Содержание

Определение размеров проточной части динамометров-гидротормозов для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания

УДК 621.22

Аксенов Алексей Зиновьевич1, Горбунов Василий Павлович2, Сергеев Николай Николаевич3
1Рязанское отделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, руководитель отделения
2Рязанское отделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, ведущий конструктор
3Рязанское отделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Аннотация
В представленной статье приведена методика расчета размеров проточной части динамометров-гидротормозов для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания.

Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, динамометр-гидротормоз, испытания

Aksenov Alexey Zinovjevich1, Gorbunov Vasiliy Pavlovich2, Sergeev Nikolay Nikolaevich3
1Ryazan branch of Federal state budgetary scientific institution Federal Research Centre VIM Agroengineering, head of the Department
2Ryazan branch of Federal state budgetary scientific institution Federal Research Centre VIM Agroengineering, leading designer
3Ryazan branch of Federal state budgetary scientific institution Federal Research Centre VIM Agroengineering, candidate of technical Sciences, leading researcher

Abstract
The article presents the method of calculating the sizes of the flowing part of dynamometers-hydrocortisol for running and testing of internal combustion engines.

Keywords: dynamometer-hydro-brakes, internal combustion engine testing

Библиографическая ссылка на статью:
Аксенов А. З., Горбунов В.П., Сергеев Н.Н. Определение размеров проточной части динамометров-гидротормозов для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания // Современная техника и технологии. 2016. № 12. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: https://technology.snauka.ru/2016/12/10916 (дата обращения: 13.09.2022).

Среди прочих видов тормозных устройств гидравлические тормоза в настоящее время получили большое распространение. 
По сравнению с электрическими тормозами они характеризуются меньшими габаритами и стоимостью и большим диапазоном поглощаемой мощности. Поглощение мощности в гидротормозе происходит либо вследствие гидродинамической работы, затрачиваемой на перемещение жидкости, либо вследствие трения ротора о жидкость.
Действие большинства гидротормозов основано на сопротивлении жидкости перемещению вращающегося в ней ротора. При вращении ротора движущаяся вместе с ним жидкость передает полученную от ротора энергию на неподвижную стенку балансирно подвешенного статора и стремится, как бы увлечь его за собой, создавая на корпусе статора момент, измеряемый тем или иным силоизмерительным устройством. Изменение нагрузки достигается большим или меньшим заполнением статора водой либо изменением величины активной поверхности ротора.
В качестве рабочей жидкости применяют воду, обладающую большой теплоемкостью и дешевизной. Иногда применяется масло с повышенной вязкостью, благодаря чему удается получение большей тормозной мощности.
Все разнообразные конструкции гидротормозов можно свести к следующим: лопастные, штифтовые и дисковые.
Основные параметры, характеризующие гидротормоз
Тормозная мощность N в кВт; 
Тормозной момент М в Нм;
Скорость вращения п в об/мин;

Величина предела регулирования тормоза по скорости  ;
Величина предела регулирования тормоза по моменту  ;
Температура рабочей жидкости, чаще всего воды, t°C.
Величины а и β характеризуют возможные пределы использования гидротормоза по скорости и по моменту.
Для определения размеров проточной части динамометров-гидротормозов пользуются расчетами по формулам подобия, основывающиеся на испытании геометрически подобной модели [1].
Теория размерностей позволяет получить выражение для определения размеров гидротормоза по формулам подобия:

 QUOTE   (1)

где M –момент поглощаемый динамометром-гидротормозом;
λ – коэффициент пропорциональности (момента), который принимается постоянным для геометрически подобных машин, работающих в режимах закритических Re;
ρ – плотность рабочей жидкости;
D – характерный размер гидротормоза (наибольший размер колеса гидротормоза – активный диаметр;
n – число оборотов гидротормоза.
Поскольку мощность N = Mn, то

 (2)

