Оборудование для обкатки и испытания автомобилей, двигателей и агрегатов

Федеральное агентство  по образованию Российской Федерации

Волжский политехнический  институт (филиал)

Волгоградского государственного технического университета

Кафедра ВАТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ  РАБОТА №6

по дисциплине

«Основы проектирования и эксплуатации технического оборудования»

Тема: «Оборудование для обкатки и испытания автомобилей, двигателей и агрегатов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент гр. ВТС-531

Жидков А. Н.

Проверил:

к.т.н., доцент

Кулько П. А.

 

 

 

 

 

 

 

 

Волжский 2007 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Цель работы – изучить оборудование, применяемое на авторемонтном производстве для обкатки и испытания автомобилей, двигателей и агрегатов.
2. В задачи практической работы входит:
1. Определение режимов приработки, обкатки испытания автомобилей, двигателей, агрегатов и узлов.
2. Определение оценочных показателей результатов обкатки и испытания.
3. Разработка требований к обкаточному и испытательному оборудованию.
4. Анализ конструкции аналога стенда для обкатки и испытания и разработка предложений по его усовершенствованию.
5. Требования техники безопасности к стенду.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС  ПРИРАБОТКИ ДВИГАТЕЛЕЙ, АГРЕГАТОВ И УЗЛОВ

 

Приработка является одним из сложнейших разделов науки о трении, износе и смазке машин. Сложность заключается в том, что процесс приработки происходит при непрерывном изменении геометрической формы, физико-механических свойств сопряженных поверхностей, режима нагружения, параметров смазки и т.д.

Режим и технология приработки должны быть подобраны таким образом, чтобы при постепенном повышении нагрузки на поверхности трения вспышки локальных температур были ослабленные и тем самым по возможности исключены местные вырывы и разрушения поверхностных слоев. При этих условиях будут обеспечены пластическое деформирование, измельчение структуры и наклеп. Режим и технология приработки должны быть построены так, чтобы упрочнение поверхности обеспечивалось за возможно короткие промежутки времени. Такой характер приработки в большой степени определяется физико-химическими взаимодействиями между маслом и поверхностными слоями металла. Установлено, что излишняя низкая вязкость способствует появлению задиров, а повышенная – вызывает увеличение температуры на поверхности трения, что ухудшает процесс приработки и снижает износостойкость в эксплуатации [7].

Взаимная приработка поверхностей приводит к их полировке, к образованию на поверхности аморфного слоя Бейльби, полученного в результате перемещения вершин кристаллов, приведенных в пластическое состояние, и частичного заполнения ими межкристаллического пространства [7].

Известны конструктивные и технологические мероприятия, ускоряющие приработку поршневых колец и гильз цилиндров. Введение в масло соединений коллоидной серы, лужение или фосфатирование поршневых колец, кроме верхнего, улучшают условия приработки. Верхнее поршневое кольцо покрывают хромом ( в двигателе ЗИЛ-130 оба верхних кольца хромируют).

Химические обработки, как сульфидрование, цианирование, фосфатирование, снижают износ за счет уменьшения силы трения вследствие образования тончайших пленок химических соединений металлов поверхностно-активными элементами, как сера, фосфор, хлор и образования хлоридов, фосфидов и сульфидов. Они уменьшают пластическую деформацию поверхностных слоев материала деталей, а также улучшают приработку деталей.

Установлено, что введение абразивов размером до 5 мкм в смазку ускоряет первоначальный износ только в первые часы работы, а затем происходит процесс стабилизации не только геометрических показателей, но и физико-механических свойств поверхностного слоя.

Процесс приработки разделяют на два этапа. На первом этапе должно происходить изнашивание и нивелирование поверхностей, в результате давление на трущихся поверхностях снижается. На втором этапе поверхности трения должны подвергаться воздействию адсорбционного пластифицирования, в результате они должны приобрести высокую износостойкость.

Поэтому выбор рациональных скоростных и нагрузочных режимов приработки имеет существенное значение для формирования поверхностей трения в гильзах цилиндров, зубчатых передачах, подшипниках скольжения и т.п.

