Лабораторные работы Фаталиев и Аливагабов. Лабораторные Фаталиев, Аливагабов. Правила проведения в лаборатории, меры техники личной безопасности студентов и противопожарной и противовзрывной техники безопасности. 7
Скачать 0.64 Mb.
|
Введение. Составной частью курсов «Автомобильные двигатели», «Рабочие процессы, конструирование и основы расчета энергетических установок» и «Транспортная энергетика» являются лабораторные занятия, которые преследуют следующие цели: Закрепить знания студентов по теории тепловых двигателей, полученные ими в ходе лекционных и практических занятий, путем экспериментального определения важнейших характеристик автомобильного двигателя; Ознакомить студентов с организацией лабораторных испытаний и проведением различных эксплуатационных регулировок автомобильного двигателя; Ознакомить студентов с испытательными установками, с программой и методикой проведения регулировок двигателя и его испытаний, с теорией и работой измерительных приборов и погрешностями измерений параметров; Привить студентам практические навыки в проведении регулировок, испытаний, замеров и в обработке данных измерений и критическом анализе результатов замеров, расчетов и испытаний. К каждой лабораторной работе студент должен изучить лекционную часть курса и подготовиться к выполнению лабораторной работы по данному пособию, путем изучения и подтверждения студентом знания: Правил проведения в лаборатории, меры техники безопасности студентов, противопожарной и противовзрывной техники. Основную цель каждой лабораторной работы и преполагаемые их результаты. Принцип действия стендового оборудования и измерительных приборов, методику проведения регулировок и испытаний. Студенты, не подготовившиеся к лабораторным занятиям, к их выполнению не допускаются. Лабораторные работы студенты проводят самостоятельно, пользуясь консультациями преподавателя и лаборанта. По результатам лабораторных работ студент оформляет отчеты по каждой работе и сдает их преподавателю дважды: первый раз для проверки и подписания после выполнения каждой лабораторной работы, а второй раз в комплекте выполненных по дисциплине 9 лабораторных работ и их отчетов на итоговом экзамене или зачете для хранения на кафедре ЭАТ и АС. 2. Правила проведения в лаборатории, меры техники личной безопасности студентов и противопожарной и противовзрывной техники безопасности. 2.1. Правила поведения студентов в лаборатории. Каждый студент обязан: Строго соблюдать общепринятые нормы человеческой морали, быть ответственным за свои действия и их последствия, быть вежливым и корректным в общении с товарищами по учебе, преподавателем и лаборантом; Строго соблюдать установленный запрет на курение, использование открытого огня, спичек, зажигалок в помещении лаборатории, а также запрещается в лабораторию приносить семечки, продукты питания, средства содержащие ртуть, легковоспламеняющиеся жидкости, аэрозольные и газовые баллончики; Обеспечивать чистоту в помещении и сохранность стендового оборудования, приборов контроля параметров, монтажных и измерительных инструментов и приспособлений и строго соблюдать правила техники безопасности. 2.2. Меры техники безопасности студентов. До начала работы в лаборатории каждый студент должен изучить правило поведения, меры техники личной безопасности и пожаро- и взрывобезопасности в лаборатории и расписаться в журнале о том, что обязуется их выполнять. Для безопасной работы в лаборатории необходимо соблюдать вышеизложенные правила поведения и следующие меры техники безопасности: Перед началом регулировок двигателя и его испытания на стенде выполнить следующие операции: визуальный осмотр системы общеобменной вытяжной вентиляции и крепления всех ее элементов, а также проверка ее функционирования; визуальный осмотр двигателя и стенда, крепления их элементов и наличие защитных кожухов и экранов у всех открытых вращающихся частей и нагревающихся деталей; визуальный осмотр наличия топлива в системе питания, моторного масла в картере двигателя, охлаждающей жидкости в системе охлаждения, а также отсутствие их течи в соединениях и наличие инвентаря для пожаротушения: огнетушителей, ящика с песком, одеял, лопат, топора, ведра и воды; во время работы двигателя и стенда студенты располагаются в лаборатории на рабочих местах предусмотренных преподавателем с определенными им обязанностями. При этом категорически запрещается переходить с одного рабочего места на другое во время работы двигателя и стенда, стоять в плоскости вращения маховика, соединительных муфт и шкивов, подходить к двигателю и стенду в одежде с развевающимися концами: пальто, халаты, юбки, шарфы, пояса и т.