Различают корректорный и номинальный запас крутящего момента.

Корректорный коэффициент запаса крутящего момента определя-
ется по формуле (рис. 200, а).

Мкмакс —

Ик =--------------------------------- 100%. (67)

Мк..

При определении номинального коэффициента запаса крутящего
момента ц в формуле (67) М _Кы заменяется крутящим моментом на ре-
жиме номинальной мощности М_к._н.

Скоростная характеристика, снятая при работе с прикрытой дрос-
сельной заслонкой или неполной подачей топлива, служит для оценки
экономичности двигателя на различных нагрузках и скоростных режи-
мах и называется частичной. Обычно скоростные характеристики, сня-
тые на номинальном скоростном режиме, совмещаются с частичными
характеристиками, что дает возможность их сравнивать.

На рисунке 200, в приведена регуляторная характеристика двига-
теля Д-240 на номинальной частоте вращения я=2200 об/мин (кри-
вая 1) и двух частичных режимах: 85% (кривая 2) и 70% (кривая <?) от
частоты вращения при номинальном скоростном режиме холостого хода.

Сравнение характеристик этого двигателя для различных екорост-
ных режимов показывает, что у характеристик с меньшей частотой вра-
щения экономичность несколько выше.

Характеристика холостого хода (рис. 204, г) —это
скоростная характеристика, определенная при работе двигателя без
нагрузки. При снятии такой характеристики коленчатый вал отъединя-
ется от вала тормоза, и вся развиваемая мощность расходуется на пре-
одоление сил трения в двигателе и привод в действие вспомогательных
механизмов. Характеристика холостого хода тракторного дизеля сни-
мается на скоростных режимах в диапазоне от максимальной до мини-
мальной устойчивой частоты вращения холостого хода.

Минимальная устойчивая частота вращения холостого хода дизе-
ля определяется последовательным снижением расхода топлива до появ-
ления колебаний частоты вращения в пределах ±5% от замеренной на
данном скоростном режиме.

Характеристика холостого хода карбюраторного двигателя снима-
ется в диапазоне изменения частоты вращения коленчатого вала, начи-
ная от минимального устойчивой холостого хода до частоты, равной
50% номинальной.

Частота вращения изменяется с помощью упорного винта дрос-
сельной заслонки карбюратора. Во время проведения опытов замеряется
частота вращения, расход топлива и разряжение во впускном трубопро-
воде. По характеристике холостого хода Gi—f(n) дается оценка рас-
хода топлива при работе двигателя без нагрузки.

§ 3. Нагрузочные характеристики

В эксплуатации двигатели работают в режимах частичных нагру-
зок. Для оценки экономичности данного двигателя снимают нагрузочные
характеристики, показывающие изменение расходов топлива в зависи-
мости от нагрузки. За величины, характеризующие нагрузку двигателя,
принимают эффективную мощность, крутящий момент или среднее эф-
фективное давление.

Характеристику снимают при постоянной частоте вращения колен-
чатого вала с последовательным увеличением подачи топлива, начиная
с режима холостого хода и до нагрузок, соответствующих полной по-
даче. Для полноты суждения об экономичности двигателя необходимы
несколько нагрузочных характеристик, из которых каждая соответству-
ет выбранной постоянной частоте вращения.

Большинство зависимостей G_T~f(P_e) на нагрузочных характерис-
тиках протекает прямолинейно почти на всем диапазоне нагрузок, за
исключением близких к полным.

У карбюраторных двигателей наблюдается более крутой подъем
кривых ge=f(Pe) и G_T=f(P_e), что объясняется значительным обогаще-
нием горючей смеси экономайзером карбюратора.

При малых нагрузках удельный расход топлива возрастает из-за
ухудшения наполнения, увеличения коэффициента остаточных газов
и снижения механического к. п. д. двигателя. На рисунке 201 в качестве
примера приведена нагрузочная характеристика двигателя ЯМЗ-240Б,
снятая при номинальной частоте вращения п = 1900 об/мин.

