Стенд для испытания блоков цилиндров двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1991 года по МПК G01M13/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для испытания на усталость герметизированных цилиндров, и может быть использовано для испытания на усталостную прочность блоков цилиндров двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Цель изобретения - повышение производительности за счет увеличения частоты нагружений цилиндра и автоматической настройки параметров нагружения.

На фиг. 1 представлена схема стенда; на фиг. 2 - схема блока задания углов сдвига фазы; на фиг. 3 - схема блока задания длительности импульса; на фиг. 4 - схема блока определения длительности переднего и заднего фронтов импульса давления; на фиг. 5 - схема блока формирования пропорционального сигнала управления; на фиг. 6 - схема согласующего блока.

Стенд содержит установленные в испытуемом блоке 1 цилиндров технологические гильзу 2, крышку 3 блока и поршень 4 со штоком 5, кинематически связанным с технологическим валом 6, причем гильза 2, крышка 3 и поршень 4 образуют замкнутую полость 7. Длина штока 5 задает положение поршня 4, соответствующее моменту достижения максимального давления в каждом цилиндре при работе двигателя.

Замкнутая полость 7 связана с выходным каналом 8 релейного электрогидравлического преобразователя 9, распределительный золотник которого выполнен двухкромочным и занимает только два устойчивых крайних положения. При переключении золотника выходной канал 8 коммутируется с напорным 10 или сливным 11 каналами электрогидравлического пре образователя 9.

В напорном и сливном каналах каждого электрогидравлического преобразователя 9 установлены дроссели 12 и 13с дистанционным пропорциональным управлением.

Дроссели 12, 13 обеспечивают открытие дроссельной щели, пропорциональное электрическому сигналу управления, и встраиваются непосредственно в корпус электрогидравлического преобразователя

9, образуя совместно моноблок 14, который устанавливается непосредственно на крышке 3 блока испытуемого блока 1 цилиндров с целью максимального сокращения объема выходного канала 8 преобразователя 9.

Насосная станция 15 содержит насос 16 регулируемой производительности, пнев- могидравлический аккумулятор 17 и предохранительный клапан 18, установленные в напорной магистрали 19. и подпорный клапан 20, установленный в сливной магистрали 21. Оба клапана 18 и 20 выполнены с дистанционным пропорциональным управлением. Предохранительный клапан 18 ограничивает максимальное давление в

напорной магистрали 19, а подпорный клапан 20 &еспечивает минимальное значение давления в сливной магистрали 21. Настройка клапанов 18 и 20 задается дистанционно электрическими сигналами

управления. В напорной магистрали 19 непосредственно возле каждого моноблока 14 установлены жидкостные аккумуляторы 22. Задающий блок 23 содержит генератор 24 тактовых импульсов прямоугольной формы и регулируемой частоты. Генератор подключен к блоку 25 задания углов сдвига фазы и первым входам блоков 26-26 задания длительности импульса, количество которых равно количеству каналов нагружения. Выходы блока 25 задания углов сдвига фазы и блоков задания длительности импульса связаны с входами формирователей 29-31 сигналов управления, выходы которых соединены с вторыми входами блоков 26-28 и являются выходами электронного задающего блока 23. Выходы блока 23 подключены к цепям управления электрогидравлических преобразователей 9 через усилители 32-34 мощности.

Блоки 35, 36 задания соответственно максимального и минимального значений импульса давления подключены к блоку 37 определения размаха изменения давления. Выход последнего соединен с первыми входами двух блоков 38 и 39 формирования пропорциональных сигналов управления, вторые входы которых соединены с блоком 40 определения длительности переднего и заднего фронтов импульса давления, вход которого, в свою очередь, соединен с выходом формирователя 31. Выходы блоков 38 и 39 подключены через усилители 41 и 42 мощности к цепям управления дросселей 12 и 13. Выходы блоков 35 и 36 подключены через согласующие блоки 43 и 44 к цепям управления соответственно предохранительного 18 и подпорного 20 клапанов насосной станции 15. Блоки 35 и 36 задания соответственно максимального и минимального значений импульса давления выполнены в виде блоков ручного ввода цифрового кода, соответствующего выбранным значениям параметров импульса давления. В полости 7 установлен датчик 45 нагрузки, выполненный в виде датчика давления, выход которого через усилитель связан с блоком 46 измерения и регистрации.

