СПОСОБ СОЗДАНИЯ НАГРУЗКИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ И ПРИРАБОТКИ АВТОТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ
METHOD TO DEVELOP LOAD FOR TEST AND BURN-IN OF COMBINATION UNITS

Способ создания нагрузки для испытания и приработки автотракторных агрегатов относится к области машиностроения, в частности для приработки и испытания агрегатов, а также может быть использован в производствах их ремонта.
Известны стенды для испытания и приработки автотракторных агрегатов с нагрузкой гидравлическим тормозным устройством [Абелевич Л.А. Испытание агрегатов после ремонта автомобилей. - М.: Транспорт, 1966. 147-150 с.].
Наибольшее распространение имеют стенды для испытания и приработки автотракторных агрегатов с электрическим тормозом [Абелевич Л.А. Испытание агрегатов после ремонта автомобилей. - М.: Транспорт, 1966. 141-146 с.].
Недостаток всех известных способов создания нагрузки для испытания и приработки автотракторных агрегатов заключается в том, что они имеют постоянную тормозную нагрузку от времени испытания, поэтому не могут обеспечить тормозную характеристику, близкую к реальной.
Задачей заявленного способа является расширение технологических возможностей путем способа приработки и испытания автотракторных агрегатов путем создания переменной амплитудно-частотной характеристики нагрузки, близкой к реальным в условиях эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что нагрузку создают собственной компрессией двигателя внутреннего сгорания (ДВС), которая реализуется при закрытых впускном и выпускном коллекторах, а регулирование нагрузки производят путем создания равного удельного давления сжатого воздуха в коллекторах в конце такта впуска. При подаче равного давления сжатого воздуха во впускной и выпускной коллекторы сжатый воздух поступает в тот цилиндр ДВС, в котором открыт хотя бы один из клапанов штатного газораспределительного механизма. Удельное давление воздуха над поршнем ДВС в конце такта сжатия, так же как и для работающего двигателя, определяется по следующей известной формуле [Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: учебное пособие для вузов / А.И. Колчин, В.П. Демидов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа. 2002. - 81 с.].
<mrow><msub><mi>P</mi><mi>c</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mi>a</mi></msub><mo>⋅</mo><msup><mi>ε</mi><mrow><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msup><mtext>                                                                                           (1)</mtext></mrow>
a
где P - давление конца такта впуска (перед сжатием), МПа;
ε - степень сжатия;
1
n - показатель политропы сжатия.
с
Амплитудно-частотная нагрузка на прирабатываемый агрегат осуществляется собственной компрессией ДВС от давления воздуха конца такта сжатия P в соответствии с формулой (1), а регулирование этой нагрузки обеспечивают давлением конца такта впуска во впускном и выпускном коллекторах ДВС по следующей формуле:
<mrow><msub><mi>P</mi><mi>a</mi></msub><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Δ</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><mn>100</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Δ</mi><mi>i</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>z</mi><mo stretchy="false">(</mo><mo>∂</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msub></mrow><mrow><mn>100</mn><mo>⋅</mo><msup><mi>ε</mi><mrow><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext>                                                                   (2)</mtext></mrow>
а
где Р - давление сжатого воздуха, создаваемое во впускном и выпускном коллекторах ДВС, МПа;
i
Δ - доля удельного давления сжатия от действительного удельного давления конца сгорания, %;
z(∂)
P - действительное давление конца сгорания ДВС, МПа.
к.в
N
к.в
N
к.в
N
к.в
N
к.в
N
к.в
N
Частота вращения коленчатого вала n на каждой ступени приработки под нагрузкой определяется в долях от частоты вращения коленчатого вала при номинальной мощности n. Например, для первой стадии приработки частота вращения коленчатого вала определяется из соотношения n=0,2·n, для второй стадии n=0,4·n, для третьей стадии n=0,6·n, для четвертой стадии n=0,8·n и для пятой (последней) стадии n=1,0·n.
c
кр
На фиг.1 представлена амплитудно-частотная характеристика тормозного момента на коленчатом валу, создаваемая собственными компрессорными силами ДВС, где P - давление сжатия над поршнем, МПа; М - тормозной момент от собственной компрессии ДВС.