18» 275

§ 4. Регулировочные
характеристики

Регулировочные характерис-
тики определяют зависимость
мощностных и экономических по-
казателей двигателя от расхода
топлива, угла опережения за-
жигания или угла опережения
впрыска и других регулируе-
мых параметров. Значение ре-
гулируемого параметра называ-
ется оптимальным, если оно
соответствует наивыгоднейшим
условиям раооты двигателя по мощности и экономичности. Регу-
лировочные характеристики снимаются при полных и частичных на-
грузках.

Регулировочные характеристики по расходу топлива показывают
изменение мощности и удельного расхода топлива в зависимости от рас-
хода топлива.

Регулировочная характеристика по расходу топлива карбюратор-
ного двигателя (рис. 202, а) снимается при постоянной частоте враще-
ния коленчатого вала, полностью открытой дроссельной заслонке и
оптимальном угле опережения зажигания. Количество подаваемого топ-
лива регулируют, изменяя сечение калиброванного отверстия топливно-
го жиклера. Характеристика имеет две характерные точки: на кривой
N_e=f(G_T) точка А максимальной мощности Ломаке и точка а минималь-
ного удельного расхода топлива gemxa на кривой g_e=/(G_T).

Оптимальная регулировка карбюратора по расходу топлива G_T.₀nT—
между абсциссами точек Ломаке и g_eMин-

Рис. 202. Регулировочные характеристики:

9° а — по расходу топлива карбюраторного двигатель. б—по расходу топлива дизеля; в—по углу опере» жеиия зажигания; г— по установочному углу опере- жения впрыска.

Регулировочную характеристику по расходу топлива дизеля
(рис. 202,6) снимают при постоянной частоте вращения вала и опти-
мальном угле опережения впрыска топлива. Количество подаваемого
топлива изменяют передвижением рейки топливного насоса в сторону
увеличения подачи. Так как частота вращения вала двигателя остается
постоянной, то для каждого опыта уменьшается коэффициент избытка
воздуха и возрастает мощность.

Отметим на кривой N_e=f(G _т) точки А и В. В точке В мощность
двигателя N'_e соответствует минимальному удельному расходу топлива
ge мин- По мере увеличения подачи топлива значение коэффициента из-
бытка воздуха уменьшается и наступает момент, когда двигатель из-за
неполного сгорания начинает работать с дымным выпуском (точка А).
Начало дымления двигателя соответствует мощности N"_e.

Вследствие того, что дизель работает с большим коэффициентом
избытка воздуха, увеличение подачи топлива за пределами точки А
даст некоторое повышение мощности. Однако при этом двигатель рабо-
тает с увеличенным удельным расходом топлива и высокой температу-
рой отработавших газов. Эта работа сопровождается нагарообразова-
нием и может вызвать закоксовывание поршневых колец. Поэтому оп-
тимальная регулировка G_T._onт должна лежать в пределах G'_T — G"_r

Характеристика по углу опережения зажигания (карбюраторный
двигатель) отражает зависимость мощности и удельного расхода топ-
лива от угла опережения зажигания при G_T=const.

На рисунке 202, в по оси абсцисс отложены значения угла опереже-
ния зажигания а по оси ординат — значение эффективной мощности
N_e и удельного расхода топлива g_e. Характеристику снимают при посто-
янной частоте вращения, полностью открытой дроссельной заслонке и
принятой регулировке карбюратора. Опыты заключаются в определении
показателей N_e и g_e для различных значений угла опережения зажига-
ния 0°, получаемых последовательным поворотом прерывателя от одно-
го крайнего положения — позднего или раннего зажигания — к другому.
Пределом увеличения угла опережения зажигания может явиться дето-
нация двигателя, вызывающая падение мощности и увеличение удельно-
го расхода топлива. Интервалы изменения угла 0° для каждого опыта
составляют 3—5°. Наивыгоднейший угол опережения зажигания опре-
деляется оптимальными значениями максимальной мощности Ломаке и
минимального удельного расхода топлива g_e мин (точки а, б).

У двигателей, снабженных регулятором для автоматического изме-
нения угла опережения зажигания, последовательно снимают несколько
характеристик. Это позволяет определить пределы изменения угла опе-
режения зажигания для заданного диапазона частот вращения и нагру-
зок и проверить установку и действие регулятора опережения зажи-
гания.