Блок 25 обеспечивает задание угла смещения по фазе импульсов управления по различным каналам нагоужения в диапазоне от 0 до 360° относительно опорного канала и включает в себя (фиг. 2) трехдекадный двоично-десятичный счетчик 47 импульсов с заданным коэффициентом пересчета, равным 360. Выход счетчика 47 связан через трехдекадный дешифратор 48 с входами группы 49 трехдекадных переключателей, а выходы каждой из декад соединены с соответствующими логическими элементами И 50, 51 и 52, выходы которых и являются выходными каналами блока 25. Количество переключателей группы 49 на один меньше числа каналов нагружения, а выход первого опорного канала блока 25 совмещен с выходом последнего разряда счетчика 47.

Блоки 26,27 и 28 (фиг. 3) обеспечивают формирование импульса управления через заданный промежуток времени после прихода сигнала управления на первый вход блока 26, последний включает логический элемент И 53, связанный с входом трехдекадного двоично-десятичного счетчика 54, выходы которого соединены с трехдекад- ным дешифратором 55, а последний - с трехдекадным переключателем 56. Выход

5 каждой декады переключателя 56 соединен с логическим элементом И 57, выход которого является выходом каждого из блоков 26, 27 и 28 и соединен с входом сброса счетчика 54.

0 Формирователи 29, 30 и 31 выполнены в виде RS-триггеров.

Блок 40 (фиг. 4) формирует в цифровом виде значения, соответствующие длительностям соответственно переднего и заднего

5 фронтов импульса давления, задаваемых параметрами электрических сигналов для управления электрогидравлическими преобразователями 9. Блок 40 включает два логических элемента И 58 и 59, кварцевый

0 генератор 60 и два счетчика 61 и 62 импульсов. Первые входы логических элементов И 58 совмещены с входом блока 40. Вторые входы логических элементов И 58 и 59 подключены к генератору 60, а их выходы свя5 заны с входами счетчиков 61 и 62. Вход формирователя 63 синхронизации совмещен с входом блока 40. Формирователь 63 выполнен в виде элемента фиксации изменения сигнала от значения О до 1 и од0 новибратора.

Блоки 38 и 39 (фиг. 5) выполнены в виде двухвходового преобразователя 64, подключенного информационным каналом к блоку 65 памяти и цифроаналоговым преоб5 разователям 66. Блок 65 подключен к блоку 67 задания, а каналы управления всех блоков подключены к блоку 68 управления, вход которого подключен к выходу блока 40. Согласующие блоки 43 и 44 (фиг. 6) вы0 полнены в виде цифроаналогового преобразователя 69, усилителя 70, входного резистора 71 и резисторов 72 и 73 обратной связи.

Стенд работает следующим образом.

5 Сигналы U™ с выхода генератора 24 поступают на вход блока 25, на выходе дешифратора 48 которого формируется сигнал в десятичной форме о количестве импульсов, поступивших на вход счетчика 47. При до0 стижении числа тактовых импульсов заданного N на выходах элементов 50, 51 и 52 формируются сигналы Г, являющиеся выходными сигналами UyC| блока 25. Поскольку коэффициент пересчета счетчика 47,

5 принят равным 360. то через каждые 360 импульсов на выходе каналов управления формируется сигнал с периодом, равным 360 периодам тактовых импульсов от ген ё- ратора. Сигнал Uyet по первому опорному

каналу нагружения формируется старшим разрядом счетчика 47 с приходом 360 тактового импульса. При этом сигналы Uyci по остальным каналам сдвинуты относительно опорного на заданное для каждого канала число тактовых импульсов. Сигналы с выходов блока 25 поступают на первые входы соответствующих блоков 29, 30 и 31, на выходах которых формируются сигналы 1, разрешающие прохождение тактовых импульсов на входы счетчиков 54 блоков 26,27 и 28 задания длительности импульса управления. Задание длительности импульса управления осуществляется с помощью переключателя 56 по числу п тактовых импульсов. Выходные сигналы UyC| с выходов блоков 26, 27 и 28 обеспечивает установку в исходное состояние триггеров блоков 29,30 и 31 соответственно. В результате на выходах блоков 29, 30 и 31 формируются сигналы прямоугольной формы с периодом 360 тактовых импульсов, фазы которых сдвинуты относительно опорного канала на заданные Ni, а длительности сигналов заданы числом п.

