Устройство автомобилей
Испытания двигателей
Испытания двигателей проводят для оценки фактических показателей работы двигателей и их сравнения с расчетными показателями, определения качества проведенного ремонта, а также для проверки влияния на показатели работы двигателя тех или иных регулировок.
Как правило, испытания двигателя проводят после их полной обкатки в соответствии с технологическими требованиями.
Анализ результатов испытаний позволяет оценить эффективность конструктивных особенностей и качество изготовления двигателя (при заводских испытаниях новых моделей двигателей), либо дать качественную оценку выполненному ремонту (при испытаниях после капитального или текущего ремонта двигателя).
Виды испытаний двигателей
Основные виды испытаний двигателей можно классифицировать по признакам, определяющим программу и методы проведения испытаний.
По целевому назначению различают испытания:
- поисковые и исследовательские;
- доводочные;
- приемочные и приемосдаточные (государственные, межведомственные);
- инспекционные (длительные, краткие, периодические, контрольные);
- ресурсные (испытания на надежность и эксплуатационную технологичность);
- сертификационные и другие.
По применяемым средствам и методам испытаний, а также условиям и месту их проведения различают следующие виды испытаний:
- стендовые;
- полигонные;
- дорожные;
- эксплуатационные;
- испытания в особых условиях (высокогорных, тропических и т.д.).
Наиболее полный анализ большинства видов испытаний двигателей можно получить использованием методов стендовых испытаний, которые позволяют с большой степенью точности оценить динамические, эксплуатационные и экономические характеристики двигателей внутреннего сгорания, а также влияния на эти характеристики тех или иных факторов (например, регулировок, конструкторских и технологических решений и т. п.).
Стендовые испытания двигателей
Для стендовых испытаний двигателей применяются специальные испытательные стенды, устанавливаемые на мощном бетонном фундаменте с заделанными в него чугунными плитами. В последнее время получили распространение бесфундаментные стенды, которые проще и удобнее в эксплуатации.
Конструкция испытательного стенда включает:
- устройства для закрепления испытываемого двигателя на стенде (стойки, кронштейны, фланцы, балки и т. п.);
- энергетическое устройство для испытания двигателя без его запуска (для первичной оценки качества сборки и крепления двигателя на стенде, а также для холодной обкатки двигателя перед началом испытаний. В качестве энергетического устройства, как правило, используются мощные электродвигатели, но могут применяться и другие машины;
- тормозное устройство для имитации нагрузки двигателя. В качестве тормоза наиболее часто используется электродвигатель, который при холодных испытаниях применялся в качестве энергетического средства, либо гидравлические тормозные механизмы;
- устройство для согласования характеристик двигателя и тормоза (в случае с электродвигателем – мощный переменный резистор, в случае с гидротормозом – гидротрансформатор);
- оборудование, обеспечивающее работу систем питания двигателя топливом и отвода отработавших газов, смазочной системы и системы охлаждения двигателя;
- органы управления процессом испытания;
- необходимые контрольно-измерительные приборы и устройства для регистрации и снятия испытываемых параметров.
При испытаниях автотракторных двигателей наибольшее применение находят электрические и гидравлические тормоза. Они характеризуются наибольшей устойчивостью, т.е. способностью поддерживать постоянную частоту вращения при кратковременном нарушении равновесия между вращающим моментом двигателя и моментом сопротивления тормоза.
Выбор тормоза производится по максимальной мощности и по максимальной частоте вращения коленчатого вала испытываемого двигателя. Соответствие тормоза испытываемому двигателю по мощностным и скоростным возможностям обычно устанавливают путем наложения внешней скоростной характеристики двигателя на внешнюю характеристику тормоза.
В случае, если тормоз по своим характеристикам не удовлетворяет необходимым требованиям для согласования с характеристиками испытываемого двигателя, его заменяют на более мощный или применяют промежуточный редуктор.
Испытательный стенд должен иметь оборудование для измерения следующих показателей:
- вращающего момента двигателя с точностью ±0,5 % от максимальных показаний, на которые рассчитана измерительная система;
- частоты вращения коленчатого вала с точностью ±0,5 %;
- расхода топлива с точностью ±1 %;
- температуры охлаждающей жидкости с точностью ±2 °С;
- температуры масла в смазочной системе с точностью ±2 °С;
- барометрического давления с точностью ±20 кПа;
- угла опережения зажигания или начала подачи топлива с точностью ±1 градус угла поворота коленчатого вала испытываемого двигателя;
- давления наддува с точностью 0,05 кПа.
