Стенд для испытания цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1982 года по МПК G01M13/00 

(54) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ 1ЩЖНДРО-ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

I

Изобретение относится к средствам для испытания цилиндро-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания.

Известны стенды для испытания цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащие поршень и гильзу в блоке цилиндров, упругие элементы, осевые опоры и.тензодатчики, причем осевые опоры зак реплены на гильзе, тензодатчики наклеены на упругие элементы Ul.

Это-устройство предназначено для измерения суммарной,силы трения цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) гидросистем, где возникают только осевые нагрузки на поршень. Поэтому оно не может быть использовано для замера реальных сил трения-не только составляющих сил трения ЦПГ, но и суммарной силы ЩТГ на работающем двигателе по следующим причинам.

Сопряженные детали ЦПГ реально работающего двигателя изготовлены из

разных материалов (чугуна, алюминия стали) и имеют разные коэффициенты трения : кольцевые, упругие балочки могут быть изготовлены из одного только материала, причем упругого (чугун и алюминий, например, не пригодны) .

С помощью кольцевых упругих балочек известного стенда можно регистрировать только чистые силы трения от протяжки поршневой группы вдоль цилиндра, при отсутствий действия на рабочую поверхность :: гильзу нормальных, (боковых) сил порлневой группы, возникающей при работе двигателя внутреннего сгорания, эти силы, при работе двигателя , в 5-10 раз больше сил трения, возникающих от протяжки поршневой группы..

С помощью жестко соединенных составных невозможно измерить реальные «составляющие сили трения поршневой группы на работающем двигателе. Для определения оптимальных параметров поршней, пориневых колец различной конструкции и их количест ва необходимо знать как влияет каждый из параметров того или иного кольца на величину механических потерь - одного из главных факторов, оказывающего влияние на экономические показатели две. Для этого необходимо измерить за один ход поршня силы трения каждого из колец, т. е. составляющие суммарной силы трения. Известны также стенды, содержащие поршень и гильзу в блоке цилиндров, упругие элементы, радиальные упоры, осевые опоры и тензодатчики, причем осевые опоры закреплены на гильзе и связаны с упругими элементами, на которые наклеены тензодатчики, а радиальные упорЫ размещены между бло ком цилиндров и ГИЛЬЗОЙ 2 .. НеДоста.тки известного стенда - не возможность установки его на реально работающем двигателе, невозможность определения составляющих сумма ной силы трения и неточность ее изме рения, т.е. низкая эффективность ис пытаний. Цель изобретения - повышеь ре эффе тивности испытаний. Указанная цель достигается тем, что гильза выполнена из составляющих элементов, связанных между собой с возможностью осевого смещения, причем связь опор составных элементов гильзы с упругими элементами выполнена через шарниры, а радиальные упоры выполнены регулируемыми. При этом регулируемые радиальные упоры вьшолнены в виде полукольцевых наружных секторов и внутренних обойм сепараторов, шариков и регулирующих механизмов, причем шарики размещены в сепараторах между обоймами, охватывающими гильзу, и секторами, а регулирующие механизмы вьшолнены в виде винтов в блоке цилиндров, взаимодействующих с секторами. На фиг, 1 изображен отсек с трехсоставной гильзой и радиальными подвижными упорами; на фиг. 2 - один из радиальных упоров - поаукольцевой сектор; на фиг. 3 - отсек с двухсоставной гильзой и радиальными подвижными упорами; на фиг. 4 - отсек с радиальными упорами.для двигателя жидкого охлаждения с сухими гильзами. Стенд содержит поршень 1, гильзу 2, установленную в блоке 3 цилиндров, Гильза 2 выполнена составной, например, из трех частей 4-6, каждая из которых взаимодействует с индивидуальньм упругим элементом 7-9 соответственно, на котором наклеены тензодатчики. Упругие элементы 7-9 установлены в блоке 3 цилиндров таким образом, что они не касаются, поверхности трения поршневых колец и поршня . Каждая часть 4-6 гильзы 2 содержит опоры 10 и II. Для повьшения точности измерения между опорами 10 и 1 1 составных частей 4-6 гильзы 2 и упругими элементами 7-9 установлены шарниры-шарики 12.Для удержания их от выпадания на упругих элементах могут быть выполнены канавки 13. Упругие элементы 7-9 закреплены на блоке 3 цилиндров крепежными деталями 14. Упругие элементы 7-9 могут быть выполнены в виде штампованных колец или в виде пластин и неподвижноконсольно закреплены, например, в блоке 3 цилиндров. Верхняя часть . гильзы может быть - подвешена на упругом элементе 15, выполненном в стакане 16, по внутренней проточке которого скользит хвостовик I7 гильзы. Для восприяния радиальной нагрузки (нормальной силы) установлены регулируемые радиальные упоры 1820(фиг. 1), которые могут быть выполнены в виде внутренних полуколь-. цевых секторов, содержащих наружную обойму 21, сепаратор 22, шарики 23 и регулирующий механизм 24 (фиг. 2). Внутренним сектором 25 может быть втулка или термообработанная наружная поверхность гильзы. Наружная обойма 21и сепаратор 22 могут быть выполнены в виде полуколец или секторов. Составные части 4-6 гильзы 2 могут сопрягаться между собой по посадочным пояскам 26 и 27, выполненным в виде проточек соответственно на наружной и внутренней поверхности. Перед работой отсека гильзу 2 ус- танавливают строго вертикально, обеспечив заданный зазор медцу хвостовиками Составных частей гильзы с помощью регулируемых упоров 18, и фиксируют начальные показания тензодатчиков. При работе стенда каждая