д., надевать или снимать одежду около работающего стенда и двигателя, вещать ее вблизи стендового оборудования; прикасаться к выхлопному коллектору и газопроводу, кожуху вентилятора и верхнему бочку радиатора; заметив течь топлива или масла, охлаждающей жидкости или неисправности механизмов необходимо немедленно заявить об этом лаборанту и преподавателю. Самостоятельные действия студентов с двигателем, со стендовым оборудованием, с кнопочными пускателями, выключателями, рубильниками, вентилями категорически запрещается. Студенты выполняют только те операции, которые предусмотрены учебным пособием для успешной реализации конкретной лабораторной работы; в лаборатории запрещается работать с этилированным бензином, а также при неработающей системе вентиляции или попадании отработавших газов в помещение лаборатории; категорически запрещается хранить в лаборатории горюче-смазочные и другие легковоспламеняющиеся материалы. 2.3. Противопожарная и противовзрывная техника безопасности. При возникновении пожара необходимо: немедленно остановить двигатель и все работы в лаборатории; не допускать паники и организовать одновременно телефонный звонок для экстренного вызова пожарных МЧС и начать пожаротушение с помощью студентов, лаборанта и преподавателя путем использования имеющегося инвентаря и эвакуацию пострадавших и студентов не занятых в операции пожаротушения из помещения лаборатории в безопасное место. При организации операций пожаротушения снимают со стены огнетушители, ведра и лопаты. Их используют для засыпки песком разлившейся легковоспламеняющиеся жидкости или масла на полу. При этом весьма важно перекрыть краны, подводящие топливо к двигателю и электропитания силовых кабельных проводов балансирной машины тормозного стенда, не допускать течи топлива или масла в соединениях, их разлив на пол. В целях исключения возможных взрывов категорически запрещается использовать для облегчения пуска двигателя эфира, легковоспламеняющихся жидкостей „Арктика”, „Холод Д-40” и заливать бензин в цилиндры или во впускной коллектор, а также превышать уровень масла и давление в картере двигателя. Поэтому соблюдение правил поведения и мер безопасности является условием успешного выполнения лабораторных работ. 3. Цели и задачи лабораторных работ и лабораторных испытаний автомобильного двигателя. Предусмотренные учебным планом на лабораторные занятия 17 часов в настоящем учебном пособии используются для выполнения студентами 9 лабораторных работ, цель которых закрепить их теоретические знания, полученные в ходе лекционных и практических занятий по важнейшим для эксплуатационников разделам теории тепловых двигателей. Поставленная цель достигается путем решения задач обуславливаемых выполнение лабораторных работ посвященных: изучению стендового оборудования и приборов для выявления технического состояния автомобильного двигателя по крутящему моменту, индикаторной и эффективной мощности, механическому КПД и экономичности, по компрессии в цилиндрах и их герметичности; проведению важнейших эксплуатационных регулировок теплового двигателя и испытания его по скоростной характеристике для определения мощности и экономичности, замера крутящего момента и температур отработавших газов по цилиндрам с оценкой их неравномерности. Таким образом, выбранный перечень лабораторных работ позволяет охватить все основные разделы теории теплового двигателя, и наиболее полно удовлетворяют поставленным целям и задачам. Студенты, выполнившие все 9 предусмотренных лабораторных работ, получают навыки в проведении основных эксплуатационных регулировок автомобильного двигателя, осваивают устройство и принцип работы стендового оборудования и приборов замера крутящего момента и расхода топлива, методики определения мощности и удельного расхода топлива, а также замера температур и давлений, влажности воздуха, температур отработавших газов и частоты вращения коленчатого вала. Получают навыки в обработке данных измерений и критическом анализе результатов расчета, замеров и испытаний. Далее рассмотрены содержание и последовательность выполнения указанных 9 лабораторных работ, самостоятельное выполнение которых является обязательным для каждого студента при итоговом контроле знаний на зачете или экзамене по дисциплине. 