На фиг.2 представлена схема подключения дополнительного оборудования к ДВС для осуществления способа создания нагрузки на прирабатываемый агрегат.
Схема содержит следующие элементы: 1 - трубка сапуна газоотводящая; 2 - сапун; 3 - трубка маслосливная; 4 - коллектор воздухопровода впускной; 5 - коллектор выпускной; 6 - тройник; 7 - регулятор давления; 8 - манометр низкого давления; 9 - манометр высокого давления; 10 - ручка регулятора давления; 11 - ресивер компрессора; 12 - трубопроводы.
Действие способа заключается в следующем: при подаче равного давления сжатого воздуха во впускной коллектор воздухопровода 4 и выпускной коллектор 5, сжатый воздух поступает в тот цилиндр ДВС, в котором открыт хотя бы один из клапанов штатного газораспределительного механизма ДВС. Сжатый воздух подается от автономного источника ресивера компрессора 11 через редуктор 7 по трубопроводам 12. Посредством тройника 6 давление сжатого воздуха создается равным в каждом коллекторе ДВС. Численное значение давления сжатого воздуха регулируется посредством ручки регулятора 10 и контролируется по манометру 8.
Действие способа заключается в следующем: при подаче равного давления сжатого воздуха во впускной коллектор воздухопровода 4 и выпускной коллектор 5, сжатый воздух поступает в тот цилиндр ДВС, в котором открыт хотя бы один из клапанов штатного газораспределительного механизма ДВС. Сжатый воздух подается от автономного источника ресивера компрессора 11 через редуктор 7 по трубопроводам 12. Посредством тройника 6 давление сжатого воздуха создается равным в каждом коллекторе ДВС. Численное значение давления сжатого воздуха регулируется посредством ручки регулятора 10 и контролируется по манометру 8. Между испытуемым агрегатом и ДВС установлено устройство для измерения крутящего момента, которое соединяется с коленчатым валом ДВС. Впускной и выпускной коллекторы ДВС соединяют с регулируемым источником сжатого воздуха.
Определение параметров режима приработки на примере коробки перемены передач (КПП) с тормозной нагрузкой от ДВС КамАЗ-740 производят в следующей последовательности):
Исходные данные для расчета режимов нагрузки:
N
Частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности двигателя n=2600 об/мин.
2. Степень сжатия ε=17.
1
1
3. Показатель политропы сжатия дизеля n принимается постоянным значением для всех частот вращения коленчатого вала (n=1,375).
Z
4. Действительное давление конца сгорания P=12 МПа.
Расчет параметров режима приработки выполняют в следующей последовательности:
1. Производят расчет удельного давления сжатия, соответствующей штатному состоянию двигателя КамАЗ-740 для начальной ступени нагрузки
<mrow><msub><mi>P</mi><mi>c</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>a</mi><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msub><mo>⋅</mo><msup><mi>ε</mi><mrow><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msup><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>17</mn></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>375</mn></mrow></msup><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mo>⋅</mo><mn>48</mn><mo>,</mo><mn>5</mn><mo>=</mo><mn>4</mn><mo>,</mo><mn>85.</mn><mtext> </mtext><mi>М</mi><mi>П</mi><mi>а</mi></mrow>
2. Определяют частоту вращения коленчатого вала
к.в
N
n=0,2·n=0,2·2600=520 об/мин.