Критерием завершения приработки трущихся поверхностей являются:

• величина момента прокручивания коленчатого вала;
• величина момента прокручивания на фланце ведущей шестерни редуктора заднего моста;
• минимальная устойчивая частота вращения коленчатого вала;
• время разгона и выбега автомобиля;
• мощность на ведущих колесах автомобиля [16];
• величина температуры масла на прирабатываемых зубчатых передачах [2].

Приработку и испытание двигателей, автомобилей и агрегатов выполняют на стендах, к которым предъявляют следующие требования [1,7]:

1. испытательное оборудование должно иметь приводное и нагрузочное устройства;
2. испытательные стенды должны иметь приборы и устройства для измерения тормозного момента и частоты вращения привода;
3. на испытательных установках двигателей, агрегатов должны соблюдаться режимы смазки и охлаждения прирабатываемых поверхностей;
4. в процессе приработки на испытательном оборудовании должны быть приборы для измерения и контроля температуры и давления в системах охлаждения и смазки.

2.1. ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТ  РЕЖИМОВ ОБКАТКИ ДВИГАТЕЛЕЙ

 

При обосновании режимов обкатки двигателей задаются условия [19]:

• в процессе приработки иметь максимальную интенсивность износа;
• поддерживать постоянно возможно большие удельные давления, возникающие при нормальной эксплуатации;
• режим обкатки должен обеспечить приработку разнотипных сопряжений ЦПГ и КШМ.

Для выполнения заданных требований необходимо знать закон изменения контурной поверхности контакта при сближении сопряженных тел за счет износа и повышать внешнюю нагрузку (частоту вращения – n и крутящий момент М) вслед за увеличением площади контакта.

Более правильно и полно отражает напряженность процесса приработки показатель: удельная мощность трения:

,   (6.1)

где f – коэффициент трения в процессе приработки; v – скорость скольжения контактирующих поверхностей; p – удельное давление от силы F, воспринимаемое контурной поверхностью контакта S,

.

Расчеты ведут по четырем наиболее нагруженным основным сопряжениям: 1-е компрессорное кольцо – гильза; юбка поршня – гильза; шатунный и коренной вкладыш – шейка вала.

В последующем режимы обкатки корректируются для получения приемлемых условий приработки всех сопряжений [19].

 Приработка двигателей подразделяется на три стадии: холодная, когда коленчатый вал двигателя принудительно приводится во вращение; горячая приработка без нагрузки, когда двигатель работает без нагрузки; горячая под нагрузкой, в процессе которой вырабатываемая энергия поглощается тормозным устройством.

Холодная приработка производится при ступенчатом увеличении частоты вращения коленчатого вала:

• для карбюраторных двигателей от 400 до 1500 об/мин в течение 30 мин;
• для дизельных двигателей от 500 до 1500 об/мин в течение 90 мин.

Горячая приработка без нагрузки :

– карбюраторные двигатели – 1500 об/ мин в течение 20…30 мин;

• дизельные двигатели – 1500 об/мин в течение 30 мин.

Горячая приработка с нагрузкой от 0 до 80 % номинальной мощности:

• карбюраторные двигатели – 50 минут;
• дизельные двигатели – 80… 90 мин.

2.2. КОНСТРУКЦИЯ СТЕНДОВ  ДЛЯ ОБКАТКИ ДВИГАТЕЛЕЙ

 

Электрические тормозные установки, применяемые для обкатки автомобильных двигателей, разделяются на две группы: установки переменного тока и установки постоянного тока. В нашей стране наибольшее распространение получили электрические обкаточные стенды конструкции ГОСНИТИ, на переменном токе выполненные на базе асинхронных машин с фазной обмоткой ротора.

Принцип действия асинхронной машины в обкаточных стендах основан на свойствах ее работы в двух режимах: двигательном и генераторном.

