с тормозными муфтами 90 и 91, размещенными с помощью подшипниковых узлов 92-95 и соединенными с валами электродвигателей 96 и 97, закрепленных также на раме подвески 72. Тормозные муфты 90 и 91 образуют механизм 89 качания подвески с рамой относительно поперечной оси. На раме подвески 89 закреплены коробка 98 передач, жестко соединенная с шариковым карданом 68, муфта 99 сцепления, маховик 100 двигателя, испытуемый двигатель 101. Вал электродвигателя 102,,закрепленного на стойке 7, жестко соединен с тормозной муфтой 49, расположенной на стойках 7 и 9 и прикрепленной с помощью шарикового кардана 69 к подвеске 72. Тормозная муфта 49 и шариковый кардан 69 образуют механизм качания подвески 72 относительно про- 5 дольной оси. На основании i закреплены также датчики 103 и 104 частоты вращения и датчики 105 и 106 угловой скорости. Датчики 103 и 104 частоты вращения клиноременной переда- 55 чей связаны с валом тормозной муфты

47 и ротором тормоза 14, датчик 105 угловой скорости клиноременной передачей связан с шариковым карданом

0

5

0

5

67 нагрузочного устройства и электрически соединен с тормозной муфтой 49 через преобразователь 107, а датчик 106 угловой скорости жестко.соединен с валом кулачка 73. Нагрузочное устройство и механизмы качания подвесок стенда снабжены блоком 108 управления, электрически связанным с электропорошковыми тормозами Т4 и 15 и тормозными муфтами 47, 48, 50, 90, 91 , а испытуемый двигатель (ЛВС) - датчиком 120 расхода-топлива, датчиками 121 температуры и давления, подключенными через устройство 122 согласования к регистрирующим приборам 123.

Стенд работает следующим образ ом После пуска испытуемого двигателя 101 подключают электропорошковые тормоза 14 и 15 и динамометрическую ведомую часть тормозных муфт 47 и 48 с водяным охлаждением при заданном взаимно-угловом положении oi пар кулачков 66 маховиков 53, 55 и 53, 56, а затем включают коробку 98 передач с помощью муфты 99 сцепления вращающую маховики 51-54 и с запаздыванием на угол еЈ маховики 55, 56 по отношению к маховику 53, упругие муфты 57-60, валы 61-65, ведущую часть тормозных муфт 47, 48 и роторов тормозов 14 и 15. Неподвижная

и 49 с водяным охлаждением, и подключают динамометрические ведомые части тормозных муфт 49, 50, 90, 91 в режиме торможения с проскальзыванием , Тормозная муфта 49 в режиме торможения сообщает двигателю 101 колебательные движения вокруг продольной оси подвески 72, а тормозная

муфта 50 механизма качания подвески 72 с рамой вдоль вертикальной оси и тормозные муфты 90 и 91 механизма 89 касания подвески с рамой относительно поперечной оси в режиме торможения сообщают испытуемому двигателю вертикальные и поперечные колебательные движения, имитирующие вертикальные и поперечные вынужденные случайные или произвольные колебания двигателя 101 от воздействия мик- ропрофнля неровности при установившийся и неустановившихся режимах движения машины при агрегатировании ее машинами-орудиями. Колебания под5 весок 72, 89 складываются с собственными колебаниями системы двигатель - силовая передача и обеспечивают получение тяжелых высокодинамических режимов нагружения, которые имеют место в эксплуатации и вызывают повышенный износ и усталостные разрушения сопряженных деталей ДВС - силовой передачи. Сигнал от датчика угловой скорости 105 через преобразователь

