Гидравлическое нагружающееуСТРОйСТВО Советский патент 1981 года по МПК G01M15/00 

(54) ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ НАГРУЖАЮШЕБ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к испытанию лвигателей, преимущественно двигателей внутреннего сгорания, транспортных, большой мощности и на неустановившихся режимах. Известны гидравлические нагружающие устройства для двигателей внутрен него сгорания, содержащие корпус, ротор с валом внутри корпуса, подводящие и отводящие трубы и систему регулирования моментр 1. Использование известных нагружающих устройств (НУ) не позволяет имити ровать работу испытуемого двигателя с теми транспортными средствами, приведенный момент инерции.которых меньше собственного момента инерции вращающихся с валом масс НУ, т. е. в тех эксплуатационных режимах, в которых ускорение вала испытуемого двигателя равно или превышает собственную его добротность по скорости (определя емую отношением наибольшего развиваемого испытуемым двигателем крутящего момента к собственному его. моменту инерции), значение которой у совремейных транспортных двигателей большо мощности (свьиче 1000 кВт) Превышает 1000 рал./с. Известны гидравлические нагружающие устройства, содержащие корпус, ротор с валом внутри корпуса, подводящие и отводящие трубы и систему регулирования момента, причем ротор имеет внутри рабочие полости, соединенные с подводящими трубами, а отводящие трубы соединены с корпусом. Такие НУ имеют корпус-статор с вкладьоиами по внутреннеп рабочей поверхности, ротор с полуэллиптическими ячейками, жестко укрепленный на нагрузочном валу, клапан управления нагрузной, осуществляющий регулирование объема жидкости, находящейся в рабочей зоне гидротормоза, подводящую и отводящую жидкость трубы. При работе гидротормоза вода под действием центробежной силы на роторе приобретает кинетическую энергию и отдает ее в виде работы трения о стенки ротора и статора 12. Недостаток таких гидротормозов . состоит в том, что они не позволяют осуществить режим холодной прокрутки (обкатки) испытуемого двигателя и те эксплуатационные режимы, при которых энергия передается от транспортного средства к двигателю {например движение транспортного средства накатом при включенной трансмиссии), имеют заниженный тормозной момент при малы частотах вращения, малую скорость и низкую точность регулирования динами ческих нагрузок. Цель изобретения - расширение aoc производимых испытательных статических и динамических режимов при испы:таниях транспортных двигателей внутгреннего сгорания. Поставленная цепь достигается теМ .что ротор выполнен в виде труб, укрепленных радиально по поверхности вала, вал имеет осевой канал, соединяюа1Ий подводящие трубы с полостями ротора, каждая из радиальных труб на внешнем конце снабжена по меньшей мере двумя соплами, ориентированными в противоположные стороны перпендикулярно плоскости, проходящей через оси вала и трубы, а система регулирования момента выполнена в виде клапанов, размещенных перед каждым соплом. На фиг. 1 приведено устройство, общий вид; на фиг. 2 - семейство воз можных его граничных характеристик .момент-скорость. Гидравлическое нагружающее устройство содержит (фиг. 1) вал 1, .име ющий состороны нерабочего конца осевую полость 2, на котором установ лен ротор, выполненный в виде радиальных труб 3 (на фиг. 1 их число ра но четырем). Внутренние полости этих труб сообщаются через осевую полость 2 вала 1 с подводящей трубой 4, кото рая через обратный клапан 5 сообщает ся с отводящей трубой 6, расположенной в нижней части корпуса 7, заполненного жидкостью так, что ротор находится выше ее уровня. Подводящая 4 и отводящая 6 трубы снабжены регул руюшими клапанами 8 и 9 соответствен но управляемьвда дистанционно от сист мы управления стенда и связывающими гидравлическое нагружающее устройство с внешней гидравлической системой На внешних концах радиальных труб 3 установлено .