4. Лабораторные работы. 4.1. Лабораторная работа №1. Оборудование и приборы для выявления технического состояния автомобильного двигателя по крутящему моменту (Мкр), эффективной и индикаторной мощности (Nеи Ni) и механическому КПД (ηм). Цель лабораторной работы. Изучение оборудования и приборов необходимых для замера крутящего момента (Мкр) и частоты вращения коленчатого вала (nе), методики расчетного определения Nе, Niи ηм на основе обработки данных замеров крутящего момента (Мкр), поглащаемого тормозным устройством стенда и частоты вращения вала тормоза (nт), и коленчатого вала двигателя (nе), используемых, как при испытании вновь изготовленных двигателей, так и при испытании двигателей в эксплуатации после их текущего и капитального ремонта. Теоретические основания и используемые формулы. В автомобильном двигателе скрытая химическая энергия топлива состоящего из углерода (85%) и водорода (15%) переводится в тепловую энергию путем сжигания в цилиндрах углерода (С) и водорода (Н2) с кислородом (О2) атмосферного воздуха [(С + О2 = СО2 и (2Н2 + О2) = 2Н2О]. Образовавшиеся газы, с высокой температурой (2300 К) и давлением (до 5 МПа), сосредоточенные в объеме камеры сгорания (Vc), в ходе реализации такта расширения рабочего тела совершают механическую работу по перемещению поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ) и тем самым осуществляется перевод тепловой энергии в механическую работу. Такая работа совершается во всех термодинамических круговых циклах реализуемых во всех цилиндрах двигателя в единицу времени, т.е. в 1 с. Суммарная работа газов в цилиндрах двигателя в течение 1 секунды в кГ∙м/с или Н∙м/с и эквивалент мощности в 1 л.с. = 75 кГ∙м/с или в 1 кВт = 102 кГ∙м/с позволяют определить индикаторную мощность двигателя в л.с. и кВт по известным формулам: где Рi – среднее индикаторное давление термодинамического цикла, кг/см2 (МПа); i – число цилиндров; Vn – рабочий объем цилиндра, л (см3); nе – частота вращения коленчатого вала, об/мин (с-1); 900 и 1224 – переводные коэффициенты. Суммарная работа газов или индикаторная мощность в ходе перемещения поршней и вращения коленчатого вала преодолевает механическое трение в сопряжениях деталей кривошипно-шатунных механизмов и различных приводов, необходимых для функционирования двигателя. Поэтому часть индикаторной мощности приходится расходовать на преодолении трения в самом двигателе и эта часть индикаторной мощности составляет мощность механических потерь Nм. Где Nе – эффективная мощность, л.с. (кВт). ηм – механический КПД двигателя, величина которого составляет 0,68÷0,92. Таким образом, эффективная мощность всегда меньше индикаторной мощности и это отличие тем больше, чем хуже изготовлен или отремонтирован двигатель и чем больше у него потери на трение. Эффективная мощность определяется по аналогии с Ni по формуле: Где Ре– среднее эффективное давление рабочего цикла, кг/см2 (МПа). Ре= Ре∙ ηм Эффективная мощность Nе отбирается от коленчатого вала (маховика) и передается потребителю. При этом двигатель развивает на коленчатом валу крутящий момент (Мкр) равный: Где: ω = π ∙ n/30 – угловая скорость вращения коленчатого вала, с-1; nе– частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин; Nе– эффективная мощность, л.с. (1) Где: Nе– эффективная мощность, кВт. Приборы для измерения индикаторной и эффективной мощности двигателя на прямую не существуют и поэтому для их определения используют косвенные методы, базирующиеся на замерах частоты вращения коленчатого вала и крутящего момента развиваемого специальным тормозом при поглощении мощности автомобильного двигателя при его работе на испытательном стенде. Мощность двигателя поглощается путем преобразования в тепловую энергию, которая может быть использована с пользой, либо рассеяна в окружающей среде (на водяном реостате). При этом Мкр двигателя и момент трения Мтрдействующий на ротор тормоза должны быть одинаковыми и уравновешиваются грузом Р подвешенным на плече l, т.