Навантажувальні пристрої стендів для випробувань двигунів

 

Для випробувань двигунів використовуються гідравлічні й електричні гальмові стенди. Перевагою електрогальмівних стендів перед гідравлічними є відсутність резервуару води і спеціального електродвигуна для холодного приробляння. До числа електрогальмівних стендів відноситься балансирна динамомашина. Балансирна динамомашина, в режимі електродвигуна, забезпечує холодне приробляння двигуна, а в режимі генератора – використовується як навантажувальний пристрій. Балансирна динамомашина має поворотний корпус (статор), який при обертанні якоря прагне повернутися в зворотньому напрямку. Момент повороту статора чисельно дорівнює моменту обертання двигуна. Поворотний момент статора врівноважується вантажами вагового механізму.

Гідравлічні гальма є найбільш дешевими, але вимагають значної витрати води і не є оборотними, тобто не дозволяють робити холодне приробляння двигунів без наявності ведучого електродвигуна, що і є їхнім недоліком. Використання енергії двигуна при гідравлічному гальмі неможливо.

Електричне гальмо постійного струму (балансирна динамомашина) є оборотним, однак вироблена в період гальмування енергія (в режимі генератора), не використовується. Механічна енергія випробовуваного двигуна перетворюється в електричну, яка передається до реостатів, перетворюючись в теплову. Тому заслуговує на увагу електричне гальмо змінного струму, яке складається зі звичайної асинхронної машини трифазного струму з контактними кільцями. Асинхронна машина вмикається в мережу змінного струму і при холодному прироблянні працює як електродвигун, а при гарячому прироблянні під навантаженням, як генератор, який приводиться в обертання випробуваним двигуном. Вироблена останнім енергія перетворюється в електричну і повертається або рекуперирується в мережі, до якої приєднана асинхронна машина.

Робота електричного гальма змінного струму ґрунтується на теорії електричних машин, тобто на тому, що асинхронний двигун трифазного змінного струму, що приводиться в обертання стороннім (випробуваним) двигуном зі швидкістю вище синхронної, працює в режимі генератора, створюючи гальмовий момент на валу ведучого двигуна. Робота асинхронного двигуна при швидкості обертання вище синхронної, при так званому негативному ковзанні, є найбільш економічною, тому що ковзання складає приблизно 2,5…3 %, і вся енергія випробуваного двигуна, за винятком витрат в установці, віддається в мережу.

Гальмові установки з рекуперацією енергії значно знижують вартість випробувань двигунів тому і знаходять усе більше поширення на автотранспортних підприємствах.

У стенді КІ-725 (рис. 14.1) використовується асинхронний електродвигун АК-81-6 потужністю 24 кВт, напругою 380 В, з частотою обертання 965 об/хв. Електродвигун – балансирний навантажувач; стенд обладнаний триступінчастим редуктором і регулювальним рідинним реостатом, постійно включеним у ланцюг ротора. За допомогою реостата змінюється швидкість обертання вала двигуна при холодному прироблянні і регулюється навантаження, створюване електродвигуном при роботі в режимі генератора. У режимі генератора електродвигун починає працювати автоматично, як тільки при гарячому прироблянні обороти двигуна перевершують 1000 об/хв, тобто стають вище синхронних.

Замір крутного моменту при холодному прироблянні і гальмового моменту при гарячому, провадиться за допомогою вагового механізму. Максимальна гальмова потужність стенда КІ-725 66,2 кВт і залежить від частоти обертання колінчатого вала випробуваного двигуна. На стенді можна здійснювати приробітку автомобільних двигунів при наступних режимах: 1) холодне приробляння (режим електромашини – двигун); 2) гаряче приробляння (режим електромашини – генератор).

