Стенд для испытания двигателя внутреннегосгорания

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ Союз Советских Социалистических Республик/2168165/25-,06 (23) Приоритет 220174 (32) 230573 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(53) УДК 621.43. 001 4(088 8) Иностранцы Филип Эдвард Свис, Рассел Лабью и Гленн МаккенЬи , Враун(54) СТГНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГОСГОРАНИЯ 10 Изобретение относится к испытаниям двигателей, я именно к испытательным стендам, в которых испытуемый двигатель приводится в движение либо под действием его собственной энергии,5 либо при помощи внешнего источника энергии, и может быть использовано для измерения динамического дисбаланса двигателя. Известны стенды длф испытания двигателя внутреннего сгорания, содержащие свфэанное с валом двигателф нагруэочное устройство, выполненное в виде.гидростатической сис темы, включающей в себя первую свфзаиную с валом двигателя установку, вторую установку, связанную, с перв ой замкнутым гидравлическим конту 20 ром, и устройство для регулирова ниф производительности второй установки 11.Однако известные стенды не позволя ют проводить в дополнение к горячим и холодные испытаниф двигателя.Цель изобретения - проведение выборочных холодных и горячих испытаний, то есть испытаний с получением различных характеристик, когда двигатель приводится в движение с помощью внешних источников, а также беэ них.Цель достигается тем,что первая установка выполнена в виде двигателя с постоянной производительностью. а вторая - в виле насоса с переменной производительностью.На ффг. 1 прЕдставлена вертикальнаф проекция задней стороны испытательного стенда и связанного с ним оборудования; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вертикальная проекция задней стороны испытательного стенда; на фиг. 4 - вид В на фиг. 3 с частичным вырезом; на фиг.5- вертикальная проекция переднего конца испытательного стенда с частичным вырезом; на фиг, 6 - сечение В-В на фиг. 5, на фиг. 7 - сечение Г-Г на фиг. 5; на фиг. 8 - вертикальная проекциф заднего конца рамы; на фиг. 9 сечение Д-Д на фиг. 8; на фиг. 10 - сечение Е-Е на фиг. 8; на фиг. 11 вид рамы в плане; на фиг. 12 - боковаф вертикальнаф проекция системы подвода механической энергии к коленчатому валу двигателя; на фиг, 13 - вид Ж на фиг. 12; на фиг, 14 - вид И на фиг. 13 на фиг. 15 - вилкообраэный рычаг в увеличенном масштабе. ф850027и ггг НИИПИ Закаэ 61 бЗ/84 Тираж 907 Подписноеилиал ППППатент, г.ужгород,ул,ПроеСтенд для испытания двигателя внутреннего сгорания опирается на станину 1, Левая часть 2 станины 1 на Фиг. 2 поддерживает часть конвейера 3, которая проходит к входу стенда 1,Конвейер 3 несет на себе пластины 4, на которые устанавливается двигатель 5. Конвейер 3 проносит эти двигатели через ряд позиций, одна из которых находится на стенде. На стенде предусмотрены средства для направления каждого двигателя 5 и подачи их на стенд, когда двигатель достигает соответствующей позиции,и для возвращения его обратно к конвейеру после завершения испытания.Эти средства включают роликовый подъемник б, приводимый в действие мотором 7, совершающим воэвратнопоступательное движение. Мотор 7 слегка поднимает пластину 4 и двигатель 5, находящийся на ней, над уровнем конвейера 3.Кроме того, укаэанные средства содержат совершающую возвратно-поступательное движение в горизонтальном направлении отклоняющую пластину 8, приводимую в движение мотором 9, ко- . торый тянет пластину конвейера 4 вместе с установленным на ней двигателем 5 с подъемника б к испытательному стенду, а затем возвращает его к подъемнику для замены его на конвейере. Подъемник 10, расположенный ниже стенда, принимает пластину конвейера, когда отклоняющая пластина 8 перемещается из своего левого положения вправо (фиг. 2) и в соответствующий момент опускается так, чтобы пластина могла быть временно выведена из-под испытываемого двигателя. Подъемник 10 поднимается так, что пластина 4 принимает двигатель после испытания, после чего откло няющая пластина 8 возвращает двигатель и пластину к конвейеру 3. Подьемник 10 приводится в движение совершающим возвратно-поступательное перемещение мотором 11.