СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ И ДИАГНОСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к устройствам для испытаний (обкатки) и диагностики двигателей внутреннего сгорания, мобильной авиационной техники Малой мощности, и может быть использовано при создании нагружающих устройств испытательных стендов двигателей внутреннего сгорания.
Известен «Стенд обкатки и диагностики двигателей внутреннего сгорания» (по патенту RU 132136, МПК F02B 79/00, G01M 15/02 опублик. 10.09.2013 Бюл. №25) содержащий: электрический двигатель-тормоз, частотный преобразователь, пульт управления, расходомер топлива, измерительный блок, механизм управления подачей топлива, систему охлаждения и смазки, систему обеспечения топливом, систему приспособлений для установки и сочленения ДВС и тормоза, систему выпуска отработавших газов, систему вентиляции, основание на виброопорах, систему монтажа/демонтажа ДВС.
Недостатком данной полезной модели являются низкие функциональные возможности, а именно невозможность провести контроль деформаций на растяжение-сжатие, измерение температуры и величину оборотов двигателя, при этом стенд специализирован для установки ДВС с помощью поворотного крана, а значит способен измерять лишь величину крутящего момента, что в целом снижает эффективность стенда.
Наиболее близкой по технической сущности и взятой в качестве прототипа является стенд для обкатки двигателя внутреннего сгорания (по патенту РФ 2107175, МПК F02B 79/00, G01M 15/00 опублик. 20.03.1998), содержащий основание, нагрузочное и соединительное устройства, продольные направляющие, закрепленные на основании, раму, установленную на продольных направляющих с возможностью перемещения и фиксирования, ложементы для размещения двигателя, согласно изобретению имеет поперечные направляющие и стойки, причем рама выполнена в виде автономных балок, поперечные направляющие закреплены на балках, а стойки установлены на поперечных направляющих с возможностью перемещения и фиксирования, ложементы закреплены на стойках с возможностью перемещения по вертикали и фиксирования в избранном положении. Соединительное устройство выполнено в виде телескопически соединенных между собой внешнего цилиндра, внутреннего цилиндра и вала с зацепляющими зубьями для соединения с валом двигателя. Внешний цилиндр скреплен с нагрузочным устройством. Внутренний цилиндр соединен с внешним цилиндром посредством первого шлицевого соединения. Вал соединен с внутренним цилиндром посредством второго шлицевого соединения. На внешнем и внутреннем цилиндрах установлены фиксаторы. На внутреннем цилиндре и на валу образованы выемки для размещения фиксаторов.
Поперечные направляющие и стойки, установленные на поперечных направляющих с возможностью перемещения и фиксирования, а также размещение ложементов на стойках обеспечивают возможность плавного регулирования расстояния между ложементами в поперечном направлении в широком диапазоне в соответствии с расположением опор испытуемого двигателя, а также обеспечивают возможность перемещения двигателя в направлении, перпендикулярном оси вала двигателя.
Выполнение рамы в виде автономных балок с размещением на них поперечных направляющих обеспечивает возможность изменения длины рамы и расстояния между ложементами в продольном направлении в соответствии с расположением опор испытуемого двигателя.
Недостатком прототипа является неточность определяемых параметров и низкая эффективность стенда, так как стенд производит испытание (обкатку) двигателей разных размеров и не имеет конструктивных возможностей вычислять точные параметры от усилий растяжения-сжатия и величину крутящего момента, пропорциональные силе, приложенной к конструкции при испытании двигателей внутреннего сгорания, а также невозможно определять вибрации от работы двигателя внутреннего сгорания, тем самым снижая ресурс долговечности работы двигателя внутреннего сгорания, как в заявляемой полезной модели, что в целом снижает эффективность стенда.
