Разработка программы совершенствования организации международных перевозок - Технология - Скачать бесплатно
|запускать двигатель без | |
| |использования стартера; | |
| |возможность плавного | |
| |регулирования в широком | |
| |диапазоне нагрузки и числа| |
| |оборотов; | |
| |процесс управления | |
| |тормозом. | |
Таким образом, электрический тормоз – наиболее оптимальный вариант для
использования его в качестве элемента конструкции стенда.
В-третьих: для определения спектра клиентуры отвечаем на вопрос: кого
предполагается обслуживать? В практике работы малых мастерских по ремонту и
обслуживанию легковых автомобилей, а так же частных и индивидуальных
гаражей, с небольшой периодичностью появляется необходимость в испытании и
диагностировании двигателей. В Санкт-Петербурге, например, тысячи таких
объектов, где интенсивность сборки силовых агрегатов происходит, скажем, до
3 единиц в месяц, а в индивидуальных гаражах – и того меньше. Такое
обстоятельство, как низкая потребность в данных услугах для одной ремонтной
точки, легко компенсируется их значительным числом.
Итак, вполне определенно даны ответы на основные вопросы. На рис. 20
помещен общий вид мобильного стенда для испытания двигателей легковых
автомобилей. Проект его компоновки подробнее будет рассмотрен в Графическом
разделе.
Рис. 20. Автомобиль–фургон, оборудованный системой испытания двигателей
легковых автомобилей.
6.2. Разработка компоновки стенда
Испытания автомобильных двигателей, как в стационарных условиях, так и
в лабораторных, проводятся на специальных стендах. Стенды должны иметь
следующие агрегаты и устройства:
- устройство для установки и закрепления двигателя;
- тормозную установку;
- устройство для соединения двигателя с тормозом;
- устройство для охлаждения двигателя;
- устройство для отвода отработавших газов за пределы испытательного
помещения;
- устройство для питания двигателя топливом;
- органы управления двигателем;
- систему зажигания;
- измерительные устройства и приборы.
Устройство для установки и закрепления двигателя. Двигатель с тормозным
устройством предполагается устанавливать на отдельной устойчивой платформе,
несвязанной жестко с вспомогательными устройствами самой установки, чтобы
исключить негативное влияние на работу измерительной аппаратуры. В момент
работы испытательного стенда возникает вибрация. Вертикальные и
горизонтальные составляющие виброскорости и виброускорения необходимо
погасить какими-либо упругими элементами.
На подготовленное основание, посредством крепления болтами или
специальными амортизаторами, укладываются подмоторные плиты. Наиболее
удобными в этом отношении являются литые чугунные плиты с хорошо
обработанной у них рабочей поверхностью. На рабочей стороне литых плит
делаются (- образные продольные пазы под головки болтов крепления опорных
стоек, основание которых в свою очередь выполняется с прорезями под
указанные болты. Благодаря этому стойки можно перемещать вдоль и поперек
плиты, выбирая для них место с учетом габаритов испытуемого двигателя.
Стойки отливаются из чугуна или выполняются сварными из стального проката и
снабжаются специальными суппортами, которые с помощью грузового винта можно
перемещать вверх и вниз и фиксировать в нужном для двигателя положении.
Тормозная установка. Мощность двигателя, во время испытания должна
полностью поглощаться внешним сопротивлением. Для этой цели применяют
специальное устройство, называемое тормозом. Независимо от принципа работы
всякое тормозное устройство содержит элемент, вращающийся вместе с
коленчатым валом двигателя (ротор), и статор, подвешенный зачастую на
подшипниках. Такое устройство одновременно позволяет измерять величину
крутящего момента, развиваемого двигателем.
Мощность, поглощаемая тормозом любого типа, должна плавно
регулироваться во всем диапазоне частоты вращения коленчатого вала
испытуемого двигателя. По принципу, использованному для создания тормозного
момента, тормоза можно подразделить так:
Механический тормоз. В механическом тормозе мощность, развиваемая
двигателем, расходуется на преодоление трения между барабаном, соединенным
с коленчатым валом двигателя, и тормозными колодками или лентой, поэтому
барабан и колодки или лента быстро нагреваются и нуждаются в интенсивном
охлаждении. Для обеспечения постоянного коэффициента трения и устойчивой
работы установки требуется также хотя и небольшая, но строго нормированная
подача масла на поверхности трения.