Регулировочная характеристика по установочному углу опережения
впрыска топлива (дизель) отражает зависимость эффективной мощнос-
ти N_e и удельного расхода топлива g_e от угла начала подачи топлива
0° при расходе топлива G_T=const (рис. 202,г).

Характеристику снимают при работе на постоянной частоте вра-
щения, принятом расходе топлива и других оптимальных регулировках.
Рейку топливного насоса закрепляют в положении начала включения
корректора подачи топлива, для изменения угла опережения начала по-
дачи топлива устанавливают муфту опережения. Последовательность
снятия характеристики такая же, как и по углу опережения зажигания.

§ 5. Пусковые характеристики и характеристики

продолжительности пуска. Расход масла на угар

Пусковые качества дизеля (рис. 203) характеризуются пусковыми
характеристиками (для дизеля с пуском электрическим стартером) и
характеристиками продолжительности пуска (для дизеля с системой
пуска от пускового двигателя).

а — пусковые характеристики: кривые 1, 2, 3 — зависимости т_п=
■=/(«) при различных постоянных температурах окружающего воз
духа; б —- характеристика продолжительности пуска.

Пусковые характеристики (рис. 203,а) представляют собой зависи-
мости вида x_n=f(fi), где т_п—продолжительность прокручивания колен-
чатого вала при пуске, с; п — частота вращения коленчатого вала ди-
зеля, об/мин.

Характеристики снимают не менее чем для трех постоянных значе-
ний температуры окружающей среды с разницей не менее 5°. Для каж-
дой характеристики проводятся пуски не менее чем на четырех часто-
тах вращения коленчатого вала двигателя. Допускается использовать
средства ускорения пуска, предусмотренные конструкцией дизеля.

Температурное состояние дизеля (воды в головке и блоке цилинд-
ров, головок и цилиндров дизелей воздушного охлаждения, вкладышей
коренных подшипников и масла в поддоне) до начала испытаний не
должно отличаться от температуры окружающего воздуха более чем на
2° С. Продолжительностью пуска считается время прокручивания колен-
чатого вала до момента отключения пускового устройства.

Пуск считается нормальным, если он осуществляется не более чем
с трех попыток за время не более 20 с каждая с промежутками между
ними 1—1,5 мин.

Характеристики продолжительности пуска (рис. 203, б) представля-
ют зависимость Tn=f(fosp)- Как и пусковые характеристики, они опре-
деляются не менее чем для трех значений температур окружающей сре-
ды ^окр с разницей между ними не менее 5° С. Допускается использова-
ние средств облегчения пуска, предусмотренных конструкцией дизеля.
Требования к тепловому состоянию двигателя перед испытаниями те
же, что для пусковых характеристик. На каждом температурном режи-
ме пуск дизеля должен достигаться попытками общей продолжитель-
ностью не более 5 мин.

Расход масла на угар определяется массой масла, расходуемого в
единицу времени и удаляемого из цилиндров вместе с отработавшими
газами и продувочным воздухом. Этот показатель характеризует меру
конструктивного совершенства цилиндро-поршневой группы и тепло-
вого процесса дизеля, а в эксплуатации позволяет оценивать ее со-
стояние.

Tn-fdoKfl)

п, об/мин

Рис. 203. Пусковые характеристики н характеристика про- должительности пуска дизеля:

а

Расход масла на угар определяется по убыли масла из картера
дизеля (или масляного бака) за время работы 10 ч на номинальном
скоростном режиме и мощности, равной 90% номинальной. В картер
(масляный бак) дизеля перед испытаниями заливают масло в мак-
симально допустимом количестве, установленном заводом-изготови-
телем.

Глава 27

СТЕНДЫ И СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ

§ 1. Устройство стендов

Стенд для испытаний двигателя состоит из тормозного и измери-
тельного устройств, аппаратуры для питания двигателя топливом, его
охлаждения, отвода отработавших газов, приспособления для крепле-
ния двигателя и органов управления.