Стенд содержит пространственную ферму 12, имеющую пару передних колонок 13 и 14 и пару задних колонок 15 и 16, опирающихся на выступ 17 станины 1. Балка 18 опирается на колонки 13 и 14, а балка 19 опирается на колонки 15 и 16. Поперечные балки 20 и 21 располагаются между балками 18 и 19 и поддерживайт пластину 22. Перевернутая рама, обозначенная позицией 23, подвешена на плите 22 с помощью верхнего подшипникового механизма 24 и нижнего подшипникового механизма 25. Конструкция этих механизмов показана на фиг. 4, причем подшипниковый механизм 24 делает возможным качание рамы на вертикальной оси по отношению к Фер 55 60 В задней пластине 38 имеется вырез неправильной Формы с тем, чтобы двигатель входил в раму и выводился иэ нее(фиг. 8,поз. 44)В передней плите 39 могут быть также предусмотрены вырезы для правильной установки выступающих частей двигателя, На передней плите находится также стопор 45 для точного размещения двигателя в направлении его коленчатого вала, когда двигатель находится уже в раме.С целью безопасной работы внутри раме, тогда как механизм 25 позволяеткачаться на горизонтальной оси.Предусмотрены также средства длястопорения рамы по отношению к ферме. Эти средства (фиг. 11) состоятиз пары конических сцепляющих шрифтов 26 и 27, установленных с воэможностью скольжения на противоположных сторонах Фермы и приводимых вдЕйствие совершающими возвратно-поступательное движение моторами 28 и29, соответственно между позициямивтягивания и стопорения. В своейпозиции стопорения штифты 26 и 27входят в гнезда 30 и 31 соответственно на раме 23.15 На ферме 12 установлена с возможностью скольжения пара защитных дверей 32 и 33. Двери (фиг. 1 и 3) установлены с возможностью скольжениягоризонтально по направляющим 34 и щ 35 соответственно, установленным наколонках 13 и 14. Двери открываютсяи закрываются моторами 36 и 37, совершающими возвратно-поступательноедвижение и установленными на ферме.Рама 23 формы перевернутого чслужит для приема двигателя 5 (фиг.1).Точная форма внутренней части рамы23 зависит от формы двигателя, который должен быть испытан, конструкциядолжна быть такой, чтобы двигательмог войти в раму, где он подвергаетсяиспытаниям, Предпочтительно, чтобырама 23 имела каркас, изготовленный,иэ алюминиевых пластин или пластинподобного материала, чтобы рама былалегкой насколько это возможно, носохраняла необходимую. жесткость и .являлась хорошей подставкой для различных штырей, валов, осей и другогооборудования. как показано на фиг,4, 40 рама 23 может состоять из задней38 и передней 39 пластин, верхней инижней соединительных, пластин 40 и41. Там, где это необходимо, пластины могут иметь отверстия 42, облег чающие конструкцию (фиг. 11) и,кроме того, для поддержания различных перемещающихся деталей могутбыть предусмотрены дополнительныеконструктивные элементы. Верхняя 5 О пластина 40 с возможностью регулирования прикреплена к нижней поверхности нижнего подшипникового механизма 25 посредством элемента 43 (Фиг.4),мы установлен кожух махового колеса 46 (фиг, 3).Средства для сцепления двигателяс рамой показаны на фиг. 5-11 и состоят из двух .противоположных паркареток-зажимов 47 и 48. Каждая паразажимов входит в зацепление с однойстороной двигателя задней и передней своими частями и, в частности,зти зажимы входят в зацепление сконтрольными калибровочными выступами 49 и 50 станка, обозначеннымичастично штрихпунктирными линиямина фиг. 8, образованными на двигателе и используемыми при обработкеблока на станках.Задняя каретка 47 приводится вдействие совершающим возвратно-поступательное движение мотором 51, апередняя каретка 48 мотором 52, причем эти моторы установлены над рамной пластиной 40,Средства, соединяющие мотор 51 сего кареткой 47, содержат (фиг.10)рейку 53, приводимую в действие мотором и входящую в зацепление сзубьями 54 на верхнем конце вертикального вала 55,установленного нараме с возможностью вращения. Зубья56 на нижнем конце этого вала входят в зацепление с рейкой 57, установленной на каретке 47. Мотор 58приводит в действие свою каретку 47через рейку 59, вертикальный вал 60и рейку 61, установленную на раме(фиг. 7) .