Однако основная причина неустойчивой работы механического тормоза
состоит в неблагоприятной закономерности протекания его характеристики. При
неизменной тормозной силе, определяемой величиной прижатия тормозных
колодок или ленты к барабану, мощность, поглощаемая тормозом, изменяется
прямо пропорционально угловой скорости вала. Поэтому разновесное состояние
тормозной установки с данной тормозной силой можно обеспечить только при
строго определенной угловой скорости вала. Малейшие изменения величины
крутящего момента приведет к изменению угловой скорости вала. Малейшее
изменение величины крутящего момента двигателя приведет к изменению угловой
скорости вала и нарушению принятого режима работы. Это требует непрерывной
подрегулировки силы прижатия колодок или ленты к барабану и существенно
осложняет проведение испытаний.
Кроме отмеченного недостатка, механические тормоза имеют малую
энергоемкость и не удовлетворяют санитарным требованиям (во врем работы от
них летят брызги воды и масла).
Гидравлический тормоз. Принцип действия гидравлического тормоза основан
на использовании силы сопротивления движению твердого тела в жидкости.
Гидравлические тормоза получили довольно широкое распространение в практике
стендовых испытаний автомобильных двигателей вследствие относительной
простоты их конструкции и обслуживания и большой энергоемкости. Поглощаемая
в гидротормозах энергия превращается в тепловую, т. е. идет на нагрев
жидкости. В зависимости от конструкции различают дисковые, штифтовые,
лопастные и др. типы гидравлических тормозов .
Индуктивный тормоз. Тормоза этого типа известны так же под названием
индукционных или электромагнитных.
Мощность испытываемого двигателя расходуется в них на образование
вихревых токов, возникающих в магнитопроводе в случае периодического
намагничивания его и размагничивания. Поскольку вихревые токи нагревают
тормоз пропорционально поглощаемой мощности испытуемого двигателя,
возникает необходимость отвода тепла по аналогии с гидравлическими
тормозами. Чтобы облегчить эту задачу, ротор делают магнитным, а статор –
электромагнитным.
В индукторном тормозе происходит двойное преобразование энергии:
подводимая к его ротору механическая энергия превращается сначала в
электрическую, а затем в тепловую. Для обеспечения отвода тепла индукторные
тормоза имеют систему охлаждения. Тормозное усилие в индукторном тормозе
регулируется путем изменения величины тока возбуждения. Индукторные тормоза
просты по конструкции, компактны, имеют высокую энергоемкость, могут быть
автоматизированы.
Недостатками индукторных тормозов являются принципиальная невозможность
использования поглощаемой тормозов энергии и невозможность использования их
для проворачивания коленчатого вала двигателя. Второй недостаток может быть
устранен, но это связано с возникновением определенных технологических
трудностей.
Электрический тормоз. Тормоза этого типа представляют собой
электрические машины в балансирном исполнении, вал которых соединяют с
валом испытуемого двигателя. В настоящее время широкое распространение
получили тормоза как постоянного тока, так переменного.
Механическая энергия двигателя в таких тормозах превращается в
электрическую и может быть вновь использована. Благодаря этим свойствам
электрические тормоза выгодно отличаются от других тормозных устройств.
Кроме того, электрические тормоза позволяют прокручивать вал испытуемого
двигателя, проводить холодную обкатку его после сборки, запускать двигатель
без использования стартера. Так же к достоинствам электротормозов следует
отнести возможность плавного бесступенчатого регулирования в широком
диапазоне нагрузки и числа оборотов и возможность дистанционного
управления, что позволяет автоматизировать процесс управления таким
тормозом.
На данном стенде для испытания двигателей легковых автомобилей в
качестве тормоза предлагается использовать электротормоз переменного тока.
Такой выбор обусловлен рядом бесспорных преимуществ перед другими типами
тормозов. Например, для такого унифицированного тормоза единственным
ограничением, возможно, станет удаленность его расположения от ближайшей
«розетки».
