Стенд для испытания цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания

 

Союз Сов етскин

Социапистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и 901875 (61) Дополнительное к авт. свид-ву —. (22) Заявлено 30. 04; 80 (21) 2918189/25-06 с присоединением заявки № (51)M. Кл.

G 01 М 13/00

1евудврстввнный комитет

СССР (23) Приоритет— (53) >flK б21..43.001.5 (088.8) но делам изобретений и открытий

Опубликовано 30. Ol 82. Бюллетень № 4

Дата опубликования описания 30. 01. 82 (72) Авторы изобретения

В. И. Кольченко, Н. А. Громова и Г

Подмосковная научно-исследовательс станция Государственного союзного исследовательского тракторного инс (71 ) 3ая в и тел ь (54) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВОЙ

ГРУППЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к средствам для испытания цилиндро-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания ..

Известны стенды для испытания цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащие поршень и гильзу в блоке цилиндров, упругие элементы, осевые опоры и тензодатчики, причем осевые опоры закреплены на гильзе, тензодатчики наклеены на упругие элементы И 1 .

Это устройство предназначено для измерения суммарной, силы трения ци линдро-поршневой группы (ЦПГ). гидросистем, где возникают только осевые нагрузки на поршень. Поэтому оно не может быть использовано для замера реальных сил трения не только составляющих сил трения ЦПГ, но и суммарной силы ЦПГ на работающем двигателе по следующим причинам.

Сопряженные детали ЦПГ реально работающего двигателя изготовлены из

Р разных материалов (чугуна, алюминия стали) и имеют разные коэффициенты трения : кольцевые упругие балочки могут быть изготовлены из одного

5 только материала, причем упругого (чугун и алюминий, например, не пригодны).

С помощью кольцевых упругих бало.чек известного стенда можно регистрировать только чистые силы трения от протяжки поршневой группы вдоль цилиндра, при отсутствии действия на рабочую поверхность-, гильзу нормальных.(боковых) сил порвневой группы, возникающей при работе двигателя внутреннего сгорания, эти силы, при работе двигателя, в 5-10 раз больше сил трения, возникакнцих от протяжки поршневой группы., С помощьюжестко соединенных составных гильз невозможно измерить реальные составляющие сили трения поршневой группы на работающем двигателе.

Э 9018

Для определения оптимальных пара . метров поршней, поршневых колец различной конструкции и их количества необходимо знать как влияет каждый из параметров того или иного кольца на величину механических потерь — одного из главных факторов, оказывающего влияние на экономические показатели ДВС. Для этого необходимо измерить за один ход t0 поршня силы трения каждого из колец, т. е. составляющие суммарной силы трения.

Известны также стенды, содержащие поршень и гильзу.в блоке цилиндров, упругие элементы, радиальные упоры, осевые опоры и тензодатчики, приГ чем осевые опоры закреплены на гильзе и связаны с упругими элементами, на которые наклеены тензодатчики, а радиальные упоры размещены между блоком цилиндров и гильзой!21..

НеДостатки известного стенда — невозможность установки его на реально работающем двигателе, невозможность определения составляющих суммарной силы трения и неточность ее измерения, т.е. низкая эффективность испытаний.

Цель изобретения — повыше у е эффективности испытаний.

Указанная цель достигается тем, что гильза выполнена из составляющих элементов, связанных между собой с возможностью осевого смещения, причем связь опор составных элементов гильзы с упругими элементами выполнена через шарниры, а радиальные упоры выполнены регулируемыми.

При этом регулируемые радиальные упоры выполнены в виде полукольцевых наружных секторов и внутренних обойм, сепараторов, шариков и регулирующих механизмов, причем шарики размещены в сепараторах между обоймами, охватывающими гильзу, и секторами, а регулирующие механизмы выполнены в виде винтов в блоке цилиндров, взаимодействующих с секторами. 50

На фиг. 1 изображен отсек с трехсоставной гильзой и радиальными подвижными упорами; на фиг. 2 — один из радиальных упоров — по укольцевой сектор; на фиг. 3 — отсек с двух- ss составной гильзой и радиальными подвижными упорами; на фиг. 4 — о1сек с радиальными упорами.для двига75 4 теля жидкого охлаждения с "сухими" гильзами.