Сигналы Ui являются выходными сигналами блока 23 и поступают через усилители 32, 33 и 34 в цепь управления каждого электрогидравлического преобразователя 9. При значении сигнала управления, равном уровню 1, золотник преобразователя 9 обеспечивает соединение выходного канала 8 с напорным каналом 10, а при изменении значения сигнала управления до уровня О золотник переключается в другое крайнее положение, коммутируя выходной канал 8 со сливным каналом 11. Так как напорный и сливной каналы электрогидравлического преобразователя через дроссели 12 и 13 связаны соответственно с напорной 19 и сливной 21 магистралями насосной станции 15, то при периодическом движении золотника электрогидравлическрго пре- образователя 9 в замкнутой полости 7 формируются импульсы давления. Электрогидравлическая система управления золотником в преобразователе выполнена релейной с дополнительным корректирующим устройством, что обеспечивает переключение золотника за короткий промежуток времени, а величина смещения золотника обеспечивает площадь рабочих окон золотниковой пары преобразователя, не оказывающую существенного сопротивления потоку рабочей жидкости.

Форма импульсов давления определяется характеристикой сжимаемости рабочей жидкости и характером изменен ия

расхода этой жидкости в выходном канале электрогидравлического преобразователя. Расход рабочей жидкости в выходном канале электрогидравлического

преобразователя определяется открытием дроссельных щелей дросселей 12,13 с дистанционным пропорциональным управлением и перепадом давления на них. По мере изменения давления в замкнутой по0 лости при формировании переднего или заднего фронта импульса давления перепад давления на соответствующей щели уменьшается и расход жидкости в выходном канале 8 также уменьшается.

5 Таким образом, при периодическом релейном переключении золотника электрогидравлического преобразователя 9 в замкнутой полости 7 формируются импульсы давления пикообразной формы. Регули0 рование открытия дроссельных щелей дросселей 12 и 13, давления открытия клапанов предохранительного 18 и подпорного 20 насосной станции 15 и соотношения длительностей переднего и заднего фронтов

5 импульса давления обеспечивает возможность управления формой импульса давления, приближенного к форме индикаторной диаграммы двигателя.

Регулировка дросселей 12, 13 и клапа0 нов 18, 20 с дистанционным пропорциональным управлением осуществляется электрическими сигналами управления, формируемыми второй частью электронного задающего блока 23. Устройствами вво5 да блоков 35 и 36 задаются требуемые значения максимального и минимального давления формируемых импульсов. На выходах этих блоков формируются сигналы в цифровом виде о величинах заданных дав0 лений, каждый из которых подается на вход цифроаналогового преобразователя 69 соответствующего согласующего блока 43 и 44. С приходом импульса синхронизации 11ис каждый цифроаналоговый преобразова5 тель выполняет преобразование цифрового кода в пропорциональный электрический сигнал UK на выходе, который подается на усилитель 70 мощности, настраиваемый на определенный коэффициент усиления по

0 напряжению.

Для усилителя мощности, формирующе- го сигнал управления для подпорного клапана 20, настраивается коэффициент усиления по напряжению, равный .

5 Поэтому его выходной электрический сигнал Укпод настраивает подпорный клапан на давление Рпод, равное минимальному давлению импульса Рмин. При принятой схеме работы стенда давление в замкнутой полости при формировании заднего фронта импульса давления снижается до давления Рпод. поддерживаемого в сливной магистрали 21, задавая тем самым требуемое значение минимального давления импульса RMHH.

Для усилителя мощности, формирующего сигнал управления для предохранительного клапана 18, настраивается коэффициент усиления, по напряжению, равный ,25-1,3. Поэтому его выходной электрический сигнал UK пр настраивает предохранительный клапан на давление Рпр, большее максимального давления импульса Рмакс в 1,25-1,3 раза. Этим обеспечивается перепад давления на дроссельных щелях дросселей 12 при формировании переднего фронта импульса давления, задавая ему необходимую крутизну.