Тормоза переменного тока – это асинхронные или синхронные электрические
машины, регулируемые с помощью реостатов и различных машинных
преобразователей. Замер тормозной мощности ведется по величине крутящего
момента, передаваемого от ротора к статору. Регулирование тормоза, основано
на применении частотных преобразователей и электоромагнитных муфт
скольжения, что обеспечивает безупречную плавность и нужные пределы
изменения режимов.
Электротормоз переменного тока состоит из следующих основных узлов:
- асинхронной балансирной машины трехфазного переменного тока с фазовой
обмоткой ротора;
- регулировочной муфты скольжения;
- весового устройства;
- пусковой электроаппаратуры.
На рис. 21 представлена схема асинхронной электрической балансирной
тормозной установки.
Рис. 21. Схема асинхронной электрической балансирной тормозной
установки.
Вал ротора 8 (рис. 21) вращается в подшипниках 7, расположенных в
корпусе 6 статора. Корпус статора подвешен на подшипниковых опорах 3,
размещенных в стойках 4, установленных в раме тормоза. Магнитная система
асинхронной машины состоит из двух сердечников: наружного (статор),
имеющего форму полого цилиндра, и вращающего внутреннего (ротор). На
внутренней стороне статора в пазах уложена трех-фазная обмотка 9,
соединенная через рубильник 10 с внешней цепью 11. Обмотка ротора трех-
фазная, соединенная звездой, свободные концы этой обмотки подведены к
пальцам 1 на валу ротора. По пальцам скользят щетки 2, через которые
обмотка ротора соединена с регулировочной муфтой скольжения 5,
предназначенной для регулирования частоты вращения при работе установки в
двигательном режиме, а так же в тормозном режиме при снятии характеристик
двигателя. Момент на валу испытуемого двигателя на данном лабораторном
стенде определяется электрическим динамометром с помощью индукционного
датчика.
Основой данного датчика является постоянный магнит. Тарировку
динамометра с индукционным датчиком целесообразно проводить в рабочих
условиях.
Устройство для соединения двигателя с тормозом. В качестве
соединительного вала, передающего крутящий момент от двигателя к тормозу,
на данном лабораторном стенде применяется короткий двухшарнирный карданный
вал, который закрывается для безопасности защитным кожухом.
Устройство для охлаждения двигателя. Система охлаждения двигателя на
испытательном стенде, выполняется с использованием смесительного бака.
Охлаждение двигателя осуществляется водой, подогретой до температуры,
соответствующей нормальному тепловому режиму работы двигателя. Схема работы
смесительного бака системы охлаждения двигателя представлена на рис. 22.
Рис. 22. Смесительный бак системы охлаждения двигателя.
Для охлаждения воды, поступающей из двигателя в смесительный бак 1
добавляется холодная вода из водопроводной сети. для того, чтобы избежать
переполнения бака водой, на определенном уровне в баке устанавливается
переливная труба 2. по которой избыток воды отводится в канализацию.
В качестве другого варианта для охлаждения двигателя предлагается
использовать унифицированный радиатор.
Устройство для отвода отработавших газов. К выпускному коллектору
двигателя присоединяется отводная труба. К трубопроводу, отводящему
отработавшие газы, предъявляются следующие требования:
- длина трубопровода не должна превышать 6 метров;
- в местах касания со стенкой или полом трубопровод должен быть
теплоизолирован;
- колена должны быть плавными, а их число не должно превышать трех;
- проходное сечение трубопровода не должно быть меньше проходного
сечения выпускного коллектора;
- все соединения должны быть плотными, не допускающими прорыва
отработавших газов;
- участки трубопровода проходящие в помещении, должны быть ограждены.
Устройство для питания двигателя топливом. Для обеспечения питания
двигателя топливом на испытательном стенде должен быть предусмотрен
топливный бак. Во избежание попадания топлива в цилиндры двигателя
топливный бак необходимо располагать ниже уровня карбюратора. Для замера
расхода топлива на стенде должно быть предусмотрено устройство измерения
расхода топлива.
