Стенд для испытания цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания

Союз Сов етскинСоцмапистмческикРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 901875 ид-ву -4;80 ( 51) йв 2918189) Заявлено присоединением заявки 01 М 13/00 Гевудврстввнный комитет СССР(23) Приорнт но делам изобретений и открытнй.8 нсання ЗО а опубликован 2) Авторы изобретения В. И. Кольченко,мова Подмосковная научно-исследовательсстанция Государственного союзногоисследовательского тракторного инс(54) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВ ГРУППЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИ линдрос не мо мерако со(61) Дополнительное к авт,Изобретение относится к средствамдля испытания цилиндро-поршневойгруппы двигателей внутреннего сгоранияИзвестны стенды для испытания5 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 циро-поршневой группы (ЦПГ). гидт 5истем, где возникают только осевые нагрузки на поршень. Поэтому оножет быть использовано для эареальных сил трения.не тольставляющих сил трения ЦПГ, но и суммарной силы ЦПГ на работающем двигателе по следующим причинам.Сопряженные детали ЦПГ реально работающего двигателя изготовлены из разных материалов (чугуна, алюминиястали) и имеют разные коэффициенты трения : кольцевые. упругие балочки могут быть изготовлены из одноготолько материала, причем упругого(чугун и алюминий, например, не пригодны).С помощью кольцевых упругих бало.чек известного стенда можно регистрировать только чистые силы трения отпротяжки поршневой группы вдольцилиндра, при отсутствии действияна рабочую поверхность-, гильзу нормальных(боковых) сил порвневой группы, возникающей при работе двигателя внутреннего сгорания, эти силы,при работе двигателя , в 5-10 разбольше сил трения, возникающих отпротяжки поршневой группы.,С помощьюжестко соединенных составных гИльз невозможно измерить реал ные составляющие сили трения поршевой группы на работающем двигатеЭ 9018Для определения оптимальных пара метров поршней, поршневых колец различной конструкции и их количест" ва 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 0 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, причем осевые опоры закреплены на гильзе и связаны с упругими элементами, на которые наклеены тензодатчики, а радиальные упоры размещены между блоком цилиндров и гильзой 21м 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.30Цель изобретения - повышение 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 раз- ф 5 мещены в сепараторах между обоймами, охватывающими гильзу, и секторами, а регулирующие механизмы выполнены в виде винтов в блоке цилиндров, взаимодействующих с секторами. 50На фиг. 1 изображен отсек с трех- составной гильзой и радиальными подвижными упорами; на фиг. 2 - один из радиальных упоров - поукольцевой сектор; на фиг. 3 - отсек с двух составной гильзой и радиальными подвижными упорами; на фиг. 4 - отсек с радиальными упорами.для двига 75 а 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 3цилиндров 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 нагруз"Фки (нормальной силы) установлены регулируемые радиальные упоры 8- 20 (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, гри работе стенда каждая90187 5составная часть 4-6 гильзы 2 перемещается вдоль оси под действием силы трения, возникающей между гильзойи каждым из поршневых колец.Ьа фиг. 3 представлен второй вариант исполнения стенда, когда необходимо выделить из цилиндро-поршневой группы силу трения, например,только. одного нижнего маслосъемногокольца. В этом случае гильза стенда 10состоит из двух частей 4 и 5.Для двигателей с сухими гильзамигильзы непосредственно опираются своими наружными стенками на внутренниестенки цилиндров блока. Для размещения шаровых упоров между гильзойи цилиндром блока, последние растачивают по внутреннему диаметру(Фиг. 4), Аналогично устанавливаются упоры и на двигателях воздушного 20охлаждения. Тензодатчики могут наклеиваться на упругой подвеске (Фиг.4,или на тензобалочке 7.