Модульный обкаточно-тормозной стенд для обкатки дизелей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

МОДУЛЬНЫЙ ОБКАТОЧНО-ТОРМОЗНОЙ СТЕНД ДЛЯ ОБКАТКИ ДИЗЕЛЕЙ

А.С. НОСИХИН, асп. каф. технологии машиностроения Московского ГАУ им. В.П. Горячкина

nosihin871 @yandex.ru

Наибольшее количество отказов дизелей наблюдается в начальный период эксплуатации. Одна из причин такого явления -низкое качество приработки деталей. Многие исследователи [1, 2] придают большое значение приработке деталей не только в связи с необходимостью подготовки соединений к восприятию эксплуатационных нагрузок, но и потому, что правильная приработка оказывает большое влияние на ресурс дизелей.

В процессе приработки происходит значительное изменение свойств тонких поверхностных слоев трущихся деталей, связанное со сложными механическими, физическими и химическими процессами, в результате чего повышается их износостойкость. С точки зрения микрогеометрии процесс приработки заканчивается установлением оптимальной шероховатости [3, 4].

Изучение вопросов приработки особенно актуально для ремонтных предприятий, так как агрегаты и узлы дизелей здесь

собирают из деталей с частичным износом, восстановленных и новых. Необходимость приработки как технологической операции обусловлена тем, что даже при совершенной сборке и соответствии шероховатости и волнистости рабочих поверхностей требованиям чертежей практически невозможно другими технологическими операциями достичь оптимальных трибологических характеристик поверхностных слоев трущихся деталей. Приработка в значительной степени определяет безотказность дизеля, особенно в начальный период эксплуатации, и при минимуме при-работочного и установившегося износа трибосоединений обеспечивает повышение ресурса дизеля.

Для проведения технологической обкатки двигателей внутреннего сгорания мощностью до 160 кВт и измерения их технологических показателей предлагается принципиально новый модульный обкаточно-тормозной стенд (рис. 1), который обеспечивает

Рис. 1. Модульный обкаточно-диагностический комплекс: 1 - рама; 2 - система монтажа ДВС; 3 - соединительная муфта и ограждение; 4 - виброопоры; 5 - топливные баки; 6 - калорифер; 7 - масляные радиаторы; 8 - система охлаждения; 9 - расходомер топлива; 10 - система выпуска отработавших газов; 11 - система вентиляции; 12 - электродвигатель; 13 - кран-балка

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2012

59

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Обкаточно-испытательный комплекс

Система Система

отвода ОГ монтажа ДВС

Система

вентиляции

Система

охлаждения ОЖ

Система

рекуперации

Система

охлаждения

масла

Система

питания

топливом

Система

питания

воздухом

ДВС

Нагружающее

устройство

Рис. 2. Функциональная схема обкаточно-тормозного стенда

испытание двигателей различной мощности: легковых и грузовых автомобилей, дорожностроительной, сельскохозяйственной и прочей техники.

Основные отличительные особенности:

- принцип модульности, заключающийся в том, что основными элементами обкаточно-диагностического стенда являются рама, нагружающее устройство, система сбора и обработки, управления, модуль управления подачей топлива, а остальные системы (система охлаждения, выпуска и др.) могут включаться для повышения функциональности;

- входящий в состав комплекса рекуператор, позволяющий отдавать электроэнергию от электродвигателя, работающего при горячей обкатке в генераторном режиме, в промышленную электросеть;

- входящее в состав комплекса грузоподъемное устройство (поворотный кран),

Рис. 3. Моментные характеристики НУ

позволяющий повысить производительность подготовительных работ и безопасность труда;

- комбинированный отвод отработавших газов, воздуха системы охлаждения и вентиляции помещения испытательной установки, целью которой является экономия энергоресурсов и повышение пожарной безопасности.

Обкаточно-тормозной стенд состоит из следующих основных систем (рис. 2): нагружающего устройства: рекуперации, управления, защиты, измерений, обработки и хранения данных, вентиляции, отвода отработавших газов, охлаждения ОЖ, масляной, питания топливом, питания воздухом, монтажа ДВС.

Нагружающее устройство представляет собой регулируемый электропривод с рекуперационным блоком, управляющим асинхронным электродвигателем серии АД-4P315S2. Основным элементом электропривода является частотный преобразователь серии VACON NXC 03855.

Нагружающее устройство обеспечивает:

- имитацию эксплуатационных условий работы двигателя внутреннего сгорания как по частоте вращения выходного вала, так и по моменту на валу;

- прокрутку ДВС во всем скоростном диапазоне работы.

Моментные и скоростные характеристики НУ приведены на рис. 3.

60

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2012

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Номинальный крутящий момент: при торможении при прокрутке

Максимальный крутящий момент: при торможении при прокрутке

Максимальная частота: при торможении при прокрутке

Номинальная частота вращения

530 Н-м. 515 Н-м.

810 Н-м. 770 Н-м.

3500 мин-1 4500 мин-1 2970 мин-1

Система рекуперации работает при переходе нагружающего устройства из режима прокрутки в режим торможения, при котором частота вращения испытуемого ДВС начинает превышать частоту вращения асинхронного электродвигателя, и он переходит в режим генератора. При этом ток, протекающий через рекуператор, преобразуется в трехфазное напряжение, частотой и фазой совпадающее с частотой и фазой питающей сети, и «сливаются» в сеть, нагрузкой для которой будет являться распределительный трансформатор на стороне питающей сети [5].