 

 

Рис. 14.1. Стенд для приробляння й випробувань
автомобільних двигунів:

1 – опора; 2 – кронштейн; 3 – тяга маятника; 4 – зубчаста передача вагового механізму; 5 – ексцентриковий валик; 6 – стійка вагового механізму;
7 – маятник; 8 – масляний демпфер; 9 – плита; 10 – кронштейни;
11 – щіткотримач; 12 – електродвигун; 13 – сигнальна лампа; 14 – манометр; 15 – покажчики дистанційних термометрів; 16 – вимірник електротахометра; 17 – кнопки керування; 18 – зубчаста передача; 19 – датчик електротахометра

 

У гідравлічних навантажувальних пристроях (рис. 14.2) гальмування відбувається за рахунок роботи на переміщення води між статором і ротором, а також унаслідок тертя ротора об рідину. Виділюване при цьому тепло відводиться за допомогою радіатора. Зміна навантаження регулюється подачею більшої або меншої кількості води в гальмовий пристрій.

Механічні гальма, як і в автомобілях, бувають двох типів - колодкові або дискові. Охолоджуваний диск, або гальмовий барабан, кріпиться на осі бігового барабана, а їхні гальмові колодки на відповідній обоймі балансирно з’єднані з динамометром, що фіксує реактивний момент.

 

Рис. 14.2. Гідравлічний навантажувальний пристрій

 

В електричних навантажувальних пристроях гальмування створюється в результаті взаємодії обертового ротора, з’єднаного з віссю бігового барабана та електромагнітного поля балансирно підвішеного статора двигуна. Змінюючи величину струму в обмотці збудження за допомогою реостата, на барабанах створюють різні гальмові моменти.

У якості електрогальмівних пристроїв застосовують асинхронні двигуни змінного струму з короткозамкнутим ротором або електродвигуни постійного струму. Як правило, на стендах вони працюють у двох режимах: приводному і генераторному. У приводному режимі (при нейтральному положенні важеля коробки передач) за витратами електроенергії на прокручування силової передачі визначається опір силової передачі автомобілі та її коефіцієнт корисної дії. У генераторному режимі визначаються тягові якості автомобіля.

Електрогальма постійного струму в порівнянні з електрогальмами зремінного струму мають можливість випробувань автомобіля в більш широкому діапазоні швидкостей і навантажень, а також іншими більш високими експлуатаційними якостями. Однак їхньому широкому застосуванню перешкоджають більш висока вартість стенда, необхідність пристрою для випрямлення струму. Проте в порівнянні з іншими стендами саме стенди з двигунами постійного і перемінного струму дозволяють безпосередньо визначати витрати в силовій передачі автомобіля.

Існують також тягові стенди з електродинамічними (індукторними) гальмами з використанням ефекту вихрових струмів. Такі гальмові пристрої мають найбільші діапазони швидкостей і навантажень, краще пристосовані до автоматизації постових іспитів, мають невеликі габарити, невисоку вартість, прості в експлуатації й економічні.

 

 

14.3. Обладнення для випробувань коробок передач
автомобілів

 

Коробки передач після ремонту і складання піддаються випробуванням. Метою випробувань є перевірка роботи коробки на всіх передачах без навантаження і при постійному навантаженні. Випробування провадиться при частоті обертання первинного вала коробки передач у межах 1000 … 1400 об / хв. Для випробувань коробки передач під навантаженням застосовуються різні стенди: з механічним, гідравлічним і електричним гальмами. Як приклад на рис. 14.3 показаний стенд із гідравлічним гальмом.

 

 

Рис. 14.3. Стенд для випробувань коробок передач з гідрогальмом:

1 – рама; 2 – плита; 3, 6, 8 – кожухи; 4 – гідрогальмо; 5, 11 – муфти;

7 – коробка передач (редуктор); 9 – карданний вал; 10 – випробувана

коробка; 12 – підставка пускача; 13 – електродвигун

 

На рамі 1 представленого стенда встановлений приводний електродвигун 13 змінного трифазного струму потужністю 13 кВт, обертання від якого з частотою 1450 об/хв. через муфту 11 передається випробуваній коробці 10. Коробка 10 через карданний вал 9 з’єднана з іншою коробкою передач 7 і далі через муфту 5 з гідрогальмом 4, змонтованим на плиті 2. Коробки передач 7 встановлена в зворотниий бік стосовно коробки передач 10 і служить редуктором для підвищення числа оборотів гальма, необхідних для одержання відповідної гальмової потужності.

