Устройство для обкатки двигателя внутреннего сгорания
Использование: производство и ремонт ДВС. Сущность полезной модели: обкатка ДВС осуществляется в автоматическом режиме в соответствии с рекомендованными для каждого типа ДВС нагрузочно-скоростными и другими режимами, занесенными в память блока программного управления и персонального компьютера. При этом холодная обкатка осуществляется с помощью частотно-управляемого электропривода, а горячая под нагрузкой - с использованием системы динамического нагружения, воздействующей на орган управления скоростным режимом и выпускной коллектор ДВС соответственно первым и вторым исполнительными механизмами. При этом реализуется алгоритм управления циклом динамического нагружения с переменным поступенчатым изменением нижнего предела частоты вращения, что увеличивает ее среднее за цикл значение и соответственно интенсивность приработочных процессов. Исключение такта стабилизации частоты вращения на последних ступенях сокращает время цикла динамического нагружения и соответственно время обкатки. Технический результат: сокращение времени и повышение эффективности приработки, автоматизация процесса обкатки. 1 н.п. ф-лы, 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Полезная модель относится к машиностроению и может быть использовано при производстве и ремонте поршневых ДВС.
Известен способ и устройство для горячей обкатки под нагрузкой динамическим способом (А.с. N 1451582, МКИ G01M 15/00, БИ N 2, 1989 г.), содержащее первый и второй исполнительные механизмы по нагрузке, выполненные в виде электромагнитов, измеритель частоты вращения и ускорения, связанный с коленчатым валом двигателя, блок управления и механизм увеличения индикаторной нагрузки, установленный на выпускной системе двигателя и механически связанный с вторым исполнительным механизмом, а также датчик окончания выбега, реле времени, схему торможения и датчик угла поворота кулачка первого исполнительного механизма, причем датчик окончания выбега механически связан с рычагом привода всережимного центробежного регулятора и первым исполнительным механизмом, выполненным в виде кулачкового механизма с мотор-редуктором постоянного тока, первый и второй выходы датчика угла поворота кулачка соединены с первым входом реле времени и входом схемы торможения (вала электродвигателя мотор-редуктора постоянного тока), а его вход соединен с выходом (выходным валом) первого исполнительного механизма, первый и второй входы которого соединены с выходом схемы торможения и первым выходом реле времени, а второй выход последнего, соединен с входом второго исполнительного механизма через датчик окончания выбега, второй вход которого подключен к второму входу реле времени, третий вход которого связан с выходом блока управления.
Недостатком данного устройства, а именно первого исполнительного механизма и алгоритма его работы, является постоянное значение интервала изменения угловой скорости коленчатого вала на всех ступенях обкатки с динамическим нагружением. Недостатком второго исполнительного механизма является реализованный способ позиционирования рабочего органа (якоря электромагнита) с помощью изменения питающего напряжения (тока). При этом в силу ограниченного усилия электромагнита и переменного характера нагрузки на дроссельную заслонку необходимы электромагниты большой мощности. При работе второго исполнительного механизма также возможно возникновение автоколебаний дроссельной заслонки и, следовательно, нагрузки. В результате при использовании данного стенда возникает значительное отклонение реальной формы кривой нагрузочного динамического момента от оптимальной прямоугольной, что увеличивает продолжительность приработки. Кроме этого стенд не позволяет проводить холодную обкатку.
Известен стенд для приработки ДВС (Патент РФ N 2027982, МКИ G01M 15/00, БИ N 3, 1995 г.), содержащий устройство для загрузки двигателя, датчики момента и частоты вращения, блок управления, два исполнительных механизма изменения нагрузки и устройство увеличения индикаторной нагрузки, выполненное в виде сменного выпускного коллектора, причем второй исполнительный механизм связан с устройством индикаторной нагрузки, которое соединено с двигателем и содержит ваттметр, электродвигатель, муфту сцепления, коробку перемены передач, регулятор хода вылета рабочего органа первого исполнительного механизма, регулятор хода втягивания рабочего органа второго исполнительного механизма, коммутатор, выключатель, блок управления коммутатором, первый и второй компараторы, тиристор, транзистор и блок регулировок, причем первый и второй исполнительные механизмы механически связаны соответственно с регуляторами хода вылета и втягивания рабочих органов, выход измерителя частоты вращения связан с входом измерителя углового ускорения и первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых соответственно соединены с выходами блока регулировок, выход первого компаратора подключен к управляющему электроду тиристора, а выход второго - к базе транзистора, эмиттер которого связан с общей шиной питания, а коллектор с катодом тиристора, анод которого подключен к первому входу блока управления коммутатором, второй вход которого соединен с положительной шиной питания, а выход - с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с шиной питания исполнительных механизмов, а выход через выключатель соединен с первым и вторым исполнительными механизмами, причем первый исполнительный механизм механически соединен с топливным насосом высокого давления и регулятором частоты вращения, которые механически связаны между собой и с коленчатым валом двигателя, токовая клемма ваттметра подключена к шине питания электродвигателя, а две другие - к электродвигателю, который через муфту сцепления и коробку перемены передач связан с коленчатым валом двигателя. Регулятор хода вылета рабочего органа первого исполнительного механизм выполнен в виде винта, ввернутого в резьбовое отверстие в корпусе, которое выполнено соосно с ползуном, шарнирно соединенным с рабочим органом первого исполнительного механизма, при этом на ползуне закреплена отводка, проходящая через паз в корпусе и взаимодействующая на рейку или дозатор топливного насоса высокого давления, связанные с регулятором частоты вращения, причем на винте расположена фиксирующая гайка. Регулятор хода втягивания рабочего органа второго исполнительного механизма выполнен в виде винта, ввернутого в резьбовое отверстие корпуса регулятора хода втягивания и шарнирно соединенного с корпусом электромагнита, установленного с возможностью перемещения по направляющим корпуса регулятора хода втягивания, при этом с якорем электромагнита жестко связана пластина, связанная через пружины с корпусом регулятора хода втягивания с одной стороны и с корпусом электромагнита - с другой стороны, причем якорь шарнирно соединен с зубчатой рейкой, установленной в направляющем отверстии корпуса регулятора хода втягивания и связанной с зубчатым колесом, с осью которого связана дроссельная заслонка, установленная в патрубке устройства увеличения индикаторной нагрузки, связанного с выпускной системой двигателя и системой отвода отработавших газов.
