книги из ГПНТБ / Неустановившиеся режимы поршневых и газотурбинных двигателей автотракторного типа

циометра R12, размыкаются контакты К4-1—К4-4 и прерываются электрические цепи включения муфты осциллографа (контакты К4-3), блокировки реле PJ (контакты К4-2), питания реле РЗ (контакты К4-2), питания реле Р2 шагоискателя ШИ (контакты К4-1) и питания цепи электросекундомера (контакты К4-4).

В момент разрыва цепи питания обмотки реле Р2 шагоиска­ теля ШИ его контакт К2-2 отходит от сердечника, при этом пла­ стинчатая пружина 1 поворачивает подвижную шестерню ПШ на один зуб. Фиксация шестерни в таком положении осуще-

Рис. 28. Электрическая схема автомата включения осцил­ лографа по скоростному и нагрузочному режимам двигателя:

ШИ — шаговый искатель; Г — генератор; Ш — шунтовая об ­ мотка; Р 1 — Р6 — реле; Д р — дроссельная заслонка

ствляется пружиной 2. С поворотом шестерни ПШ подвижный контакт КП шагоискателя устанавливается против неподвиж­ ного контакта К2, подготавливая автомат к очередному включению.

При новом числе оборотов двигателя, а следовательно, и напряжении на выходе из выпрямителя, установленном потенцио­ метром Р2, реле Р1 срабатывает снова, и весь процесс повторяется.

Продолжительность включения осциллографа при помощи автомата регулируется электронным реле времени и для описанной конструкции находится в пределах 0,1 — 10 с.

Схема, работает с большой стабильностью и надежностью, легко настраивается при изменении интервала как по оборотам между включениями муфты осциллографа, так и по продолжи­ тельности ее включения. Автомат является лучшим из известных в настоящее время.

Принципиально при некоторых дополнениях в схеме приведен­ ная конструкция автомата позволяет включать осциллограф не только при изменении скоростного режима, но и при изменении нагрузочных режимов. Схема такого автомата для исследования неустановившихся режимов карбюраторных двигателей приведена на рис. 28. Как видно из рисунка, схема дополнена контактным

50

устройством, расположенным на оси дроссельной заслонки. При открытии или закрытии дроссельной заслонки через каждые 10° ее контактное устройство замыкает цепь рабочей ступени, состоя­ щей из реле Р5 и Р6. При этом каждое замыкание цепи соответ­ ствует одному включению осциллографа на необходимое время, регулируемое подбором конденсатора.

Как показали исследования, на поршневых и газотурбинных двигателях, приведенные схемы автоматов включения осцилло­ графов вполне удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям.

обмотке катушки индуцируется э. д. с., под действием которой возмущения подаются к гальванометру осциллографа. Палец 3 устанавливается на работающем двигателе с помощью неоновой лампы так, чтобы максимальное возмущение, подаваемое на галь­ ванометр, точно соответствовало положению поршня индицируе­ мого цилиндра в в. м. т.

Угол опережения зажигания двигателя отмечался по моменту разрыва цепи низкого напряжения, так как при осциллографировании со скоростями движения пленки 500— 1000 мм/с разницу между моментами разрыва цепи низкого напряжения и подачи искры в цилиндры двигателя обнаружить практически не удается. Для регистрации угла опережения гальванометр осциллографа через магазин шунтов и добавочных сопротивлений подключается к клеммам вариатора катушки зажигания (рис. 30).

Регистрация параметров объекта исследования на несколько осциллографов (пленок) влечет за собой осложнения, связаннее с определением момента начала опыта и, следовательно, отсчета на пленке. Без специальных мер невозможна также увязка мо­ ментов времени, отвечающих однотипным точкам процессов. В связи с этим при исследованиях увязка моментов времени на пленках различных осциллографов производилась по отметкам,

Наносимым на осциллограммы всех осциллографов в одно и то же мгновение при помощи автомата-отметчика.

Схема автомата (рис. 31) включает две цепи, объединенных между собой в общую электромагнитную цепь.

Задающая цепь имеет реле Р1 и пару нормально разомкнутых контактов К К к которым подключено через регулируемое сопро­ тивление R1 реле R2 с нормально разомкнутыми контактами R2

разомкнутых контактов КЗ и К4. Контакты К4 вместе с емкостью С шунтируют обмотку реле Р2, а контакты КЗ через сопротивле­ ние R3 включены в цепь шлейфов осциллографов Н-700. Исполни­ тельная цепь питается постоянным током от батареи напряже­ нием 27 В.

