Приборы и оборудование для испытания ДВС

     1 Цель работы 

     1 Изучить ГОСТы, применяемые при  испытании двигателей внутреннего  сгорания;

     2 Изучить приборы и оборудования  для проведения лабораторных  работ;

     3 Развитие у студентов профессиональных  навыков, а также практическое  овладение методами экспериментальных  исследований;

     4 Закрепление, углубление знаний  студентов при изучении курса. 

     2  Задачи работы 

     1 Изучение видов и методов испытаний  двигателей внутреннего сгорания, в том числе:

     - автомобильных двигателей по  ГОСТ 14846-81 Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний ;

     - тракторных и комбайновых двигателей  по ГОСТ 18509-88 Дизели тракторные  и комбайновые. Методы стендовых  испытаний,  ГОСТ 20000-88 Дизели тракторные и комбайновые. Основные параметры. Общие технические требования;

     - дизелей судовых, тепловозных  и промышленных по ГОСТ 10448-80 Дизели  судовые, тепловозные и промышленные. Правила приемки. Методы испытаний.

     2 Изучение правил техники безопасности  испытания автомобильных, тракторных, судовых, тепловозных и промышленных двигателей внутреннего сгорания.

     3 Изучение правил и формул для  обработки экспериментальных данных (по ГОСТ).

     4 Изучение правил оформления графиков  по результатам испытаний (по ГОСТ).

     5 Изучение правил приведения мощности  и удельного расхода топлива  к нормальным атмосферным условиям (по ГОСТ).

     6 Изучение приборов и оборудования, применяемых при испытаниях в  лабораториях кафедры ДВС.  

     3 Теоретическое обоснование  работы 

         Изучение явлений и предметов  окружающей природы, рационального  применения их для повседневной  практической деятельности приходится  измерять те или иные физические  величины, между которыми существует  связь. Установление и измерение  этой связи позволяет глубже  вскрыть количественные и качественные  особенности изучаемых явлений,  что имеет важное научное и  практическое значение для изготовления  более эффективной и более  экологически чистой продукции. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     4 Приборы и оборудование, применяемые при  испытании 

     двигателей  внутреннего сгорания 

     4.1 Определение крутящего момента  двигателя тормозным способом.

     Основными требованиями, предъявляемыми к тормозным  устройствам, являются:

     - обеспечение торможения двигателя  в широком диапазоне его загрузки  при всех необходимых частотах  вращения; 

     - стабильное торможение с поддержанием  достаточно долго неизменным  тормозного момента;

     -  устойчивое торможение с сохранением заданного скоростного режима в случае небольших кратковременных изменений нагрузки;

     -  достаточно точное измерение крутящего момента;

     -  возможность прокручивания вала от постороннего источника энергии;

     -  полезное использование энергии,  получаемой от двигателя в  процессе торможения;

     -  дистанционное управление органами, регулирующими нагрузку на двигателе;

     -  сравнительно низкий уровень  шума. 

     

     

     4.1.1 Механические тормоза

     

     Действие  механических тормозов основано на использовании  сил трения.

     Если F - окружное усилие на тормозном барабане, имеющем радиус r , то крутящий момент двигателя равен F∙r. Крутящему моменту двигателя противодействует тормозной момент Q∙r , где Q - сила торможения, действующая на ободе тормозного барабана. Сила торможения будет зависеть от силы P, соотношения плеч рычага l₁ и  l_2,площади контакта и коэффициента трения.  
 
 
 

Рисунок 1 - Схема определения крутящего  момента двигателя тормозным  способом 
 

     4.1.2 Гидравлические тормоза 

     Действие  гидравлических тормозов основано на использовании свойств различных  гидравлических машин, позволяющих, в  частности, создавать сопротивление  поступательному или вращательному  движению соединяемых с ними машин. Такую возможность гидравлических машин используют для торможения двигателей при стендовых испытаниях. Гидравлические тормоза энергоемки, допускают широкий диапазон регулирования  по нагрузке и частоте вращения. Различают динамические и объемные гидравлические тормоза.

     Рисунок 2.Схема гидравлического дискового  тормоза.

 

     4.1.3 Электрические тормоза 

     Современные тормоза этого типа представляют собой электрические машины в  балансирном исполнении, вал которых  соединяют с валом испытуемого  двигателя.

     Механическая  энергия двигателя в таких  тормозах преобразуется в электрическую энергию. Но поскольку электрические машины обратимы, то в случае питания электроэнергией от внешнего источника тока они превращаются в электрический двигатель и преобразуют электрическую энергию в механическую.  