Недостатком данного устройства является невозможность автоматизации процесса обкатки вследствие необходимости ручного задания величины динамической нагрузки на каждой ступени, а также постоянное значение интервала изменения угловой скорости коленчатого вала на всех ступенях обкатки с динамическим нагружением, что снижает эффективность последних ступеней обкатки с динамическим нагружением (среднее значение динамической нагрузки и угловой скорости коленчатого вала), особенно дизелей с турбонадувом, кроме этого при холодной обкатке возможно только ступенчатое регулирование частоты вращения коленчатого вала, что не позволяет точно задавать рекомендуемые скоростные режимы ее ступеней.
Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели является устройство для управления режимами приработки (обкатки) и диагностирования (испытаний) дизеля (А.с. N 1562727, МКИ G01M 15/00, БИ N 17, 1990 г.), снабженного органом управления скоростным режимом (рычагом управления всережимным регулятором частоты вращения) содержащее корпус, первый электронный ключ (схему торможения первого мотор-редуктора постоянного тока первого исполнительного механизма), первый, соединенный с органом управления скоростным режимом, исполнительный механизм в составе, соединенных последовательно первого преобразователя вращательного движения в поступательное (ходового винта для ручного перемещения первой подвижной подставки первого исполнительного механизма относительно корпуса), первого мотор-редуктора постоянного тока, второго преобразователя вращательного движения в поступательное (кулачкового) и первого соединительного элемента (троса, тяги), а также датчика (сдвоенного, первого и второго) угла поворота кулачка первого кулачкового преобразователя вращательного движения в поступательное, механизм увеличения индикаторной нагрузки (управляемая дроссельная заслонка, установленная между выпускным коллектором ДВС и глушителем шума выпуска отработавших газов), второй, связанный с механизмом увеличения индикаторной нагрузки, исполнительный механизм в составе соединенных последовательно третьего преобразователя вращательного движения в поступательное, электромагнита и второго соединительного элемента, измеритель частоты вращения и углового ускорения коленчатого вала ДВС в составе датчика частоты вращения и блока измерителя частоты вращения и углового ускорения, регулируемый источник питания и реле времени, при этом выходы датчика угла поворота кулачка первого исполнительного механизма подключены к схеме торможения мотор-редуктора и реле времени, а первый вход подключен к выходу перового исполнительного механизма, входы которого подключены к выходам схемы торможения и регулируемого источника питания, а также содержит блок ручного управления режимом, второе регулируемое реле времени, блок ИЛИ, электронный коммутатор, первый и второй диоды, причем первый выход блока ручного управления режимом подключен к источнику питания, второй и третий - к второму и третьему входам датчика угла поворота кулачка и к анодам первого и второго диодов, катоды последних подключены к второму входу первого реле времени, первый и второй входы элемента ИЛИ подключены к первым выходам первого и второго реле, к входам блока управления режимом подключены выход элемента ИЛИ и второй выход второго реле, к входу последнего подключен второй выход первого реле, вход электронного коммутатора подключен к третьему выходу датчика угла поворота кулачка, а выход - к входу второго исполнительного механизма, причем первый и второй исполнительные механизмы установлены на подвижных подставках, первый из них снабжен пружиной растяжения и толкателем, связанными между собой, подставки снабжены ходовыми винтами и выполнены с возможностью перемещения относительно корпуса, причем пружина первого механизма связана также с его подвижной подставкой.
Недостатком данного устройства является невозможность автоматизации процесса обкатки вследствие необходимости ручного задания величины динамической нагрузки на каждой нагрузочной ступени, контроля текущих параметров ДВС (нагрузки, частоты вращения, температуры охлаждающей жидкости, давления масла в смазочной системе и т.д.). Постоянное значение интервала изменения угловой скорости коленчатого вала дизелей на всех ступенях обкатки с динамическим нагружением (от 0,5-0,6 до 1,0-1,1 
н) и наличие такта стабилизации угловой скорости коленчатого вала в конце каждого цикла динамического нагружения снижают частоту следования циклов динамического нагружения сопряжений ДВС на последних ступенях, увеличивают время обкатки с динамическим нагружением и снижают среднее значение динамической нагрузки и угловой скорости коленчатого вала. Кроме этого устройство не позволяет проводить холодную обкатку, архивацию данных послеобкаточных испытаний.