Работает схема следующим образом. При подаче питания на реле Р1 его контакты К1 замыкаются и напряжение от сети 127 В при включении тумблера Вк через выпрямительный мостик ВМ и сопротивления R1 и R2 поступает в цепь реле Р2, предварительно зарядив емкость С. Реле Р2 срабатывает, его контакты К2 замы­ каются, и на реле РЗ поступает напряжение 27 В. Реле РЗ также срабатывает, замыкая контакты КЗ и К4. Через замкнутые кон­ такты К4 конденсатор С разряжается. В момент замыкания кон­ тактов КЗ на шлейфы всех четырех осциллографов поступает напряжение, величина которого определяется величиной сопро­

52

тивления R3. По электрической цепи шлейфов потечет ток, вызы­ вая всплеск на нулевых линиях, которые записываются на пленке каждого осциллографа. Шлейфы будут находиться под напряже­ нием до тех пор, пока зашунтированное контактами К4 (ток в этом случае идет через контакты К2, минуя обмотку реле Р2) реле Р2 не разомкнет контакты К2, прервав цепь в обмотке реле РЗ, что влечет за собой разрыв контактов К4 и КЗ. Через контакты КЗ прекращается подача питания на шлейфы осциллографов, а следовательно, прекращается всплеск на нулевой линии. Раз­ рыв контактов К4 приводит к тому, что напряжение поступает на конденсатор С, заряжая его, а затем на обмотку реле Р2, и весь цикл повторяется сначала.

Продолжительность всплеска на нулевой линии зависит от продолжительности нахождения контактов КЗ в замкнутом состоя­ нии. Частота всплесков регулируется сопротивлением R1.

Приведенная схема работала стабильно и обеспечила увязку во времени записываемых на различные осциллографы параметров при исследованиях двигателей.

11. Автоматы управления и устройства, обеспечивающие повторяемость опыта

При выполнении экспериментальных исследований работы двигателей на неустановившихся режимах возникает необходи­ мость в автоматизации управления различными операциями. Это вызвано стремлением приблизить стендовые условия исследо­ вания к реальным, а следовательно, и необходимостью имитации различного рода скоростных, нагрузочных и тепловых режимов. Кроме того, при множестве параметров, обычно регистрируемых на неустановившихся режимах, не всегда представляется возмож­ ной своевременная и четкая запись их при ручном управлении отдельными элементами или схемами установки. Поэтому при ис­ следованиях использовались различного рода автоматические устройства, позволяющие управлять соответствующими меха­ низмами, выполнять необходимые операции в необходимый момент времени и обеспечивать этим стабильность и условия для повто­ ряемости опыта.

Автоматический регулятор температуры охлаждающей воды

впоршневом двигателе. Стабильные показатели работы двигателя

впроцессе испытаний могут быть получены только при условии поддержания нормального температурного режима. В условиях стендовых исследований установившихся режимов постоянство

температуры входящей и выходящей воды обеспечивается ручной регулировкой. При исследованиях неустановившихся режимов этого осуществить практически нельзя. Поэтому использовался ав­ томатический регулятор температуры охлаждающей воды (рис. 32).

Регулятор имеет латунный корпус 14 с двумя поясами отвер­ стий. Верхние отверстия (диаметром 10 мм) служат для подвода

53

горячей воды к чувствительному элементу термостата 11, а нижние (диаметром 4 мм) — для выхода горячей воды в смесительный бачок. Сверху корпус закрывается крышкой 8, в которую ввернут винт 9 с маховичком для установки заданного уровня температуры жидкости в системе охлаждения и заполнения системы охлажда­

зуются завихрения, и через верхний пояс отверстий вода проходит к термостату. Когда температура выходящей воды дости­ гает заданной величины, определяемой характеристикой чувстви­ тельного элемента, шток открывает клапан сервокамеры. Так как площадь сечения калиброванного отверстия в штуцере 2 диа­ фрагмы значительно меньше, чем проходное сечение клапана, давление в сервокамере резко падает и диафрагма прогибается, пропуская воду из водопровода через кольцо-решетку и нижний пояс отверстий в смеситель. Образовавшийся в системе охлажде­ ния избыточный объем горячей воды через сливной трубопровод 21

54

сбрасывается в канализацию. Температура воды на входе в дви­ гатель замеряется термометром, устанавливаемым в гнезде 19 патрубка 20. Регулятор имеет патрубок 18 для подвода холодной воды.

При понижении температуры воды в системе охлаждения тер­ мостат сжимается и клапан под действием пружины закрывается. В результате в полости сервокамеры давление повышается и диа­ фрагма прижимается к торцу трубопровода с усилием, равным про­ изведению давления в камере на разность площадей диафрагмы и сечения патрубка с фланцем.