Решаемой задачей полезной модели является создание высокоэффективного стенда для испытаний и диагностики двигателей внутреннего сгорания путем повышения точности определяемых параметров и полученных характеристик при испытаниях за счет расширения функциональных возможностей стенда, позволяющих определять силы и моменты, появляющиеся в процессе испытаний и диагностики двигателя внутреннего сгорания и проводить подбор маршевого винта для мобильной авиационной техники.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности определяемых параметров и полученных характеристик стенда при испытаниях и диагностики двигателей внутреннего сгорания за счет расширения функциональных возможностей стенда путем обеспечения ввода, контроля, корректировки и обработки параметров работы двигателя внутреннего сгорания, а также повышения прочностных характеристик путем обеспечения жесткости стенда.
Технический результат достигается тем, что в стенде для испытания и диагностики двигателей внутреннего сгорания, содержащем основание, состоящем из продольных и поперечных направляющих, закрепленных на основании, раму, состоящую из продольных и поперечных балок и вертикальных стоек, установленных на продольных направляющих рамы с возможностью перемещения и фиксации, обеспечивающие возможность перемещения рамы в направлении, перпендикулярном оси вала двигателя, ложементы для размещения двигателя, согласно которому, введены тензодатчик измерения тяги, тензодатчик крутящего момента и маршевый винт, при этом рама выполнена из верхней и нижней частей, верхняя и нижняя часть рамы соединены друг с другом при помощи вертикальных стоек, вертикальные стойки рамы выполнены в виде вертикальных балок с подшипниками, состоящие из вертикальных балок и крепления, а крепление состоит из подшипника, резинового демпфера, причем введена дополнительная вертикальная стойка, на которой расположен тензодатчик измерения тяги, и установлена на поперечной балке нижней части рамы, при этом дополнительная вертикальная стойка закреплена с нижней частью рамы при помощи диагональной балки, кроме того к верхней части рамы при помощи болтов закреплен подрамник, с возможностью перемещения в продольном направлении, а к подрамнику при помощи болтов закреплен ложемент для размещения двигателя, выполненный в виде моторамы, состоящей из двух пластин с отверстиями для крепления двигателя, соединенных друг с другом при помощи диагональных стержней, на нижней части рамы установлены тензодатчики, воспринимающие крутящий момент от перемещения рамы относительно основания посредством качалок, на двигатель внутреннего сгорания установлен маршевый винт, на основании стенда закреплена защитная рама с сеткой для безопасности испытаний, при этом тензодатчики и двигатель внутреннего сгорания выполнены с возможностью соединения и подключения с персональным компьютером (ноутбук) для для обеспечения ввода, контроля полученных параметров, обработки информации, корректировки и вывода параметров работы двигателя внутренного сгорания.
Новизна:
Предлагаемая полезная модель для испытаний и диагностики двигателей внутреннего сгорания позволяет повысить точность определяемых параметров за счет введения в конструкцию стенда маршевого винта, тензодатчиков измерения тяги, тензодатчиков крутящего момента, которые соединены с персональным компьютером (ноутбуком), и двигателем внутреннего сгорания, что позволяет расширить функциональные возможности за счет: обеспечения ввода, контроля полученных параметров, обработки информации, корректировки и вывода параметров по завершении испытаний и диагностики двигателя внутреннего сгорания. При этом, благодаря введению в конструкцию установки двигателя внутреннего сгорания маршевого винта, позволяет также расширить функциональные возможности стенда, за счет возможности произвести замену маршевого винта с другими геометрическими размерами, что позволит сделать сравнение и точный анализ полученных параметров в ходе испытаний и подбор маршевого винта с наиболее выгодными параметрами, а именно достаточной величины силы тяги для мобильной авиационной техники.
Для пояснения технической сущности рассмотрим чертежи:
Фиг. 1 - Стенд для испытаний и диагностики двигателей внутреннего сгорания - в изометрии
Фиг. 2 - Стенд для испытаний и диагностики двигателей внутреннего сгорания - вид с боку, где:
1 - Основание;
2 - нижняя часть рамы;
3 - качалка;
4 - тензодатчик крутящего момента;
5 - вертикальная стойка;
6 - дополнительная вертикальная стойка;
7 - подрамник;
8 - ложемент для размещения двигателя;
9 - двигатель внутреннего сгорания;
10 - защитная рама с сеткой;
11 - ноутбук;
12 - тензодатчик измерения тяги;
13 - верхняя часть рамы;
14 - диагональная балка.
