Техническое обслуживание сельхозтехники

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Способы определения мощности двигателей. Опишите технологию тормозного метода

мощность лошадиный сила трактор

Есть только один точный способ определить мощность двигателя: снять его с автомобиля и установить на моторный стенд. Такую возможность имеют только автопроизводители и серьезные гоночные команды. Важно понять, что крутящий момент и мощность находятся в прямой связи: мощность есть произведение момента на обороты двигателя. То есть момент первичен, да и более важен в повседневной езде, чем слегка эфемерное понятие мощности.

В 1789 году шотландский изобретатель и инженер Джеймс Уатт ввел новый термин «ЛОШАДИНАЯ СИЛА», чтобы определить, работу скольких лошадей способны заменить сконструированные им паровые машины. Известно, что одну из первых машин Уатта купил пивовар, чтобы заменить ею лошадь, которая приводила в действие водяной насос. Наблюдая за работой лошади, Уатт пришел к выводу, что в среднем за одну минуту она поднимает груз 180 фунтов на высоту 181 фут. Округлив расчеты в фунто-футах за минуту, он решил, что лошадиная сила будет равна 33 000 этих самых фунто-футов в минуту. Расчёты Уатта относились к работе лошади, усреднённой за длительное время. Выяснилось, что лошадь кратковременно может развивать мощность до 1000 кгс*м/с, что соответствует 9,8 кВт.

Немного терминов

Ньютон - единица измерения силы. Единица названа в честь английского физика Исаака Ньютона, открывшего законы движения и связавшего понятия силы, массы и ускорения. Ньютон - производная единица. Исходя из второго закона Ньютона она определяется как сила, изменяющая за 1 секунду скорость тела массой 1 кг на 1 м в направлении действия силы. Таким образом, 1 Н = 1 кг*м/с

Ньютоно-метр - единица измерения момента силы. 1 Н*м - момент силы, который производит сила 1 Ньютон на рычаг длиной 1 метр. Сила должна быть приложена к концу рычага и направлена перпендикулярно ему.

Джоуль - единица измерения энергии и работы. Джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной 1 Ньютону, на рас стояние 1 метра в направлении действия силы.

Лошадиная сила - единица измерения мощности. 1 л.с. определяется, как мощность, достаточная для поднятия груза массой в 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду. 1 л. с. составляет 735,49875 Вт, что называется метрической лошади ной силой.

Ватт - единица измерения мощности. Равняется одному Джоулю, делённому на 1 секунду.

И так, существуют различные системы измерения мощности двигателя, не всегда сравнимые напрямую, хотя есть четкие взаимосвязи между отдельными единицами измерения.

Давно и прочно вошел в обиход киловатт, но мощность определяют по разным стандартам и испытательным инструкциям по испытаниям.

Киловатт (кВт) 1 кВт = 1,35962 л.с. = 1,34102 hp

В теории мощность двигателя (Р) рассчитывают из крутящего момента двигателя (Мд) и частоты вращения двигателя (n): P = Мд· n Крутящий момент двигателя (Мд) выражается через силу (F), которая действует на плечо рычага (L): P= F·L·n Для определения мощности эти показатели измеряют на стенде, используя гидравлические тормоза или электрогенераторы. При этом произведенная двигателем работа преобразуется в тепло. Чтобы определить мощность мотора при полной нагрузке, измерения проводятся, как правило, через 250-500 об/мин.

Мощность Нетто (Реальная). Испытываемый двигатель оборудован всеми вспомогательными, необходимыми для эксплуатации транспортного средства агрегатами - генератором, глушителем, вентилятором и пр.

Мощность Брутто («лабораторная или стендовая мощность»). Двигатель не оборудован всеми дополнительными, необходимыми для эксплуатации транс портного средства агрегатами. Эта мощность соответствует системе SAE; мощность брутто выше мощности нетто на 10-20%. В обоих случаях ее называют «эффективной мощностью»: Рэфф - измеряемая установленная мощность двигателя Рприв = Рэфф · к, где Рприв - приведенная мощность, или пересчитанная на определенное эталонное состояние, где к - поправочный коэффициент.