Органы управления двигателем. Органы управления двигателем должны быть
выведены на пульт управления и иметь удобные и хорошо доступные рукоятки.
Измерительные устройства и приборы стенда. Подавляющее большинство
измерений в двигателях внутреннего сгорания связано с необходимостью
преобразования неэлектрической физической величины в электрическую. Это
осуществляют либо непосредственно, либо путем предварительного
преобразования их в другие неэлектрические параметры, например, в импульс
света или иной параметр. Поэтому, различают датчики прямого и косвенного
преобразования, причем датчики косвенного преобразования разделяют на
параметрические и генераторные.
К параметрическим, относят датчики, в которых входная неэлектрическая
величина, действуя на участок электрической цепи, питаемой от внешнего
источника Э.Д.С., вызывает изменение соответствующего электрического
параметра, как-то: сопротивления, емкости, индуктивности или взаимной
индуктивности. К генераторным относятся датчики преобразования, в которых
под действием входной неэлектрической величины, становятся источником
Э.Д.С., генерируя, в том числе, термо-Э.Д.С. и пьезоэлектрический эффект.
При выборе датчика (преобразователя) того или иного типа, отдается
предпочтение датчикам, обладающим линейной функцией преобразования, т. е.
имеющим линейную характеристику и отличающимся большей чувствительностью и
разрешающей способностью, быстродействием и малыми габаритами, позволяющими
размещать их в труднодоступных зонах двигателя. Важно, чтобы датчики не
мешали нормальному протеканию процесса, были надежны и обеспечивали
дистанционность регистрации наблюдений.
Наиболее распространенными датчиками механических величин являются
параметрические датчики омического сопротивления. Датчики сопротивления в
простейшем случае являются датчиками реохордного типа и представляют собой
каркас-изолятор намотанной на него проволокой высокого сопротивления, по
которой перемещают движок-щетку, связанный с измерительной цепью прибора.
Реохордные датчики выполняют по схеме реостатов и потенциометров для
сравнительно больших перемещений.
В исследовательских целях широко применяют R-датчики, используя
свойства размытых тензососопротивлений. Тензосопротивления бывают
проволочные, фольговые и пленочные. Действие их основано на тензоэффекте,
характеризуемом изменением активного сопротивления проводников при
деформации последних.
Емкостные датчики представляют собой плоские конденсаторы, задающей
переменной величиной в которых служит зазор между пластинами. В подавляющем
большинстве их изготавливают с переменным зазором между пластинами.
Индуктивные датчики представляют собой электромагнитные устройства,
индуктивность которых изменяется под действием входной неэлектрической
величины – перемещения. Индукционные датчики отличаются от индуктивных тем,
что имеют две раздельные обмотки. Индукционные датчики широко используются,
например, для измерения частоты вращения валов, вибраций и для других
целей, связанных с измерением линейных и угловых перемещений и ускорений.
Пьезоэлектрические датчики основаны на принципе пьезоэлектрического
эффекта [10].
6.3. Прочностной расчет корпускных деталей стенда
В данном разделе предлагается рассчитать на прочность один из элементов
конструкции стенда – подвесную балку, которая служит для постановки
испытуемого двигателя внутрь кузова или его снятия.
Для облегчения операций по подъему (опусканию) груза, к задней части
балки крепится электрическая или ручная лебедка, номинальной
грузоподъемностью – до 250 кг. Такой предел обоснован максимальной массой
груза, который предполагается поднимать. Длина троса лебедки вполне может
уложиться в 3 м. Балка должна иметь возможность выдвигаться за пределы
фургона и поэтому в подвешенном состоянии она перемещается по 3х2 роликам,
жестко закрепленным вверху кузова автомобиля. Свободный ход ограничен одним
пролетом, что составляет примерно [pic] длины кузова.