е. Обработка данных замера Мкр и nепозволяет рассчитать эффективную мощность двигателя Nепо формуле (1). Испытательный стенд позволяет также определить мощность механических потерь в двигателе (Nм) путем прокрутки его от тормозного устройства работающего в режиме электродвигателя, что позволяет рассчитать индикаторную мощность двигателя Ni = Ne + Nм и механический КПД ηм = Ne/ Ni. Лабораторная установка для испытания и определения технического состояния автомобильного двигателя по Мкр,Ni, Ne, ηм и gе. Лабораторная испытательная установка состоит из автомобильного двигателя ВАЗ-2107, испытательного стенда МПБ 24,5/22, карданного вала, радиатора, водяного реостата, приборов, позволяющих производить необходимые измерения и фундаментной плиты. Схема лабораторной испытательной установки для испытания автомобильного двигателя приведена на Рис. 1. Рис. … Схема лабораторной установки для испытания двигателя Установка состоит из фундаментной плиты 20 на которой установлен электрический тормозной стенд с электрической балансирной машиной постоянного тока 7 МПБ 24,5/22 мощностью 25 кВт или 34 л.с. и максимальной частотой вращения nт = 75 с-1 или 4500 об/мин. Буквы МПБ в обозначении марки стенда означают - «машина постоянного тока балансирная», цифры показывают крутящий момент 24,5 кг∙м (245 Н∙м) в режиме электродвигателя и тормозной момент 22 кг∙м (220 Н∙м) в режиме генератора. В тормозной стенд, кроме балансирной машины 7 входит агрегат питания 18 и 19, нагрузочный водяной реостат 6 и весовое устройство 9 с циферблатной головкой и тахометрами 8 и 10 для измерения частоты вращения вала тормоза и коленчатого вала двигателя 15. На фундаментную плиту 20, кроме балансирной машины 7 устанавливается испытываемый автомобильный двигатель 15 ВАЗ-2107 и его радиатор 17. Ротор электрической балансирной машины 7 и коленчатый вал с маховиком двигателя 15 соединены между собой карданным валом 12 на концах которого размещены крестовины 11 с игольчатыми подшипниками. Двигатель 15 при работе на стенде питается атмосферным воздухом из помещения лаборатории и топливом (бензин марки Аи 93 или Аи 95) поступающим из емкости объемом не менее 1000 см3, установленный на весы, расположенные выше топливного насоса испытываемого двигателя на 300÷800 мм. Такая схема питания двигателя позволяет контролировать массу и время расхода выбранной дозы топлива за опыт и рассчитать часовой (Gт) и удельный (gе) расход топлива: Где: ∆g – масса дозы топлива, израсходованная за время опыта, г; τ – время в течение, которого двигатель расходует выбранную для опыта дозу топлива, например, 400 г, с; Ne– эффективная мощность испытываемого двигателя во время опыта, л.с. или кВт. Таким образом, в ходе испытаний двигателя и оценке его экономичности на том или другом режиме работы необходимо определить мощность двигателя на выбранном режиме нагрузки: 25%; 50%; 75% и 100% Nе, по показаниям циферблата весов и секундомера определить время расхода выбранной дозы топлива и выполнить необходимые подсчеты. Для пуска двигателя 15 или холодной его обкатки балансирная машина может работать в режиме электродвигателя и вращать карданный вал и соединенный с ним коленчатый вал двигателя. При этом асинхронный двигатель приводит во вращение генератор постоянного тока, от которого получает питание балансирная машина, а э.д.с. генератора (Ег) превышает э.д.с. балансирной машины (Еб.м.), т.е. обеспечивается соотношение Ег > Еб.м. При испытании двигателя 15 под нагрузкой в цепь обмотки возбуждения генератора вводится сопротивление (R) и тем самым обеспечивается снижение Э.Д.С. генератора и изменение соотношения Ег > Еб.м. В результате балансирная машина переходит в режим генератора, а генератор в режим двигателя и вращает асинхронный двигатель в генераторном режиме. Вырабатываемая при этом электрическая энергия поглощается водяным реостатом или может быть передан в сеть. Крутящий момент необходимый для определения мощности испытуемого двигателя Nе или мощности механических потерь Nм стенд позволяет определить при работе, как в режиме электродвигателя, так и в режиме генератора при помощи весового устройства 9, на циферблате которого нанесены две шкалы: одна с делениями от нуля по часовой стрелке для измерения нагрузки при работе балансирной машины в режиме генерато- ра и другая – с делениями от нуля против часовой стрелки при работе ее в режиме электродвигателя. Продолжение рис. 1.