3. По формуле (2) определяют требуемое удельное давление воздуха, создаваемого в коллекторах ДВС
<mrow><msub><mi>P</mi><mi>a</mi></msub><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Δ</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><mn>100</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Δ</mi><mi>i</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>z</mi><mo stretchy="false">(</mo><mo>∂</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msub></mrow><mrow><mn>100</mn><mo>⋅</mo><msup><mi>ε</mi><mrow><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><mn>20</mn></mrow><mrow><mn>100</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>20</mn><mo>⋅</mo><mn>7</mn><mo>,</mo><mn>8</mn></mrow><mrow><mn>100</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>17</mn></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>375</mn></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>112</mn><mtext> МПа</mtext></mrow>
4. По формуле (1) определяют давление конца такта сжатия
<mrow><msub><mi>P</mi><mi>C</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mi>a</mi></msub><msub><mrow /><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msub><mo>⋅</mo><msup><mi>ε</mi><mrow><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msup><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>112</mn><mo>⋅</mo><mn>17</mn><msup><mo>,</mo><mrow><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>375</mn></mrow></msup><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>112</mn><mo>⋅</mo><mn>48</mn><mo>,</mo><mn>5</mn><mo>=</mo><mn>5</mn><mo>,</mo><mn>43.</mn><mtext> МПа</mtext></mrow>
Расчет параметров режима нагрузки для 2-й ступени приработки агрегата производят аналогичным методом, как и для первой ступени, в следующей последовательности:
к.в
N
1. Определяют частоту вращения коленчатого вала n=0,2·n=0,4·2600=1040 об/мин.
2. Определяют долю повышения давления от предельной нагрузки приработки Δ=40%.
3. По формуле (2) находят требуемое удельное давление воздуха, создаваемого в коллекторах ДВС
<mrow><msub><mi>P</mi><mi>a</mi></msub><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Δ</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><mn>100</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Δ</mi><mi>i</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>z</mi><mo stretchy="false">(</mo><mo>∂</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msub></mrow><mrow><mn>100</mn><mo>⋅</mo><msup><mi>ε</mi><mrow><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><mn>40</mn></mrow><mrow><mn>100</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>40</mn><mo>⋅</mo><mn>7</mn><mo>,</mo><mn>8</mn></mrow><mrow><mn>100</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>17</mn></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>375</mn></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>125</mn><mtext> МПа</mtext></mrow>
4. По формуле (1) определяют удельное давление такта сжатия
<mrow><msub><mi>P</mi><mi>C</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>a</mi><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msub><mo>⋅</mo><msup><mi>ε</mi><mrow><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msup><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>125</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>17</mn></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>375</mn></mrow></msup><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>125</mn><mo>⋅</mo><mn>48</mn><mo>,</mo><mn>5</mn><mo>=</mo><mn>6</mn><mo>,</mo><mn>06.</mn><mtext> МПа</mtext></mrow>
Сводные результаты расчета параметров амплитудно-частотной характеристики для всех этапов приработки представлены в таблице.
Сводные расчетные значения параметров режима приработки КПП автомобиля КамАЗ с нагрузкой компрессионных сил ДВС
Частота вращения коленчатого вала, мин<sup>-1</sup>
Удельное давление в конце такта впуска
Давление воздуха в конце такта сжатия (P<sub>С</sub>), МПа
n<sub>к.в</sub>=300
P<sub>a(i)</sub>=0,100 МПа
2,90
n<sub>к.в</sub>=600
3,40
n<sub>к.в</sub>=900
P<sub>a(i)</sub>=0,100 МПа
3,90
n<sub>к.в</sub>=1200
4,40
n<sub>к.в</sub>=0,2 n<sub>N</sub>=520
P<sub>a(i)</sub>=0,100 МПа
4,85
n<sub>к.в</sub>=0,2 n<sub>N</sub>=520
P<sub>a(i)</sub>=0,112 МПа
5,43
n<sub>к.в</sub>=0,4 n<sub>N</sub>=1040
P<sub>a(i)</sub>=0,125 МПа
6,06
n<sub>к.в</sub>=0,6 n<sub>N</sub>=1560
P<sub>a(i)</sub>=0,137 МПа
6,64
n<sub>к.в</sub>=0,8 n<sub>N</sub>=2080
P<sub>a(i)</sub>=0,150 МПа
7,27
n<sub>к.в</sub>=1,0 n<sub>N</sub>=2600
P<sub>a(i)</sub>=0,162 МПа
7,80
Технологическая эффективность предложенного способа создания нагрузки для испытания и приработки автотракторных агрегатов заключается в создании амплитудно-частотной характеристики тормозного момента, близкого к характеру реальной эксплуатационной нагрузки. Реализация способа характеризуется малой энергоемкостью и стоимостью дополнительного оборудования.