где А коэффициент мощности постоянный для геометрически подобных машин).
Расчет по формуле (1), а также по формуле (2) требует, чтобы для модели были известны величины, определяющие ее работу, т. е. М; ρ; п; D или λ и ρ.
Задавая значения перечисленным величинам, можно рассчитать гидротормоз.
Для штыревого гидротормоза величина  может быть заменена произведением , где S—статический момент проекции штыря на плоскость, проходящую через ось гидротормоза и штыря относительно оси гидротормоза.
Величина S может быть определена из:

 ,

где L — длина погружаемой части штыря;
b — его ширина;
— радиус, на котором расположен центр тяжести штыря.
Подставляя это выражение в формулу (1), получим

 , (3)

где k — постоянная величина, зависящая от рода жидкости.
Из формулы (3) следует, что тормозной момент на валу гидротормоза зависит от длины штыря L, его ширины b и среднего радиуса  .
На рис. 1 представлена зависимость величины L от  для различных конструкций гидротормозов.

Рисунок 1 – Зависимость величин L и b от  .

Так как штырь выполняется постоянной ширины, то определение его предельной ширины следует производить на среднем радиусе rцт, т. е.

Расчет динамометра-гидротормоза штыревой конструкции выполняется в два этапа – расчет первого приближения и расчет второго приближения [2].

Расчет первого приближения

Предварительно задают значения величин L и b в долях от rцт и подставляют в формулу (3), после чего получают

. (4)

Здесь 0,87 — опытный коэффициент при L = 0,2rцт и b = 0,05 rцт.
Показатели степени при r и п также скорректированы на основании опытов.
Решая это выражение относительно rцт, получим

 . (5)

В формуле (4) Ni — расчетная мощность, приходящаяся на один штыревой венец на роторе.  
После определения величины rцт проводится проверка скорости, допустимой на радиусе rцт:

uцт< 40÷50 [м/сек],

где uцт — скорость на радиусе rцт;
где rцт — [м]; п — [об/мин].

Расчет второго приближения

Зная rцт, по графикам, представленным на рис.1, определяют длину и ширину штыря L , b. 
Вычисляют размер барабана гидротормоза:

D6aр, = 2rцт – L.

Определяют приемлемость длины штыря на отсутствие резонанса:

 ,

где  момент инерции штыря ;
 — частота возмущающей силы;
; 
zc — число штырей в одном ряду на статоре. 
При необходимости длина L штыря корректируется. Проверяется прочность штыря на разрыв центробежными силами.
Расчет второго приближения сводится к определению размеров, обеспечивающих прочности и жесткость элементов проточной части гидротормоза.
При необходимости размеры элементов изменяются и расчет повторяется вновь. Мощность вычисляется по формуле

 (6)

k=1 ÷ 0,75 — коэффициент пропорциональности между шагом штырей t и их длиной L; t = kL.

Рисунок 2 – Вид характеристики динамометра-гидротормоза штыревой конструкции

Для воспроизведения условий обкатки и испытания ДВС выбрана штыревая конструкция гидродинамического тормоза, как наиболее технологичная.

Библиографический список

  1. Кац С.М. Балансирные динамометры для измерения вращающего момента. – М. – Л: Госэнергоиздат, 1962, – 142с
  2. Гавриленко Б.А., Минин В.А., Оловников Л.С. Гидравлические тормоза – Москва: Государственное научно-техническое изд-во машиностроительной литературы, 1961. – 244 c.

Все статьи автора «Сергеев Николай Николаевич»

© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

68876-17: Канал измерительный крутящего момента силы стенда испытаний газотурбинных двигателей

Назначение

Канал измерительный крутящего момента силы стенда испытаний газотурбинных двигателей (далее — измерительный канал) предназначен для измерений крутящего момента силы при испытаниях газотурбинных двигателей.

Описание

Принцип действия измерительного канала основан на измерении реактивного крутящего момента силы, возникающего в балансирном гидравлическом тормозе (далее — гидротормоз), входящем в состав измерительного канала.

Измерительный канал состоит из гидротормоза, основными частями которого являются ротор и статор, рабочего рычага, состоящего из части статора и смонтированного на статоре дополнительного кронштейна, рабочего динамометра, измерительной схемы и программного обеспечения.