Заявленная полезная модель направлена на устранение указанных недостатков и от его применения может быть получен следующий технический результат: - сокращение времени и повышение эффективности приработки автотракторных двигателей, а также автоматизация процесса обкатки.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для обкатки ДВС, снабженного датчиками давления масла в смазочной системе, температуры охлаждающей жидкости и органом управления скоростным режимом ДВС, содержащее первый электронный ключ, первый, соединенный с органом управления скоростным режимом ДВС, исполнительный механизм в составе, соединенных последовательно первого преобразователя вращательного движения в поступательное, первого мотор-редуктора постоянного тока, второго преобразователя вращательного движения в поступательное и первого соединительного элемента, а также первый и второй датчики угла поворота кулачка второго преобразователя вращательного движения в поступательное, второй, связанный с механизмом увеличения индикаторной нагрузки ДВС, исполнительный механизм в составе соединенных последовательно третьего преобразователя вращательного движения в поступательное, электромагнита и второго соединительного элемента, дополнительно содержит второй электронный ключ, соединенные последовательно блок управления электродвигателем, преобразователь частоты вращения и электродвигатель, а также связанные между собой первой двунаправленной линией связи персональный компьютер и блок программного управления, выходы с первого по восьмой которого соединены с управляющим входом блока управления электродвигателем, первым и вторым входами первого исполнительного механизма, управляющими входами первого и второго электронных ключей, первым, вторым и третьим входами второго исполнительного механизма соответственно, при этом выход второго и второй вход первого электронных ключей соединены с третьим входом-выходом первого исполнительного механизма, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами блока программного управления, входы с третьего по пятый которого подключены к выходам датчиков давления масла в смазочной системе ДВС, температуры охлаждающей жидкости и частоты вращения коленчатого вала соответственно, кроме этого второй вход второго электронного ключа соединен с плюсовой, а выход первого электронного ключа с минусовой шинами питания, при этом цифровой вход-выход преобразователя частоты второй двунаправленной линией связи соединен с вторым цифровым вход-выходом блока программного управления, а выход (вал) электродвигателя связан с коленчатым валом ДВС и входом датчика частоты вращения, кроме этого в первый исполнительный механизм дополнительно введены первый реверсивный мотор-редуктор, а также первый и второй датчики положения первой подвижной подставки, при этом первый реверсивный мотор-редуктор, первый преобразователь вращательного движения в поступательное, мотор-редуктор постоянного тока, второй преобразователь вращательного движения в поступательное и соединительный элемент соединены последовательно, соединительный элемент подключен к третьему выходу первого исполнительного механизма, выход мотор-редуктора постоянного тока связан с входами первого и второго датчиков угла поворота, электрические выходы которых подключены соответственно к первому и второму электрическим выходам первого исполнительного механизма, выход первого преобразователя вращательного движения в поступательное соединен с входами первого и второго датчиков положения, электрические входы которых подключены соответственно к первому и второму электрическим входам первого исполнительного механизма, а выходы к первому и второму входам первого мотор-редуктора соответственно, кроме этого третий электрический вход-выход первого исполнительного механизма соединен с плюсовой клеммой питания электродвигателя мотор-редуктора постоянного тока, а с механическим выходом первого мотор-редуктора связан выход механизма ручного управления скоростным режимом ДВС, во второй исполнительный механизм дополнительно введены второй реверсивный мотор-редуктор, а также третий и четвертый датчики положения второй подвижной подставки при этом второй реверсивный мотор-редуктор, третий преобразователь вращательного движения в поступательное, электромагнит и второй соединительный элемент соединены последовательно, соединительный элемент подключен к выходу второго исполнительного механизма, к выходу третьего преобразователя вращательного движения в поступательное подключены входы третьего и четвертого датчиков положения второй подвижной подставки, электрические входы которых соединены с первым и вторым входами второго исполнительного механизма соответственно, а выходы - с первым и вторым входами второго реверсивного мотор-редуктора, а блок программного управления содержит микропроцессорный вычислитель с первого по восьмой выходы которого через электронные ключи соединены соответственно с первого по восьмой выходами блока, а с первого по пятый входы связаны соответственно с первого по пятый входами блока, при этом первый и второй вход-выходы связаны двунаправленными линиями связи с первым и вторым цифровыми вход-выходами блока.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является наличие блока программного управления, персонального компьютера, первого и второго реверсивных мотор-редукторов, с первого по четвертый датчиков положения подвижных подставок первого, и второго исполнительных механизмов, второго электронного ключа, электродвигателя, преобразователя частоты и блока управления электродвигателем, а также новых связей между известными и вновь введенными элементами.
Благодаря наличию этих признаков имеется возможность полной автоматизации процесса обкатки и испытаний ДВС с динамическим нагружением по программам записанным в память персонального компьютера и блока программного управления. В них записываются марки и основные данные ДВС (номинальная эффективная мощность, мощность механических потерь, момент инерции вращающихся масс, минимальные и максимальные частоты вращения и др.), нагрузочно-скоростные режимы обкатки и предельно-допустимые значения основных параметров работы (температуры охлаждающей жидкости, давления масла в смазочной системе). Наличие в устройстве обратных связей по частоте вращения и угловому ускорению обеспечивает поддержание нагрузочно-скоростных режимов обкатки в требуемых пределах, позволяет реализовать более эффективный цикл динамического нагружения без такта стабилизации частоты вращения и переменным, повышенным значением ее нижнего предела и соответственно высокое качество приработки сопряжений при сокращении времени обкатки. Наличие электродвигателя и преобразователя частоты позволяет проводить холодную обкатку с плавным бесступенчатым изменением частоты вращения. Наличие оперативного контроля основных параметров работы ДВС совместно с дополнительными функциями исполнительных механизмов (полностью дистанционное, электромеханическое управление выходными органами) позволяет исключить нештатные и аварийные ситуации коррекцией режимов или остановкой ДВС.
Применение новых существенных признаков совместно с известными позволяет получить технический результат, заключающийся в сокращении времени, повышении эффективности приработки, а также в автоматизации процесса обкатки ДВС.