составная часть А-6 гильзы 2 перемещается вдоль оси под действием силы трения, возникающей меяоду гильзой и каждым из поршневых колец.

Ьа фиг. 3 представлен второй вариант исполнения стенда, когда необходимо выделить из цилиндро-поршневой группы силу трения, чапример, только одного нижнего маслосъемного кольца. В этом случае гильза стенда состоит из двух частей 4 и 5.

Для двигателей с сухими гильзами гильзы непосредственно опираются своими наружными стенками на внутренние стенки цилиндров блока. Для размещения шаровых упоров между гильзой и цилиндром блока, последние растачивают по внутреннему диаметру (фиг. 4). Аналогично устанавливаются упоры и на двигателях воздушного охлаждения. Тензодатчики могут наклеиваться на упругой подвеске (фиг.4 или на тензобалочке 7.

Метод экспериментального определения механических потерь на трение поршневой группы основан на регис грации осевых перемещений гильзы цилиндра, происходящих под действием силы трения. Осевые перемещения гильзы регистрируются любого типа датчиком путем измерения деформации (прогиба) упругих элементов 7-9.

Однако на упругие тонкостенные пластины, кроме сил трения, действуют боковые (нормальные) силы, которые прижимают поршень с кольцами к гильзе (фиг. 2) и определяются из выражения

N Р- tg ,5 ,

где Р (Р2 ±Р; ) - результирующая сила от давления газов (Pg ) и сил инерции возвратно-поступательно движущихся мас

(Р|);

Jb - угол отклонения шатула от оси цидиндра.

Кроме того, имеется радиальная сила РЗ; , прижимающая поршневые кольца к гильзе, зависящая от давления газов в цилиндре (в поршневых канавках за кольцами) и от давления в результате действия собственных сил упругости кольца. . ;

Результирующая боковая сила, принимающая поршень и кольца (поршневую группу) к гильзе, равна

R N + Р . Максимальная величина результирующей боковой силы R ..

Исходя из величины силы трения и допустимой динамической погрешности колебательной системы, зависящей от частоты колебания -гильзы с подвесками, производят расчет тол1Цины уп- . ругих тонкостенных элементов подвески. Таким образом, под действиен этой силы трения гильза должна перемещаться на вполне определенную малую величину и регистрироваться дат чиком, помещенном на упругом элементе -тензобалочке.

Однако приемлемая точность изме--. рения сил трения пор.шневой группы , таким методом может быть оОеспечена только в случае исключения влияния результирующей боковой силы поршневой группы R , во много раз превосходящей силы трения поршневой группы, на деформацию тонкостенных элементов подвесок, на которые наклеиваются тензодатчики, а также в случае исключения влияния этих сил на перекос гильзы. При этом является важным не исключать влияния этой результиру ющей силы R не величину сил трения поршневой группы, чтобы определить влияние на механические потери двигателей не только частоты вращения вала, но и нагрузок (давление газов, инерционных сил И т. д.) работающего двигателя.