Эталонное состояние В связи с различной плотностью воздуха (из-за атмосферного давления, температуры и влажности воздуха) всасываемый двигателем воздух бывает «тяжелее или легче»; при этом количество топливно-воздушной смеси, поступающей в двигатель, будет больше или меньше. Поэтому измеряемая мощность двигателя будет выше или ниже. Колебания атмосферных условий при испытании учитывают с помощью поправочного коэффициента, пере считывая измеряемую мощность на определенное эталонное состояние. Например, мощность двигателя снижается примерно на 1% на каждые 100 м увеличения высоты, а 100 м высоты соответствуют примерно 8-ми бар атмосферного давления. Различные стандарты и инструкции по испытаниям предусматривают различные эталонные состояния и методы пересчета мощности, измеренной при фактических атмосферных условиях в момент испытаний: Р - атмосферное давление воздуха Ps - атмосферное давление воздуха в сухую погоду (за вычетом парциального давления водяного пара) t - температура, C t - температура, К. Но такой пересчет приемлем только для двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием (бензиновых). Для дизелей применяются более сложные формулы. Мощность двигателя по стандарту DIN на 1-3% меньше мощности, пересчитанной по стандарту ЕЭС или по стандартам ИСО/ЕЭК ООН, из-за различных методов расчета поправочных коэффициентов. Прежние довольно существенные отличия в показателях мощности по японскому стандарту JIS или по SAE от германского стандарта DIN объяснялись использованием мощности брутто или смешанных форм мощности брутто / нетто. Однако действующие современные стандарты все больше соответствуют переработанному стандарту ИСО 1585 (мощность нетто), поэтому прежние существенные различия (до 25%) в настоящее время уже не встречаются.

Определение эффективной мощности производится: тормозным, безтормозным, либо инерциальным методами.

Метод торможения применяется в основном для определения КПД двигателей, при котором торможение осуществляется механическим или иным тормозом с измерителем момента. Тормозной метод основан на поглощении мощности, развиваемой ДВС, тормозом с известным тормозным моментом. Для реализации данного метода наиболее часто используются электротормозные стенды, выполненные на основе электродвигателя с фазным ротором. Определение мощности ДВС тормозным методом без снятия с машины может быть осуществлено подключением тормоза к валу отбора мощности или установкой машины на стенд с беговыми барабанами. Ведущие колеса машины устанавливаются на беговые барабаны, связанные с тормозной установкой. Это позволяет определить тяговое усилие на колесах и мощность ДВС (с учетом КПД трансмиссии). В зависимости от тягового усилия и массы машины применяются различные стенды с фрикционными, гидравлическими или электрическими тормозными установками. Определение мощностных характеристик в условиях эксплуатации в основном про изводится бестормозными методами на установившемся и неустановившемся режимах. Наиболее простой метод заключается в использовании нагружения механических потерь в самом двигателе. Метод применяется для четырехцилиндрового двигателя. При этом отключается подача топлива в три цилиндра и работающий цилиндр полностью нагружается.