Средства, соединяющие мотор 52 сего кареткой 48, содержат (фиг. 9)рейку 62, подсоединенную к мотору52 и входящую в зацепление с зубьями63 верхнего конца вертикального вала64, установленного на оаме с возможностью вращения. Нижняя часть этоговала имеет зубья 65, входящие в зацепление с рейкой 66 на каретке 48.Мотор 67 аналогично приводит в действие свою каретку 48 с помощьюрейки 68 (Фиг. 6),поворачивая вертикальный вал 69, который в своюочередь действует .нд рейку 70, установленную на каретке. Моторы 51,58, 52 и 67 первоначально приводятся в действие под соавнительно низким давлением дляперемещения их соответственных кареток в позициюзапирания. Каретка 47 придет на зафиксированную соответствующую позицию, как это частично показано позицией 71 на фиг. 5, и удерживаетсятам сравнительно высоким давлением, вто время, как каретка 48 продвигается дальше под высоким давлением,обеспечивая надежную фиксацию двигателя в раме. Передняя каретка 48(фиг. 8) имеет боковую поверхность72, которая прижимает с силой двигатель к передней колонке 45. Двигатель таким образом надежно заперт вточной контрольной позиции по отношению к раме с соблюдением параллельности и правильных углов к осиколенчатого вала.Валы 55 и 60 также приводят в действие пару дополнительных кареток73 и 74 соответственно, которые выдерживают нижнюю часть. двигателя напозиции, Каретки 73 и 74 установленысоосно с коленчатым валом и располагаются напротив пары чувствительных щупов датчиков 75 и 76 соответственно, измеряющих вибрацию, которые подвижно укреплены ниже рамы.Средства для приведения в действиекареток 73 и 74 имеют удлиненныезубчатые части 77 и 78 у нижнихконцов валов 55 и 60 соответственно.Эти зубья входят в зацепление с зубчатой рейкой на валах, как это показано на фиг. 7 и 10, Как и каретки47 и 48, каретки 73 и 74 упираются 20 в контрольные поверхности на двигателе. Они регулируются моторами 51и 58, осуществляющими возвратно-поступательное движение одновременнос движением верхней каретки 47, То 25 есть, они перемещаются вперед сначала под действием сравнительно низкого давления, а затем под действием более высокого давления и такимобразом они выдерживаются в установленных контрольных позициях.Щупы датчиков 75 и 76 выдвигаютсявперед и совершают возвратное движение с помощью моторов 79 и 80, осуществляющих возвратно-поступательное движение, на заднем конце которых имеются датчики колебаний 81и 82. Эти датчики являются датчиками обычного типа и работают на инерционном принципе, измеряя вибрацию.На практике кривую частоты и напря жения датчика тарируют в униях - дюймах и величина дисбаланса зависит от.соотношения между униями-дюймами,измеренными датчиками,и угловымположением этого измерения по отно шению к положению верхней мертвойточки маховика двигателя (ВМТ). Вчетырехцилиндровых двигателях, например, ВМТ относится к цилиндру Р 1,ВМТ измеряется при испытании обратным бесконтактным датчиком 83, встроенным в боковую каретку 47 (фиг. 8).Щупы датчиков 75 и 76 располагаются спереди и сзади двигателя 5 так.чтобы могло быть осуществлено измерение отклонения от направления движения и были бы в плоскости и подпрямым углом к геометрической осиколенчатого вала Конечные выключатели 84 и 85 преднаэначень 1 для перемещения датчиков вперед и обратно.После того, как двигатель 5 запертна своей последней позиции дляпроведения испытаний внутри рамы,пластина 4, на которой помещен двигатель, совершает обратное движение с помощью опускающего подъемиик10 с тем, чтобы позволить щупам датчиков 75 и 76 выдвинуться вперед понаправлению к испытываемому двигателю. Поскольку щупы 75 и 76 моглибы теооетически входить во взаимодействие с рамой вместо двигателя,так как они соединены совместно,прямое сцепление двигателя предпочтительно. В предпочтительной альтернативной конструкции (не показана)этих щупов нет и датчики установленыпрямо на раме 23 так, чтобы можнобыло бы измерять горизонтальную вибрацию, перпендикулярную оси двигателя.