В стенде (фиг. 1) радиальные: упоры 18-20 воспринимают действие результирующей боковой силы R на себя, устраняя деформацию тонкостенных элементов подвески, и тем самым, тензодатчики регистрируют деформации тонкостенных элементов, возникающие только от действия сил трения поршневой группы. Кроме того, указанное расположение радиальных упоров 18-20 дополнительно обеспечивает строго вертикальное перемещение (без перекосов) гильзы. В этом случае датчики регистрирующие перемещение гильзы от действия сил трения, .располагаются на кольцевых пластин- . чатых тензобалочках 7-9, жестко укрепленных внешними концамина блоке двигателя, .а внутренними через, шарик 12 упираются в нижний торец гильзы. Этим еще больше устраняется зависимость деформации тензобалочек от действия результирующей боковой силы R и повьш1ается точность измерения сил трения поршневой группы на работающем двигателе. При работе двигателя ПОд нагру кой между радиальными упорами 18-20 и гильзой могут возникать посторонние силы трения скольжения, соизмеримые с величиной сил трения поршневой 1-руппы. Для устранения этих сил трения скольжения между радиальными упорами 18-20 и гильзой введены шаровые опоры 21, устанавливаемые в сепараторы 22 (фиг. 1 и 2) . Во время продолжительной работы двигателя возможно возникновение контактного изнашивания гильз или укрепленных на них внутренних обойм в местах сопряжения с шаровыми опора ми. В связи с этим предусмотрен меха низм 24, например, в виде винтового крепления для устранения зазора, появляющегося в результате вышеупомянутого изнашивания сопряженных деталей. Применение радиальных полукольцевых упоров повьшгает точность измерения, увеличивает долговечность работы упругих элементов подвески. В конечном результате, применение пред лагаемого устройства позволяет определить оптимальный вариант по комплектности цилшадро-поршневой группы деталями, их работоспособность и от.ветить на такой важный вопрос в дизелестроении, как установление функциональной зависимости и степени влийния на механические потери рабо тающего двигателя не только от частоты вращения, но и от его нагрузки Используя предлагаемый стенд для определения работоспособности и. из 1ерения сил трения цилиндро-поршневой группы две, можно определить оптимальные параметры 1Д1Г, такие, как материал, конструктивное исполнение , зазор между поршнем и гильзой, необходимое и достаточное количество маслосъемных и компрессионных колец и т.д. Кроме того, он позволит сократить сроки доводочных испытаний две, проводить их в различных направлениях (как исследовательских, так и эксплуатационных), повысить экономические показатели двигателей за счет определения оптимальных параметров : ЦПГ. Формула изобретения 1. Стенд для испытания дилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащий поршень и гильзу в блоке-цилиндров, упругие элементы, радиальные упоры, осевые опоры и тензодатчики, причем осевые опоры закреплены на гильзе и связаны с упругими элементами, на которые наклеены тензодатчики, а радиальные упоры размещены между блоком цилиндров и гильзой, о т л-и ч а.ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности, гильза выполнена из составных элементов, связанных между собой с возможностью осевого смещения, причем связь опор сос- .тавных элементов гильзы с упругими элементами выполнена через шарниры, а радиальные упоры выполнены регулируемыми. 2. Стенд по п. 1, о т л и ч а ющи и с я тем,что регулируемые радиальные упоры выполнены в виде полукольцевых наружных секторов и внутренних обойм, сепараторов,шариков и регулирующих механизмовt причем шарики размещены в сепараторах между обоймами, охватывающими гильзу, и секторами, а регулирующие механизмы выполнены в виде винтов в блоке цилиндров, взаимодействующих с секторами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство CCGP № 381926, кл. G 01 I 1/22, 1977. 2. СтефановскийБ. С. и др. Испытания двигателей внутреннего сгорания. М. , Машиностроение, 1972, с. 68.

У////////////

Йя.г