Нагружной стенд

Стенд состоит из двух или четырех барабанов на ось автомобиля, соединенных валом с гидравлическим, электрическим или механическим тормозом и системы сбора и обработки данных. Водитель включает нужную передачу (обычно 3-ю), выжимает сцепление и жмет педаль газа в пол. Мотор неподвижного автомобиля раскручивается до максимальных оборотов (отсечки, скажем 7000 об/мин.), после чего барабаны тормозят (электродинамически, гидродинамически, механически или еще как-нибудь - это не суть важно) до снижения оборотов (плавно или ступенчато), регистрируя при этом момент тормозного усилия на барабане. Можно делать и наоборот - т.е. ступенчато отпускать тормоз барабана, позволяя двигателю медленно раскручиватся и фиксировать при этом момент на барабанах и частоту вращения коленвала двигателя. Создание и компоновка нагружного стенда для полноприводных автомобилей не слишком отличается от моноприводного стенда, просто стенд будет ровно в два раза сложнее, тяжелее, больше и дороже, поэтому они не получили большого распространения (по крайней мере у нас). Основной же ограничивающий фактор нагружного стенда - максимальная мощность испытуемого автомобиля, т.к. практически вся мощность двигателя уходит в тепло, которое необходимо рассеять стенду, а точнее - его тормозной системе. Нередки решения, где для измерения мощности автомобилей мощнее 500 л.с. необходим монтаж отдельного блока жидкостного охлаждения тормозной системы динамометра, размер которого в два или более раз превышает размер самого стенда. Поскольку это ведет к существенному удорожанию стенда, а максимальная рассеиваемая электродинамическим, механическим или другим тормозным механизмом мощность ограничена конструктивно при проектировании и изготовлении стенда, зачастую приходится сталкиваться с тем, что замерить мощность полноприводной машины мощностью более 300-400 л.с. практически негде. Кроме того, в нагружном стенде принципиально отсутствует возможность измерения как собственных потерь стенда, так и потерь в трансмиссии. Провести такие измерения можно лишь частично скомбинировав его с инерциальным стендом или используя вспомогательные инструменты и оборудование (например используя отдельный электропривод для замера собственных потерь стенда и частичных потерь в трансмиссии).

Инерциальный стенд

Стенд состоит из двух или четырех массивных барабанов на ось автомобиля и системы сбора и обработки данных. Водитель включает нужную передачу (обычно 3-ю), выжимает сцепление и жмет педаль газа в пол. Мотор неподвижного автомобиля начинает постепенно раскручивать барабаны стенда, который фиксирует угловое ускорение барабанов и на основании момента инерции барабанов и величины углового ускорения вычисляет мощность на колесах (барабанах). Поскольку время раскрутки барабанов прямо пропорционально моменту (мощности) двигателя и моменту инерции барабанов, для более мощных машин можно установить более тяжелые маховики, а для менее мощных - более лег кие, тем более, что конструкция инерциального стенда позволяет легко это делать. Дело в том, что при больших величинах угловых ускорений (мощная машина на легких барабанах) увеличивается погрешность измерений за счет потерь на преодоление момента инерции вращающихся элементов трансмиссии (колеса, тормозные диски, элементы привода, шестерни КПП и т.п.).В против ном же случае (маломощная машина на массивных барабанах) заметно увеличивается время измерений. Поэтому желательно подбирать размер и массу барабанов (или использовать дополнительные диски) для определенных диапазонов мощностей двигателей для обеспечения оптимального баланса между погрешностью и скоростью измерений. Поскольку момент инерции диска или барабана прямо пропорционален диаметру диска в четвертой степени, при начальном проектировании стенда можно использовать более легкие полые барабаны или барабаны меньшего диаметра, рассчитанные на легкие, маломощные автомобили (скажем мощностью 20-80 л.с.), а при необходимости замера более мощных автомобилей дополнять стенд набором предварительно откалиброванных «утяжеляющих» дисков, которые крепятся на оси барабанов (аналогично тому, как увеличивается вес штанги надеванием на нее дополнительных «блинов»).

Нагружной метод можно назвать в некотором роде статическим, т.к. измерения производятся обычно дискретно при фиксированной частоте вращения коленвала и постоянной нагрузке на двигатель, трансмиссию. При этом двигатель работает в стабильном режиме, состав смеси может корректироваться блоком управления и скорее всего либо близок к оптимальному, либо немного обогащен. Именно при помощи нагружных стендов измеряется момент и мощность двигателей согласно рекомендациям SAE.