Предусмотрены два подъемных крюка86 и 87 (фиг. 8) для подъема по отношению к раме двигателя 5 в его окончательную позицию запирания после того, как каретки. 47, 48, 73 и 74 вошлив контакт с двигателем. Эти крюкиподнимают двигатель на небольшую 20высоту с помощью ушек в скобах 88 и89 на двигателе и частично показанныхтонкой линией на фиг. 8, Двигательподнимается до тех пор, пока поверхности на контрольных калибровочныхвыступах 49 и 50 блока (двигателя)точно не соединятся с поверхностями90 и 91 кареток 47 и 48.Подъемные крюки 86 и 87 установлены на параллельных горизонтальныхвращающихся валах 92 и 93, помещаю.шихся внутри рамы. Эти валы (фиг,4)располагаются между пластинами 38 и39 рамы, выходят эа пределы пластины39 и имеют на своих выступающих концах соответственно шестерни 94 и 95.Валы установлены с возможностью вращения между первым положением, в котором крюки находятся в своем нижнем.положении, или отведенном положении, и втооым положением, в котором 40крюки 86 поворачиваются против часовой стрелки, а крюки 87 - по часовойстрелке с тем, чтобы .войти в зацепление с подъемными скобами двигателя.45Средства для приведения в действие валов 92 и 93 состоят из парымоторов 96 и 97, обеспечивающих возвратно-поступательное движение и усгтановлвнИ в паре вне рамной пластины 39. Мотор 96 приводит в действиекаретку 48, входящую в зацеплениес верхней, частью шестеони 95, тогдакак мотор 97 приводит в движение рейку 99, входя в зацепление с шестерней 94 в нижней ее части. В результате, когда моторы начнут осуществлять перемещение внутри и влево(фиг. 5), валы будут вращаться, заставляя подъемные крюки цеплять двигатель и поднимать его, а при обрат- р 0ном движении крюки отведены назад.Между рейками предусмотрены пружины100 с тем, чтобы после того, какконтрольные выступы двигателя войдутв контакт с поверхностями 90 и 91 указанных кареток, они жестко удерживались в правильном положении.С тем, чтобы обеспечить надежнуюработу подъемных крюков 86 и 87, чтобы двигатель не смог упасть в случае резкого уменьшения давления воздуха в моторах 96 и 97, предусмотрен запирающий элемент 101. Этотэлемент постоянно поджат пружиной102 в направлении положения, в котором он не позволяет гайке 103, прилегающей к рейке 99, перемещаться вправо .(фиг. 5), в результате чего удерживает подъемные крюки от перемещения в обратном направлении.Элемент 101 связан с поршнем воз.душного цилиндра 104, который непосредственно подсоединен к источникусжатого воздуха, снабжающему сжатымвоздухом моторы 96 и 97, Как толькоэти два.мотора вновь снабжаются сжатым воздухом, элемент 101 выйдет иэположения , не допускающего перемещение рейки, но при падении давленияэтот элемент снова будет блокировать гайку 103.На раме также установлено устройство-для измерения давления масла,приводимое в движение мотором 105,обеспечивающим его возвратно-поступательное движение (фиг. 8), Приводной распределительный механизм 106предусмотрен для установки распределителя (фиг. 5 и 11),Когда двигатель 5 испытывают в"холодных условиях", т.е. когда двигатель приводится в действие отвнешнего источника энергии, используют гидравлический мотор 107 фиг,1215). Мотор может быть с осевым поршнем, насаженным на шток не под прямым углом, устанавливается с помощьюподвески 108 на передней плите 39рамы 23, Желательно, чтобы мотор107 был относительно небольшим, легким и приводился в действие большим и более тяжелым гидравлическимнасосом 109 переменного объема,изображенным на фиг, 2 штрихпунктирной линией и установленным на полурядом с испытательным стендом. Гидростатическая система, включающая мотор 107 и насос 109, представляет собой замкнутый гидравлический контур,незамкнутую систему управления сфиксированным механическим остановомна насосе переменного объема для того, чтобы получить воспроизводимуюточность измерений при установкевыбраной скорости, когда производятиспытания двигателя. Получение повторяющейся точности измерений можетбыть достигнуто и беэ фиксированных остановов с помощью замкнутойсистемы управления.