На фиг.1 показана функциональная схема устройства для обкатки ДВС, на фиг.2 - функциональная схема первого исполнительного механизма, на фиг.3 - функциональная схема второго исполнительного механизма, на фиг.4 - функциональная схема блока программного управления и общая блок схема реализуемого им алгоритма управления обкаткой.
Устройство для обкатки ДВС (фиг.1) содержит ДВС 1, снабженный 4. датчиками давления масла 2 в смазочной системе, температуры охлаждающей жидкости 3 и органом управления скоростным режимом ДВС (на фиг.1 не показан), а также первый электронный ключ 4, первый исполнительный механизм 5, соединенный с органом управления скоростным режимом, второй исполнительный механизм 6, связанный с механизмом 7 увеличения индикаторной нагрузки, сочлененным с выпускной системой ДВС 1, второй электронный ключ 8, соединенные последовательно блок 9 управления электродвигателем, преобразователь частоты вращения 10 и электродвигатель 11, а также связанные между собой первой двунаправленной линией связи персональный компьютер 12 и блок программного управления 13, выходы с первого по восьмой которого соединены с управляющим входом блока 9 управления электродвигателем, первым и вторым входами первого исполнительного механизма 5, управляющими входами первого 4 и второго 8 электронных ключей, первым, вторым и третьим входами второго исполнительного механизма 6 соответственно, при этом выход второго 8 и второй вход первого 4 электронных ключей соединены с третьим входом-выходом первого исполнительного механизма.5, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами блока 13 программного управления. С третьего по пятый входы блока 13 программного управления подключены к выходам датчиков давления масла 2 в смазочной системе ДВС 1, температуры охлаждающей жидкости 3 и частоты вращения коленчатого вала 14 соответственно, кроме этого выход первого электронного ключа 4 соединен с минусовой, а второй вход второго электронного ключа 8 с плюсовой шинами питания, при этом цифровой вход-выход преобразователя частоты 10 второй двунаправленной линией связи соединен с вторым цифровым вход-выходом блока 13 программного управления, а выход (вал) электродвигателя 11 связан с коленчатым валом ДВС 1 и входом датчика частоты вращения 14.
Первый 5 исполнительный механизм (фиг.2) содержит первый реверсивный мотор-редуктор 5.1, а также первый. 5.2 и второй 5.3 датчики положения первой подвижной подставки (на фигуре 2 не показана), при этом первый реверсивный мотор-редуктор 5.1, первый преобразователь вращательного движения в поступательное 5.4, мотор-редуктор постоянного тока 5.5, второй преобразователь вращательного движения в поступательное 5.6 и соединительный элемент 5.7 соединены последовательно, выход первого соединительного элемента 5.7 подключен к третьему выходу первого исполнительного механизма 5, выход (выходной вал) мотор-редуктора постоянного тока 5.5 связан с входами первого 5.8 и второго 5.9 датчиков угла поворота, электрические выходы которых подключены соответственно к первому и второму электрическим выходам первого исполнительного механизма 5, выход первого преобразователя вращательного движения в поступательное 5.4 соединен с входами первого 5.2 и второго 5.3 датчиков положения, электрические входы которых подключены соответственно к первому и второму электрическим входам первого исполнительного механизма 5, а выходы к первому и второму входам первого реверсивного мотор-редуктора 5.1 соответственно, кроме этого третий электрический вход-выход первого исполнительного механизма 5 соединен с плюсовой клеммой питания мотор-редуктора постоянного тока 5.5, а с механическим выходом первого реверсивного мотор-редуктора 5.1 связан выход механизма 5.10 ручного управления скоростным режимом ДВС 1.
Второй 6 исполнительный механизм (фиг.3) содержит второй реверсивный мотор-редуктор 6.1, а также третий 6.2 и четвертый 6.3 датчики положения второй подвижной подставки (на фигуре 3 не показана), при этом второй реверсивный мотор-редуктор 6.1, третий преобразователь вращательного движения в поступательное 6.4, электромагнит 6.5 и второй соединительный элемент 6.6 соединены последовательно, выход соединительного элемента 6.6 подключен к выходу второго исполнительного механизма 6, к выходу третьего преобразователя вращательного движения в поступательное 6.4 подключены входы третьего 6.2 и четвертого 6.3 датчиков положения второй подвижной подставки, электрические входы которых соединены с первым и вторым входами второго исполнительного механизма 6 соответственно, а выходы - с первым и вторым входами второго реверсивного мотор-редуктора 6.1, кроме этого третий вход второго исполнительного механизма 6 подключен к плюсовой клемме питания электромагнита 6.5.
Блок 13 программного управления (фиг.4) содержит микропроцессорный вычислитель 13.1 с первого по восьмой выходы которого через электронные ключи 13,2 соединены соответственно с первого по восьмой выходами блока 13 программного управления, а с первого по пятый входы связаны соответственно с первого по пятый входами блока 13 программного управления, при этом первый и второй вход-выходы микропроцессорного вычислителя 13.1 соответственно связаны двунаправленными линиями связи с первым и вторым цифровыми вход-выходами блока 13 программного управления.
Работа устройства (стенда) происходит следующим образом.