В отличие от нагружного стенда, измерения на инерциальном стенде происходят в динамических условиях. Двигатель при этом постоянно работает в переходных режимах, а состав смеси и тепловой режим в камере сгорания может существенно отличаться от условий испытаний на нагружном стенде. Кроме того, из-за постоянно присутствующего углового ускорения во всех вращающихся элементах (особенно это касается маховика, колес и тормозных дисков) вносит я дополнительная погрешность. Поэтому мощность одного и того же автомобиля может отличаться при измерениях на нагружном и инерциальном стендах. По разным сведениям, разница в измерениях может составлять до 10%. Что касается точности измерений, то при существующих технологиях производства и измерений, точность изготовления отдельных элементов стенда может превышать 0.01%, а точность измерения некоторых датчиков - 0.001%. Суммарная погрешность откалиброванного стенда составляет обычно не более 0.5%. Оба типа стендов обеспечивают хорошую повторяемость результатов при правильной настройке.

Установка КИ-4935 ГОСНИТИ предназначена для проверки мощностных и топливных показателей тракторных двигателей и определения механических потерь в силовой передаче. Она позволяет создавать нагрузочные и скоростные режимы, требующиеся при диагностировании тракторов. Тормозная установка КИ-4935 применяется на стационарных пунктах технического обслуживания и диагностирования тракторов. Она состоит из редуктора с карданным валом, электромашины (тормоза), маятникового динамометра, электросилового шкафа, регулировочного реостата, прибора для измерения расхода топлива типа КИ-8910 ГОСНИТИ и пульта управления. Электромашина АБК-82-4, используемая в этой установке, может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора с отдачей электроэнергии на нагрев реостата и охлаждающей жидкости. Ее мощность в режиме электродвигателя равна 55 кВт, а вместимость бака реостата 300 л. Погрешности измерения с помощью установки КИ-4935 вращающего момента составляют 3%, частоты вращения 1,5%, расхода топлива 2% и эффективной мощности двигателя 5% от соответствую щих базовых уровней.

При эксплуатационных испытаниях тракторных двигателей в условиях машиноиспытательных станций применяются тормозные стенды производства ГДР типа САК-Н-670 с весовым механизмом Рапидо. Мощность этого стенда может быть 100, 160 и 250 кВт.

Стенд КИ-8927 ГОСНИТИ предназначен для проверки тяговых и тормозных качеств колесных тракторов К-701, Т-150К, МТЗ-80 и др. Он оснащен беговыми барабанами, жидкостным реостатом, приспособлением для диагностирования гидравлической системы навесного устройства, топливным расходомером и пультом управления. Диагностическая установка Урожай 1Т применяется для определения технического состояния и остаточного ресурса тракторов и комбайнов. Она находит применение в стационарных условиях в комплекте с тормозным стендом КИ-8927 ГОСНИ ТИ или КИ-4935 ГОСНИТИ. С помощью этой установки измеряются 68 параметров технического состояния объектов диагностирования. Она обеспечивает диагностирование систем смазки, охлаждения и питания двигателя, гидросистемы навесного устройства, рулевого управления, трансмиссии и вала отбора мощности, а также механизмов газораспределения, цилиндропоршневой группы двигателя, силовой передачи и электрооборудования. Установка состоит из датчиков, блоков установок, питания, управления измерениями и коммутации, а также из прогнозирующего устройства, индикатора-транспаранта, блоков выдачи команд и индикации. В ней механические величины преобразуются в электрическое напряжение посредством датчиков, устанавливаемых на агрегатах и узлах трактора и коммутируемых с помощью переходных устройств. Для этих целей применяются датчики давления, линейных и угловых перемещений, индукционный и датчик расхода топлива. При обработке результатов измерений используется малогабаритная вычислительная машина. Если величина диагностического сигнала находится в пределах допуска на параметр, то прогнозирующее устройство ПУ включает на индикаторе-транспаранте ИТ указание норма. На цифровой индикатор выдаются также данные об остаточном ресурсе. Установка разработана Украинским филиалом ГОСНИТИ.