Тормозное устройство и детали крепления размещаются на фунда-
менте, выполненном в виде чугунной плиты, помещенной на бетонном
основании. Плита имеет пазы для анкерных болтов крепления стоек.
Испытываемый двигатель укрепляется на суппортах стоек или специ-
альной балке. Если двигатель укомплектован агрегатами, предусмотрен-
ными для определения эксплуатационной мощности, то его не снимают
с трактора, а соединяют с валом тормоза через вал отбора мощности
гибкой муфтой. Тормозное устройство и трактор размещаются на плат-
форме, снабженной гидравлическими домкратами. Пользуясь домкра-
тами, центрируют вал отбора мощности и вал тормоза, соответственно
перемещая платформу. В этом случае питание и охлаждение двигателя
осуществляются его собственными системами.

Стенд должен обеспечивать достижение устойчивых нагрузок и
плавное их регулирование в широком диапазоне частот вращения.

Применяются гидравлические и электрические стенды. Преимуще-
ственное распространение получили электрические стенды, которые
обеспечивают высокую точность измерения и дают возможность устой-
чиво нагрузить испытуемый двигатель в широком диапазоне частот вра-
щения, плавно и тонко регулировать нагрузку.

Электрический стенд представляет собой генератор, приводимый
испытуемым двигателем. Вырабатываемая генератором электрическая
энергия отдается в нагрузочную сеть, которой служит реостат или внеш-
няя сеть.

Электрические стенды могут использоваться в качестве обкаточ-
ных, работая при этом в режиме электродвигателя.

Электрические стенды бывают постоянного тока, синхронные и
асинхронные переменного тока. Наиболее распространены машины пос-
тоянного тока, как наиболее универсальные и простые. Их достоинст-
во — возможность работать в широком диапазоне частот вращения как в
режиме генератора при торможении испытуемого двигателя, так и в ре-
жиме двигателя при пуске, обкатке двигателя внутреннего сгорания.
Промышленность выпускает стенды с балансирными машинами посто-
янного тока следующих основных типоразмеров: МПБ 24,5/22 мощ-
ностью 25 кВт, МПБ 28/26 50 кВт, МПБ 32,7/28 100 кВт и МПБ 42,3/30
200 кВт. Буквы МПБ обозначают «машина постоянного тока балансир-
ная», цифры показывают крутящий момент в режиме двигателя и тор-
мозной момент в режиме генератора. Мощность дается в режиме гене-
ратора. Машины допускают работу при частоте вращения до 4500 об/мин.
Машина называется балансирной потому, что она измеряет кру-
тящий момент двигателя по принципу балансирного подвешивания кор-
пуса тормоза, создающего момент на валу испытуемого двигателя.

Корпус 2 (рис. 204) подвешен в станине 4 на подшипниках 3 и опи-
рается через призму 5 на весовой механизм 1. Мощность (кВт) опреде-
ляется по формуле

N_e = pirn) 10~³, (68)

где р — усилие, показанное весовым механизмом, Н; / — плечо тормоза, обычно его
длина 1 м; tj — коэффициент полезного действия промежуточной передачи между дви-
гателем и тормозом; п — частота вращения вала тормоза.

Рис. 204. Схема балансириого стенда: I — весовой механизм; 2 — корпус тор- моза; 3 — шариковый подшипник: 4 — станина тормоза; 5 — призма весового механизма; I — плечо тормоза.

S ^e макс f 0 Л/л макс Рис. 205. Характеристика тормозов: 1 — электрического; 2 — гидравлического.

a

N_T
Ив

Тормозные качества тормоза оцениваются его характеристикой. Ха-
рактеристика тормоза (рис. 205) представляет зависимость погашаемой
им механической энергии N_r испытуемого двигателя от изменения час-
тоты вращения п_т вала стенда. Она позволяет определить пригодность
стенда для испытания данного двигателя. Кривые 1, 2, заключенные
между точками а—в, соответствуют наибольшему возбуждению элект-
рического тормоза (/) или наибольшему заполнению гидравлического
тормоза водой (2). Кривая aef лежит ниже кривых ав и соответствует
частичному значению тормозной мощности гидравлического или элект-
рического тормоза соответственно при неполном заполнении водой или
возбуждении.

Характеристика электрического тормоза определяется уравнением
параболы

(69)

где а — коэффициент, соответствующий работе тормоза при полной нагрузке.