Перед использованием устройства в память персонального компьютера 12 и блока 13 программного управления, оснащенного программой «Обкаточно-испытательный стенд» заносят информацию по обкатываемым ДВС -марку, момент инерции в стендовой комплектации, нагрузочно-скоростные режимы и время всех этапов обкатки и испытаний, предельные значения основных параметров ДВС при обкатке - минимальные и максимальные частоты вращения, температуры охлаждающей жидкости (моторного масла при обкатке дизелей с воздушным охлаждением), минимальные значения давлений масла в смазочной системе ДВС (турбокомпрессоре), кроме этого осуществляют программирование микропроцессорного вычислителя 13,1 блока 13 программного управления с использованием рабочей программы разработанной на основе представленного на фиг 4 общего алгоритма управления обкаткой и алгоритмов, составляющих его модулей - управления режимом холодной обкатки (HOLOD), режимом горячей обкатки: обкатки на холостом ходу (XXOD), обкатки с динамическим нагружением (DINAM) и послеобкаточных испытаний ДВС (ISPIT) (на схеме модули не показаны).
Коленчатый вал ДВС 1, размещенного на станине стенда (на фигуре 1 не показана), соединяют с валом электродвигателя 11 (например карданной передачей). С входами блока 13 программного управления соединяют выходы датчиков параметров ДВС 1 (технологических или штатных), подключают первый 5 исполнительный механизм - к органу управления скоростным режимом ДВС 1 (к рычагу регулятора частоты вращения дизельного ДВС или к рычагу управления дроссельной заслонкой карбюраторных, впрысковых ДВС), второй 6 исполнительный механизм и механизм увеличения индикаторной нагрузки - к выпускной системе ДВС 1.
Перед началом обкатки открывают программу, вводят марку ДВС и нажимают кнопку «ОК». На экране монитора появится окно «Обкаточно-испытательный стенд», в таблице «Нагрузочно-скоростные режимы» отображаются значения режимов и время ступеней обкатки данного ДВС, а также нормативные значения его основных показателей после обкатки. Устанавливают курсор на нужную ступень (например первую ступень холодной обкатки) и повторно нажимают «ОК». При этом высвечивается строка
| Холодная обкатка 1 ступень | Нагрузка | Частота вращения, мин-1 | Время ступени, мин | Время текущее, мин |
| 0 | 600 | 15 | 0 |
С третьего выхода блока 13 программного управления на первый вход первого 5 исполнительного механизма поступит управляющий сигнал. Через первый датчик положения 5.2 (фиг.2) он поступит на первый реверсивный мотор-редуктор 5.1, выходной вал которого начнет вращать вал первого преобразователя 5.4 вращательного движения в поступательное (например винт-гайка) и перемещать подставку (на схеме не показана) и мотор-редуктор постоянного тока 5.5 с кулачковым преобразователем 5.6 вращательного движения в поступательное, соединительный элемент 5.7 и орган (рычаг) управления скоростным режимом ДВС 1 в сторону выключения подачи топлива. При достижении крайнего положения срабатывает первый 5.2 датчик положения, например контактного типа, и разрывает цепь питания первого реверсивного мотор-редуктора 5.1. Одновременно подается управляющий широто-импульсно модулированный (ШИМ) сигнал с четвертого выхода блока 13 программного управления на второй 8 электронный ключ и с него на третий вход-выход первого 5 исполнительного механизма, связанный с плюсовой клеммой питания мотор-редуктора постоянного тока 5.5. Начнется поворот кулачка второго 5.6 преобразователя вращательного движения в поступательное до момента срабатывания первого датчика 5.8 угла поворота (зона минимального радиуса кулачка и соответственно наименьшее перемещение соединительного элемента 5.7 - подача топлива выключена). После этого блок 13 программного управления снимает ШИМ сигнал с четвертого выхода и подает сигнал высокого уровня на выход пять, при этом включится первый электронный ключ 4 и перемкнет выходные клеммы мотор-редуктора постоянного тока 5.5 (электродвигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов) обеспечивая быстрое электромагнитное торможение его вала, кулачка второго преобразователя 5.6 вращательного движения в поступательное, соединительного элемента 5.7 и органа управления частотой вращения ДВС в положение остановки (полного выключения подачи топлива). На выходах 6, 7, 8 блока 13 программного управления при холодной обкатке и обкатке на холостом ходу в штатном режиме будет нулевой уровень и второй исполнительный механизм 6 будет выключен. Далее согласно алгоритма и команды внутреннего таймера с первого выхода блока 13 программного управления поступит сигнал высокого уровня на управляющий вход блока 9 управления электродвигателем (магнитный пускатель), который срабатывая подаст напряжение сети на преобразователь частоты 10, на управляющий вход которого поступает сигнал управления выходной частотой с второго вход-выхода блока 13 программного управления соответствующий требуемой частоте вращения для первой ступени холодной обкатки. Выходное напряжение и частота преобразователя 10 плавно увеличатся и произойдет пуск электродвигателя 11 (с интенсивностью заданной настройкой преобразователя частоты 10) и раскрутка коленчатого вала ДВС. Датчик 14 частоты вращения дает информацию на пятый вход блока 13 программного управления о фактической частоте вращения коленчатого вала ДВС на всех этапах обкатки и испытаний. В процессе холодной обкатки программой блока 13 программного управления поддерживаются заданная для каждой ступени частота вращения, и контролируется потребляемый электродвигателем 11 ток (по линии связи между вход-выходом преобразователя частоты. 10 и вторым вход-выходом блока 13 программного управления). В случае роста тока (образования задиров в сопряжениях ДВС) сверх нормативного, заданного значения снизится частота прокрутки и на мониторе появится сигнал «Внимание» продублированный звуковым сигналом персонального компьютера 12. Если ток будет по-прежнему больше нормы, то с первого выхода блока 13 программного управления поступит команда на остановку электродвигателя 11 путем отключения магнитного пускателя блока 9 управления электродвигателем и на мониторе загорится надпись «Авария». Аналогично при снижении ниже допустимого давления масла, превышении температуры охлаждающей жидкости или масла, частоты вращения по сигналам датчиков подключенных к соответствующим входам блока 13 программного управления будет остановлен процесс обкатки отключением магнитного пускателя при холодной обкатке и выключением подачи топлива при горячей путем подачи соответствующих команд на первый вход первого исполнительного механизма 5 (выключить подачу топлива) и на второй исполнительный механизм 6 - закрыть дроссельную заслонку механизма увеличения индикаторной нагрузки 7.
