Стенд многофункциональный для испытаний агрегатов
MULTIFUNCTIONAL RIG FOR DEVICE TESTING

Изобретение относится к технике стендовых испытаний и может быть использовано для испытаний агрегатов типа однопоточных и двухпоточных масляных насосов системы смазки автотракторных, комбайновых дизелей, коробок перемены передач; шестеренных и аксиально-поршневых насосов, гидрораспределителей ручного действия системы гидравлической навески тракторов, самоходных машин, систем гидроусилителя руля автомобилей в условиях ремонтных мастерских дилеров техники.
Известен стенд для испытаний масляных насосов КИ-5278, который содержит двухскоростной электродвигатель, кинематически соединенный с вариатором, позволяющим плавно менять частоту вращения приводного вала стенда, нагрузочный дроссель, манометры, гидробак для рабочей жидкости, реле времени и гидрораспределитель для подачи рабочей жидкости в мерный гидробак. Измерение объемной подачи осуществляется путем переключения потока рабочей жидкости в мерный гидробак на установленное оператором время, однако емкость мерного гидробака конечна и составляет 40 л, поэтому при измерении подачи насосов, имеющей производительность более 40 л/мин, оператор должен уменьшать время. Соответственно при измерении производительности насоса более 120 л время включения составляет менее 20 с, что может привести к ошибке в измерениях. В качестве рабочей жидкости в вышеназванном стенде применяется смесь моторного масла с дизельным топливом, которое имитирует вязкость горячего моторного масла при температуре +80…85°С (18-20 сСт), но при температуре +18…20°С, и при отличной температуре окружающего воздуха требуется корректировка соотношений масла и дизельного топлива в рабочей жидкости. Данный стенд не позволяет проводить испытания агрегатов, имеющих две секции: моторную и радиаторную (насосы системы смазки двигателей КАМАЗ, ЯМЗ) из-за отсутствия второй магистрали, а также испытания гидроагрегатов типа аксиально-поршневых и шестеренных, гидрораспределителей из-за отсутствия присоединительных плит и недостаточной приводной мощности.
Стенд КИ-5278 является наиболее близким к заявленному решению.
Известны также стенды КИ-4815 и КИ-28097М для испытания гидроагрегатов, в том числе гидравлических насосов и гидрораспределителей. Стенды предназначены для диагностирования гидроагрегатов тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин (насосов НШ-10…НШ-100, гидрораспределителей Р-75…Р-150, гидроцилиндров). Они содержат приводной электродвигатель, кинематически соединенный через клиноременную передачу с выходным валом стенда, нагрузочный дроссель с показывающим манометром, счетчик импульсов, служащий устройством для оценки количества оборотов вала агрегата без нагрузки и под нагрузкой, расходомеры жидкости, систему охлаждения рабочей жидкости, установочную плиту для соосного крепления переходных плит конкретных марок насосов, устройства и приспособления для установки креплений для оценки технического состояния гидрораспределителей ручного управления и гидроцилиндров. Недостатки стендов КИ-4815 и КИ-28097М следующие:
- осуществление нагрева рабочей жидкости только за счет дросселирования (трения вследствие сопротивления) потока рабочей жидкости предварительно установленного агрегата,
- осуществление замера объемного расхода оператором за счет визуального контроля количества импульсов (1245 имп), так что при достижении данного количества импульсов оператор переключает вручную кран подачи потока, что может привести к ошибке при оценке объемной подачи.
Задача заключается в повышении функциональности диагностического стенда для обеспечения испытаний различных агрегатов, т.е. обеспечение возможности использования стенда для испытания на одном рабочем месте масляных односекционных и двухсекционных насосов двигателей и насосов, гидроагрегатов систем гидропривода самоходных машин и тракторов, автомобилей.