При использовании замкнутой системы управления двигатель 5 может бытьподвергнут испытаниям в "горячихусловиях" с использованием гидравлического мотора 107 в качестве насоса и насоса 109 в качестве мотора,Рабочий объем гидравлическогонасоса 109 следует изменять с тем,чтобы создавать различные нагрузки или инерционные условия, действующиена испытываемый двигатель, такие нагрузки, например, которые возникаютпри подъеме автомобиля на гору или, наоборот, с горы.Выходной вал 110 мотора 107 соосен с коленчатым валом двигателя,ступицей и связанными с ней шкивами11, которые изображены штрихпунктирной линией на Фиг. 12. Гильза 112насажена на вал 110 с помощью шпонки и несет на себе эластомерную муфту 11. Муфта скользяще установлена нагильзе и соединяется с ней посредством шпонки 114, Муфта имеет металлический внутренний элемент 115, металлический внешний элемент 116 и промежуточный эластомерный элемент 117, причем все эти элементы 115, 116 и 117 связаны вместе. Эластомерный элемент может иметь к примеру 60 единиц твердости уретана, что допускает . несоосность приблизительно в 0,010- 0,015 дюйма (дюйм = 2,54 см). Этот элемент служит и в качестве изолирующего демпфера, разъединяя.приводимый в действие элемент 116 с другими элементами, а также слжит для уменьшения отношения паразитного веса к весу самого двигателя.Выступающий конец элемента 116 имеет коническую поверхность 118 -для осуществления центрирования по отношению к ступице коленчатого вала. Пара выступов 119 на поверхности 117 входит в пару пазов на ступице коленчатого вала, изображенных на фиг. 12 штрих-пунктирной линией. Элемент 116 входит в позицию зацепления с коленчатым валом под действием сжатой пружины со спиральной намоткой витков 120, расположенной между выступающим концом муфты 113 и валом 110, Зубчатый элемент 121 установлен на элементе 116, а датчик 122, смежный с этим элементов, используется для измерения скорости .вращения. Предусмотрены и средства для отвода муфты 113. Эти средства содержат мотор 123 (рис.14), осуществляющий возвратно-поступательное перемещение, который приводит в действие вилкообразный рычаг 124, посаженный на ось 125, установленную на кожухе 126. Вилка 127 (фиг. 15) рычага 124 несет роликовые подшипники 128, которые располагаются на противоположных сторонах элемента 116, Когда мотор 123 осуществляет движение вперед из своего положения(фиг. 15), ролики входят в зацепление с шестерней 121, отводя гильзу в положение, частично показаное нафиг. 12 штрихпунктирной линией.Устройство работает следующимобразом.Двигатель 5 встает напротив сте- да, подъемник 6 поднимает двигательУи плиту, на которой он установлен,с конвейера 3, отклоняющая пластина8 подтягивает двигатель с плитойвнутрь рамы. В это время рама зажата внутри фермы 12 выступающими элементами 27, Поэтому рама имеет соосность с фермой 12,Защитные двери 32 и 33 закрыты,каретки 47 и 48 выдвигаются впереди входят в зацепление с двигателем 5,причем задняя каретка 48 прижимаетдвигатель к передней колонке 45, Сбоку двигатель удерживается в правильном положении с помощью этих кареток,а также с помощью кареток 73 и 74,20 которые выдвигаются вместе с каретками 47.Подъемные крюки 86 и 87 затем поднимают испытываемый двигатель, точно располагая его посредством опорныхповерхностей 90 и 91 на каретках 47и 48. В результате этого двигательжестко установленв раме в продольном, боковом и вертикальном направлениях. Подъемник 10 опускает плиту 4на расстояние, достаточное для того,чтобы щупы датчика 75 и 76 доставалидо испытываемого двигателя.