Стенд для испытаний и диагностики двигателей внутреннего сгорания содержит основание 1, состоящее из продольных и поперечных направляющих, рамы, выполненной из верхней 13 и нижней частей 2, верхняя 13 и нижняя 2 часть рамы соединены друг с другом при помощи вертикальных стоек 5, вертикальные стойки рамы выполнены в виде вертикальных балок с подшипниками, состоящие из вертикальных балок и крепления, крепление при этом состоит из подшипника и резинового демпфера, причем введена дополнительная вертикальная стойка 6, на которой расположен тензодатчик измерения тяги 12, вычисляющего степень деформации, и установлена на поперечной балке нижней части рамы 2, при этом дополнительная вертикальная стойка 6 для тензодатчика измерения тяги 12 закреплена с нижней частью рамы 2 при помощи диагональной балки 14, кроме того, к верхней части рамы 13 при помощи болтов закреплен подрамник 7, с возможностью перемещения в продольном направлении, при этом к подрамнику 7 при помощи болтов закреплен ложемент 8 для размещения двигателя, выполненный в виде моторамы,, состоящей из двух пластин с отверстиями для крепления двигателя внутреннего сгорания 9, соединенных друг с другом при помощи диагональных стержней, на нижней части рамы 2 установлены тензодатчики, воспринимающие крутящий момент 4 от перемещения рамы относительно основания 1 посредством качалок 3, на двигатель внутреннего сгорания установлен маршевый винт, для безопасности испытания на основании 1 устройства введена и закреплена защитная рама с сеткой 10, внутри которой происходит вращение маршевого винта, при этом введен персональный компьютер(ноутбук), который при помощи гибкого провода соединен и подключен к тензодатчикам крутящего момента 4, тензодатчику измерения тяги 13 и двигателю внутреннего сгорания 9 для обеспечения ввода, контроля полученных параметров, обработки информации, корректировки и вывода параметров работы двигателя внутреннего сгорания.
Сборка стенда для испытаний и диагностики двигателей внутреннего сгорания осуществляется следующим образом:
К основанию стенда 1, состоящем из продольных и поперечных балок, присоединяют нижнюю часть рамы 2 в виде прямоугольной конструкции при помощи двух качалок 3, с помощью которых нижняя часть рамы 2 перемещается в поперечном направлении, и двух тензодатчиков крутящего момента 4, фиксирующие крутящий момент при перемещении. К нижней части рамы 2 прикрепляют четыре вертикальные стойки 5, состоящие из вертикальных балок, крепления для подшипников, резинового демпфера и подшипников. При этом к вертикальным стойкам 5, к нижней части рамы 2 крепят дополнительную вертикальную стойку 6, на которой сверху установлен тензодатчик измерения тяги 12, воспринимающий усилия растяжения-сжатия от работы двигателя внутреннего сгорания. Дополнительная вертикальная стойка 6 включает в себя вертикальную балку, крепление подшипника, и резиновый демпфер. Дополнительная вертикальная стойка 6 с помощью диагональной балки 14 зафиксирована с нижней частью рамы 2 для обеспечения устойчивости дополнительной вертикальной стойки 6. К вертикальным стойкам 5 крепят верхнюю часть рамы 13, фиксирующую нижнюю часть рамы 2 и верхнюю часть рамы 13 в заданном положении, и подрамник 7, задающий форму стенда. К подрамнику 7 жестко закреплен ложемент для размещения двигателя 8, выполненный в виде моторамы, состоящий из двух пластин с отвертиями для крепления двигателя, соединенных друг с другом при помощи диагональных стержней, на которую установлен в заданном положении двигатель внутреннего сгорания 9. На двигатель внутреннего сгорания 9 установлен маршевый винт, вращение которого происходит в области, ограниченной защитной рамой с защитной сеткой 10, которая сваривается с основанием стенда 1. Установка защитной рамы с сеткой 10 обеспечивает безопасность при испытаниях двигателя внутреннего сгорания 9. Подключение персонального компьютера (ноутбука) к тензодатчикам крутящего момента 4, тензодатчику измерения тяги 13 и двигателю внутреннего сгорания 9 позволяет обеспечить ввод, контроль полученных параметров, обработку информации, корректировку и вывод параметров работы двигателя внутреннего сгорания, что повышает точность определяемых параметров и полученных результатов.