В штатном режиме по окончании первой ступени холодной обкатки на мониторе персонального компьютера 12 высветятся режимы следующей ступени и поступит команда на преобразователь частоты 10 на соответствующее увеличение частоты вращения электродвигателя 11.
По окончании холодной обкатки процесс может в зависимости от заданных условий сразу переходить, к обкатке на холостом ходу или останавливаться с выдачей результата 6 потребляемом токе на последней ступени, температуре охлаждения, давлении масла для оценки качества холодной обкатки и технического состояния ДВС. При недостаточной степени обкатки (повышенный ток электродвигателя) можно повторить последние ступени холодной обкатки. После холодной обкатки часто проводят проверку и регулировку тепловых зазоров в приводе клапанов ГРМ.
Далее включают режим «Горячая обкатка на холостом ходу». Второй исполнительный механизм 6 на этом режиме будет выключен (дроссельная заслонка механизма увеличении индикаторной нагрузки 7 - полностью открыта), а на первый исполнительный механизм 5 поступит команда на поворот кулачка в положение максимального радиуса и перемещение рычага управления скоростным режимом ДВС Г в сторону увеличения частоты вращения. Одновременно поступит высокий уровень на магнитный пускатель блока 9 управления и электродвигатель 11 раскрутит коленчатый вал ДВС 1 до частоты вращения соответствующей минимальной частоте вращения холостого хода данного ДВС. В момент включения подачи топлива ДВС 1 запустится на частоте равной частоте вращения коленчатого вала на холостом ходу, ток потребляемый электродвигателем 11 и контролируемый блоком 13 программного управления резко снизится, что приведет к отключению магнитного пускателя и электродвигателя 11 блоком 9 управления электродвигателем (срабатывание по сигналу тока). Далее блок 13 программного управления в течении заданного времени этапа будет подавать широто-импульсно модулированный (ШИМ) сигнал на второй вход первого исполнительного механизма 5 плавно или ступенчато повышая частоту холостого хода ДВС 1 до максимального значения.
При частоте холостого хода ДВС 1 равной заданной максимальной частоте холостого хода этап заканчивается и автоматически начинается этап «Горячая обкатка с динамической нагрузкой». На мониторе высветятся режимы ее первой ступени, а на 4 выходе блока 13 программного управления появится ШИМ сигнал соответствующий минимальному напряжению питания мотор-редуктора постоянного тока 5.5 и соответственно минимальной скорости перемещения органа управления скоростным режимом на такте разгона и динамической нагрузки. Торможение кулачка будет происходить в зоне максимального и минимального радиусов по командам первого 5.8 и второго 5.9 датчика углового положения, которые отключают ШИМ сигнал с выхода 4 блока 13 программного управления и запускают систему электромагнитного торможения. Управление тактами разгона и выбега осуществляют частотные компараторы (в составе блока 13 программного управления) на первые входы которых поступает сигнал с датчика частоты вращения 14, а на вторые - сигнал уставки по нижней и верхней частоте вращения цикла динамического нагружения с постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) персонального компьютера 12, (например для первой и второй ступеней обкатки дизеля Д-240-n1=1600; n2 =2300 мин-1, для третьей и четвертой - n1 =1900; n2=2300 мин-1). При обкатке с динамическим нагружением на первых ступенях скорость перемещения рычага РЧВ на такте разгона, подача топлива, ускорение разгона и динамическая нагрузка малы и по мере обкатки увеличиваются в соответствие с рекомендованными значениями записанными в ПЗУ. После срабатывания первого 5.8 датчика угла поворота и поступления команды «Выбег» скорость перемещения возрастет до максимального значения и поворот кулачка в положение минимального радиуса будет происходить с большой скоростью, обеспечивая быстрое выключение подачи топлива на такте выбега.
При достижении заданной частоты вращения при выбеге по команде блока 13 программного управления начнется следующий такт разгона и процесс повторится, кроме этого с момента срабатывания первого 5.8 датчика угла поворота до срабатывания второго компаратора (конец выбега) блока 13 программного управления подает сигнал на 3 вход второго исполнительного механизма 6, который включает электромагнит 6.5 привода механизма увеличения индикаторной нагрузки 7 и ШИМ сигнал на 1 или 2 входы для задания степени прикрытия дроссельной заслонки механизма увеличения индикаторной нагрузки 7 (величины индикаторной нагрузки при выбеге, которая контролируется по ускорению выбега и корректируется степенью прикрытия дроссельной заслонки). Величина динамической нагрузки на тактах разгона и выбега определяется по угловому ускорению разгона и выбега (по среднему значению). Среднее значение ускорения умноженное на момент инерции вращающихся масс ДВС дает среднее значение нагрузочного момента. Полученные значения момента при разгоне отображаются в окне «Нагрузка», а при выбеге в окне «Момент механических потерь». Если нагрузочный динамический момент (НДМ) при разгоне меньше заданного, то блок 13 программного управления корректирует ШИМ сигнал на входе второго 8 электронного ключа в сторону увеличения напряжения питания мотор-редуктора постоянного тока 5.5 и наоборот. Величина нагрузки при выбеге (степень дросселирования газов на выпуске) также контролируется по ускорению выбега и корректируется подачей ШИМ сигнала на 1 и 2 входы второго исполнительного механизма 6 с выходов 6, 7 блока 13 программного управления.