Задача решается тем, что стенд для испытаний агрегата содержит электропривод, состоящий из электродвигателя и управляющего электродвигателем частотного преобразователя, приводной вал для подключения к электродвигателю вала испытываемого агрегата, средства для установки испытываемого агрегата на стенд, контрольно-измерительную аппаратуру, систему контроля крутящего момента и потребляемой мощности электропривода; гидравлическую систему и систему стабилизации температуры рабочей жидкости, при этом гидравлическая система содержит заливной гидробак и соединенный с ним напорный гидробак, выполненный с возможностью соединения с всасывающей полостью испытываемого агрегата с использованием вакуумметра и крана, снабженную первым дросселем напорную гидролинию для соединения с моторной секцией испытываемого агрегата, гидролинию низкого давления и гидролинию высокого давления, снабженную вторым дросселем, при этом гидролинии высокого и низкого давления выполнены с возможностью переключения их при соединении с радиаторной секцией испытываемого агрегата и с возможностью соединения друг с другом через соединительный рукав, а также манометры, предохранительные клапаны, электроуправляемые клапаны и расходомеры рабочей жидкости, а система стабилизации температуры рабочей жидкости содержит установленные в упомянутом напорном гидробаке датчики температуры, ТЭНы, радиатор охлаждения масла, электромагнитный клапан, управляющий подачей воды в этот радиатор.
Система стабилизации температуры рабочей жидкости выполнена с возможностью поддерживать температуру рабочей жидкости в двух режимах: для испытаний гидравлических насосов - в диапазоне 45±5°С, для испытаний масляных насосов системы смазки дизелей - в диапазоне 55±5°С.
Контрольно-измерительная аппаратура выполнена с возможностью моделировать и отображать режимы испытания и диагностирования испытываемого агрегата: скорость вращения приводного вала, потребляемую мощность, крутящий момент на приводном валу электродвигателя, объемный расход жидкости, температуры жидкости на всасывающей и напорных гидролиниях, давление в напорных гидролиниях высокого и низкого давления, давления разрежения.
Частотный преобразователь электропривода стенда выполнен с возможностью осуществлять плавный пуск и изменять частоту вращения приводного вала для уменьшения пусковых нагрузок на кинематические соединения и проведения испытаний на различных частотах вращения.
К напорным гидролиниям подключены электроуправляемые краны, связанные с расходомерами рабочей жидкости, показывающими текущий расход, для контроля и оценки объемной подачи испытываемого агрегата без выдержки времени или установленного числа импульсов.
Технический результат заключается в обеспечении возможности испытаний на одном стенде таких агрегатов как насосы масляные односекционные и двухсекционные насосы двигателей и гидроагрегатов систем гидропривода тракторов, самоходных машин, автомобилей: насосы системы смазки одно- и двухпоточные, предохранительные клапаны, полно- и неполнопоточные центробежные фильтры, насосы гидроусилителя руля, гидрораспределители типп Р-80 и аналогичных.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема гидравлической системы и системы стабилизации температуры рабочей жидкости с подключенным в качестве испытываемого агрегата двухпоточным насосом системы смазки дизеля. При этом позициями обозначены следующие элементы: 1 - испытываемый агрегат; 2 - напорная гидролиния низкого давления моторной секции; 3 - напорная гидролиния радиаторной секции; 4 - рукав соединительный (перемычка); 5 - гидролиния низкого давления стенда; 6 - сливная гидролиния стенда с трехходовым краном (для испытаний гидрораспределителей); 7 - манометр 1,6 МПа; 8 - предохранительный клапан низкого давления; 9 - нагрузочный регулируемый дроссель; 10 - предохранительный клапан высокого давления; 11 - датчик температуры; 12 - гидролиния высокого давления; 13 - манометр 40 МПа; 14 - линейный фильтр; 15 - нагрузочный регулируемый дроссель низкого давления; 16 - манометр 2,5 МПа; 17 - электроуправляемые клапаны для переключения потоков жидкости; 18 - расходомер; 19 - гидролинии слива в гидробак; 20 - электромеханический уровнемер; 21 - мерная трубка; 22 - датчик температуры масла в напорном гидробаке 28; 23 - ТЭН; 24 - радиатор охлаждения масла; 25 - электромагнитный клапан; 26 - входная линия охлаждающей воды; 27 - сливная линия охлаждающей воды; 28 - напорный гидробак; 29 - переливная гидролиния напорного гидробака; 30 - насос подкачки; 31 - заправочная гидролиния; 32 - заливной гидробак для сбора и заправки рабочей жидкости (в напорный гидробак); 33 - датчик температуры; 34 - кран для регулирования подачи рабочей жидкости в испытываемый агрегат; 35 - вакуумметр; 36 - электропривод стенда, 37 - гидролиния всасывания агрегата, 38 - напорная гидролиния низкого давления стенда.