5

Изобретение относится к испытаниям двигателей внутреннего сгорания. Целью изобретения является сокращение времени испытаний путем воспроизведения реальных эксплуатационных динамических нагрузок и колебаний двигателя силовой передачи. Стенд содержит основание, закрепленные на нем стойки, размещенные на них нагрузочное устройство в виде быстродействующих тормозов и тормозных муфт, упругих муфт и маховиков, валы и кулачки, шариковые карданы, подвески с рамой и закрепленным на ней испытуемым двигателем, электродвигатели, механизмы качания подвесок вдоль вертикальной и относительно поперечной и продольной осей, датчики частоты вращения и угловой скорости с преобразователем. Механизм качания подвески вдоль вертикальной оси выполнен в виде быстродействующей тормозной муфты и траверсы, соединенной с кулачковыми механизмами, а механизм качания подвески относительно поперечной оси - в виде быстродействующих тормозных муфт, соединенных с подвеской поперечной осью качания, на которой размещен испытуемый двигатель с коробкой передач. Стенд позволяет проводить испытания двигателей в наиболее тяжелых высокодинамических режимах нагружения, характерных для их работы в эксплуатации и вызывающих интенсивный износ и усталостные разрушения их узлов и деталей. 5 ил.

часть тормозов 14, 15 и ведомая часть ,s 107 поступает на вход тормозной муфтормозных муфт 47, 48 поглощают мощность двигателя для воспроизведения случайных или произвольных процессов торможения. Тормоза 14 и 15 и тормозные муфты 47 и 48 в процессе торможения с проскальзыванием сообщают системе двигатель - силовая передача заданные вынужденные случайные или произвольные колебания во- , круг горизонтальной оси и нагружают их моментами сопротивления, имитирующими силы сопротивления машин- орудий и движению машины, динамические эксплуатационные режимы нагружения двигателя - силовой передачи машины с прицепными и навесными машинами - орудиями и высокодинамические режимы нагружения при наложении собственных колебаний двигателя - силовой передачи. Затем включают вспомогательные электродвигатели 78, 96, 97 и 102, вращающие ведущие части тормозной муфты 50 с помощью редуктора 77 и тормозных муфт 90, 91

40

45

50

55

ты 49 и автоматически воспроизводит вокруг продольной оси колебания случайного или произвольного режима торможения двигателя 101. Сигналы с блока 108 управления поступают на вход тормозов 14, 15 и тормозных муфт 47, 48, 50, 90, 91. и воспроизводят заданные случайные или произвольные процессы торможения двигателя, имитирующие действия моментов сопротивления передвижению машины с прицепными и навеснымн машинами- орудиями, вертикальные и поперечные вынужденные колебания испытуемого двигателя от воздействия микропрофиля неровности при установившихся и неустановившихся режимах движения машин. Сигнапы датчиков частоты вращения 103 и , угловой скорости 105 и 106, перемещения 109 и 110, моментов гот-ро: ивпения 111-119, расхода топпниа 120. температуры и дярпемтя 121 черо н устройства 122 соглагорашгя пччкч.очзются

107 поступает на вход тормозной муф

ты 49 и автоматически воспроизводит вокруг продольной оси колебания случайного или произвольного режима торможения двигателя 101. Сигналы с блока 108 управления поступают на вход тормозов 14, 15 и тормозных муфт 47, 48, 50, 90, 91. и воспроизводят заданные случайные или произвольные процессы торможения двигателя, имитирующие действия моментов сопротивления передвижению машины с прицепными и навеснымн машинами- орудиями, вертикальные и поперечные вынужденные колебания испытуемого двигателя от воздействия микропрофиля неровности при установившихся и неустановившихся режимах движения машин. Сигнапы датчиков частоты вращения 103 и , угловой скорости 105 и 106, перемещения 109 и 110, моментов гот-ро: ивпения 111-119, расхода топпниа 120. температуры и дярпемтя 121 черо н устройства 122 соглагорашгя пччкч.очзются

к регистрирующим приборам 123. Процесс измерения и записи информации автоматизирован.

Стенд обеспечивает наиболее точ- ное и достоверное воспроизведение эксплуатационных режимов нагружения и вынужденных колебаний. Крутящий момент испытуемого двигателя 101 и модулирующие заданные мсменты сопро- тивления в тормозах 14 и 15 и тормозных муфтах 47 и 48 создают динамические нагрузки, близкие к эксплуатационным, при этом маховики 51-56, упругие муфты 57-60, валы 61-65 и роторы тормозов 14 и 15, шариковые карданы 67 и 68 служат для имита- ции момента инерции соответствующих вращающихся узлов и деталей силовой передачи, приведенного к валу короб- ки 98 передач, Взаимноугловое положение пар кулачков 66 маховиков 53, 55 и 53, 56 служит для имитации влияния на двигатель провисания сцепки при агрегатировании машины прицепны- ми машинами-орудиями в период их разгона или торможения. В случаях блокирования пар кулачков 66 обеспечивается имитация влияния жесткой сцепки при агрегатировании маши- ны навесными машинами-орудиями. Механизм качания подвески 72 с рамой вдоль вертикальной оси служит для 1 имитации реальных эксплуатационных вынужденных вертикальных колебаний двигателя, а механизм качания подвески 89 с рамой - для имитации реальных эксплуатационных вынужденных поперечных колебаний двигателя.