По окончанию обкатки включается режим «Испытания» с обработкой полученных результатов, приведением их к ГОСТ 18509 и архивацией в памяти персонального компьютера 12. При этом осуществляется три цикла динамического нагружения с максимальной скоростью перемещения органа управления скоростным режимом ДВС и определяются момент и мощность механических потерь ДВС (характеризующие степень приработки), эффективная мощность (характеризующая состояние систем и ДВС в целом), минимальная и максимальные частоты вращения холостого хода. При их соответствии нормативным значениям процесс обкатки заканчивается, в противном случае выясняются и устраняются причины и проводятся повторные испытания или дополнительная обкатка.
Персональный компьютер.12 обеспечивает ввод и хранение рабочих программ, исходной информации, прием и отображение на мониторе текущей информации о режимах обкатки и параметрах ДВС 1, возможность передачи информации на электронные и бумажный носители и ее архивацию.
Блок 13 программного управления обеспечивает реализацию заложенных алгоритмов обкатки ДВС, прием и обработку сигналов датчиков, выдачу специальных команд на исполнительные механизмы.
Электродвигатель 11, блок 9 управления электродвигателем и преобразователь частоты 10 образуют приводную станцию, обеспечивающую прокрутку ДВС 1 при холодной обкатке с различной частотой вращения, задаваемой блоком 13 программного управления. Приводная станция может быть выполнена на базе распространенных, надежных и недорогих асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, типовой схемы их включения и защиты с магнитным пускателем, а также преобразователей частоты соответствующей мощности.
Первый исполнительный механизм.5 обеспечивает управление скоростным и нагрузочным режимом ДВС путем воздействия на орган управления скоростным режимом ДВС посредством первого соединительного элемента (например, тросика) по определенному закону, обеспечивающему постоянство нагрузочного динамического момента на такте разгона. Данный закон обеспечивается профилем кулачка с линейным увеличением радиуса, алгоритмом работы микропроцессорной системы управления обкаткой ДВС (блоком программного управления и персональным компьютером) и сигналами обратной связи по частоте вращения и угловому ускорению разгона (динамической нагрузке). Сигнал углового ускорения получают внутри блока программного управления дифференцированием сигнала частоты вращения.
Первый 5.1 реверсивный мотор редуктор совместно с первым преобразователем 5.4 вращательного движения в поступательное, выполненным, например, в виде винт-гайка, датчиками положения 5.2, 5.3 выходного органа первого преобразователя 5.4 - гайки, установленной на первой подвижной подставке (на фиг.2 не показана) обеспечивают дистанционное управление скоростными режимами обкатки и испытаний ДВС, их пуском и остановкой.
Мотор-редуктор постоянного тока 5.5, установленный на первой подвижной подставке, совместно с датчиками угла поворота 5.8, 5.9 его выходного вала, вторым преобразователем вращательного движения в поступательное 5.6 выполненным, например, в виде кулачкового механизма и первого соединительного элемента 5.7, например, тросика или тяги при неизменном напряжении питания электродвигателя мотор-редуктора 5.5 обеспечивает линейный закон перемещения органа управления скоростным режимом ДВС. При автоматической коррекции напряжения питания блоком 13 программного управления (по сигналу обратной связи по частоте вращения коленчатого вала и данных ПЗУ) обеспечивается оптимальный закон перемещения органа управления скоростным режимом ДВС и, соответственно требуемый нагрузочно-скоростной режим обкатки с динамическим нагружением.
Второй электронный ключ 8 выполняет функцию усиления по току ШИМ сигнала поступающего с 5 выхода блока 13 программного управления на мотор-редуктор постоянного тока 5.5.
Механизм ручного управления 5.10 скоростным режимом ДВС обеспечивает управление частотой вращения ДВС при пропадании напряжения сети и неисправностях основной системы управления.
Второй исполнительный механизм 6 обеспечивает увеличение нагрузки на сопряжения ДВС на такте выбега частоты вращения путем воздействия на механизм 7 управления индикаторной нагрузкой - дроссельную заслонку установленную на выходе выпускного коллектора ДВС 1 (на фигуре 1 не показан) посредством второго соединительного элемента (например, тросика или тяги) по определенному закону. Данный закон обеспечивается параметрами электромагнита, кинематикой привода, алгоритмом работы микропроцессорной системы управления обкаткой ДВС (блоком программного управления и персональным компьютером) и сигналом обратной связи по частоте вращения (угловому ускорению выбега, пропорциональному динамической индикаторной нагрузке). Сигнал углового ускорения выбега, также получают внутри блока программного управления дифференцированием сигнала частоты вращения..
Второй 6.1 реверсивный мотор редуктор совместно с третьим преобразователем 6.4 вращательного движения в поступательное, выполненным, например, по схеме винт-гайка, датчиками положения 6.2, 6.3 выходного органа третьего преобразователя 6.4 - гайки, установленной на второй подвижной подставке (на фиг.3 не показана) обеспечивают дистанционное управление степенью прикрытия дроссельной заслонки механизма 7 увеличения индикаторной нагрузки и соответственно динамической индикаторной нагрузкой ДВС, что повышает эффективность приработки сопряжений и сокращает время обкатки.
Электромагнит 6.5, совместно с вторым соединительным элементом 6.6, по командам блока программного управления 13 обеспечивает циклическое открытие (на такте разгона) и прикрытие (на такте выбега) дроссельной заслонки механизма 7 увеличения индикаторной нагрузки.