Рис. 33. Принципиальная схема устройства для выключения зажигания в индицируемом ци­ линдре

При исследованиях дизеля автомат работал безотказно и обеспечивал стабильность температуры охлаждающей воды с точ­ ностью ±1,5°.

Устройство для выключения зажигания в индицируемом ци­ линдре. При исследовании рабочего процесса карбюраторных дви­ гателей и особенно процессов тепловыделения в нем очень важным является точное определение положения точки начала активного тепловыделения. Для ее определения необходимо на действитель­ ную индикаторную диаграмму наложить диаграмму сжатиярасширения, снятую на том же двигателе при том же тепловом режиме. Наиболее точными являются диаграммы сжатия-расши­ рения, полученные на работающем двигателе сразу же после рабо­ чих диаграмм посредством кратковременного выключения зажи­ гания. Эта задача решалась при помощи устройства (рис. 33), дополняющего систему зажигания двигателя, которая включает свечу 1, индукционную катушку 2, прерыватель 3, батарею 4 и распределитель 5. Устройство состоит из соленоида 8 с сердеч­ ником 7; реле включения 10 с контактами 9\ двух реле 14 и 15, задающих время включения, аккумуляторной батареи 18, кнопки

55

ручного включения 11 и контактов автоматического дистанцион­ ного управления 17.

Нажатием кнопки 11 или замыканием контактов 17 в цепь батареи 18 включаются катушки нормально разомкнутого реле 14 и нормально замкнутого реле 15. При замыкании контактов 12 в цепь батареи 18 включается катушка реле 10, замыканием кон­ тактов 9 которого в эту цепь также включается катушка соле­ ноида 8. Соленоид втягивает сердечник 7, замыкая рычажком 6

ром емкости конденсатора 16. Описанное устройство управляется автоматом включения ос­ циллографа, который обеспечивает строго синхронное выключение зажигания в индицируемом цилиндре с началом записи процессов. Подключени устройства к автомату осуществляется через кон­

такты 17.

Автомат включения гидромуфты. При исследованиях одновальных ГТД, у которых, как правило, вал двигателя после пони­ жения числа оборотов в редукторе и выводной вал блокируются через гидромуфту, необходимо в зависимости от программы произ­ водить блокирование в различные моменты времени. Для этого авторами разработан автомат включения гидромуфты (рис. 34). Автомат состоит из двух основных звеньев, связанных между собой электромагнитными цепями. Первое звено— задающее оно предназначено для установки момента подачи масла в гидро­ муфту в зависимости от числа оборотов турбины и состоит из переменных сопротивлений R1—R6, поляризованного реле Р1 и переключателя Я.

Настройка этого звена производится сопротивлениями R1— R6 и выполнена так, что при установке переключателя Я в соот­ ветствующее положение подача масла в гидромуфту осуще­ ствляется при отвечающем этому положению определенном числе

56

оборотов турбины. Моменты включения подачи масла в гидро­ муфту (а значит, и начало передачи вращения на тормоз) устанав­ ливались с диапазоном 3000 об/мин (от 12 000 до 27 000 об/мин для данной конструкции ГТД). Так, при положении переключа­ теля П, при котором тахогенератор Т соединяется с реле Р1 через сопротивление R1, подача масла в гидромуфту осуществляется при 12 000 об/мйн; при соединении тахогенератора с реле Р1 через сопротивление R2 — при 15 000 об/мин и т. д. При установке переключателя в положение 29 000 об/мин схема отключается и двигатель работает как обычно, т. е. масло в гидромуфту посту­ пает, как это предусмотрено конструкцией двигателя. Сопротив­ ления R1—R6 позволяют легко изменить обороты, при которых происходит подача масла в гидромуфту. Питание задающей цепи осуществляется выпрямленным напряжением от тахогенератора Т турбины, приводимого в движение от ротора турбины через редуктор.

Второе звено — исполнительное, состоит из двух пар нор­ мально разомкнутых контактов R1 и R2 и электромагнитного реле Р2. В это звено включена цепь электромагнитного кла­ пана Ж , открывающего доступ масла в гидромуфту по допол­ нительному каналу. Одна пара нормально разомкнутых контак­ тов срабатывает от реле Р1, а другая — от реле Р2. Питается исполнительная цепь напряжением 24 В от источника постоян­ ного тока.