Частоту вращения можно измерять приборами двух типов: суммарными счетчиками, фиксирующими число оборотов за определенный отрезок времени, и тахометрами, которые дают текущее значение частоты вращения. В зависимости от принципа действия тахометры могут быть центробежными и электрическими.
Расход топлива определяют с помощью устройств, показывающих объемный или массовый расход. Продолжительность опытов должна быть не менее 30 сек.
Расход воздуха замеряют с помощью специального расходомера (воздухомера) или с помощью устройств, имеющих на впускном тракте измерительную насадку.
Для определения температуры (в зависимости от пределов, изменения температуры и расположения точки, температуру которой необходимо замерить) применяют следующие приборы: жидкостные термометры, термометры сопротивления, термопары и термометры манометрического типа.
Угол опережения зажигания или начала подачи топлива на стенде определяется с помощью стробоскопического устройства.
Условия стендовых испытаний автомобильных двигателей определяются ГОСТ 14846-81 «Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний» и предусматривают соблюдение следующих требований:
- испытываемый двигатель и применяемые эксплуатационные материалы должны соответствовать техническим условиям;
- температура окружающего двигатель воздуха в процессе испытаний не должна превышать +40 °С;
- показатели двигателя должны определяться при установившемся режиме работы, при котором вращающий момент, частота вращения, температура охлаждающей жидкости и масла за время измерения изменяются не более чем на ±2 %.
Стандарт является государственным и распространяется на автомобильные поршневые и роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания и их модификации. Стандарт не распространяется на свободно-поршневые двигатели.
Стандарт ГОСТ 14846-81 устанавливает объем и методы испытаний для определения:
- мощностных и экономических показателей при полных нагрузках (мощности нетто и брутто);
- мощностных и экономических показателей при частичных нагрузках;
- показателей на холостом ходу;
- условных механических потерь;
- равномерности работы цилиндров;
- безотказности работы;
- дымности отработавших газов.
Оценка возможностей испытываемого двигателя и его соответствие требованиям, устанавливаемым нормативными документами, осуществляется по динамико-экономическим характеристикам.
При контрольных испытаниях определяют внешнюю скоростную характеристику мощности нетто, нагрузочную характеристику при частоте вращения на уровне максимального вращающего момента, характеристику холостого хода.
При приемочных испытаниях определяют внешние скоростные характеристики мощности нетто и брутто, нагрузочные характеристики не менее чем при трех различных частотах вращения коленчатого вала, характеристику холостого хода, условные и механические потери, равномерность работы цилиндров, безотказность работы двигателя.
Требования безопасности при испытаниях
Во избежание несчастных случаев при проведении испытаний двигателей самое серьезное внимание должно быть уделено вопросам техники безопасности.
К работе на испытательных стендах допускается специально обученный персонал, прошедший необходимые инструктажи по охране труда и технике безопасности. Работники из числа персонала должны быть обеспечены необходимой спецодеждой и средствами индивидуальной защиты (СИЗ).
Перед началом работы обслуживающий персонал должен проверить надежность крепления стенда к фундаменту и испытываемого двигателя к стенду, оценить техническое состояние стенда и двигателя, убедиться в полной исправности испытательного оборудования, включить систему вентиляции помещения, в котором проводятся испытания, убедиться в достаточности освещения.
В рабочем помещении испытательной станции не должно быть посторонних предметов, затрудняющих свободное перемещение персонала во время работы, а также посторонних лиц.
Испытательная станция (лаборатория) должна быть оборудована в соответствии с санитарно-техническими требованиями, требованиями пожарной безопасности и техники безопасности.
Помещение должно быть оснащено приточно-вытяжной вентиляцией, исключающей загазованность и запыленность воздуха выше нормы. Ртутные измерительные приборы и устройства должны иметь специальную защиту, в т. ч. от проникновения паров ртути в помещение.
Вращающиеся и подвижные части стендов и испытываемых двигателей должны быть ограждены для исключения случайного контакта работников.
Специальные требования предъявляются к уровню шума, противопожарной защите и мерам по предотвращению взрывов.
При проведении испытаний автотракторных двигателей оцениваются мощностные и экономические показатели их работы в различных условиях эксплуатации, как нагрузочных, так и независимых внешних (дорожных, климатических и т. п.) с учетом технологических факторов изготовления (или капитального ремонта), последующей эксплуатации, надежности, долговечности, отзывчивости на регулировочные процессы и т. п.