В это время приводной мотор 107 свращающимся коленчатым валом соединен с коленчатым валом 111 пчтем приведения в действие мотора 123, осуществляющего возвратно-поступательное движение, что позволяет пружине120 перемещать муфту 113 влево(фиг. 12). Мотор .107 работает на40 очень малой скорости до тех пор, покавыступы 119 муфты 113 не войдуг в выемки 129 на ступице коленчатого вала,и тогда вращает двигатель при скорости на холостом ходу. Измеряется4 давление масла, а приводной распределительный механизм подсоединяют киспытываемому двигателю. При малойскорости вращения может быть измерена амплитуда перемещения датчика стем, чтобы определить наличие чрезмер,ного шума.Пои раме, связанной с фермой,двигатель может вращаться с относительно большой скоростью (т,е, 1800 об/мин)с помощью мотора 107,Затем раму выводят из зацепленияпутем осуществления обратного ходастопорнык штифтов 27. Динамическийдисбаланс испытываемого двигателяизмеряется с помощью датчиков колебаЩ ния, выборно настроенных на частоту,соответствующую числу оборотов в минуту, путем определения величины иугла смещения движения испытываемогодвигателя по отношению к ВМТ. Дат 5 чики колебания также контролируютсяна шум по диапазону частот при данной скорости,Двойная шарнирная опора для рамы 23 дает возможность получать постоянные и точные данные по динамическому дисбалансу Наличие этих шарнирных средств позволяет отсоединять раму и испытываемый двигатель от объемной фермы, Предпочтительно, чтобы ось вертикального механизма 24 проходила через центр тяжести двигателя, а ось горизонтального механизма 25 должна быть параллельна оси ко ленчатого вала.Необходимо, чтобы двигатель 5 вращался с высокой скоростью, достаточной для появления динамического дви жения, Подвеска, состоящая из испытываемого двигателя и рамы, будет иметь две частоты собственйых свободных колебаний. Поскольку с момента начала вращения скорость увеличива- зО ется, испытываемый двигатель и рама двигаются вместе в направлении, пер" пендикулярном оси вращения коленчатого вала, если у этого двигателя будет статический дисбаланс, В этом случае вращение происходит вокруг горизонтального шарнира или подшип" никового механизма 25, а датчик колебаний будет в фазе с .синхронным совместным перемещением назад и вперед. Когда скорость возрастает на- . Зф столькочто станет больше этого значения, а динамический дисбаланс присутствует у двигателя, тогда двигатель вместе с рамой начнет поворачиваться вокруг центра тяжести этой Зз системы, т.е, вокруг вертикального шарнира или подшипникового механизма 24 с датчиками колебания, измеряющими амплитуду перемещения движением, которое смещено иа 180 о по фазе. ф)При вращении двигателя на боль- ..шой скорости может быть"проверена канавка для регулирования момента зажигания с использованием вакуума и без него. Может быть проверенотакже и давление масла,Затем рама 23 вновьсире ляется сфермой сцепляющими штифтами 27, аскорость вращения коленчатого валапонижается до нуля. мотором.107. Датчики 75 и 76 отходят назад, плита 4поднимается, а различные другиемеханизмы,. такиекак датчик БИТ,средства замера давления масла йраспределительный механизм разъединены. Муфта 113 также отведена в обратное. положение под действием нотора 123, осуществляющего возвратно-.поступательное,цвижение, Подъемныекрюки 86 и 87 опускаются вниз моторами 96 и 97, а каретки 47,48,73и 74 отойдут назад в результате работы моторов 51, 58, 52 и.67. Две.ри 32 .и 38 откроются и двигатель сплитой, на. которой он находится, вернется к главному конвейеру отводящей пластиной 8,Формула изобретенияСтенд для испытания двигателявнутреннего сгорания, содержащийсвязанное с валом двигателя нагрузочное гидростатическое устройство, .выполненное в виде первой связанной с валом двигателя установки ивторой установки, связанной с первойзамкнутым .гидравлическим контуром,и устройство для регулированияпроизводительности второй установки,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью проведения выборочных холодных и горячих испытаний, первая установка выполнена в виде двигателя.с постоянной. производительностью, авторая - в виде насоса с переменнойпроизводительностью.Источники информации,принятые во -внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 58728 кл. 8 01 И 15/00, 1941,