Стенд позволяет приблизить стендовые испытания двигателя к наиболее тяжелым эксплуатационным при соблюдении идентичности динамических нагрузок и вынужденных колебаний двигателя - силовой передачи в стендовых и эксплуатационных испытаниях, а также сократить время испытаний за счет сообщения двигателю сложных колебательных движений, характерных для эксплуатационных режимов,чт вызывает интенсивный износ и прираб ку узлов и деталей и снижает циклы нагружения до наступления усталостных разрушений.

Формула изобретения

Стенд для имитации динамических нагрузок и вынужденных колебаний двиQ 5 0

5

5

0

5

55

гателя внутреннего сгорания, содержащий основание с закрепленными на нем стойками.с направляющими, на стойках установлены нагрузочное устройство, подвеска с рамой и закрепленным на ней испытуемым двигателем с коробкой передач, вспомогательный двигатель, механизм качания под- вески и датчики частоты вращения и угловой скорости с преобразователем, причем механизм качания подвески относительно продольной оси выполнен в виде первой быстродействующей тормозной муфты4 снабженной фланцем, при помощи которого ведомая часть первой тормозной муфты жестко соединена с подвеской, а ведущая ее часть - с валом вспомогательного двигателя, нагрузочное устройство выполнено в виде тормозного механизма, содержащего первый и второй быстродействующие тормоза с маховиками, четыре полых вала и четыре пары кулачков, вторую и третью быстродействующие муфты, четыре упругих муфты и четыре маховика, установленных в стойках соосно с.валом, первый и второй маховики прикреплены соответственно к второй и третьей тормозным муфтам, а третий и четвертый маховики установлены в одной плоскости, причем третий маховик связан при помощи вала с испытуемым двигателем, а четвертый маховик через пары кулачков - с маховиками двух тормозов, закрепленные на стойке соосно с валом тормозного механизма и размещенные в них упругую муфту и два полых вала, последние установлены один внутри другого и каждый из них жестко соединен с упругой муфтой и маховиком, прикрепленным к тормозной муфте, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени испытаний, стенд дополнительно содержит подвеску с рамой, механизмы качания подвесок вдоль вертикальной и поперечной осей, шариковые карданы с направляющими качения, и датчики перемещения, причем механизм качания подвески вдоль вертикальной оси выполнен в виде редуктора, первого электродвигателя, четвертой быстродействующей тормозной муфты и кулачкового механизма, содержащего два кулачка на валу, сопряженные с кулачками вилки, снабженной роликами, и толкатели двух траверс, ведущая

часть четвертой муфты жестко соединена с выходным валом редуктора,входной вал которого соединен с валом первого электродвигателя, ведомая часть четвертой тормозной муфты связана при помощи двух валов с двумя кулачковыми механизмами, толкатели двух траверс размещены на направляющих стоек и соединены с подвеской продольной осью качания, механизм ка

чания подвески относительно поперечной оси выполнен в виде второго и третьего электродвигателей, пятый и шестой быстродействующих тормозных муфт, соединенных ведущими частями при помощи продольной оси качания с валами второго и третьего электродвигателей,размещенных на подвеске, а ведомыми частями - с подвесной поперечной осью качания.

№ tttf. J9L8LUDS 8ЈЈШЩЯ 9 дЈ т 6 9

Н I/I n |Н-/ / /

шкП

&i П

щод

29

ЈЈ

sz LZb$ LZ ышг i s ш

II I I I

9S99 f 65 9Z09 &SS 8S II DZ

9,

юо

707

У Вода.

Фиг, Ц