Источник статьи: http://k-a-t.ru/PM.01_mdk.01.01/4_dvs_ispytanie_obkatka2/index.shtml
Обкатка и испытание двигателей
Собранные после ремонта двигатели обкатывают и испытывают на специальных стендах. Цель обкатки — приработка трущихся поверхностей и выявление дефектов, возникающих в результате допущенных при ремонте отклонений от технических требований. В процессе обкатки проводят окончательные регулировки и устраняют дефекты. Цель испытаний — комплексная оценка качества ремонта двигателя.
Если ремонт дизеля выполнялся без снятия с трактора и состоял в замене одного-двух комплектов цилиндропоршневой группы, в ремонте головки цилиндров или замене вкладышей шатунных подшипников, то его обкатывают без нагрузки по 5 мин на каждой из частот вращения коленчатого вала: 800—1000, 1400— 1600, 1700-2100 мин-1. За частотой вращения коленчатого вала следят по тахоспидометру или измеряют тахометром.
При работе дизеля следят за давлением масла и температурой охлаждающей жидкости. Проверяют подсос воздуха в местах крепления впускных труб. В конце цикла обкатки проверяют макси-мальную частоту вращения коленчатого вала при полной подаче топлива.
После обкатки подтягивают динамометрическим ключом гайки крепления головки цилиндров и регулируют зазоры в клапанном механизме. Проверяют и при необходимости регулируют угол опережения впрыска топлива, натяжение приводных ремней.
Обкатку капитально отремонтированных двигателей на стендах проводят в несколько этапов:
- холодная обкатка (от электро-двигателя)
- горячая без нагрузки (на холостом ходу)
- с переменной нагрузкой
После обкатки на тех же стендах проводят испытание двигателей.
Холодная обкатка
На этапе холодной обкатки для получения хорошей приработки деталей используют ряд технологий.
Применяют маловязкие масла, например индустриальное И-20А или И-ЗОА, смесь масла индустриального И-20 и моторного МГ-10-Б2. Добавляют присадки в масло (коллоидную серу 0,9-1,1%, дисульфид молибдена, металлоорганические присадки на основе глицерата меди ОМП-2 — до 15% по объему масла и др.); используют специальное обкаточное масло ОМ-2, вводят в масло присадку ДК-8 и др. При этом сокращается время обкатки в 1,5—2 раза, уменьшается съем металла с поверхностей деталей.
Обкатывают и испытывают двигатели в зависимости от их мощ-ности на электротормозных стендах КИ-5542 (37 кВт), КИ-5541 и КИ-5543 (55 кВт), КИ-5540 (90 кВт), КИ-5274 (160 кВт), КИ- 5527 (для пусковых двигателей). Эти стенды позволяют прокручивать коленчатый вал двигателей с переменной частотой при холодной обкатке, а при горячей возвращать электроэнергию в электрическую сеть.
Режим холодной обкатки установлен техническими требованиями для двигателей каждой марки. Например, двигатели Д- 240 обкатывают на моторном масле в течение 30 мин — по 10 мин на каждой из трех ступеней с частотой вращения коленчатого вала 500-600, 700-800 и 900-950 мин-1; двигатель Д-160 обкатывают 55 мин, из них 15 мин на частоте вращения вала 400- 450 мин-1 и 40 мин при частоте вращения 900 мин-1. Холодную обкатку пусковых и карбюраторных двигателей проводят в течение 20 мин.
В процессе холодной обкатки проверяют на ощупь нагрев трущихся поверхностей, прослушивают стуки внутри двигателя, определяют герметичность соединений, контролируют давление и температуру масла. В случае обнаружения неисправностей обкатку прекращают и устраняют неисправности. При необходимости двигатель отправляют на повторный ремонт.
Горячая обкатка без нагрузки
После холодной обкатки электрической машиной стенда пускают двигатель и обкатывают его по режиму, установленному техническими требованиями, сначала на пониженной частоте вращения коленчатого вала. Например, двигатель Д-240 обкатывают в течение 20 мин, из них 5 на частоте вращения 1000 мин-1, 10 мин на частоте вращения 1400 мин-1 с плавным увеличением до 1800 мин-1 и 5 мин на 100%-ной номинальной частоте вращения. Двигатель Д-160 — 10 мин на частоте вращения 500 мин-1 и 10 мин на частоте вра-щения 1300-1340 мин-1. Во время этой обкатки проводят те же проверки, что и при холодной, и, кроме того, проверяют действие всех механизмов, регулируют зазоры в клапанах, установку зажигания (для карбюраторных двигателей).
