Тормозные устройства, применяемые при испытаниях двигателей

3.1. Краткая характеристика тормозов

Применяемые при испытаниях двигателей различные виды тор­мозов служат для создания внешнего сопротивления, которое по­глощает развиваемую двигателем мощность. Тормозные устройства различаются в зависимости от принципа создания тормозного мо­мента. Механические, воздушные, гидравлические и индукторные тормоза используют только для торможения двигателей, а элек­трические и комбинированные тормоза также для пуска, холодной обкатки двигателя, определения мощности механических потерь [13, 14].

В механических тормозах развиваемая двигателем механиче­ская энергия поглощается работой сил трения, затем эта энергия превращается в тепло, отводимое в охлаждающую воду.

Механические тормоза просты по устройству, однако обладают малой энергоемкостью, неудовлетворительной характеристикой и недостаточной способностью к саморегулированию (момент тор­можения почти не зависит от частоты вращения).

В воздушных тормозах развиваемая двигателем мощность за­трачивается на перемещение и частично на нагрев воздуха.

Гидравлические тормоза отличаются высокой энергоемкостью, просты по конструкции и поэтому получили широкое распрост­ранение в практике стендовых испытаний двигателей. Поглоща­емая ими энергия расходуется на гидродинамическую работу и работу сил трения вращающегося ротора о жидкость. Энергия торможения превращается здесь в тепловую и расходуется на на­грев жидкости (обычно воды).

Недостатками гидравлических тормозов являются:

— невозможность использования (рекуперации) энергии, вы­рабатываемой двигателем;

— большой расход охлаждающей воды (20 + 27 л/(кВт-ч));

— малый диапазон регулирования по скоростному и нагру­зочному режимам;

— невозможность проворачивания коленчатого вала двигателя от тормоза и большие трудности автоматизации регулирования тормозной мощности.

В индукторных тормозах торможение осуществляется с по­мощью вихревых токов, возникающих в монолитном магнитопро-воде при его перемагничивании. Ротор (или индуктор тормоза) представляет собой двухрядное зубчатое колесо с прямоугольной или трапецеидальной формой зуба, вращающееся внутри статора. Статор обычно разделен на две половины, между которыми по­мещается катушка возбуждения. Во внутреннюю полость статора вставлены гильзы, по длине равные ширине зуба ротора. При вращении ротора катушка создает магнитный поток, концентри­рующийся в местах расположения зубьев ротора. Отдельные уча­стки гильз, находящиеся напротив зубьев ротора, поочередно на­магничиваются и размагничиваются, в результате чего в гильзах наводятся вихревые токи. Взаимодействие основного магнитного поля ротора с магнитным полем вихревых токов статора создает сопротивление вращению ротора.

Индукторные тормоза просты по конструкции, компактны, до­статочно энергоемки и надежны в эксплуатации. Их недостатки заключаются в невозможности использования для прокрутки ко­ленчатого вала двигателя и рекуперации поглощаемой тормозом механической энергии.

Электрические тормоза, обладающие рядом преимуществ по сравнению с механическими и гидравлическими, нашли широкое применение в испытательной практике. В силу обратимости элек­трических машин они могут работать как в генераторном, так и в двигательном режиме, выполнять операции пуска, холодной обкатки и вращать коленчатый вал двигателя, что необходимо для определения мощности механических потерь. Тормоза этого типа обеспечивают плавно регулируемую и устойчивую нагрузку для испытуемого двигателя в достаточно широком диапазоне ско­ростных режимов.

Электрические тормоза подразделяются на тормоза постоянного и переменного тока. В сельскохозяйственных ремонтных предпри­ятиях наиболее распространены электрические тормоза перемен­ного тока с жидкостными реостатами. Их изготавливают на базе асинхронных двигателей с фазным ротором, они дешевле, просты по устройству, имеют по сравнению со стендами постоянного тока в 2 — 3 раза меньшие габариты и массу.

Электрические тормозные стенды конструкции ГОСНИТИ при­меняют для обкатки и испытания автотракторных и комбайновых двигателей (табл. 1) [7].