     4.2 Фундаменты для  стендов 

     Импульсный  характер крутящего момента вызывает вибрацию двигателя и фундамента стенда, который передается через  пол и грунт на здания. Для уменьшения вибрации фундаментов применяют амортизаторы или стойки с амортизаторами. В универсальных стойках применяются амортизаторы в виде резиновых подушек.  

         

     

     

     4.3 Измерение частоты  вращения 

       При испытании двигателей частоту  вращения измеряют тахометрами:

      - центробежными приставными;

     - электрическими;

     - стробоскопическими;

- электронными. 
 

     4.4 Измерение температур  и давлений 

     Без тщательного измерения температур и давлений окружающей среды, в коллекторах  двигателя, расходуемых материалов, теплового состояния двигателя  и т.д. нельзя получить достоверных  результатов, сравнить одни испытания  с другими. Выбор нужного для  этого типа приборов для измерения  температур и давлений определяется назначением, необходимой точностью  измерений. 

     4.4.1 Приборы для измерения  давлений 

     Для измерения давлений и разряжений широко используют:

     - водяные и ртутные пьезометры,

     - пружинные манометры,

     - ртутные барометры и пружинные  барометры-анероиды.  

     4.4.2 Измерение температур

     На  практике для измерения температуры  применяются изменения физических свойств тел и явлений. При  нагревании или охлаждении тела меняются его объём, плотность, линейные размеры, электропроводность, магнитная проницаемость, спектр и т.д. Наиболее распространенными  являются следующие приборы:

-жидкостные; 
-биметаллические; 
-манометрические; 
-сопротивления; 
- термоэлектрические;

       -термометры или пирометры излучения  (яркостные визуальные, фотоэлектрические  яркостные, цветовые, радиационные). Пирометры излучения применяются  в настоящее время, как правило,  для специальных исследований. 

     4.4.3 Измерение расхода  топлива 

     Количество  топлива, расходуемого двигателем в  час, называют часовым расходом топлива, и рассчитывают по формуле

     G_т = ∆G_т∙3,6/∆τ_т, кг/ч,

где ∆G_т - навеска топлива, гр.;

     ∆τ_{т  -} расход навески топлива, сек.

       Часовой расход топлива весовым способом определяют при помощи весов и секундомера.

     Большой точностью измерения расхода  топлива во время испытаний обладают устройства с автоматическим управлением.

     В практике испытаний двигателей широко используется объемный метод измерения расхода топлива.

     Часовой расход топлива определяют по формуле

     G_т = ∆V∙3,6∙ρ_т/∆τ_т , кг/ч,

где  ∆V - объем одной или нескольких мерных емкостей, см³;

     ρ_T - плотность топлива, г/см³;

       ∆τ_т - время расхода топлива из мерной емкости, сек.

     Следует отметить, что при объёмном методе измерения необходимо знать плотность  и коэффициент объёмного расширения топлива, следовательно, измерять температуру топлива. 

     4.4.4 Измерение расхода  воздуха

     Измерение расхода воздуха можно производить  с помощью диафрагм, измерительных  насадок, объемными расходомерами  и другими приборами.

     Часовой расход воздуха подсчитывается по формуле

 

где  α_т - коэффициент расхода;

   ε – коэффициент, учитывающий влияние расширения воздуха;

    - коэффициент,  учитывающий влияние расширения диафрагмы;

     ∆һ - перепад давления по пьезометру, мм в. ст;

     

     ρ_в - плотность воздуха, кг/м³;

     d - диаметр отверстия диафрагмы, м;

     А - постоянная прибора определяется при расчете по ГОСТ [7].

     Плотность воздуха подсчитывается по формуле

     ρ_в= Р_в/R_в∙T_в,

где       Р_{в –} давление окружающего воздуха;

     T_в - температура окружающего воздуха;

     R_в – удельная газовая постоянная для воздуха

     R_в = R/ μ_в = 8315/28,96 = 287 Дж/( кг ∙град)

     или в старых единицах (287/9,80665 = 29,27 кал/( кг ∙град),

где        R –универсальная газовая постоянная, Дж/( кг ∙град);

      μ_в – масса 1 кмоль воздуха, кг /моль.

     Ввиду применения приборов с различными шкалами, при подстановке измеренных величин давления в  кг/см² или МПа, плотность рассчитывается по следующим формулам