Стенд выполнен в виде единого устройства. Стенд для испытаний содержит смонтированный на раме электропривод 36, включающий электродвигатель с частотным преобразователем для регулирования скорости вала электродвигателя, а также приводной вал для подключения к нему вала или шестерни испытываемого агрегата 1, систему контроля крутящего момента и потребляемой мощности электропривода (не показана), средства для установки испытываемых агрегатов на стенд, гидравлическую систему, систему стабилизации температуры рабочей жидкости, контрольно-измерительную аппаратуру.
Гидравлическая система содержит заливной гидробак 32 и соединенный с ним напорный гидробак 28, гидролинию 37 всасывания для реализации возможности соединения напорного гидробака 28 с всасывающей полостью испытываемого агрегата 1, снабженную первым нагрузочным регулируемым дросселем 15, напорную гидролинию 38 для соединения с моторной секцией агрегата 1 через гидролинию 2 моторной секции агрегата 1, а также гидролинию 5 низкого давления и снабженную вторым нагрузочным регулируемым дросселем 9 гидролинию 12 высокого давления, которые выполнены с возможностью соединения одной любой из них (либо гидролинии 5, либо гидролинии 12) с радиаторной секцией испытываемого агрегата 1 через его гидролинию 3. Гидролиния 5 выполнена с возможностью соединения с гидролинией 12 через соединительный рукав 4 с целью уменьшения количества дросселей. Гидролиния 37 снабжена вакуумметром 35 и краном 34 для регулирования подачи рабочей жидкости в агрегат 1. В зависимости от необходимости измерения высокого давления гидролиния 12 может быть отсоединена от соединительного рукава 4. Гидравлическая система содержит также манометры 7, 13, 16, подсоединенные к гидролиниям 5, 12, 37 соответственно, и предохранительные клапаны 8 низкого давления и 10 высокого давления на гидролиниях 38 и 12 соответственно для регулировки давления, создаваемого испытываемым агрегатом 1.
Получается, что испытываемый агрегат 1 соединен гидролинией 3 с гидролинией 5 низкого давления и через соединительный рукав 4 с гидролинией 12 высокого давления и тем самым соединен с входным отверстием регулируемого дросселя 9. Агрегат 1 гидролинией 2 соединен с гидролинией 38 низкого давления с входными отверстиями регулируемых дросселей 9, 15 соответственно низкого и высокого давления.
К напорным гидролиниям стенда 12, 38 подключены электроуправляемые краны 17, связанные с расходомерами 18 рабочей жидкости, показывающими текущий расход, что позволяет проводить контроль и оценку объемной подачи испытываемого агрегата без выдержки времени или установленного числа импульсов.
Выход напорного гидробака 28 расположен выше входного отверстия испытываемого агрегата 1 для создания напора жидкости в гидролинии 37, с контролем с применением мановакууметра 35 и регулировкой давления разрежения, контролируемого краном 34 для более полного наполнения рабочего объема испытываемого агрегата 1 и недопущения пуска агрегата 1 без рабочей жидкости.