Рис. 6.1 Характеристика электрической асинхронной машины с фазной обмоткой ротора

 

Асинхронные машины с фазным ротором имеют синхронную частоту вращения ротора n_c (рис. 6.1). При частоте вращения ротора до синхронной величины, асинхронная машина работает в режиме двигателя и вращает коленчатый вал обкатываемого на стенде автомобильного двигателя в режиме холодной приработки.

Если вращать ротор асинхронной машины от внешнего источника с частотой вращения свыше синхронной n_с, то асинхронная машина будет работать в генераторном режиме, создается тормозной момент на валу обкатываемого двигателя в режиме горячей приработки.

Вырабатываемый генератором электрический ток поступает в электрическую сеть. На рис. 6.2 приведена принципиальная электрическая схема стенда для обкатки двигателей. Изменение сопротивления в цепи ротора асинхронной машины в двигательном и генераторном режимах выполняет реостат 11. В конструкциях обкаточных стендах 1970…1980 г.г. устанавливались жидкостные реостаты. В ванне с электролитом имеются подвижные пластинчатые катоды с ручным или механическим приводом. От глубины погружения подвижных катодов зависит величина сопротивления в цепи.

Рис 6.2 Принципиальная электрическая схема стенда с электрическим тормозом переменного тока:

1 – рубильник; 2– плавкие предохранители; 3 – сигнальная лампа; 4 – кнопка пуска; 5 – кнопка останова; 6 – магнитный пускатель (катушка и контакты); 7 – тепловое реле; 8 – электролампа; 9 –асинхронная баласирная машина; 10 – двигатель; 11 реостат.

 

В современных конструкциях обкаточных стендов устанавливают электронную систему реостатов.

В комплект оборудования стенда входят: асинхронная машина с фазным ротором, корпус статора, который установлен на подшипниках качения в раме стенда; весового механизма; пульта управления и реостата.

Балансирное крепление асинхронной машины позволяет измерять мощность, затрачиваемую на прокручивание двигателя при его холодной приработке и мощность двигателя при горячей приработке.

Для измерения мощности применяют  весовой механизм, стрелка которого связана системой рычагов с корпусом статора. Под действием реактивного момента, возникающего при приработке и испытании двигателя, балансирно подвешенный статор асинхронной машины поворачивается. Угол поворота корпуса статора фиксируется весовым механизмом , на циферблате которого имеются две шкалы – одна для двигательного и другая для генераторного режима.

Для упрощения подсчета величины мощности плечо весового механизма подобрано так, чтобы мощность рассчитывалась по формуле, л.с.:

,  (6.2)

где p – показания весового механизма, кГс; n – частота вращения коленчатого вала, об/мин. На рис 6.3 показана асинхронная машина с весовым механизмом на стендах обкатки двигателей.

Выбор асинхронной машины для испытательного стенда производиться на основе сопоставления режимов приработки и испытания, номинальной мощности и тормозной мощности, развиваемой электрической машиной.

Мощность приводного устройства должна превышать мощность, затрачиваемую в прирабатываемом ДВС. Для этапа холодной приработки следует подбирать электрическую машину с мощностью N_дв, кВт:

,   (6.3)

Например, для двигателя ЯМЗ – 236 с номинальной мощностью 132 кВт для испытательного стенда необходима электрическая асинхронная машина с мощностью не менее 66 кВт.

Рис 6.3 Электрический  тормоз переменного тока конструкции  ГОСНИТИ:

1– фундаментная плита; 2 – кронштейн; 3 – шариковый подшипник; 4 – цапфа; 5 – электродвигатель; 6 – циферблат; 7 – сигнальная лампа; 8 – манометр; 9 – указатель дистанционного термометра; 10 – указатель тахометра; 11 – кнопки управления; 12– электротахометр; 13 – демпфер; 14 – кронштейн; 15 – тяга маятника; 16 – валик стрелки циферблата; 17 – зубчатая передача; 18 – эксцентриковый валик; 19 – стойка; 20 – маятник.

 

Промышленность в нашей стране выпускает асинхронные машины для приработки и испытаний ДВС марок АКБ; 4АК; АК; 4АНК (приложение Б).