С выходов блоков 35 и 36 сигналы в цифровом виде о заданных величинах максимального и минимального давлений импульса подаются на входы блока 37, обеспечивающего с приходом импульса синхронизации вычисление разницы цифровых кодов, подаваемых на его входы, т.е. разницыЫ Др максимального и минимального давлений импульса.

Одновременно блок 40 формирует цифровые сигналы, определяющие длительность переднего гп и заднего Т3 фронтов импульса давления. На вход блока 40 пода- ется сигнал с выхода одного из формирователей сигнала управления, например сигнал Ui, по первому каналу нагружения, который поступает на первые входы логических элементов И 58 и 59. На вторые входы этих логических элементов подается сигнал прямоугольной формы Ую- от кварцевого генератора 60 с частотой f s 0,1-0,5 МГц, отличающийся высокой стабильностью частоты. При значении сигнала Ui, равном 1, на выход логического элемента И 58 передаются импульсы кварцевого генератора, формируя сигнал UTTI. При значении сигнала Ui, равном О, импульсы кварцевого генератора, формируя сигнал Ur3 , передаются с выхода логического элемента И 59.

При значении сигнала Ui, равном 1, импульсы от генератора поступают на вход счетчика 61 через элемент И 58, формируя сигнал гп , а в противном случае - на вход счетчика 62 через элемент И 59, формируя сигнал Т3 , сброс счетчиков 61 и 62 в исходное состояние осуществляется по сигналу формирователя 63 синхронизации.

Сигналы NTn и NTS с выходов счетчиков 61 и 62 поступают на первые входы блоков 38 м 39 соответственно, на вторые входы блоков 38 и 39 поступает сигнал от блока 37.

Блок 37 обеспечивает расчет по программе, заложенной в блоке 55 памяти, величины открытия дроссельных щелей дросселей 12 и 13. При этом, поскольку по всем каналам

5 нагружения формируются одинаковые по форме импульсы давления, то в цепи управления всех дросселей 12, установленных в напорных каналах моноблоков 14, подается сигнал Unn, задающий открытие дроссе0 лей при формировании переднего фронта импульса давления, а в цепи управления всех дросселей 13, установленных в сливных каналах моноблоков 14 - сигнал Una, задающий открытие дросселей при формиро5 вании заднего фронта импульса давления.

После изменения параметров нагружения система формирует пропорциональные сигналы Un управления дросселями 12 и 13 в течение нескольких периодов Т фор0 мируемой стендом циклической нагрузки, постепенно изменяя их от значения, определяемого набором предыдущих параметров нагружения, к новому. При формировании заднего фронта импульса давления в

5 каждой замкнутой полости золотник электрогидравлического преобразователя 9 перекрывает напорный канал 10, и энергия рабочей жидкости, подаваемой насосом в напорную магистраль 19, аккумулируется в

0 аккумуляторе 22. В следующей фазе работы эта энергия используется для формирования переднего фронта импульса давления в замкнутой полости, непосредственно возле которой расположен этот аккумулятор. Вы5 полнение аккумуляторов жидкостными обеспечивает их высокое быстродействие. Аккумулятор 17, установленный в напорной магистрали насосной станции 15, служит для сглаживания пульсаций дав0 ления в этой магистрали и выполнен пневмогидравлическим. Датчики 45 обеспечивают непрерывное измерение параметров нагружения испытуемого объекта, а регистрация сигналов датчиков осущест5 вляется блоком 46.

Предложенный стенд воспроизводит нагрузки, идентичные эксплуатационным с высокой частотой нагружения, что ускоряет ресурсные испытания узлов двигателя внут0 реннего сгорания. При этом значительное повышение частоты нагружения на данном стенде достигается за счет совместного использования релейных электрогидравлических преобразователей и дросселей с.

5 дистанционным пропорциональным управ- лением, управляемых специальным задающим устройством.