Часть статора гидротормоза со стороны, противоположной рабочему рычагу, с присоединенным дополнительным кронштейном, образует калибровочный рычаг.

Измерение крутящего момента силы осуществляется следующим образом. При вращении вала, испытываемого на стенде двигателя, который соединен с ротором гидротормоза, между вращающимся ротором и балансирным статором возникает реактивный крутящий момент. Усилие, возникающее на статоре от реактивного момента, с помощью рабочего рычага, передается на динамометр, который одним концом прикреплен к концу рабочего рычага. Другой конец динамометра присоединен к основанию стенда. Передаваемое рабочим рычагом усилие вызывает деформацию упругого тела динамометра с наклеенным на нем тензорезисторным мостом. Возникающий при этом измерительный сигнал, пропорциональный приложенному усилию, с тензорезисторного моста динамометра передается в измерительную схему канала. В измерительной схеме полученный сигнал преобразуется в значение измеренного реактивного крутящего момента силы. Измерительная схема канала и программное обеспечение входят в состав системы управления гидравлическим динамометром серии 545.

Общий вид измерительного канала представлен на рисунке 1.

Пломбирование измерительного канала не предусмотрено.

Программное обеспечение

Программное обеспечение (ПО) измерительного канала входит в систему управления динамометром, содержащую компьютерный контроллер с предустановленным программным обеспечением, предназначенным для обеспечения быстрой обратной связи управления динамометром в замкнутом цикле в режиме реального времени.

ПО внесено в контроллер канала предприятием-изготовителем и не может быть изменено пользователем.

Идентификационные данные ПО отсутствуют.

Конструкция измерительного канала исключает возможность несанкционированного влияния на ПО и измерительную информацию.

Влияние ПО на метрологические характеристики измерительного канала учтено при нормировании метрологических характеристик.

Уровень защиты встроенного ПО от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует уровню «высокий» по Р 50. 2.077-2014.

Технические характеристики

Таблица 1 — Метрологические характеристики

Наименование характеристики

Значение

Диапазон измерений крутящего момента силы, кН • м

от 1 до 20

Пределы допускаемой, приведенной к верхнему пределу измерений, статической погрешности измерений крутящего момента силы, %

±1,0

Таблица 2 — Основные технические характеристики

Наименование характеристики

Значение

Диапазон рабочих температур, °С

от +15 до +35

Напряжение питания постоянного тока, В

24

Потребляемый ток при напряжении питания 24 В, А, не более

5,0

Знак утверждения типа

наносится на титульный лист руководства по эксплуатации типографским способом. Комплектность средства измерений

Таблица 3 — Комплектность измерительного канала

Наименование

Обозначение

Количество

балансирный гидравлический тормоз с рабочим и калибровочным рычагами

модель 406-100-005 № 2039

1 комплект

система управления гидравлическим динамометром

модель 545-100-022 № 2039

1 комплект

рабочий динамометр

1220AF-20K-B № 406683A

1 шт.

руководство по эксплуатации

1 экз.

методика поверки

МП 38-231-2017

1 экз.

копия описания типа

1 экз.

Поверка

осуществляется по документу МП 38 — 231 — 2017 «ГСИ. Канал измерительный крутящего момента силы стенда испытаний газотурбинных двигателей. Методика поверки», утвержденному ФГУП «УНИИМ» 07.07.2017 г.

Основные средства поверки:

—    рабочий эталон 1-го разряда по ГОСТ 8.640-2014;

—    машина координатная измерительная портативная CimCore 75 (рег. № 48067-11). Допускается применение аналогичных средств поверки, обеспечивающих определение

метрологических характеристик поверяемых СИ с требуемой точностью.

Знак поверки наносится в свидетельство о поверке.

Сведения о методах измерений

приведены в эксплуатационном документе.

Нормативные документы

ГОСТ Р 8.752-2011 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений крутящего момента силы

Техническая документация фирмы-изготовителя.

«Испытания ДВС, испытательное оборудование и методики испытаний»

Jbiplane
Стремлюсь к совершенству