Характеристика гидравлического тормоза представляет собой урав-
нение кубической параболы

(70)

На графике линия вс характеризует максимальное значение тор-
мозной мощности Mr. _Макс по условиям прочности или допустимого нагре-
ва тормоза. Линия ей ограничивает тормозные мощности предельно до-
пустимой частотой вращения по условиям прочности.

Линия ad определяет затраты мощности на холостой ход тормоза
Nt.X-

Контур авей характеризует возможность тормоза поглотить мощ-
ность испытуемого двигателя. Если стенд пригоден для испытания дан-
ного двигателя, необходимо, чтобы его характеристика с контуром hklm
полностью вписывалась в характеристику тормоза. При этом точка к
будет соответствовать минимальной нагрузке на холостом ходу
тормоза.

Измерительные устройства и приборы. Установка для измерения
расхода топлива — это обычно резервуар, установленный на весах оп-
ределенной точности, из которого топливо поступает в двигатель. Ее
включение производится автоматически.

Для измерения мгновенной частоты вращения служат тахомет-
р ы. Наибольшее применение получили центробежные приставные и
электрические тахометры. Центробежные приставные тахометры по-
зволяют делать измерения в широких пределах (ГОСТ 13082—71); элек-
трические тахометры удобны, а их точность выше, чем у центробежных.
Они позволяют делать замеры частоты вращения дистанционно, присо-
единять несколько указателей.

Для измерения времени опыта применяются секундомеры точ-
ностью до 0,2 с.

Для измерения температуры окружающего воздуха, масла в карте-
ре, воды в системе охлаждения, горючей смеси во впускном трубопрово-
де (карбюраторные двигатели), отработавших газов, используют термо-
метры расширения (ртутные, спиртовые), манометрические и электри-
ческие термометры и термоэлектрические пирометры.

Для определения дымности отработавших газов применяются ды-
момеры, измеряющие оптическую плотность отработавших газов мето-
дом просвечивания, и сажемеры, измеряющие концентрацию сажи ме-
тодом фильтрования.

Для определения токсичности отработавших газов (окиси углерода
и углеводородов) служат газоанализаторы.

§ 2. Общая методика испытаний

Испытания. Перед испытанием двигателя проверяют тормоз, подго-
тавливают измерительную аппаратуру. Двигатель проходит обкатку.
Тщательно контролируют техническое состояние и регулировочные по-
казатели двигателя. После пробного пуска и проверки двигателя сни-
мают несколько контрольных точек характеристики.

Перед началом каждого опыта двигатель должен работать устойчи-
во с постоянной частотой вращения и иметь нормальный температурный
режим. Каждый опыт для получения достоверных результатов проводят
несколько раз. Режимы работы двигателя при переходе от одного опы-
та к другому меняют в установленных границах последовательно в боль-
шую или меньшую сторону в зависимости от типа снимаемой характе-
ристики.

Данные, полученные во время опыта, заносят в журнал испытаний
и обрабатывают. В журнале указывают марку двигателя, его номер,
дату и место испытания. Отмечают, какая характеристика снималась,
на каком тормозе, передаточное число от коленчатого вала двигателя к
валу тормоза и к. п. д. передачи. Указывают название и стандарт топ-
лива и картерного масла, на которых работал двигатель во время ис-
пытаний, а также барометрическое давление.

В журнал заносят все изменения в работе двигателя (начало и
характер дымления, вибрация, стуки и т. д.).

Во время каждого опыта измеряют его продолжительность, тормоз-
ное усилие, частоту вращения вала тормоза, расход топлива, а также
температуры окружающего воздуха, охлаждающей воды, масла в кар-
тере, отработавших газов и давления масла в системе смазки, топлива
в системе питания, газов в картере двигателя и др.

Для каждого опыта подсчитывают частоту вращения двигателя,
крутящий момент, мощность, расходы топлива. Крутящий момет двига-
теля определяют по формуле (47), а эффективную мощность по выра-
жению (68).

Расход топлива, г/с,

(71)

где Qt — масса топлива, израсходованного за время опыта, г; t — время опыта, с.

Удельный расход топлива, г/(кВт-ч),

Дата добавления: 2014-10-31