Средства для установки испытываемых агрегатов на стенд выполнены в виде установочных плит, представляющих собой:
- для масляных насосов - сменные текстолитовые шестерни, закрепляемые на валу стенда,
- для шестеренных и аксиально-поршневых насосов - ответные втулки, также закрепляемые на валу стенда.
Система стабилизации температуры рабочей жидкости выполнена с возможностью поддерживать температуру в двух режимах: при испытании гидравлических агрегатов обеспечивается предварительный нагрев до первого температурного диапазона (43±5°С) рабочей жидкости, при испытаниях масляных насосов системы смазки дизелей обеспечивают нагрев до второго температурного диапазона (55±5°С). Это позволяет обеспечить требуемую вязкость при использовании в качестве рабочей жидкости одной марки масла, например, МГЕ-46В. Система стабилизации температуры рабочей жидкости содержит датчики температуры 22, ТЭНы 23, радиатор 24 охлаждения масла, электромагнитный клапан 25, управляющий подачей охлаждающей воды в радиатор 24, контроллер, тумблер (не показаны). При переключении тумблера в положение, соответствующее первому температурному диапазону, рабочая жидкость нагревается до температуры +43°С. При достижении данной температуры ТЭНы отключаются. Если при испытании рабочая жидкость нагревается выше первого температурного диапазона (за счет дросселирования потока), для ее охлаждения открывается клапан 25 и через входную линию 26 подается охлаждающая вода в радиатор 24. Нагретая вода из радиатора 24 поступает в сливную линию 27. При переключении тумблера в положение, соответствующее второму температурному диапазону, рабочая жидкость нагревается до температуры 55°С. Аналогично, как в первом температурном диапазоне, поддерживается заданная температура.
Для недопущения работы ТЭНов 23 без рабочей жидкости в гидробаке 28 установлен электромеханический уровнемер 20. При недостатке рабочей жидкости в гидробаке 28 рабочая жидкость поступает из гидробака 32 в гидробак 28 с помощью насоса 30 через заправочную гидролинию 31. В случае аварийного переполнения в гидробаке 28 имеется гидролиния 29, которая отводит излишки рабочей жидкости.
Система контроля крутящего момента и потребляемой мощности электропривода включает в себя частотный преобразователь и контроллер, позволяющий отображать в цифровой форме (для оператора) значения величин крутящего момента и потребляемой мощности приводного электродвигателя.
Контрольно-измерительная аппаратура выполнена с возможностью моделировать и отображать режимы испытания и диагностирования испытываемого агрегата: скорость вращения приводного вала, потребляемую мощность, крутящий момент на приводном валу электродвигателя, объемный расход жидкости, температуры жидкости на всасывающей гидролинии 37 и напорных гидролиниях 5, 12, 38, давление в напорных гидролиниях высокого и низкого давления, давления разрежения.
Частотный преобразователь электропривода стенда выполнен с возможностью осуществлять плавный пуск и изменять частоту вращения приводного вала для уменьшения нагрузок на кинематические соединения и проведения испытаний на различных частотах вращения.
Стенд функционирует следующим образом.