Випробування коробки може провадитися на всіх передачах, за умови переключення відповідних передач у редукторі. Число обертів, що розвивається електродвигуном (1450 у хвилину) буде передаватися при будь-яких режимах випробувань гальму, оскільки зниження оборотів на вторинному валу випробуваної коробки буде компенсуватися підвищенням їх на вторинному валу редуктора,
жорстко з’єднаному з гальмом. Так як гідравлічне гальмо при
1450 об/хв розвиває момент значно більший моменту приводного електродвигуна, при випробуваннях необхідно регулювати подачу води. Випробування коробки передач здійснюється при крутному моменті, який розвивається електродвигуном і відповідним гальмовому моменті гідрогальма.

Інші позначення: 3, 6, 8 – кожухи; 12 – підставка пускача. Для керування стендом здійснюється пультом керування. Стенд оснащений електричною сигналізацією про режим його роботи.

Стенд дозволяє випробувати коробки передач і при більших значеннях крутного моменті, що легко досягається заміною електродвигуна іншим, більшої потужності, або відповідним збільшенням гальмового моменту гідрогальма за рахунок підвищення подачі води.

Крім стендів з гідравлічним гальмом застосовуються стенди з електричним гальмом. Гальмовий момент створюється електромагнітним гальмом (рис. 14.4) завдяки дії магнітного потоку на обертовий сталевий диск. Магнітний потік створюється котушками гальма при живленні їх постійним струмом.

Гальмовий момент, що розвивається електрогальмом, складає 35 Н×м при частоті обертання не менш 300 об/хв. Величина гальмового моменту визначається напругою на обмотках котушок і реєструється положенням стрілки на електромагнітному гальмі відносно відповідної поділки шкали на диску. Регулювання частоти обертання провадиться за допомогою самої коробки передач. Гальмо може бути ввімкненим лише після пуску електродвигуна.

Заслуговують на увагу нові конструкції стендів для випробувань коробок передач під навантаженням. Привод випробуваної коробки здійснюється від електродвигуна. Ланцюговою передачею коробка передач з’єднана з масляним насосом. Нагружение коробки провадиться регулюванням прохідного перетину вентиля, включеного в магістраль насоса. Випробування можна вести як на холостому ході, так і під навантаженням при різній величині крутних
моментів. Величина навантаження оцінюється за показниками тарувального манометра.

 

Рис. 14.4. Електромагнітне гальмо:

1 – вал гальма; 2 – обертовий диск; 3 – корпус; 4 – котушки;
5 – сальники; 6 – шарикопідшипники; 7 – диск із діленнями; 8 – стрілка,
яка вказує величину гальмового моменту; 9 – вантаж

 

У розглянутих стендах навантаження випробуваної коробки передач провадиться гальмовим пристроєм механічного, електричного або гідравлічного типу. Передане коробкою навантаження визначається виміром гальмового моменту. Стенди, у яких передана випробуваним агрегатом потужність поглинається механічним, гідравлічним або електричним гальмом, відносять до установок з розімкнутим силовим контуром.

Застосовуються також стенди, у варіанті установок із замкнутим силовим контуром, у яких навантаження випробовуваного агрегату, коробки передач або заднього моста здійснюється за рахунок використання внутрішніх сил системи й має місце циркуляція потужності.

У стендах замкнутого контуру потужність електродвигуна використовується виключно на подолання сил тертя в зачепленнях шестірень і підшипниках, у той час як у стендах розімкнутого контуру потужність електродвигуна витрачається крім тертя в зачепленнях шестірень і підшипниках також на подолання крутного моменту, який розвивається гальмом. При однакових умовах випробувань витрати потужності на тертя в кілька разів менші потужності, що поглинається гальмом. Саме тому стенди з циркуляцією потужності є більш економічними. Електродвигуни для випробувань агрегатів у цих стендах споживають у кілька разів меншу потужність, чим стенди з поглинанням потужності.

