Устройство стенда обкаточного двигателей

Конструкторская разработка — Стенд для холодной обкатки ДВС.

Обоснование темы конструкторской разработки стенда для холодной обкатки дизельных ДВС

Ресурс автомобильных ДВС после ремонта обычно составляет 30…50% от ресурса новых, хотя в соответствии с ГОСТ 2281-87 «Двигатели, выпускаемые из капитального ремонта. Общие технические требования» межремонтный ресурс и средняя наработка на отказ должна быть не менее 80% этих показателей для новых двигателей [1]. Одной из основных причин приведенных негативных показателей является нарушение технологического процесса ремонта ДВС, в частности замена технологической обкатки эксплуатационной или отказ от нее.

После ремонтной разборки-сборки двигателя и замены деталей в его узлах имеет место множество деформационных явлений [12]. Деформация всех видов нарушают номинальную геометрию поверхностей трения, что дает возникновение зон трения с превышающими допустимые контактными нагрузками. Это вызывает патологические явления: интенсивный износ, повышенная сила трения (сопротивление движения), задиры схватывание трущихся поверхностей, выкрашивание, заклинивание и т. д.

Обкатка двигателя, как заключительная операция технологического процесса, предназначена для приработки трущихся деталей двигателя и подготовки его к эксплуатации.

В процессе разработки стенда выяснилось, что стенд может иметь некоторую степень универсальности, т. е. обкатывать двигатели различных типоразмеров, эта особенность стенда была заложена в его конструкцию.

Анализ существующих методов и стендов для обкатки ДВС

Разработка стенда для обкатки двигателей предшествовал аналитический обзор учебной и инженерно-технической литературы, статей специальных периодических изданий, патентной и рекламной информации. Проведенный обзор показал, что имеет многочисленная серия обкаточных стендов, конструкции которых отвечают различным технологиям обкатки по полному режиму с несколькими стадиями (холодная без нагрузки, холодная под нагрузкой, горячая на холостом ходу и горячая под нагрузкой) или одной из этих стадий обкатки.

Обкатка двигателей производится главным образом с использованием следующего оборудования и схем нагружения:

1. На простейших стендах, предназначенных только для обкатки на этапе холостого хода двигателя.

2. На стендах, включающих в себя электродвигатель и редуктор (КП), позволяющих обкатывать двигатель только на этапах прокрутки и холостого хода. Частичное нагружение двигателя на таких стендах обеспечивается бестормозными методами.

3. На группы стендов представляют собой сопротивление потока воды.

4. На электротормозном стенде, основа которого – электродвигатель с фазным ротором, обеспечивающий прокрутку автотракторного двигателя в режиме электродвигателя и нагружение его в режиме генератора.

5. Стенды на основе электрических тормозов постоянного тока.

6. Стенды с использованием инерционных тормозов.

7. Стенды на основе электрических индукторных тормозов (фирмы «Шенк», «Хофман» – Германия).

Специализированные стенды выпускаются для групп однотипных по номинальным мощностям и частотах вращения коленчатого вала двигателя.

На отечественных автотранспортных предприятиях для обкатки ДВС главным образом используют электрические тормозные стенды серии КИ:

Неотъемлемым и весьма значимым вопросом технологии обкатки ДВС является использование в нем специальных обкаточных жидкостей (масел). Используя обкаточные композиции различной трибонаправленности, можно существенно влиять на интенсивность и качество приработки поверхностей трения [4, 5, 6, 7, 8].

Обобщая проведенный литературный обзор методов и стендов для обкатки ДВС, можно сказать, что в авторемонтной отрасли на научном и инженерном уровне постоянно ведется работа по созданию новых более совершенных методов и средств для обкатки и испытаний ДВС.

При разработке обкаточного стенда, предлагаемого в дипломном проекте, учтены и использованы новые конструкционные принципы и методы обкатки ДВС.

Устройство и работа стенда.

Холодная обкатка ДВС представляет собой вращательное воздействие на его коленчатый вал посторонним источником механической энергии, например электродвигателем [3]. Режим принудительного вращения должен быть обоснованным и контролируемым.

Исходя из этих положений, разрабатывалась настоящая конструкция стенда для холодной обкатки ДВС-СМД-62.

Стенд является стационарной машиной и включает две взаимно не связанные рамы. Рамы представляют собой сварные металлоконструкции из металлопроката, стандартных профилей. Одна рама (поз. …) служит для размещения на ней обкатываемого двигателя, она устанавливается на фундамент на вибропоглощающих опорах.

На второй раме (поз. ) смонтирован привод стенда со вспомогательным механическим, контрольным и электроуправляющим оборудованием.

Источником механической энергии и вращательного движения на стенде является электродвигатель (поз.3) асинхронный, трехфазный тип мощностью Nэ = 15 кВт, номинальная частота вращений n = 1000 об./мин. Двигатель имеет двусторонний выход валов, т. к. этого требует принцип работы стенда, т. к. также два способа крепления – фланцевое и на лапах.

