IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Работа автомобильного двигателя происходит при широком изменении скоростных и нагрузочных режимов. При этом независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя и развиваемой им мощности его работа должна быть устойчивой и экономичной. Наиболее достоверной и всесторонней проверкой любого агрегата являются испытания его в условиях эксплуатации автомобиля. Однако такое тестирование связано с большими затратами времени, поэтому организуют испытания двигателя на автомобилях с полной постоянной нагрузкой на динамометрических стендах по специальной программе.

Динамометрические стенды, как правило, не только позволяют определить колесную мощность и расход топлива, но и обеспечивают возможность выявить тяговую характеристику, время и путь разгона, потери в трансмиссии и ходовой части, а также другие параметры динамичности автомобиля [1].

Существует несколько основных типов роликовых мощностных стендов, в зависимости от нагрузки, которую они оказывают на колёса автомобиля.

1) Инерционный. Стенд инерционного типа не имеет нагрузочного устройства для поглощения мощности. Вычисление мощности происходит на основе времени, которое затрачивает автомобиль, раскручивая барабаны. Время раскрутки барабанов прямо пропорционально моменту двигателя, поэтому их вес подбирают от мощности испытуемых автомобилей. Инерционный стенд не имеет возможности регулировки нагрузки на колёса в длительном режиме, поэтому не используется для настройки двигателей, а только для замера колёсного крутящего момента.

2) Водяной тормоз. Нагрузочное устройство водяного типа представляет из себя статор из алюминиевого сплава, внутри которого вращается ротор, создающий движение воды. При компактном объёме может создавать нагрузку несколько сот киловатт.

В зависимости от количества подаваемой воды и объёма её выхода, меняется нагрузка создаваемая ротором. Вода при этом нагревается, и важно избежать накипи внутри нагрузочного устройства. Так же объём подаваемой воды должен быть достаточно большим и прохладным, чтобы избежать кавитацию и поломку насоса. Использование данных динамометрических стендов целесообразно при наличии в помещении воды и канализации, а так же отсутствия отрицательных температур воздуха (мороза).

3) Вихретоковый тормоз. Представляет из себя два больших тормозных диска и несколько электромагнитов между ними. В зависимости от подаваемого тока на катушки изменяется сопротивление вращению диска. Охлаждение диска обычно воздушное, за счёт вентилируемых перегородок внутри него. Напряжение питания стенда 220-380 вольт.

4) Гидронасос. Нагрузка на стенды данного типа выполняется с помощью гидравлического масляного насоса. Более устойчивы к перегреву, чем водяные насосы.

5) Электродвигатель-генератор. Роль нагрузочного устройства для мощностного стенда выполняет обычный электродвигатель [2,3].

В зависимости от цели и способа использования динамометрических стендов, можно выделить два способа замера.

Замер под нагрузкой при постоянных оборотах. Замер под нагрузкой при постоянных оборотах заключается в уравновешивании силы тяги автомобиля с помощью электромагнитного тормоза. Мотор неподвижного автомобиля раскручивается до максимальных оборотов, после чего барабаны тормозят до снижения оборотов (плавно или ступенчато), регистрируя при этом момент тормозного усилия на барабане [3].

Мощность при этом составит:

₍₁₎

где W – мощность на колесах (барабанах), Вт;

M – суммарный момент тормозной силы на барабанах, Н·м;

ω – угловая скорость барабанов, рад/с;

При переводе в л.с. и об/мин.

где:

W_m – мощность на колесах (барабанах), л.с.;

M – суммарный момент тормозной силы на барабанах, Н·м;

n – установившаяся частота вращения барабанов, об/мин.;

Поскольку температура, давление в влажность воздуха при измерениях могут отличаться от нормальных, результаты динамометрических испытаний приводят к нормальным (стандартным) условиям.

(2)

где W₀ – нормализованная (скорректированная) мощность на колесах (барабанах), л.с.;

W_m – стендовая замеренная мощность на колесах (барабанах), л.с.;

P_атм – барометрическое давление при испытаниях минус;

T_атм – температура воздуха во время испытаний, °С;

Инерционный замер заключается в следующем: автомобиль разгоняется на динамометрическом стенде, мотор неподвижного автомобиля начинает постепенно раскручивать барабаны стенда, который фиксирует угловое ускорение барабанов и на основании момента инерции барабанов и величины углового ускорения вычисляет мощность на колесах (барабанах), затем выжимается сцепление, и движение колес автомобиля замедляется до полной остановки без использования тормозов.

Принцип вычисления мощности объясним физически. Применительно к вращательному движению второй закон Ньютона выглядит следующим образом:

(3)

где ε(t) – вектор углового ускорения, (рад/с²);

M(t) – вектор момента импульса вращающихся элементов стенда (барабанов), (Н·м);

J – момент инерции вращающихся элементов стенда (барабанов), кг·м²;

t – время;

Момент инерции сплошного металлического барабана вокруг его продольной оси можно легко вычислить, используя следующую формулу:

(4)

где J – момент инерции сплошного цилиндра вокруг продольной оси, кг·м²;

m – масса цилиндра, кг.;

R – радиус цилиндра, м.;

Поскольку масса барабана заранее известна и сравнительно велика по сравнению с массой валов, муфт, подшипников и других элементов крепления, момент инерции легко узнать, взвесив и измерив барабан.

Величина углового ускорения измеряется при помощи датчика скорости вращения, например оптического или индукционного.

При достаточно высокой частоте дискретизации можно считать, что движение цилиндра равноускоренное и угловое ускорение барабана равно:

(5)

где ε – угловое ускорение барабана, рад/с²;

ω₁ – угловая скорость барабана в начале измерения, рад/с;

ω₂ – угловая скорость барабана в начале измерения, рад/с;

t – время между измерениями, с.;

Поскольку измерения должны производится автоматически при помощи компьютера, угловое ускорение переводится обороты в минуту и т.п. [4]

Таким образом, динамометрические стенды дают возможность синтезировать данные, при различных условиях работы двигателя и проводить эксперименты в безопасных условиях. На основании полученных параметров работы двигателя определяется степень необходимости внесения каких-либо корректировок и изменений настроек, а также возможность использования вспомогательных, дополнительных устройств двигателя для улучшения характеристик автомобиля.

Список использованной литературы

1. Болбас, М.М. Транспорт и окружающая среда: учебник - Минск: Технопринт, 2004. – 262 с.

2. Динамометрический стенд // Alpsport URL: http://www.alpsport.ru/dyno.htm (дата обращения: 18.12.2016)

3. Динамометрические стенды теория // V-tech Dynamometers URL: http://vtechdyno.eu/dinamometricheskij-stend-teorija.html (дата обращения: 18.12.2016)

4. Бармашова Л. В., Матисов А. А. Испытание автомобилей. Учебное пособие, том 1. - Вязьма: филиал ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, 2012. – 316 с.

Код для цитирования: Скопировать