При установке переключателя П в любое из положений в диа­ пазоне 12 000—27 000 об/мин (в зависимости от момента срабаты­ вания) питание с тахогенератора Т подается через одно из сопро­ тивлений R1—R6 на обмотку реле Р1. При достижении турбиной определенного числа оборотов напряжение, подаваемое на реле Р1, становится достаточным для его срабатывания. Реле срабаты­ вает, контакты К1 замыкаются, питание с батареи поступает через эти контакты на реле Р2, прохождение тока по обмотке кото­ рого вызывает замыкание его контактов R2. Через контакты К2 питание от батареи поступает на обмотку электромагнитного клапана Ж , о чем свидетельствует сигнальная лампа СЛ. Клапан срабатывает, и масло по дополнительному каналу 1 поступает в гидромуфту, минуя плунжер 2 топливного насоса-регулятора.

Таким образом, автомат надежно обеспечивает возможность работы двигателя на различных нагрузочных и скоростных режи­ мах и позволяет совершать разгоны с различных значений началь­ ного числа оборотов.

Устройство для имитации колебательного характера нагрузки двигателя. Для воспроизведения неустановившихся эксплуата­ ционных режимов тракторных двигателей с гармоническим харак­ тером изменения момента сопротивления имитационная установка включает тормозной стенд со всеми приборами и оборудованием для испытания автотракторных двигателей и имитатора наг­ рузки, созданного на базе исполнительного механизма. Основным

57

элементом имитатора является исполнительный механизм (типа ИМ-2/120) с определенным номинальным моментом на выходном валу и определенным временем одного оборота выходного вала, оборудованный элементами управления и редуктором. Включение имитатора в электрическую цепь показано на рис. 35.

Включив рубильник /(/, прогревают в течение 5— 8 с электрон­ ное реле времени ЭРВ. При включении ключа К2 запускается электродвигатель и происходит заглубление электродов регули-

струкции, отсутствие переделок в тормозном стенде, надежность и стабильность воспроизведения параметров неустановившихся режимов, а также полуавтоматическое управление работой ими­ татора.

Условия стабильности и повторяемости опыта. Специфика ис­ следования неустановившихся режимов двигателей связана с не­ обходимостью одновременной регистрации практически мгновен­ ного значения большого количества параметров. Между тем экспе­ риментальные закономерности тем точнее приближаются к дей­ ствительным, чем большее количество опытных точек отражает их. На неустановившихся режимах, в отличие от установившихся, для каждой точки за один режим может быть получено только одно значение любого параметра. Необходимость иметь несколько значений параметра приводит к неоднократному воспроизведению

58

режима работы двигателя. Возникающие при этом трудности раз­ решаются в большинстве случаев применением автоматических и специальных устройств, которые при соблюдении определенных условий позволяют с высокой точностью воспроизводить неустановившиеся режимы, включают приборы в нужные моменты вре­ мени и позволяют увязывать во времени записанные процессы.

Применительно к поршневым двигателям повторяемость опыта обеспечивается при условии сохранения повторяемости цикла, что крайне трудно при исследованиях неустановившихся режимов. Поэтому в практике к объективным данным приходят построением типичных характеристик, полученных на основе неоднократного дублирования отдельных режимов при соблюдении определенных условий.

Для карбюраторных двигателей таким условием является не­ обходимость обеспечить постоянство отношения т]аув/а. Это сле­ дует из выражения

Pi = MiTt-Yn -5 >

где pt — среднее индикаторное давление; т)(. — индикаторный к. п. д., г]0— коэффициент наполнения; ув — удельный вес воз­ духа; hu — теплотворность 1 кг горючей смеси при а = 1; а — коэффициент избытка воздуха.

Действительно, если при одинаковых условиях испытания обеспечить постоянным указанное отношение, то, записав индика­ торные диаграммы, можно установить характер и степень влияния динамики на параметры рабочего процесса.

Положение осложняется, когда исследуются различные дви­ гатели. В этом случае необходимо учитывать индивидуальные особенности геометрии двигателя. Различие в размерах приводит к различию в индикаторных к. п. д. Поэтому конструкция авто­ матических устройств для выполнения таких исследований опре­ деляется методикой и целями исследований.

Важным для обеспечения повторяемости опыта является созда­ ние одинаковых условий на исходных установившихся режимах (перед разгоном или другим неустановившимся режимом). Обычно на исходных режимах стремятся обеспечить равные значения

12. Автоматические устройства, обеспечивающие безопасность эксперимента на неустановившихся режимах

Динамические исследования двигателей связаны с непрерыв­ ным изменением скоростных, нагрузочных и тепловых режимов. Это приводит к тому, что часто двигатели при испытаниях рабо­ тают на режимах предельных нагрузок и угловых ускорений или

59