по два сопла 10, ориенти рованных в противоположные стороны перпендикулярно плоскости, проходящей через оси вала и трубы, каждое из сопел сообщается с полостью радиальной трубы через клапан 11 (например уравновешенную поворотную заслон ку) . Управление положением клапанов 11 осуществляется системой регулирования величины и направления крутяn&FO момента, на валу нагружакяцего устройства. . Гидравлическое нагружающее устрой ство работает следующим образом. В исходном положении вал 1, связанный с валом испытуемого двигателя внутреннего сгорания, не вращается, все клапаны 11 зак1илты, регулирующий клапан 8 открыт и в подводящую трубу 4 подана рабочая жидкость под избыточным давлением. Обратный клапан 5 предотвращает ее поступление в корпус 7 через отводящую трубу 6. Система регулирования воздействует на клапаны 11, установленные перед соплами, ориентированными против рабочего направления вращения вала 1, и открывает доступ жидкости к этим соплам. Струи жидкости, извергаемой из этих сопел, создают за счет реактивных сил движущий крутящий момент на валу 1, который под действием этого момента вращается в рабочем для испытуемого двигателя направлении. Этим создается режим прокрутки дви гателя. Когда частота вращения вала 1достигает требуемой величины, в двигатель подают топливо, закрывают клапаны 11, установленные перед соплами, ориентированными против направления вращения и открывают клапаны 11 перед соплами, ориентированными по направлению вращения вала 1, который теперь приводится во вращение испытуемым двигателем. Жидкость, выбрасываемая из этих сопел, создает тормозной крутящий момент на валу двигателя. Избыток жидкости отводится из корпуса 7 по отводящей трубе 6 через регулирующий клапан 9. Таким образом, в гидравлическом нагружающем устройстве осуществляется воспроизведение двигательных и тормозных крутящих моментов на валу испытуемого двигателя за счет жидкости, подводимой к нему под избыточным давлением от внешнего источника, причем величи4 на этих моментов зависит от величины давления подводимой жидкости, величины проходного сечения регулирующего Клапана 8, положения клапанов 11 н скорости вращения вала 1. При вращении вала 1 испытуемым двигателем, закрытых регулирующих клапанах 8 и 9 и открытых клапанах 11 в группе сопел, ориентированных в какую-нибудь одну сторону, жидкость, находшчаяся в нижней части корпуса 7, за счет центробежных сил, возникающих в массе жидкости в полостях радиальных труб 3, засасывается через отводящую трубу б, обратный клапан 5, подводящую трубу 4, осевой кэнал 2вала 1 в полости труб 3 и поступает через открытые клапаны 11 к соответствующим соплам. При этом создается тормозной момент на валу 1, определяемый силами, необходимыми для разгона масс извергаемой из сопел жидкости от нулевой их скорости в корпусе 7 до окружной скорости вращения сопел, и момент сил реакции выбрасываемой из сопел жидкости, направление которого определяется тем, какая группа сопел работает. Для иллюстрации действия предлагаемого нагружающего устройства аа. фиг. 2 представлено семейство его граничных характеристик - зависимость крутящего момента и на валу 1 в функции скорости OU5 вращения этого вала. Поскольку при соответствующем управлении регулирующим клапаном 8 и клапанами 11 предлагаемое нагружающее устройство способно развивать как ак тивный (движущий, так и тормозной крутящие моменты, то область его возможных характеристик охватывает псе четыре квадранта плоскости м-и) , т. е. может использоваться- при испытаниях реверсивных двигателей . На фиг. 2 изображена рабочая область при испытавший нереверсивных лвкгателей внутреннего сгорания-. При закрытом регулирукчдем клапане 8 область возможных характеристик ограничена фигурой OCDEFO, причем кривая ОС характеризует зависимость момента нагружения от скорости вра1ч.