Алгоритм работы микропроцессорного вычислителя. 13.1 (см. фиг 4) определяет следующую последовательность выполнения обкатки ДВС:
1. Ввод марки ДВС и параметров обкатки
2. Задание начального номера ступени холодной обкатки
3. Выполнение холодной обкатки согласно частного алгоритма модуля HOLOD
4. Индикация параметров IЭД (ток электродвигателя), ТВ, (температура охлаждающей жидкости) РМ (давление масла с смазочной системе ДВС) последней ступени обкатки
5. Проверка задания повтора последней ступени холодной прокрутки
6. Задание последней ступени холодной обкатки
7. Формирование сигнала запроса на останов после холодной прокрутки
8. Проверка задания останова ДВС после холодной прокрутки
9. Выполнение обкатки на холостом ходу согласно частного алгоритма модуля XXOD
10. Выполнение обкатки с динамическим нагружением согласно частного алгоритма модуля DINAM
11. Испытания ДВС согласно частного алгоритма модуля ISPIT
Основное отличие частного алгоритма модуля DINAM от ранее известных заключается в переменности нижнего, а при обкатке быстроходных ДВС и верхнего пределов частоты вращения коленчатого вала ДВС, что в сумме с дополнительными функциями первого и второго исполнительных механизмов обеспечивает повышение эффективности циклов динамического нагружения и сокращение времени последних ступеней обкатки с динамической нагрузкой. Повышение нижнего предела и, как следствие, средней частоты вращения позволяет более полно загрузить дизели с газотурбинным наддувом.
1. Устройство для обкатки ДВС, снабженное датчиками давления масла в смазочной системе, температуры охлаждающей жидкости и органом управления скоростным режимом ДВС, содержащее первый электронный ключ, первый соединенный с органом управления скоростным режимом исполнительный механизм в составе соединенных последовательно первого преобразователя вращательного движения в поступательное, первого мотор-редуктора постоянного тока, второго преобразователя вращательного движения в поступательное и первого соединительного элемента, а также первый и второй датчики угла поворота кулачка второго преобразователя вращательного движения в поступательное, второй связанный с механизмом увеличения индикаторной нагрузки ДВС исполнительный механизм в составе соединенных последовательно третьего преобразователя вращательного движения в поступательное, электромагнита и второго соединительного элемента, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй электронный ключ, соединенные последовательно блок управления электродвигателем, преобразователь частоты вращения и электродвигатель, а также связанные между собой первой двунаправленной линией связи персональный компьютер и блок программного управления, выходы с первого по восьмой которого соединены с управляющим входом блока управления электродвигателем, первым и вторым входами первого исполнительного механизма, управляющими входами первого и второго электронных ключей, первым, вторым и третьим входами второго исполнительного механизма соответственно, при этом выход второго и второй вход первого электронных ключей соединены с третьим входом-выходом первого исполнительного механизма, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами блока программного управления, входы с третьего по пятый которого подключены к выходам датчиков давления масла в смазочной системе ДВС, температуры охлаждающей жидкости и частоты вращения коленчатого вала соответственно, кроме этого, выход первого электронного ключа соединен с минусовой, а второй вход второго электронного ключа с плюсовой шинами питания, при этом цифровой вход-выход преобразователя частоты второй двунаправленной линией связи соединен с вторым цифровым вход-выходом блока программного управления, а выход (вал) электродвигателя связан с коленчатым валом ДВС и входом датчика частоты вращения.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него дополнительно введены первый реверсивный мотор-редуктор, а также первый и второй датчики положения первой подвижной подставки, при этом первый реверсивный мотор-редуктор, первый преобразователь вращательного движения в поступательное, мотор-редуктор постоянного тока, второй преобразователь вращательного движения в поступательное и соединительный элемент соединены последовательно, выход первого соединительного элемента подключен к третьему выходу первого исполнительного механизма, выход (выходной вал) мотор-редуктора постоянного тока связан с входами первого и второго датчиков угла поворота, электрические выходы которых подключены соответственно к первому и второму электрическим выходам первого исполнительного механизма, выход первого преобразователя вращательного движения в поступательное соединен с входами первого и второго датчиков положения, электрические входы которых подключены соответственно к первому и второму электрическим входам первого исполнительного механизма, а выходы к первому и второму входам первого реверсивного мотор-редуктора соответственно, кроме этого, третий электрический вход-выход первого исполнительного механизма соединен с плюсовой клеммой питания мотор-редуктора постоянного тока, а с механическим выходом первого реверсивного мотор-редуктора связан выход механизма ручного управления скоростным режимом ДВС.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй реверсивный мотор-редуктор, а также третий и четвертый датчики положения второй подвижной подставки, при этом второй реверсивный мотор-редуктор, третий преобразователь вращательного движения в поступательное, электромагнит и второй соединительный элемент соединены последовательно, выход соединительного элемента подключен к выходу второго исполнительного механизма, к выходу третьего преобразователя вращательного движения в поступательное подключены входы третьего и четвертого датчиков положения второй подвижной подставки, электрические входы которых соединены с первым и вторым входами второго исполнительного механизма соответственно, а выходы - с первым и вторым входами второго реверсивного мотор-редуктора, кроме этого, третий вход второго исполнительного механизма подключен к плюсовой клемме питания электромагнита.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок программного управления содержит микропроцессорный вычислитель, с первого по восьмой выходы которого через электронные ключи соединены соответственно с первого по восьмой выходами блока, а с первого по пятый входы связаны соответственно с первого по пятый входами блока, при этом первый и второй входы-выходы связаны двунаправленными линиями связи с первым и вторым цифровыми входами-выходами блока.