Система управления предназначается для управления нагружающим устройством и механизмом подачи топлива с целью реализации скоростных и тормозных режимов нагружения дизеля в соответствии с заранее подготовленной и выбранной программой обкатки. Система конструктивно объединена с пультом управления (рис. 4).

Система управления обеспечивает выполнение следующих функций:

- формирование и длительное хранение программ;

- выбор заданной программы обкатки из памяти для ее реализации;

- формирование сигнала управления нагружающим устройством как по каналу частоты вращения, так и по каналу управления тормозным моментом в соответствии с заданной установкой;

- формирование сигнала управления исполнительным механизмом подачи топлива в соответствии с заданной установкой.

Система защиты обеспечивает оперативный контроль за следующими параметрами:

- давлением масла в главной масляной магистрали дизеля;

- температурой масла в поддоне картера или на выходе из двигателя;

- температурой выхлопных газов;

- температурой охлаждающей жидкости на выходе из двигателя;

- температурой головки цилиндра (для двигателей воздушного охлаждения);

- моментом сопротивления прокручиванию;

- частотой вращения вала нагружающего устройства.

В связи с этим комплекс оснащен компьютерной системой управления и измерения, позволяющей в процессе обкатки и испытаний измерять и регистрировать все необходимые параметры технического состояния двигателя, а также обеспечивать информационное сопровождение испытаний с автоматической распечаткой протокола испытаний и его хранением в памяти компьютера.

Эта система также имеет существенное отличие от всех аналогичных систем, так как она одновременно обеспечивает управление всеми режимами работы стенда, т.е. управляет в автоматическом режиме процессом обкатки ДВС.

Система измерений предназначается

для:

- оперативного контроля состояния стендового оборудования и обкатываемого дизеля;

- информирования оператора (испытателя) об измеренных параметрах, в том числе по его запросу;

- формирования данных для систем управления и защиты.

Система охлаждения испытуемого двигателя оборотная, закрытая двухконтурная, циркулярного типа с теплообменником: внутренний контур - охлаждающая жидкость по техническим условиям завода-изготовите-ля, наружный контур - вода без примесей и загрязнений, омывающая теплообменник.

Система охлаждения обеспечивает:

- поддержание температуры охлаждающей жидкости на выходе из двигателя в пределах 75.. .85 °С, из дизеля 85.. .95 °С;

- необходимый расход охлаждающей жидкости (от насоса двигателя, а также специальным насосом стенда);

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2012

61

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Рис. 4. Пульт управления

- поддержание температуры масла на выходе из двигателя в пределах 80.. ,100°С и с заданной точностью (возможна подача масла в теплообменник как от масляного насоса двигателя, так и от отдельного насоса);

Масляная система обеспечивает бесперебойную подачу масла к двигателю при холодной обкатке и работе, а также позволяет производить прогрев и прокачку масла через двигатель перед пуском, его очистку и сепарацию, удаление отработанного и пополнение системы свежим маслом, возможно введение присадок к маслу.

Масляная система оборудована циркулярной системой и приспособлением для замера уровня, автономными насосами, фильтрами, холодильниками, подогревателями, расходомерами, а также средствами для регулирования температуры масла (термостатами и терморегуляторами).

Система питания топливом централизованная и обеспечивает работу двигателя как минимум на двух сортах бензина или дизельного топлива.

Система монтажа ДВС. Установка двигателя на стенд и его соединение с нагружающим устройством осуществляется вручную с применением подъемного механизма - кран-балки, смонтированной на раме, и специальных механизмов.

В заключение отметим преимущества вышеописанного стенда по сравнению с аналогами:

- универсальность;

- малая энергоемкость;

- автоматизированный процесс обкатки;

- простота монтажа и обслуживания;

- установка стенда на виброизолирующие опоры;

- интерфейс (связь с ПК): визуальный контроль за процессом обкатки с удаленного рабочего места, распечатка протокола обкатки, сбор и хранение результатов;

- стоимость стенда относительно аналогов ниже;

- рекуперация энергии торможения;

- кран-балка для монтажа/демонтажа

ДВС.

Библиографический список

1. Пучин, Е.А. Надежность технических систем / Е.А. Пучин, О.Н. Дидманидзе, П.П. Лезин и др. - М.: УМЦ Триада, 2005. - 353 с.

2. Ульман, И.Е. Ремонт машин / И.Е. Ульман. - М.: Колос, 1982. - 445 с.

3. Нагорский, Л.А. Испытания и характеристики автотракторных двигателей: учеб. пособие для студентов высш. учеб. завед. агроинженерных специальностей / Л.А. Нагорский // Минсельхоз России, Департамент научно-технологической политики и образования, ФГОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия - Зерноград»: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2008. - 100 с.

4. Ходес, И.В. Обкатка двигателя, трансмиссии и трактора: учебное пособие / И.В. Ходес. - Волгоград: ВолГТУ, 1998. - 57 с.

5. Чикунов, Ю.М. Энергосберегающая система стендов для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания при ремонте: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Ю.М. Чикунов. - М., 2000. - 22 с.

62

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2012