Стенд для исследования теплонапряженного состояния поршня двигателя внутреннего сгорания

(19) (11) А 01 М 15/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В. И. Ленина(54) (57) СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯТЕПЛОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГОСГОРАНИЯ, содержащий устройства лляразмещения и крепления поршня с поршневыми канавками, поршневыми кольцами,пальцем и шатуном, системы водяного ивоздушного охлаждения, систему отводатепла от поршневых канавок через поршневые кольца, радиационный нагреватель,выполненныи в виле пакета автономно регулируемых кварцевых инфракрасных ламп накаливания, и измерительную и регистрирующую аппаратуру, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и Лостоверности путем измерения локального отвола тепла, система отвода тепла от каждой из поршневых канавок выполнена в виде рубашки охлаждения, жестко связанной с поршневым кольцом, причем полости рубашек охлажления всех колец, кроме последнего, размещенного у юбки поршня, соелинены с системой водяного охлажления, полость рубашки последнего кольца связана с системой возлушного охлажления, рубашка последнего кольца выполнена с отверстиями со стороны юбки Я поршня и снабжена внешним кожухом, а оси отверстий направлены и сторону кбки поршня.35 40 45 5055 Изобретение относится к стендам дляиспытания поршней двигателеЙ внутреннего сгорания.Цель изобретения - повышение точности и достоверности путем измерения локального отвода тепла от каждой поршневой канавки,На фиг.представлена принципиальная схема предлагаемогостенда; на фиг. 2 - схема крепления рубашек охлаждения к кольцам.Стенд содержит устройство 1 для размещения и крепления поршня 2, соединенного с шатуном 3 через поршневой палец 4 Радиационный нагреватель 5 выполнен в виде пакета автономно регулируемых ламп 6 на каливания и индивидуально-групповых отражателей 7, приспособленных для образования искусственно организованной анизотропности поверхности 8 отражения. Кольцевая канавка 9 (фиг. 2) поршня 2 снабжена замкнутой полостью 10 охлаждения, образованной трапецеидальным размерным поршневым кольцом 11, выпЬлненным заодно с рубашкой 12, соединенной через подводной и отводной штуцеры (не показаны) с водяной системой 13 охлаждения стенда. Контур водяного охлаждения полостиО снабжен вентилем 14, термометром 15 и расходомером 16. Трапецеидальное разрезное порш невое кольцо 11 плотно вставлено в поршневую канавку 9 и прижато к верхней А и нижней Б плоскостям канавки при помощи упругого элемента 17, Коэффициентами теплопроводимости сс,на плоскости А и ос, на плоскости Б (оказ -- О на плоскости В) можно варьировать, подбирая углы 3", и У,а также изменяя шероховатость поверхности контактирующих плоскостей трапеце-идального кольца. Полость 10 охлаждения последней поршневой канавки 9 соединена с воздушной системой 18 охлаждения стенда, рубашка 12 полости снабжена кожухом 19 и имеет систему отверстий 20.Контур воздушного охлаждения полости 10 имеет вентиль 21.Стенд работает следующим образом.Испытываемый поршень 2 размещают. на устройстве . Предварительно на поршень 2 крепят шатун 3 через поршневой палец 4, затем включают радиационный нагреватель 5. Огневая поверхность днища поршня 2 начинает воспринимать энергию ламп 6 в виде лучистого теплопотока.Отвод тепла от поршня 2 из области поршневых колец осуществляется посредством трапецеидального разрезного поршневого кольца 11, закрепленного непосредственно в кольцевой канавке 9, предназначенной для компрессионного кольца. Постоянство надежного контакта обеспечивается за счет конусного профиля трапецеидального кольца и усилия упругого элемента 17, постоянно направленного к оси поршня 2, Тепло отводится локально через плоскости А и Б 5 10 15 20 25 30 канавки 9, как это имеет место в реальных условиях, в охлаждаюШую воду из системы 13 охлаждения, которая омывает стенки рубашки 12 полости 10 охлаждения. Измеряя температуру на входе и выходе термометром 15 и расход охлаждающей воды рас.ходомером 16 индивидуально от каждой полости, судят о количестве тепла, воспринимаемого каждым трапецеидальным кольцом в отдельности, и регулируют его напором охлаждающей воды вентилем 14. Между трапецеидальным кольцом и плоскостью В канавки 9 имеется воздушный зазор, поэтому отвод тепла от плоскости В не осуществляется.Поскольку количество тепла, отводимое через маслосъемное кольцо от поршня в гиль зу цилиндра, составляет незначительную долю от количества тепла, отводимого через компрессорные кольца, отвод тепла от последней кольцевой канавки 9 осуществляется через трапецеидальное кольцо 11 в проходящий под давлением воздух из системы 18 охлаждения, напор которого регулируют вентилем 21. Затем воздух из полости 10 охлаждения последней канавки 9 через систему отверстий 20 обдувает юбку. поршня 2. Направление воздушного потока осуществляется кожухом 19, которым снабжена рубашка 12 последней полости 10. Тем самым достигается плавный переход температур от последней поршневой канавки к нижней кромке поршня., Внутренняя поверхность поршня 2 ох. лаждается маслом, как это имеет место вфорсированных дизелях. Масло под напором через форсунку омывает внутреннюю поверхность поршня и стекает в сборник. По измеряемой температуре масла на входе и выходе и расходу можно судить о количестве тепла, отводимого в охлаждающее масло.Осуществляя регулирование режима работы ламп 6, изменяя анизотропность поверхности 8 отражателей 7, подбирая режим охлаждения поршня регулировкой вентиля 21, вентиля расхода масла и в особенности вентиля 14, добиваются точных локальных температур, температурных градиентов и напряжений по всему телу поршня 2, которые имеют место в работающем на двигателе поршне. После этого, варьируя режимом охлаждения, величиной теплопотока и его распределением, исследуют влияние этих факторов на тепловое и теплонапряженное состояние поршня.Стенд позволяет исследовать поршни на малоцикловую термическую усталость и высокоцикловую, действующие отдельно и с их взаимным наложением.Контроль теплового и теплонапряженного состояний поршня 2 в процессе иссле119672 ния поршней, соответствующие неустановившимся режимам работы дизеля, причем по заранее заданной программе при помощи регуляторов температуры с задатчиками программы. Составитель Н. Патрахальц Техред И. Верес К Тираж 896 Л осударственного комитета ам изобретений и открыти ва, Ж - 35, Раушская наб.,атент, г. Ужгород, ул. Прд. 4/5 ектная дования осуществляют посредством термопар и тензорезисторов. Предлагаемый стенд позволяет моделировать тепловое и теплонапряженное состояРедактор С. СаенкоЗаказ 7556/40ВНИИПИ Гпо дел113035, Москфилиал ППП П вррсктор Л. ПатаодписноеССР