ТРИБОМЕТР ДЛЯ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ

Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к поршневым двигателям внутреннего сгорания и может быть использована в машиностроении при определении потерь на трение в цилиндропоршневой группе поршневых машин.
Известно «Устройство для измерения силы трения в цилиндропоршневой группе поршневых машин». [А.С. №1712808] При работе поршневой машины сила трения между поршнем и цилиндром вызывает осевые перемещения полос. Полосы через отверстия в головке цилиндра и уплотнительные элементы взаимодействуют с упругими элементами, расположенными на противоположной днищу стороне головки цилиндра, деформируя упругие элементы пропорционально силе трения. Деформация упругих элементов воспринимается первичными преобразователями и регистрируется блоком обработки сигналов. Устройство обладает малой информативностью и низкой точностью
Известен дизельный стенд для исследования процессов трения в поршневом двигателе в зависимости от применяемых смазочных материалов и конструкции узлов трения. [«Дизельный стенд для испытаний смазочных материалов» Цветков Ю.Н. и др. «Журнал университета водных коммуникаций», год выпуска: 2011, Номер выпуска: 3.] Дизельный стенд содержит двухцилиндровый дизель воздушного охлаждения, электротормоз, устройство управления электротормозом, блок теплоэлектронагревателей, цилиндры, датчики давления газов, блок питания и коммутации, коллектор выхлопных газов, газоанализатор, персональный компьютер, термопары, измеритель температуры, бак с топливом, весы, емкость с контрольным объемом топлива, трехходовой кран, кран для отбора проб масла, масляный картер, топливопривод, электродвигатель переменного тока, балансирная подвеска, динамометр. Стенд обладает рядом недостатков: невысокая точность измерения силы трения, высокая стоимость стенда, наличие вредных выбросов в атмосферу от работающего дизеля Д120.
Задачей является повышение информативности о составляющих силы трения и точности измерения силы трения, повышение экономической эффективности и снижение вредных выбросов в атмосферу.
Для решения задачи предложен трибометр для цилиндропоршневой группы, который содержит двухцилиндровый двигатель водяного охлаждения с масляным картером, на котором установлен кран для отбора проб масла, блок электронагревателей, воздушный коллектор, датчики давления, термопары, компьютер, электродвигатель переменного тока, динамометр. Он снабжен двумя редукционными пневмоклапанами, ресивером и водо-воздушным радиатором, крышкой двигателя и втулками, в которых размещены термопары, воздушный коллектор. Два редукционных пневмоклапана установлены на крышке, причем воздушный коллектор соединен с ресивером, а водо-воздушный радиатор и блок электронагревателей подсоединены к системе охлаждения двухцилиндрового двигателя и связаны между собой. Электродвигатель через динамометр связан с коленчатым валом, а компьютер - с динамометром, термопарами и датчиком давления
Трибометр для цилиндропоршневой группы содержит двухцилиндровый двигатель водяного охлаждения 1, в котором установлены втулки 2 с термопарами 3, масляный картер 4 и крышка 5, на которой установлены редукционные пневмоклапаны 7, воздушный коллектор 6 соединенный с ресивером 8 и датчики давления 9. Водо-воздушный радиатор 10 связан и блок электронагревателей 11 подсоединены к системе охлаждения двухцилиндрового двигателя 1. Электродвигатель 12 через динамометр 13 связан с коленчатым валом двухцилиндрового двигателя. Динамометр, термопары и датчики давления подсоединены к компьютеру 14. Для отбора проб масла в масляном картере двигателя установлен кран 15. (Фиг.1)
Трибометр приводится в действие от внешнего управляемого электродвигателя. Редукционные пневмоклапаны настраивают на давление соответствующее началу сжатия воздуха в трибометре и также осуществляют подпитку из ресивера в случае неизбежных протечек. Систему охлаждения двухцилиндрового двигателя заполняют охлаждающей жидкостью, например дистиллированной водой. С помощью водо-воздушного радиатора и блока электронагревателей, связанных с системой охлаждения двухцилиндрового двигателя, автоматически поддерживается постоянной температура втулки цилиндра, контролируемая термопарами.
В трибометре имеются сопряженные пары поверхностей, между которыми необходимо измерить силу трения:
1. Поршень-втулка;
2. Поршневое кольцо - втулка;
3. Шатунный вкладыш - шатунная шейка коленчатого вала;
4. Коренной вкладыш - коренная шейка коленчатого вала.
трΣ
Для имитации давления сгорания в камеру сгорания двухцилиндрового двигателя 1 через воздушный коллектор 6 подают воздух под давлением из ресивера 8. Контроль давления осуществляется датчиками 9. Измерение силы трения в двухцилиндровом двигателе 1 определяют по величине крутящего момента по динамометру 13. Показания динамометра, термопар и датчиков давления воздуха передаются на персональный компьютер 14. В случае, когда в двухцилиндровом двигателе установлены поршни, поршневые кольца и шатунные и коренные вкладыши измеряется суммарная сила трения N от всех сопряженных пар.
Измерение силы трения в конкретной паре осуществляется методом исключения одного элемента пары трения, например, одного поршневого кольца.
тр
Например, для измерения силы трения в сопряжении «поршневое кольцо - втулка» необходимо удалить это кольцо из трибометра и измерить силу трения оставшихся пар сопряжений N. Разность между полученным результатом и суммарной силой трения и является силой трения в сопряжении между данным поршневым кольцом и втулкой
трпк
трΣ
тр
N=N-N
Таким образом, можно выделить любую сопряженную пару и измерить трение. [«Испытания двигателей внутреннего сгорания» Стефановский Б.С. и др., «Машиностроение», М.: 1972, с.58-73].
Трибометр позволяет экспериментально определять в режиме реального времени совокупность параметров, например, частоту вращения коленчатого вала, температуру втулки цилиндра, давление сжатия в цилиндре, мгновенную и среднюю силу трения и мощность трения в сопряжениях, что повышает информативность о составляющих силы трения и, следовательно, точность измерения силы трения. Повышена экономическая эффективность трибометра за счет отсутствия расходов на топливо для сгорания в двухцилиндровом двигателе и соответственно устройства для отвода отработавших газов и глушители шума. Наличие ресивера позволяет исключить процесс сгорания в двухцилиндровом двигателе и соответственно вредные выбросы в атмосферу и таким образом решить проблему защиты окружающей среды.