Оба конца вала, кроме того, используются для закрепления двигателя на раме, чтобы обеспечить возможность свободного вращения как ротора, так и статора двигателя. Это необходимо для того, чтобы по вращательному перемещению статора определять изменение величины момента сопротивления прокрутки ДВС в процессе его обкатки. Концами валов электродвигатель опирается на подшипниковые опоры. По конструктивным и технологическим соображениям на концы валов по посадке с натягом помещены втулки, на которые посажены подшипники качения. Левая втулка оканчивается фланцем ), которому болтами через свой фланец присоединяется карданный вал. Карданный вал имеет два участка, которые соединяются через шлицевое сопряжение.

.

Это позволяет изменять длину вала от 300 до 500 мм при монтаже, демонтаже ДВС и для других целей. Вращение от карданного вала передается непосредственно на ДВС, а конкретно на маховик коленчатого вала. К маховику карданный вал крепится вторым фланцем через специальную планку, выполненную из листового стального проката.

Втулка на правом конце вала обеспечивает технологичность посадки подшипника, а также имеет резьбовое отверстие для присоединения датчика тахометра. Ось двигателя поднята над плитой рамы на столько, чтобы статор при проворачиваемости не соприкасался с рамой.

На фланцевое посадочное место электродвигателя прикреплен рычаг с плечом 500 мм. На конец рычага с помощью подвески подвешивается груз в виде металлических пластин. Определенная нагруженность рычага обеспечивает «подвижную» закрепленность статора, т. е. препятствует вращению статора вместо вала, заставляя вращаться вал и вместо с тем имеет возможность при определенных условиях немного поворачиваться, перемещая рычаг с грузом. Величина вращательного перемещения статора зависит от того, насколько изменяется (уменьшается) момент сопротивления прокрутки обкатываемого ДВС.

Для количественного контроля изменение величины вращающего момента в конструкции имеется контролирующая система, состоящая из сельсина-датчика (БД-404А) и сельсина приемника (БС-404А), соединенных между собой электрической цепью, как показано на рисунке …

Сельсин датчик смонтирован на стойке правой опоры, а зубчатое колесо на его валу находится в зацеплении с зубчатым сектором, который закреплен на торце статора двигателя. Зацепление является мелкомодульным с нулевым боковым зазором и таким образом обеспечивает высокую кинематическую точность. Передаточное число зубчатого зацепления 25.

Таким образом, перемещение статора при изменении вращательного момента через зубчатое зацепление поворачивает вал сельсина приемника на угол 4, что регистрируется сельсином приемником по шкале проградуированной в Н-м.

Перед вводом в эксплуатацию стенда система контроля величины вращающего момента подвергается тарировке. Для этого к статору электродвигателя через установленной на лапах двигателя, присоединяется тарировочный рычаг с плечом 1000 мм. После выполнения тарировки рычаг отсоединяется.

Для ограничения перемещения статора двигателя и исключения аварийных ситуаций (например, при непредвиденном заклинивании ДС) в стенде предусмотрен ограничитель хода нагрузочного рычага в виде концевого выключателя.

При соприкосновении с роликом рычага выключателя разрывается электрическая цепь питания электродвигателя и последний останавливается

Рис.3.1 Электрическая схема включения сельсинов БД-404А и БС-404А при синхронной передаче СД-сельсин датчик; СП – сельсин приемник, С1, С2, Р1, Р2, Р3 – клемы.

Предусмотренное технологией обкатки изменение частоты вращения карданного вала достигается путем регулирования частоты вращения электродвигателя привода. Для этого в стенде применена электрическая тиристорная схема регулирования частоты вращения электродвигателя. Она по исполнению компактна, надежна и исключает из конструкции стенда дополнительные регулировочные механизмы [9]. Схема регулирования скорости двигателя с короткозамкнутым ротором периодическим закорачиванием тиристором Т сопротивление R, включенного в нулевую точку статорной цепи двигателя.

Для контроля скоростного режима работы стенда в конструкции имеется электрический тахометр, датчик которого соединен с правым валом электродвигателя (поз. 4-5). Шкала тахометра помещена на пульт управления.

Вторая раса стенда (поз. 1) служит для размещения на ней обкатываемого двигателя. Для этого на раме имеются четыре одинаковые стойки (поз. 6), которые могут быть перемещены воль боковин рамы и закреплены в требуемом месте. Каждая стойка является выдвижной по высоте и поворачивающейся вокруг вертикальной оси. Таким образом, ее крепежное отверстие для двигателя может занимать любое положение в контуре рамы, что позволяет устанавливать и крепить на раме не только ДВС СМД-62, но и ряд других меньшей мощности. Разработанная конструкция рамы и в сочетании с набором крепежных планок для различных типоразмеров маховиков делает стенд частично универсальным.

Рабочие нагрузки в стенде. Расчет и выбор электродвигателя привода

Определение рабочих нагрузок необходимо для определения основных эксплуатационных параметров стенда, а также для прочностных расчетов конструкции.