Работа стенда осуществляется следующим образом:
Управление работой стенда ведется с персонального компьютера 11 оператором испытания. Перед началом испытания оператор производит установку двигателя внутреннего сгорания 9 с маршевым винтом на ложемент 8. Запуск двигателя внутреннего сгорания 9 осуществляется оператором с персонального компьютера 11, на котором задается режим работы двигателя внутреннего сгорания 9. При проведении испытания оператор на персональном компьютере 11 задает разное количество оборотов двигателю внутреннего сгорания 9 и при этом отслеживает характеристики двигателя внутреннего сгорания 9: величину тяги, создаваемой маршевым винтом от заданного числа оборотов, температуру в двигателе внутреннего сгорания 9 и крутящий момент создаваемый двигателем внутреннего сгорания во время его запуска. Далее, по завершении испытания оператор заменяет маршевый винт на маршевый винт с другими геометрическими размерами, на двигателе внутреннего сгорания 9 (в случае необходимости и сам двигатель внутреннего сгорания 9) и производит повторное испытание. По его завершении производят сравнение и анализ полученных результатов, после чего выбирают маршевый винт с наибольшей величиной тяги для данного двигателя.
По своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами, предлагаемая полезная модель позволяет создать стенд с повышенными точностными параметрами и полученными характеристиками за счет расширения функциональных возможностей стенда для испытания и диагностики двигателя внутреннего сгорания благодаря введению тензодатчика измерения тяги, определяющего тягу маршевого винта, установленного на двигателе внутреннего сгорания, и тензодатчика крутящего момента, что позволяет производить подбор маршевого винта на основании проведенных испытаний двигателя внутреннего сгорания. Рама выполнена из верхней и нижней частей, верхняя и нижняя часть рамы соединены друг с другом при помощи вертикальных стоек, вертикальные стойки рамы выполнены в виде вертикальных балок с подшипниками, состоящие из вертикальных балок и крепления, а крепление состоит из подшипника, резинового демпфера, причем введена дополнительная вертикальная стойка, на которой расположен тензодатчик измерения тяги, и установлена на поперечной балке нижней части рамы, при этом дополнительная вертикальная стойка закреплена с нижней частью рамы при помощи диагональной балки, кроме того, к верхней части рамы при помощи болтов закреплен подрамник, с возможностью перемещения в продольном направлении, а к подрамнику при помощи болтов закреплен ложемент для размещения двигателя, выполненный в виде моторамы, состоящей из двух пластин с отверстиями для крепления двигателя, соединенных друг с другом при помощи диагональных стержней. Вся эта конструкция повышает прочность конструкции и увеличивает жесткость стенда, влияющие на повышении точности определяемых параметров и полученных характеристик при испытаниях. К основанию стенда жестко закреплена защитная рама с сеткой, в ограниченной области которой происходит вращение маршевого винта, что обеспечивает безопасное испытание двигателя внутреннего сгорания. Введение тензодатчиков, определяющих значения тяги винта и крутящего момента, с возможностью соединения их с ПК для обеспечения осуществления ввода, контроля, корректировки и обработки параметров работы двигателя внутреннего сгорания, повышает точность определяемых параметров и полученных характеристик, влияющие на эффективность при испытаниях двигателя внутреннего сгорания, а в целом создание высокоэффективного стенда.