Формула изобретения 1. Стенд для испытания блоков цилиндров двигателя внутреннего сгорания, содержащий насосную станцию, выполненную в виде насоса, аккумулятора рабочей жидкости, связанного с насосом, подпорного и предохранительного клапанов, связанные с насосной станцией электрогидравлические преобразователи по числу каналов нагруже- ния, усилители мощности по числу электрогидравлических преобразователей, датчики нагрузки по числу каналов нагружения, связанные с блоком измерения, и задающий блок, снабженный блоком задания углов сдвига фазы, блоками задания длительности импульса и формирователями сигналов управления, причем количество двух последних определено числом каналов нагружения, и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к входу блока задания углов сдвига фазы и первому входу каждого блока задания длительности импульса, выходы блока задания углов сдвига фазы и выход соответствующего блока задания длительности импульса подключены соответственно к первым и вторым входам соответствующих формирователей сигналов управления, выходы которых совмещены с выходами блока задания и подключены каждый через усилитель мощности к цепи управления одного электрогидравлического преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, подпорный и предохранительный клапаны насосной станции выполнены с дистанционным пропорциональным управлением, электрогидравлические преобразователи выполнены релейными и каждый из них снабжен двумя дросселями с дистанционным пропорциональным управлением, установленными в его напорном и сливном каналах, а блок задания снабжен блоками задания максимального и минимального значений импульса давления, блоком определения размаха изменения давления с двумя входами, блоком определения длительности переднего и заднего фронтов импульса давления с двумя выходами, двумя блоками формирования пропорциональных сигналов управления с двумя входами каждый, первым и вторым дополнительными усилителями мощности и первым и вторым согласующими блоками, причем цепи управления подпорного и предохранительного клапанов насосной станции соответственно через первый и второй согласующие блоки связаны с выходами соответственно блоков задания максимального и минимального значений импульса давления, цепь управления каждого дросселя с дистанционным пропорциональным управлением, установленного в напорном канале электрогидравлического преобразователя, подключена через первый дополнительный усилитель мощности к выходу первого блока формирования пропорционального сигнала управления, а цепьуправления каждого дросселя с дистанционным пропорциональным управлением, установленного в сливном канале электрогидравлического преобразователя, подключена через второй дополнительный усилитель

0 мощности к выходу второго блока формирования пропорционального сигнала управле- ния, при этом первые входы блоков формирования пропорциональных сигналов управления подключены к выходу блока

5 определения размаха изменения давления, а их вторые входы - к выходам блока определения длительности переднего и заднего фронтов импульса давления, вход которого в свою очередь, подключен к вы0 ходу одного из формирователей сигнала управления.

2.Стенд по п. 1, отличающийся тем, что блок определения длительности переднего и заднего фронтов импульса давле5 ния содержит кварцевый генератор высокой частоты, первый и второй логические элементы И, первый и второй счетчики импульсов и формирователь импульса синхронизации, причем вход блока опреде0 ления длительности переднего и заднего фронтов импульса давления совмещен с входом формирователя импульса синхронизации, прямым входом первого логического элемента И и с инвертирующим входом

5 второго логического элемента И, вторые входы которых соединены с выходом кварцевого генератора высокой частоты, а их выходы - с информационными входами счетчиков импульсов, а установочные вхо0 ды счетчиков подключены к выходу формирователя импульсов, а выходы первого и второго счетчиков совмещены соответственно с первым и вторым выходами блока определения длительности переднего и за5 днего фронтов.

3.Стенд по п. 1, отличающийся тем, что блок формирования пропорционального сигнала управления содержит преобразователь с двумя входами, ин0 формационным каналом, блок памяти с информационным каналом и дополнительным входом, блок задания, цифроаналого- вый преобразователь, причем каждый из указанных блоков снабжен каналом уп5 равления для подключения к блоку управления, выход блока задания подключен к дополнительному входу блока памяти, информационные каналы последнего и преобразователя связаны между собой, выход преобразователя через

цифроаналоговый преобразователь связан с выходом блока формирования пропорционального сигнала управления, первый и второй входы которого совмещены соответственно с первым и вторым входами преобразователя.

Изобретение позволяет ускорить проведение усталостных испытаний за счет повышения частоты формирования периодической нагрузки и автоматизации настройки стенда. Нагрузка формируется в виде им

W

48

п

Pt/t2

I

Umu

4U

M

Фиг.З

4wy

5/

Uyet V

Vti/f,

55

56

yt/pu

и

58

59

63

Фив.4

Фиг. 5

61

п

.

I

Я

Uuc

73

&

UH