Стенд содержит поршень 1, гильзу

2, установленную в блоке 3 цилиндров, Гильза 2 выполнена составной, например, из трех частей 4-6, каждая из которых взаимодействует с индивидуальным упругим элементом 7-9 соответственно, на котором наклеены тензодатчики. Упругие элементы 7-9 установлены в блоке 3 цилиндров таким образом, что они не касаются поверхности трения поршневых колец и поршня . Каждая часть 4-6 гильзы 2 содержит опоры 10 и 11. Для повышения точности измерения между опорами 10 и 11 составных частей 4-6 гильзы 2 и упругими элемейтами 7-9 установлены шарниры-шарики 12.Для удержания их от выпадания на упругих элементах могут быть выполнены канавки 13. Упругие элементы 7-9 закреплены на блоке 3 цилиндров крепежными деталями 14.

Упругие элементы 7-9 могут быть выполнены в виде штампованных колец или в виде пластин и неподвижноконсольно закреплены, например, в блоке 3 цилиндров. Верхняя часть гильзы может быть подвешена на упругом элементе 15, выполненном в стакане 16, по внутренней проточке которого скользит хвостовик !7 гильзы.

Для восприяния радиальной нагрузФ ки (нормальной силы} установлены регулируемые радиальные упоры !820 (фиг. 1), которые могут быть выполнены в виде внутренних полуколь" цевых секторов, содержащих наружную обойму 21, сепаратор 22, шарики 23 и регулирующий механизм 24 (фиг. 2).

Внутренним сектором 25 может быть втулка или термообработанная наружная поверхность гильзы. Наружная обойма

21 и сепаратор 22 могут быть выполнены в виде полуколец или секторов.

Составные части 4-6 гильзы 2 могут сопрягаться между собой по посадочным пояскам 26 и 27, выполненным в виде проточек соответственно на наружной и внутренней поверхности.

Перед работой отсека гильзу 2 ус" танавливают строго вертикально, обеспечив заданный зазор между хвостовиками составных частей гильзы с помощью регулируемых упоров !8, и фиксируют начальные показания тензодатчиков, г!ри работе стенда каждая

90187

5 составная часть 4-6 гильзы 2 перемещается вдоль оси под действием силы трения, возникающей между гильзой и каждым из поршневых колец.

ha фиг. 3 представлен второй ва- 5 риант исполнения стенда, когда необходимо выделить из цилиндро-поршневой группы силу трения, например, только. одного нижнего маслосъемного кольца. В этом случае гильза стенда состоит из двух частей 4 и 5.

Для двигателей с сухими гильзами гильзы непосредственно опираются своими наружными стенками на внутренние стенки цилиндров блока. Для размещения шаровых упоров между гильзой и цилиндром блока, последние растачивают по внутреннему диаметру (фиг. 4), Аналогично устанавливаются упоры и на двигателях воздушного 20 охлаждения. Тензодатчики могут наклеиваться на упругой подвеске (фиг.4> или на тензобалочке 7.

Метод экспериментального определе-, ния механических потерь на трение 25 поршневой группы основан на регистрации осевых перемещений гильзы цилиндра, происходящих под действием силы трения. Осевые перемещения гильзы регистрируются любого типа датчиком З0 путем измерения деформации (прогиба) упругих элементов 7-9 °

Однако на упругие тонкостенные пластины, кроме сил трения, действуют боковые (нормальные) силы, которые прижимают поршень с кольцами к гильзе (йиг. 2} и определяются из выражения и = P- tg P, 40 где Р =(Р Р ) — результирующая сила от давления газов (Р ) и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс (Р" ) °

J5 - угол отклонения шатуна от оси цидиндра.

Кроме того, имеется радиальная

50 сила.Рэ, прижимающая поршневые кольца к гильзе, зависящая от давления газов в цилиндре (в поршневых канавках за кольцами) и от давления в результате действия собствен55 ных сил упругости кольца.

Результирующая боковая сила, принимающая поршень и кольца {поршневую группу) к гильзе, равна

5 6

В М + P . Максимальная величина результирующей боковой силы Я

Исходя из величины силы трения и допустимой динамической погрешности колебательной системы, зависящей от частоты колебания гильзы с подвесками, производят расчет толщины уп- . ругих тонкостенных элементов подвески. Таким образом, под действием этой силы трения гильза должна перемещаться на вполне определенную ма-, лую величину и регистрироваться датчиком, помещенном на унругом элементе -тензобалочке.