3.2. Выбор стенда для испытания ДВС

Марку стенда выбирают в зависимости от показателей испы­туемого двигателя. При этом ргкомендуется выполнение следую­щих требований:

а) номинальный крутящий момент электрической машины М_нэм при работе в режиме дпгателя должен быть не менее

номинального крутящего момента испытуемого двигателя внут­реннего сгорания , т. е.

б) синхронная частота электрической машины п_с должна быть

ниже номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя п_н не менее чем на 15...20 %, т. е. ;

в) максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя в режиме холодной обкатки п_х0 должна быть ниже синхронной частоты электрической машины п_с не менее чем на 5 %, т. е.

Не рекомендуется увеличивать частоту вращения электриче­ской машины при ее работе в режиме генератора более чем в 2п_с. Превышение этой величины приводит к разрушению обмоток ротора и выходу машины из строя. При продолжительной работе стенда с частотой вращения или близкой к ней не рекомен­дуется допускать величину крутящего момента более 0,9 величины номинального крутящего момента электрической машины, так ка: это вызывает перегрев и быстрый выход из строя злоктрическс, машины. Допускаются лишь кратковременные (Z...5 мин) перс-грузки машины для определения мощности, развив?,, v ул гр'та-телем при приемосдаточных и других видах пспыта;;}. л.

³-³обк™но^У-^Ст^То^Р_р°;^{СТВО И} <""" Действия ooKdTOHHO тор_{Мозного стенда} КИ-5543

Обкаточно-тормозной стец_п /_П1„ о-, „

новных частей: электрической ^намометп^ in ^следУ^юЩ^их «*-злектрошкафа 12, прибора ™ стойки И - ^PeOmTa *'

бака для горючего 3 и у^^^^'₆^{УааВОВОчта стоек 2}-

Электрический динамо^™

силоизмерительного мехащ_{3ма КЯП71ЯННПГ}_ ^И„³_а„ ^ЭлектР°машины, смонтированных на специа^ "2ST " ^огражД^ения>

Рис. 2. Общий вид стенда: 1 _ „=„„._. •>.„.,

4 _ кран; 5 - трубопровод; _б J^L ~ ™ ₇' ~ ^{баК № топлива;} 8 — продольная плита; 9 — тяга; ₁₀, "° „ ^Сов: ⁷ ~ поперечная плита;

борная стойка; 1₂^леТт™ГГ "^ И - при! ллектрошкаф, 1 — к двигателю

Асинхронная электромашина с фазовым ротором типа АКБ по­средством двух опорных цапф подвешивается на стойках, при­крепленных к общей плите, что позволяет статору поворачиваться на некоторый угол в обе стороны относительно вала ротора. Такая подвеска электромашины называется балансирной.

При работе электромашины поворот статора в ту или иную сторону происходит вследствие взаимодействия магнитных полей, возникающих вокруг обмоток статора и ротора. При этом вра­щающий момент создает реактивный момент на обмотке статора, который стремится поворачивать корпус электромашины в про­тивоположном направлении. Так как реактивный момент на ста­торе равен вращающему моменту ротора, то по первому опре­деляются тормозной момент при горячей обкатке и момент трения при холодной обкатке двигателя.

Электромашина работает на стенде в двух режимах: двига­тельном и генераторном. Двигательный режим работы использу­ется при холодной обкатке двигателя, а генераторный — при горячей под нагрузкой (в этом случае электромашина использу­ется как электрический тормоз). В генераторном режиме элект­ромашина начинает работать автоматически, как только ее ротору от коленчатого вала испытуемого двигателя сообщается частота вращения выше синхронной.