Поскольку стенд предназначен только для холодной обкатки ДВС основной исходной рабочей нагрузкой для его проектирования должна быть затрачиваемая на прокручивание мощность. Очевидно, что для модели ДВС ЗИЛ130, но различных сборок мощность прокручивания не одинакова, а будет зависеть от деформационных явлений. Качества замененных деталей, тщательности сборки и многих других факторов. Т. к. расчетной зависимости для определения начальной (доприработочной) мощности найти не удалось, в качестве исходного значения была взята мощность прокручивания установленная, экспериментально Nкр = 3,5 кВт [ ].

Так как в стенде применена тиристорная схема регулирования частоты вращения электродвигателя, при уменьшении его частоты вращения вдвое падение мощности двигателя будет происходить на 30% от номинальной [ ]. Поэтому необходимая мощность электродвигателя привода:

кВт

Коэффициент полезного действия механизма припривода

.

где – КПД карданного шарнира;

= 0,99 – КПД шлицевого соединения;

– КПД электрической системы регулирования частоты вращения.

Ориентируясь на расчетную величину мощности, выбираю электродвигатель асинхронный, трехфазный (380 В); тип 4А160М6 ГОСТ 19483-84; номинальная мощность Nэ = 15 кВт; частота вращения номинальная n = 1000 мин-1.

Исполнение: с двухсторонним выходом вала; с двумя способами крепления – фланцевым и на лапах.

Для расчета металлоконструкции рамы стенда, в частности выдвижных опорных стоек, на которых устанавливается и крепится обкатываемый ДВС, необходимо знать нагрузку от веса двигателя. Вес двигателя СМД 60/62 достигает 4,5 кН и распределяется на 4 стойки. Однако вероятность непредусмотренных дополнительных нагрузок и для создания определенного запаса прочности и надежности считаю, что на одну стойку действует нагрузка 1,5 кН.

Эксплуатация стенда и процесс обкатки

Перед установкой ДВС на стенд выдвижные стойки на раме должны быть выставлены по высоте и в горизонтальной плоскости так, чтобы опорные места на них и крепежные отверстия совпадали с местами и отверстиями крепления на обкатываемом двигателе. Выдвижение стойки по высоте выполняется вращением головки ходового винта с помощью гаечного ключа №17. Перед началом выдвижения стопорную гайку ослабить, а после достижения требуемой высоты затянуть. Для изменения положения лапы стойки в контуре рамы ослабляются две гайки крепежной плиты, а сама стойка повернута вокруг вертикальной оси до требуемого положения. После этого гайки крепежной плиты затянуть.

Собранный после ремонта с затянутыми резьбовыми соединениями ДВС с помощью подъемно-транспортного механизма, опускают на стойки рамы и соединяют болтами. Располагать двигатель нужно моховиком к карданному валу стенда. У обкатываемого двигателя должны быть ввернуты свечи, снят вентилятор обдува, снят кожух маховика. Система смазки двигателя должна быть собрана и исправна без течей. Маховик должен быть освобожден от корзины муфты сцепления, а резьбовые отверстия на его торцевой поверхности свободны.

При установке обкатываемого двигателя на раму следует добиваться хорошей скорости коленчатого вала и вала электродвигателя. После закрепления ДВС на стойках к его маховику прикрепляют свободный конец карданного вала. Делается это через присоединительную планку (поз. 7) строго четырьмя болтами. Шлицевое соединение карданного вала должно быть хорошо смазано и обеспечивать легкое перемещение участков вала.

Перед началом обкатки ДВС в него необходимо залить обкаточную масляную композицию. Уровень заливки определяется по маслоуказателю и должен соответствовать минимальной эксплуатационной норме.

Перед запуском стенда нагрузочный рычаг привода должен быть нагружен грузом (набор толстых металлических пластин). Для модели ДВС СМД-62 величина груза должна быть равной…

Наличие груза на нагрузочном рычаге, который жестко соединен со статором электродвигателя, удерживают статор от вращения во время обкатки, но позволяет ему незначительно проворачиваться под действием груза, т. е. реагировать на изменение реактивного вращающего момента от сопротивления приработки.

Пуск стенда осуществляется нажатием пусковой кнопки на пульте управления. Рукоятка управления частотой вращения двигателя должна быть на нулевой отметке. Даже вращая рукоятку, плавно повышаем число оборотов двигателя до 500 мин-1. В таком скоростном режиме процесс обкатки может продолжаться 10…15 мин. После этого и при отсутствии увеличения реактивного вращающего момента, частоту вращения электродвигателя повышаем до 1000 мин-1. При этом должно наблюдаться увеличение реактивного вращающего момента, который прекращается при остановке роста частоты вращения. При таком скоростном режиме обкатка должна длиться 25-30 мин. Признаком нормального протекания процесса обкатки будет снижение величины вращающего момента на 15…20% от максимально повысившегося при выводе на 1000 мин-1, через следующие 10…15 минут обкатки, дальнейшее возможное уменьшение и обязательная стабилизация вращающего момента в последние 10…15 минут обкатки. Режимы обкатки ДВС СМД-62 обобщены в таблице …

Таблица 3.1 Режимы холодной обкатки ДВС СМД-62