ония вала 1 при полностью открытых кла панах 11 в группе сопел торможения. При этом кривая СО соответствует огра ничению момента, кривая DE - ограниче ншо мощности, а кривая EF - скорости Кривая OF - характеризует зависимость величины момента, от скорости при полностью открытых клапанах 11 в группе сопел активного (ускоряющего) момента Области ОАВСО и OFGKHO соответствуют работе нагружающего устройства от внешнего источника жидкости под избыточным давлением, причем точки Л и Н для данной конструкции- нагружающего устройства определяются шим давлением подводимой извне жидкости. Наличие в предлагаемом устройстве радиально к валу расположенных труб, заполненных жидкостью и сообщатацихся с подводящей трубой, обеспечивает ему свойство самозасасьшания жидкости и позволяет сообщить кинетическую энергию жидкости, движущейся в полостях радиальных труб при вращении ротора и открытых клапанах любой группы сопел. Наличие сопел на внешних концах Рс1диальных труб позволяет использовать для нагружения испытуемого двигателя энергию (крутящий момент) сил реакции струй жидкости дополнительно к нагружению за счет кинетической энергии, причем эти две составляющие крутящего момента могут как суммироваться, так и вычитаться в зависимости от того, какая из групп сопел работает, т. е от направления струй жидкости по отношению к направлению вращения ротора. Введение управляемых клапанов в полости радиальных труб и их установка непосредственно перед соплами решает две задачи. Во-первых, позволяет регулировать величину и направление крутящего момента на валу устройства и, во-вторых, обеспечивает постоянное наличие жидкости в полостях радиальных труб,, необходимое для са-. мовсасывания :хидкости при любом поло-, жении управляемых клапанов. Непосредственное соединение отводящей трубы с подводящей обеспечивает в устройстве непрерывность циркуляции ограниченного- объема рабочей жидкости, т. е. HenpepijiBHOCTb и длительность процесса испытания.. Двигательный режим работы предлагаемого устройства осуществляется по- дачей в его подводящую трубу жидкости под избыточным давлением, например от гидравлического аккумулятора (при этом должен быть установлен обратный клапан, предотвращающий поступление жидкости из подводящей трубы в отводящую) , причем активный (двигательный) крутящий момент может быть организован любого, направления, что позволяет воспроизвести, крутящий момент на валу любого знака (направления). Характеристики (фиг. 2) построены по результатам расчетов. Как следует из этих .расчетов, собственная добротность предлагаемого нагружающего устройства по скорости (ускорение) может достигать величин , превыиающих в несколько раз собственную добротность современных двигателей внутрен-. него сгорания. Кроме того, большие секундные расхо рабочей жидкости, циркулирующей в нем, обеспечивают возможность плавного и точного регулирования величины KpyTmiiero момента на его валу. Это позволяет утверждать, что с его использованием возможна имитация практически всех эксплуатационных динамических режимов работы транспортных двигателей внутреннего сгорания. Использование предлагаемого изобретения позволяет полнее воспроизводить натурные условия эксплуатации при стендовых Испытаниях транспортных двигателей внутреннего сгораиия, что повысит качество и ускорит процесс доводки при разработке и изготовлении двигателей. Кроме того, его применение позволяет сократить процесс испытания двигателей за счет ужесточения испытательных режимов. Все это позволяет считать, что использование изобретения даст существенный технический и экономический элфект, величина которого будет определяться объемом внедрения. Работоспособность предлагаемого гидравлического нагружающего устройства подтвердило испытание упрощенной действующей-модели, изготовленной в ИАПУ ДВНП АН СССР. изобретения Гидравлическое нагружающее устройство для двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус, ротор

с валом внутри корпуса, подволя1п,ие и ртволящие трубы и систему регулирования момента, причем ротор имеет внутренние рабочие полости, соединенные с подводящими трубами, а отводярие трубы соединены с корпусом, От л и ч(а ю iji е е с я тем, что, с целью расширения воспроизводимых статических и динамических режимов, ротор выполнен в виде труб, укрепленных радиально по поверхности вал, который имее осевой канал, соединяющий подводящие трубы с полостями ротора, каждая из радиальных труб на

f

внешнем конце снабжена по меньшей мере, двумя соплами, ориентированными в противоположные стороны перпендикулярно плоскости, проходящей через оси вала и трубы, а система регулирования момента выполнена в виде клапанов, размещенных перед каждым соплом.

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

Pl/f.f

и

Vut. 2