Для проведения испытаний гидробак 28 стенда заправляют рабочей жидкостью и к системе стабилизации температуры рабочей жидкости стенда подключают охлаждающую жидкость. Для обеспечения необходимого уровня рабочей жидкости гидробак 28 соединен через гидролинию 31 с баком 32. Гидролиния 31 имеет гидростанцию с насосом подкачки 30, который при поступлении сигнала от электромеханического уровнемера 20 при минимальном уровне рабочей жидкости в баке 28 включает насос подкачки 30. При достижении номинального уровня рабочей жидкости насос подкачки 30 отключается автоматически. Охлаждение рабочей жидкости осуществляют с применением радиатора 27, через который поступает охлаждающая вода из водопровода, и при превышении установленного температурного порога через клапан 25, установленный в подающей магистрали 26, поступает охлаждающая вода из технического водопровода. Для сокращения времени на обеспечение заданной вязкости рабочей жидкости производят нагрев ТЭНом, что позволяет в зависимости от установленных требований задавать необходимую вязкость рабочей жидкости, контролируемую с применением датчика 22 в гидробаке 28. Устанавливают испытываемый агрегат 1 на установочную плиту и соединяют валы (или шестерни) с приводным валом стенда. Подключают к агрегату 1 всасывающую и напорные гидролинии, открывают кран 34 подачи рабочей жидкости в агрегат 1. Включают привод стенда, соблюдая при этом необходимое направление вращения, устанавливают необходимую частоту вращения, величину которой контролируют по тахометру, нагрузочными дросселями 9 и 15 устанавливают необходимое давление и по табло оценивают объемную подачу испытываемого агрегата 1 по статопараметрическому методу. При этом оператор имеет возможность контроля уровня загрузки электропривода 36 по значениям крутящего момента и потребляемой мощности для оценки КПД гидроагрегатов. Значения перепада температур по термодинамическому методу в гидролиниях 37 и 12 установлены датчики температуры значения перепад температур оцениваются по табло контроллера, установленного на панели оператора.
Пример №1. Испытание насоса системы смазки дизеля ЯМ3-238.
На стенд с помощью установочных плит монтируют насос масляный шестеренный (агрегат 1) и подключают его всасывающие 37 и напорные 2, 3 гидролинии к стенду. Открывают кран подачи рабочей жидкости 34. Включают стенд, прогревают рабочую жидкость до температуры 55°С (режим 2), устанавливают переменным резистором требуемую частоту вращения 3100 об/мин. Краном 34 регулируют давление разрежения, поступающее во всасывающую магистраль агрегата 1, и контролируют по вакуумметру 35. Оценивают значения потребляемой мощности и крутящего момента, затрачиваемых приводным электродвигателем на привод агрегата 1. Если они более нормативных, то необходимо снять агрегат 1 со стенда и выяснить причину: возможны перекосы в сопрягаемых деталях, перетяжка крепления крышки. Если значения в пределах допуска, то регулируемыми дросселями 9 и 15 доводят давление в радиаторной моторной секции насоса до номинальных значений и для измерения объемной подачи переключают электроуправляемые клапана и проводят оценку объемной подачи агрегата расходомерами жидкости в л/мин. Сравнивают полученные значения измеренной объемной подачи с рекомендуемыми значениями объемного КПД насоса и общего КПД насоса согласно ОСТ37.001.250-82.
Пример №2. Испытание насоса НШ-32-3, используемого в системах гидропривода гидросистемы навески трактора МТЗ.
Включают стенд, прогревают рабочую жидкость до температуры 45°С (режим 1), с помощью установочных плит монтируют насос (агрегат 1) и подключают всасывающие и напорные гидролинии к стенду, открывают кран подачи рабочей жидкости, устанавливают переменным резистором номинальную частоту вращения 2000 об/мин. Оценивают по табло значения потребляемой мощности и крутящего момента, затрачиваемых приводным электродвигателем на привод насоса при минимальном и номинальном давлениях. Если они превышают допускаемые, то необходимо снять агрегат 1 со стенда и выяснить причину: возможные перекосы в сопрягаемых деталях, перетяжка крепления крышки. Если в пределах допускаемых, измеряют объемную подачу агрегата 1 с применением расходомера 18 жидкости при минимальном и номинальном давлении, регулировку которого проводят с применением нагрузочного дросселя 9. Сравнивают полученные значения измеренной объемной подачи с рекомендуемыми значениями для объемного КПД насоса и общего КПД насоса согласно ГОСТ 14658-86, МДС 12-20.2004.
Для оценки полного КПД насоса по термодинамическому методу оценивают перепад температур рабочей жидкости на входе и выходе из агрегата 1 при номинальном давлении и частоте вращения приводного вала.