Однако приемлемая точность изме-: рения сил трения поршневой группы таким методом может быть обеспечена ° только в случае исключения влияния результирующей боковой силы поршневой группы В, во много раз превосходящей силы трения поршневой группы, на деформацию тонкостенных элементов подвесок, на которые наклеиваются тензодатчики, а также в случае исключения влияния этих сил на перекос гильзы. При этом является важным не исключать влияния этой результиру ющей силы Й не величину сил трения поршневой группы, чтобы определить влияние на механические потери двигателей не только частоты вращения вала, но и нагрузок (давление газов, инерционных сил и т. д.) работающегс двигателя.

В стенде (фиг. 1) радиальные: упоры 18-20 воспринимают действие результирующей боковой силы В на себя, устраняя деформацию тонкостенных элементов подвески, и тем самым, тензодатчики регистрируют деформации тонкостенных элементов, возникающие только от действия сил трения поршневой группы. Кроме того, указанное расположение радиальных упоров 18-20 дополнительно обеспечивает строго вертикальное перемещение (без перекосов) гильзы. В этом случае датчики, регистрирующие перемещение гильзы от действия сил трения,,располагаются на кольцевых пластинчатых тензобалочках 7-9, жестко укрепленных внешними концами на блоке двигателя, .а внутренними чере шарик 12 упираются в нижний торец гильзы. Этим еще больше устраняется зависимость деформации тензобалочек от действия результирующей боковой силы К и повышается точность измере901875 полнена из составных элементов, связанных между собой с возможностью осевого смещения, причем связь опор сос" тавных элементов гильзы с упругими элементами выполнена через шарниры, а радиальные упоры выполнены регулируемыми.

2. Стенд по п, 1, отличающи и с я тем,что регулируемые радиальные упоры выполнены в виде полукольцевых наружных секторов и внутрен" них обойм, сепараторов, шариков и регулирующих механизмов, причем шарики размещены в сепараторах между обоймами, охватывающими гильзу, и секторами, а регулирующие механизмы выполнены в виде винтов в блоке цилиндров, взаимодействующих с секторами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 381926, кл. 6 01 1 1/22, 1977.

2. Стефановский Б. С, и др. Испытания двигателей внутреннего сгорания.

M., "Машиностроение", 1972, с. 68. ния сил трения поршневой группы на работающем двигателе.

Лри работе двигателя под нагрузкой между радиальными упорами 18-20 и гильзой могут возникать посторон- 5 ние силы трения скольжения, соизмеримые с величиной сил трения поршневой группы. Для устранения этих сил трения скольжения между радиальными упорами 18-20 и гильзой 1О введены шаровые опоры 21, устанавливаемые в сепараторы 22 (фиг, 1 и 2).

Во время продолжительной работы двигателя возможно возникновение !5 контактного изнашивания гильз или укрепленных на них внутренних обойм в местах сопряжения с шаровыми опорами. В связи с этим предусмотрен механизм 24, например, в виде винтового gp крепления для устранения зазора, появляющегося в результате вышеупомянутого изнашивания сопряженных деталей. применение радиальных полукольцевых упоров повышает точность измерения, увеличивает долговечность работы упругих элементов подвески. В конечном результате, применение предлагаемого устройства позволяет определить оптимальный вариант по, комплектности цилиндро-поршневой группы деталями, их работоспособность и ответить на такой важный вопрос в дизелестроении, как установление

35 функциональной зависимости и степени влияния на механические потери работающего двигателя не.только- от час". тоты вращения, но и от его нагрузки, Используя предлагаемый стенд для

40 определения работоспособности и. измерения сил трения цилиндро-поршневой группы ДВС, можно определить оптимальные параметры ЦПГ, такие, " как материал конструктивное исполУ

45 кение, зазор между поршнем и гильзой, необходимое и достаточное количество маслосъемных и компрессионных колец и т.д. Кроме того, он позволит сократить сроки доводочных испытаний

ДВС, проводить их в различных направлениях (как исследовательских, так и эксплуатационных), повысить экономические показатели двигателей за счет определения оптимальных параметров . ЦЛГ.

Формула изобретения

1. Стенд для испытания цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащий поршень и гильзу в блоке-цилиндров, упругие элементы, радиальные упоры, осевые опоры и тензодатчики, причем осевые опоры закреплены на гильзе и связаны с упругими элементами, на которые наклеены тензодатчики, а радиальные упоры размещены между блоком цилиндров и. гильзой, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности, гильза вы901875

Заказ 12368/52 Тираж 882

ВНИИПИ государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ЛЛЛ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Патрахальцев

Редактор E. Дичинская . Техред N. Рейвес Корректор Н.. Стец