Застосовуються також стенди, у варіанті установок з замкнутим силовим контуром. В них навантаження коробки передач досягається за рахунок використання внутрішніх сил системи і має місце циркуляція потужності.

Іншою перевагою стендів із замкнутим силовим контуром є відсутність громіздких гальмових пристроїв. Однак слід зазначити, що стенди з поглинанням потужності значно простіші у виготовленні, чим стенди з циркуляцією потужності.

На рис. 14.5 показана схема стенда для випробувань коробок передач, виконаних за схемою замкнутого силового контуру.

Електродвигун через муфту і правий редуктор 3 з’єднаний з первинним валом випробуваної коробки передач 2,вторинний вал якої через кардан з’єднаний із фланцем вторинного вала другої дзеркально розташованої коробки передач 1, що служить редуктором. Первинний вал коробки через лівий редуктор 8 і торсійний вал 4 з’єднаний із правим редуктором 3. Таке розташування вузлів дозволяє здійснити замкнутий силовий контур.

 

Рис. 14.5. Схема стенда по замкнутому контуру для випробувань
коробок передач автомобілів

 

Навантажувальний крутний момент створюється за рахунок закручування на визначений кут торсійного вала 4, розташованого між фланцями редукторів. При випробуваннях коробки передач завдяки дії пружних сил торсійний вал прагне розкрутитися, створюючи пари сил, протилежних за знаком. Пружні сили, що виникають усередині замкнутого контуру, створюють момент, під дією якого знаходяться шестірні коробки передач.

Для закручування торсійного вала 4 служить спеціальний механізм 7, в основу конструкції якого закладений принцип дії черв’ячної пари із самогальмуючим черв’яком, що має підйом витків 4°10’. Величина кута закручення відраховується за поділками лімба 5 втулки торсійного вала. Завантаження і розвантаження торсійного пристрою досягається за допомогою рукоятки 6 приводу хвостовика черв’яка.

Одночасне вмикання однойменних передач обох коробок
(випробуваної і постійної) здійснюється механізмом перемикання, що запобігає можливості одночасного вмикання різнойменних передач.

Призначенням правого редуктора є передача обертання торсійному пристрою та уповільнення числа обертів торсійного вала. Лівий редуктор має таке ж призначення, як і правий, але відрізняється від останнього конструктивно.

Потужність електродвигуна стенда можна визначити на підставі величини навантажувального крутного моменту і втрат на тертя в механізмах стенда. Крутний момент, яким навантажується замкнутий контур, створюється пружними силами закрученого торсійного вала без участі електродвигуна. Навантажувальний крутний момент приймають, як правило, в межах 60...75 % від максимального крутного моменту двигуна.

14.4. Обладнання для випробувань ведучих мостів
автомобілів

 

Після складання задні мости піддаються випробуванням на стенді, що дозволяє перевірити задній міст без навантаження і під навантаженням. Як і при випробуваннях коробок передач, тут можуть застосовуватися різні типи гальмових пристроїв. Так, для випробування задніх мостів автомобілів можуть застосовуватися стенди, навантаження в який створюється гальмовими барабанами, аналогічно тому, як це провадиться в експлуатаційних умовах на автомобілі за рахунок тиску, створюваного рідиною в гідравлічній гальмовій системі. Визначення ступеня рівномірності затягування гальм провадиться за допомогою спеціального динамометричного ключа, розміщеного на шпильках коліс. Стенд дозволяє перевірити також якість складання гальмової системи і попередньо відрегулювати гальма.

Випробування заднього моста на даному стенді можна вести також з блокованим диференціалом, якщо замінити стандартні півосі на спеціальні. Однак необхідність часткового розбирання моста і виготовлення спеціальних півосей є недоліком стендів даного типу. Іншим суттєвим недоліком є неможливість тривалого і безупинного випробування моста під навантаженням, тому що автомобільні
гальма не розраховані на тривале безупинне гальмування. Періоди іспиту під навантаженням протягом 1…2 хвилин повинні чергуватися з періодами роботи моста без навантаження. Найбільш досконалими є стенди з електричними гальмами і блокуванням диференціала.