Метод экспериментального определе-,ния механических потерь на трение 25поршневой группы основан на регистрации осевых перемещений гильзы цилиндра, происходящих под действием силытрения. Осевые перемещения гильзырегистрируются любого типа датчиком З 0путем измерения деформации (прогиба)упругих элементов 7-9Однако на упругие тонкостенныепластины, кроме сил трения, действу"ют боковые (нормальные) силы, которые прижимают поршень с кольцамик гильзе (йиг. 2) и определяются извыраженияМ=Р цз,40где Р =(Р Р ) - результирующая силаот давления газов,/5 - угол отклонения шатуна от оси цидиндра.Кроме того, имеется радиальная50сила.Р, прижимающая поршневые кольца к гильзе, зависящая от давлениягазов в цилиндре (в поршневыхканавках за кольцами) и от давления в результате действия собствен 55ных сил упругости кольца,Результирующая боковая сила, принимающая поршень и кольца (поршневую группу) к Гильзе, равна ВМ + Р . Максимальная величинарезультирующей боковой силы ЙИсходя из величины силы трения идопустимой динамической погрешности колебательной системы, зависящей отчастоты 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 случаеисключения влияния этих сил на перекос гильзы. При этом является важнымне исключать влияния этой результирующей силы В не величину сил трения поршневой группы, чтобы определитьвлияние на механические потери двигателей не только частоты вращения вала, но и нагрузок (давление газов,инерционных сил и т, д,) работающегсдвигателя. 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 концамина блоке двигателя, .а внутренними череа шарик 12 упираются в нижний торец гильзы. Этим еще больше устраняется зависимость деформации тензобалочек от действия результирующей боковой силы В и повышается точность измере901875 полнена из составных элементов, связанных между собой с возможностью осевого смещения, причем связь опор сос"тавных элементов гильзы с упругимиэлементами выполнена через шарниры,а радиальные упоры выполнены регулируемыми.2. Стенд по п, 1, о т л и ч а ющи й с я тем,что регулируемые радиальные упоры выполнены в виде полукольцевых наружных секторов и внутрен"них обойм, сепараторов, шариков и регулирующих механизмов, причем шарикиразмещены 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 экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 381926, кл. 6 О 1 1. 1/22, 1977.2. СтефановскийБ. С, и др. Испытания двигателей внутреннего сгорания.М. , "Машиностроение", 1972, с. 68. ния сил трения поршневой группы наработающем двигателе,Лри работе двигателя под нагруз"кой между радиальными упорами 18-20и гильзой могут возникать посторонние силы трения скольжения, соизмеримые с величиной сил тренияпоршневой группы. Для устраненияэтих сил трения скольжения междурадиальными упорами 18-20 и гильзой Овведенышаровые опоры 21, устанавливаемые в сепараторы 22 (Фиг, 1й 2).Во время продолжительной работыдвигателя возможно возникновение 5контактного изнашивания гильз илиукрепленных на них внутренних обоймв местах сопряжения с шаровыми опорами, В связи с этим предусмотрен механизм 24, например, в виде винтового 20крепления для устранения зазора, появляющегося в результате вышеупомянутого изнашивания сопряженных деталей.применение радиальных полукольцевых упоров повышает точность измерения, увеличивает долговечность работы упругих элементов подвески. Вконечном результате, применение предлагаемого устройства позволяет определить оптимальный вариант п комплектности цилиндро-поршневой группыдеталями, их работоспособность и от.ветить на такой важный вопрос в дизелестроении, как установление35Функциональной зависимости и степенивлияния на механические потери работающего двигателя не.только от час".тоты вращения, но и от его нагрузки,Используя предлагаемый стенд для40определения работоспособности и. измерения сил трения цилиндро-поршневой группы ДВС, можно определитьоптимальные параметры ЦПГ, такие, "как материал конструктивное исполУ45кение , зазор между поршнем и гильзой, необходимое и достаточное количество маслосъемных и компрессионныхколец и т.д. Кроме того, он позволит сократить сроки доводочных испытанийДВС, проводить их в различных направлениях (как исследовательских, таки эксплуатационных), повысить экономические показатели двигателей засчет 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 щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности, гильза вы901875 тор Н., Стец актор Е. Дичинская одписно Тираж 882государственного комитета ССС делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб."Патент Ужг илиал аказ 12368/52 ВНИИПИ п 11303