Диагностическая и прогнозирующая система (ДиПС) КИ-12326 предназначена для комплексной оценки и прогнозирования остаточного ресурса тракторов, зерноуборочных комбайнов, грузовых автомобилей и оборудования живот новодческих ферм. Система создана ВНИИЭПом совместно с ГОСНИТИ, ЛСХИ и СибИМЭ. Она применяется как в передвижном (на борту автомобиля УАЗ-452А) в комплекте КИ-5530, так и в стационарном исполнениях. Данная система позволяет измерять до 350 контролируемых параметров технического состояния объектов диагностирования. Среди контролируемых признаков около 30% приходится на долю динамических параметров, связанных с амплитудно-фазовыми характеристиками процесса впрыскивания топлива, пульсацией газов в системе газообмена, угловыми ускорениями и вибрацией отдельных сопряжений, узлов и агрегатов объектов диагностирования. Около 50% диагностических признаков относятся к статическим характеристикам давления и температуры рабочих жидкостей и газов в агрегатах объектов испытаний, линейных и угловых перемещений в силовой передаче и приводах трансмиссии. Примерно 20% параметров контролируются органолептическим методом. В стационарном комплекте ДиПС, имеется прогнозирующее устройство Искра-1250, предназначенное для определения остаточного ресурса агрегатов объектов контроля, а также устройство для записи и считывания, переговорное и цифропечатающее устройства. От датчиков электрические сигналы поступают по кабелю к блоку связи, в котором происходят их нормирование, согласование и коммутация. В комплект этой системы входят датчики давления, линейных и угловых перемещений, температуры, расхода топлива с комплектом КИ-12371, а также датчики токовых импульсов, вибрации и некоторые другие. Выходные сигналы блока БС поступают в стойку СИ, где осуществляются преобразование, измерение и сравнение полученных данных. Результаты контроля режимов диагностирования объектов затем выводятся на индикаторы пульта управления ПУ. С последнего задается программа работы системы в соответствии с технологией диагностирования. ДиПС предназначена для работы следующих режимов: Осмотр, Измерение, Контроль программы и Запись программы.

В процессе эксплуатационных испытаний тракторов контроль функциональных параметров двигателей и их периодическое торможение производятся в соответствии с требованиями, изложенными в ГОСТе 1850980 и ГОСТе 705780. При поверке стабильности изменения функциональных параметров двигателей и устойчивости их регулировок техническое обслуживание выполняется после контрольного торможения на стенде САК-Н-670 с весовым механизмом Рапидо. До начала контрольного торможения двигателя выполняется только ежедневное обслуживание. Регулировки тракторных двигателей с целью восстановления их мощности и топливных показателей в процессе эксплуатационных испытаний рекомендуется проводить лишь в случаях, когда установлены превышения следующих допусков:

1) эффективная мощность двигателя отличается от номинальной более чем на 3%;

2) частота вращения коленчатого вала двигателя разнится с номинальной более чем на 1,3%;

3) секундный расход топлива превышает номинальное значение более-чем на 5,5%.

При контроле технического состояния тракторов в процессе эксплуатационных испытаний применяются методы, регламентированные нормативно-техническими документами: ГОСТ 7057 80, ГОСТ 1850980, ГОСТ 1832278, ГОСТ «1751078, ГОСТ 20417 75, ГОСТ 2091175 и ГОСТ 1650481. Контроль количественных и качественных характеристик тракторов предусмотрен планово-предупредительной системой технического обслуживания, включающей в себя комплекс операций по поддержанию работоспособности или исправности объектов при использовании их по назначению. Фактические значения параметров тракторов определяют их фактическое техническое состояние. Номенклатура характеристик тракторов, контролируемых в процессе испытаний, должна включать диагностические признаки, достаточные для оценки технического состояния объектов на базе определения правильности функционирования, исправности и работоспособности. Контроль технического состояния, представляющий собой процесс проверки соответствия параметров тракторов установленным требованиям осуществляется с целью устранения дефектов. В процессе эксплуатационных испытаний тракторов функциональные параметры и другие показатели технического состояния определяются с помощью диагностических стендов и с использованием автоматизированных диагностических установок и систем.

Размещено на Allbest.ru