Целесообразно применить сечение балки из прокатного профиля – швеллера,
а его размеры показаны на рис. 6.3.1. В качестве материала используется
сталь углеродистая обыкновенного качества Ст3, Ст5, Ст6 (ГОСТ 380—71). Для
расчета принимаю такой вариант: сначала выясняются возможные положения
балки в кузове автомашины (рис. 24), определяются опорные реакции сил,
действующих на нее в этих положениях,
[pic]
[pic]
затем выявляются наиболее опасные сечения и их расчет на прочность. При
расчете будем исходить из следующего условия: наибольшие нормальные
напряжения в поперечных сечениях не должны превосходить допускаемых
напряжений [(] на растяжение или сжатие, установленных нормами (для
стальной балки [(]=160 Н/мм2) [9].
Крайних положений балки – всего 4, определяем их:
- балка в «транспортном положении» на рис. 24а;
- балка в «рабочем положении без нагрузки» на рис. 24б;
- балка в «рабочем положении с нагрузкой» на рис. 24в;
- балка внутри кузова «с нагрузкой » на рис. 24г.
В качестве исходных возьмем следующие величины: значение равномерно
распределенной нагрузки q=200 Н/м, длина одного пролета балки а=1.55 м, вес
лебедки Q1=150 Н, максимальный вес поднимаемого груза Q2=2500 H.
Рис. 24. Крайние положения балки с нагрузкой и без нее.
Для определения опорных реакций сначала рассматриваем рис. 25, по
которому составляются уравнения равновесия (обозначения те же, что на рис.
24).
Рис. 25. Силы, действующие на балку.
На рис. 25 видно, что наибольшие напряжения в конструкции возникнут в
случае г), рассчитаем его. Определение опорных реакций производится с
помощью уравнений теоремы Вильсона:
[pic] [pic][pic]
(Мb=0; [pic];
(Мс=0; [pic];
(Fiy=0; [pic];
По формуле (104) можно определить:
[pic] Н;
[pic] Н;
Отрицательное значение реакции опоры в точке В означает, что ее
действие направлено так, как это показано на рис. 26. Когда известна
реакции опор, необходимо определить величину максимального изгибающего
момента. На рис. 26 приведены эпюры поперечных сил и изгибающих моментов.
Рис. 26. Эпюры поперечных сил и изгибающих моментов.
Наибольший крутящий момент возникает в точке С:
[pic] Н(м.
В общем случае условие прочности имеет вид:
[pic]
Для указанного сечения необходимый момент сопротивления Wx будет
определен следующим образом:
[pic].
Момент инерции сечения конструкции будет складываться из удвоенной
суммы моментов инерции стенки швеллера и 2-х его плоских частей:
[pic],
[pic].
Подставляя численные значения в (108) и (109), получаем:
Wx=42.341 см3.
Минимальный запас прочности по моменту сопротивления:
[pic]см3.
Коэффициент запаса прочности находится в интервале:
[pic],
или
[pic].
Вывод: расчеты показали, запас прочности конструкции 2.69 ( 2.5,
следовательно, форма сечения балки и ее размеры были выбраны верно.
6.4. Оценка экономического эффекта от применения разрабатываемой
конструкции
Переход к рыночным отношениям и поддержка предпринимательства так же
требуют ускоренного создания сети организаций, способных активизировать
деятельность по оказанию узкого спектра услуг. Такую задачу, как
ситуационный и индивидуальный подход к нуждам клиента, могут успешно решать
многочисленные малые предприятия [14].
Авторемонтное предприятие малого бизнеса, речь о котором идет в
дипломном проекте, специализируется на подготовке и проведении стендовых
испытаний двигателей легковых автомобилей мощностью до 150 л.с. Процесс
подготовки включает в себя:
- выявление потребности в оказываемых услугах;
- прием и оформление диспетчером заявок от клиентов;
- составление договора о порядке оплаты услуг;
- оповещение и выезд рабочей группы к месту назначения.
Проведение испытаний будет состоять из следующих операций:
- разворачивание стенда и подготовка к работе;
- диагностирование агрегата;
- заключение специалиста.
Проведем стоимостную оценку изготовления подвижной испытательной
установки. В таблице 22 отражен перечень работ для создания стенда и их
рыночная стоимость.
Таблица 22.
Проект оценки стоимости изготовления стенда
|№ п/п|Наименование |Стоимость, руб |
|1 |2
|