Горячая обкатка под нагрузкой
При данной обкатке электрическая машина стенда работает в режиме генератора переменного тока и одновременно служит нагружателем двигателя. Работающий дизель нагружают при полной подаче топлива на соответствующих режимах. Нагрузочные режимы определены техническими требованиями для каждой марки дизеля. Например, дизель Д-240 обкатывают в течение 80 мин на шести ступенях нагружения (кВт): 10 мин — 5,9; 10 мин — 14,7; 15 мин — 21,1; 20 мин — 35,3; 20 мин — 42,7; 5 мин — 47,8. Дизель Д-160 обкатывают 50 мин на шести ступенях с нагрузкой (кВт): 10 мин — 22-44; 10 мин — 14; 12 мин-92,5; 5 мин — 110; 3 мин — 118; 10 мин — плавное уменьшение до нуля. В процессе обкатки следят за давлением масла, температурой, ослушивают двигатель, а при необходимости прекращают обкатку и устраняют неисправности. В отличие от дизелей карбюраторные двигатели начинают обкатывать под нагрузкой при частоте вращения коленчатого вала 1200 мин-1. С ростом нагрузки увеличивают частоту вращения вала.
Ускоренная обкатка двигателей
На ремонтных предприятиях применяют ускоренную обкатку дизелей на топливе с присадкой АЛП-4д, которая заключается в следующем. В расходный бак стенда добавляют 1 % (по массе) элементоорганической присадки АЛП-4д. Перемешивание присадки с топливом обеспечивает смесительно-дозирующее устройство КИ-11138А. При сгорании присадки с топливом в цилиндрах образуются твердые частицы оксида алюминия размером 2-3 мкм, которые ускоряют приработку деталей цилиндро-поршневой группы и сокращают время технологической обкатки на 30-35%.
Применяют также технологию ускоренной обкатки с использованием постоянного электрического тока. Двигатель, установ-ленный на стенде, подвергают холодной обкатке в течение 10 мин при частоте вращения коленчатого вала 500— 600 мин-1. Затем минусовую клемму источника присоединяют через специальный токосъемник устройства КИ-11041М к коленчатому валу, а плюсовую — к блоку цилиндров. При силе тока 3-5 А и напряжении 0,8-1,2 В продолжают холодную обкатку еще в течение 25 мин при частоте вращения 900-1000 мин-1.
Горячую обкатку двигателя без нагрузки проводят в течение 15 мин при частоте вращения 1300-1400 мин-1. Обкатку под нагрузкой ведут в течение 20 мин: 10 мин при нагрузке 20% и 10 мин при нагрузке 50% от номинальной. В результате ускоренной приработки трущихся поверхностей при прохождении постоянного тока через пары трения время обкатки двигателя сокращается почти в два раза.
Испытание двигателя
Приемо-сдаточным испытаниям подвергают каждый капитально отремонтированный двигатель. В конце обкатки двигатель, работающий при максимальной частоте вращения коленчатого вала на холостом ходу, плавно нагружают до получения номинальной частоты вращения и записывают показания весового механизма стенда. Эффективную мощность двигателя определяют по формуле:
Nc = 0,736 Pn/10000,
где Nc — эффективная мощность двигателя, кВт; Р — показания весового механизма стенда, Н; n — частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1
При испытании на стенде с редуктором учитывают КПД редуктора, n = 0,98. Полной нагрузкой запрещается нагружать двигатель более 5 мин.
Одновременно контролируют давление масла в магистрали двигателя и определяют расход топлива. Часовой расход топлива определяют по формуле:
Gт = 3,6 Q/t,
где Gт — часовой расход топлива, кг/ч; Q — масса топлива, и-расходованного за время опыта, г; t — время опыта, с
Удельный расход топлива определяют по формуле:
gc = 1000 Gт/Ne,
где gc — удельный расход топлива, г/(кВт*ч)
Полученную в результате испытаний двигателя мощность и расход топлива приводят к значениям стандартных условий испытаний:
- температура окружающей среды 25°С
- давление воздуха 0,1 МПа (760 мм рт.ст.)
- относительная влажность воздуха 50%
- плотность топлива 0,82 г/см3
После испытания проводят частичный или полный контрольный осмотр двигателя. Частичному осмотру подвергают каждый двигатель СМД-60, ЯМЗ-240Б, ЯМЗ-238НБ, Д-108 и Д-160 и один из десяти двигателей Д-240, Д-65, Д-21, полному осмотру — каждый 50-й двигатель. При частичном осмотре снимают поддон, вскрывают и осматривают нижние вкладыши коренных подшипников и шейки вала, осматривают зеркало гильз цилиндров. При полном контрольном осмотре снимают головку цилиндров вскрывают коренные и шатунные подшипники, вынимают поршни с шатунами и определяют качество приработки трущихся поверхностей деталей.
Источник статьи: http://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/obkatka-i-ispy-tanie-dvigatelej/