Корпус электромашины посредством кронштейна соединен с силоизмерительным механизмом и специальным демпфером. При повороте статора тяга, связанная с кронштейном, перемещается и поворачивает эксцентриковый вал. На последнем закреплен ры­чаг с грузом (маятник), который при повороте эксцентрикового вала отклоняется от вертикального положения. Отклонение груза происходит до тех пор, пока момент его силы тяжести не урав­новесит тормозной или крутящий момент. Чем больше момент на корпусе электромашины, тем больше угол отклонения маят­ника. Сектор, закрепленный на эксцентриковом валу, находится в зацеплении с малой шестерней, жестко установленной на валике циферблатного устройства. При отклонении маятника стрелка по­ворачивается и показывает на циферблате усилие, передаваемое от корпуса электромашины.

Шкала циферблата протарирована в обе стороны от нулевого значения. По внутренней шкале определяется условно момент со­противления обкатываемого двигателя при работе электромашины в двигательном режиме, а по наружной — значение тормозного момента двигателя в процессе его горячей обкатки с нагрузкой и при испытаниях.

Демпфер силоизмерительного механизма служит для гашения колебаний маятника, возникающих при резком изменении на­грузки или напряжения в сети. Демпфер представляет собой ци­линдр, внутри которого находится поршень с двумя отверстиями.

предназначенными для сообщения надпоршневой и подпоршневой полостей цилиндра.

Поршень шарнирно связан через кронштейн с корпусом элек­тромашины и тягой силоизмерительного механизма, а цилиндр шарнирно соединен с основанием стойки последнего.

При колебаниях маятника силоизмерительного механизма пор­шень демпфера перемещается, а находящееся в цилиндре масло по отверстиям в поршне перетекает из одной полости в другую. При этом создается сопротивление движению поршня, а следо­вательно, и качению маятника.

Жидкостный реостат в электротормозе предназначен для пуска электромашины, регулирования частоты вращения ее ротора при холодной обкатке двигателя и тормозного момента в процессе горячей обкатки и испытания двигателя. Он состоит из бака вме­стимостью 300 л, наполненного водным 0,5...3%-м раствором кальцинированной соды. В верхней части бака установлен вал, на котором посредством изолятора крепятся электроды (секторы). К каждому электроду подсоединяется фаза обмотки ротора, и через раствор происходит их замыкание. Путем погружения элек­тродов в раствор кальцинированной соды можно изменять актив­ное сопротивление в цепи ротора электрической машины и тем самым регулировать частоту вращения или нагрузочный момент на ее валу.

В зависимости от величины площади погружения электродов в раствор изменяется сопротивление обмоток ротора и, следова­тельно, частота вращения ротора электромашины или тормозной момент.

Бак реостата имеет двойные стенки, в пространство между которыми подается вода из водопровода для охлаждения раствора. Она поступает через регулятор температуры, который автомати­чески поддерживает температуру раствора в пределах 50 — 60 °С.

Стенд имеет устройство для измерения расхода топлива (рис. 3). Оно состоит из циферблатных весов 3, установленных на полке 9, на передней стенке которой смонтирован трехходовой кран 8. На одной из чашек весов помещается стеклянный сосуд 5 с необходимым количеством топлива.

Трехходовой кран служит для управления движением топлива, С его помощью топливо распределяется следующим образом: при положении „Двигатель" оно подается к двигателю из бака; при положении „Залив" — поступает одновременно в двигатель и по специальному трубопроводу в стеклянный сосуд на весах; при положении „Замер" — в двигатель только из сосуда с весов (тру­бопровод от настенного бака при этом перекрыт). При положении крана „Закрыто" закрыты оба трубопровода, т. е, топливо в дви­гатель не поступает.

Порядок замера расхода топлива следующий:

— перед замером необходимо заполнить мерный сосуд топли­вом, поставив кран в положение „Залив";

— после сигнала „Начало опыта" повернуть трехходовой кран в положение „Замер";

— следя за стрелкой весов, включить секундомер, когда стрел­ка будет находиться у целой цифры, и выключить его, когда израсходуется 100...200 г топлива (AG_T);

— трехходовой кран установить в положение „Дви­гатель";

— в протоколе испытания записать навеску топлива и время расхода топлива за опыт и установить стрелку секундомера в нулевое положение.