Загальний вид стенда з гальмуванням випробовуваних мостів навантажувальним електродвигуном, що працює в режимі рекуперації електроенергії в мережу на обертах, що перевищують синхронні, показаний на рис. 14.6. Задній міст установлюється на стенді на три опори: центральну 1 і дві бічні 10. Центральна 11 опора за допомогою гвинтового пристрою дозволяє регулювати положення моста по висоті для дотримання співвісності його з валом електродвигуна. Верхні частини бічних опор - змінні і призначені для різних конструкцій мостів. Затискний пристрій – ланцюговий (за допомогою ексцентрика). Опори можуть пересуватися вздовж рами стенда і закріплюватися гвинтовими затисками в будь-якому положенні.

Обертання від ведучого двигуна до заднього моста передається через еластичну муфту 4. Привод 9 до блокувального вала 5 здійснюється через муфту, яка прикріплюється за допомогою гайок внутрішнього колеса до гальмового барабана випробуваного заднього моста (перед розміщенням його на стенді).

Блокувальний вал 5 складається з двох полувалів, з’єднаних між собою жорсткою муфтою 6. Кожний з полувалів спирається на два підшипники, корпуси яких установлені на рамі 7. На кінцях полувалів закріплені зірочки 8, з’єднані ланцюгами з зірочками привода 9 до блокувального вала. Натяг ланцюгів забезпечується переміщенням блокувального вала в зборі за допомогою гвинтів 4.

 

На лівому полувалі закріплений ведучий шків клинопасової передачі 2 (закрита кожухом 1) привода навантажувального електродвигуна 3, установленого на рухливій плиті. Потужність навантажувального електродвигуна 10 кВт, частота обертання 1450 об/хв.

Передаточне число клинопасової передачі гальмового (навантажувального) електродвигуна і число обертів ведучого електродвигуна підібрані так, щоб забезпечити при випробуваннях мостів обертання ротора гальмового електродвигуна з числом обертів, що перевищують синхронні.

Тобто роботу електродвигуна в режимі рекуперативного гальмування (електродвигун працює як асинхронний генератор з віддачею електроенергії в мережу). Величина гальмового моменту визначається за вимірюванням струму токові якоря приводного електродвигуна.

При необхідності станину можна підняти, що здійснюється гвинтовим механізмом і підкладками. Задній міст виставляється на стенді на три опори: центральну 5 і дві бічних 6. Центральна опора 5 за допомогою гвинтового пристрою дозволяє регулювати положення моста по висоті для дотримання співвісності його з валом електродвигуна. Верхні частини бічних опор змінні і призначені для різних конструкцій мостів. Затискний пристрій – ланцюговий за допомогою ексцентрика. Опори можуть пересуватися вздовж рами стенда і закріплюватися гвинтовими затисками в будь-якому положенні.

Приводний електродвигун 1 потужністю 14 кВт із частотою обертання 1460 об/хв установлений (рис. 14.7) на плиті рухливої станини 2. Станина може переміщатися уздовж рами стенда на чотирьох ковзанках 3 на величину, необхідну при випробуваннях мостів різних конструкцій. Плита може пересуватися в поперечному напрямку для суміщення осей електродвигуна і ведучої конічної шестірні випробуваних задніх мостів. При необхідності станину можна піднімати, що здійснюється гвинтовим механізмом і під-кладками.

 

Рис. 14.7. Блок приводного електродвигуна

Стенда випробування мостів

 

Регулювання величини гальмового моменту здійснюється зміною опору реостата, ввімкненого в ланцюг ротора. Випробування заднього моста ведеться при заблокованому диференціалі, що запобігає можливості заїдання сателітів на цапфах хрестовини диференціала.