Примечание: 1. В схеме испытательного стенда не приведены узлы и агрегаты общеобменной и местной вытяжной вентиляции лаборатории. Представленная на Рис. 1 схема лабораторной установки может отличаться от фактической из-за периодических модернизаций последней. В ходе лабораторной работы студенты должны учесть п. 1 и 2 и представить в отчете схему фактической лабораторной установки на состояние в день лабораторных занятий. Крутящие моменты, развиваемые на валу ротора балансирной машины, как в режиме двигателя, так и в режиме генератора равны крутящим моментам на коленчатом валу и передаются на корпус статора, вследствие чего он поворачивается либо по часовой стрелке, либо против нее. Этот поворот через стержень и двуплечий рычаг с грузом отклоняет маятник с грузом создающим силу Р на плече li уравновешивает момент на корпусе статора. При этом поворот двуплечего рычага через сектор и зубчатую шестерню обеспечивает поворот стрелки на циферблате. Уравновешивающий момент в стенде создается постоянной по величине силой Р и переменной по величине плече li, т.е. Мкi = Р ∙ li, кг∙м (Н∙м) Частота вращения коленчатого вала двигателя или ротора балансирной машины необходимые для перерасчета крутящего момента в эффективную мощность измеряют с помощью тахометров. При этом можно применять как стационарные, так и приставные тахометры. Первые постоянно связаны с коленчатым валом двигателя или валом ротора балансирной машины и при их вращении непрерывно показывают частоту вращения в минуту или в секунду. Частоты вращения указанных валов, обычно одинаковы и отличаться они могут только при наличии между ними редуктора. Приставные тахометры при измерениях принимаются к торцу вала и показывают частоту вращения его на момент измерений. При испытании автомобильного двигателя весьма важно контролировать параметры окружающей среды, т.е. давление Р0, температура Т0 и влажность φ0 атмосферного воздуха в помещении лаборатории, так как они оказывают существенное влияние на эффективную мощность и экономичность двигателя. Так, при повышении Р0 и снижении Т0 и φ0 отмечается увеличение количества воздуха поступающего в цилиндры, что способствует росту мощности и экономичности двигателя и наоборот. Поэтому, согласно стандарту мощность и экономичность автомобильных двигателей принято определять при стандартных или нормальных условиях: Р0 = 760 мм. рт. ст. или 100 кПа; Т0 = 288 К (15°С) и φ0 = 70%. Замеры Ne и ge осуществленные на испытаниях двигателя при атмосферных условиях Р0, Т0 и φ0 отличных от стандартных необходимо приводить к установленным значениям путем их перерасчета. В связи с этим, в лаборатории предусмотрены приборы 3, 4 и 5 для контроля Р0, Т0 и φ0, в качестве которых используются: спаренные термометры для измерения температуры сухого и влажного воздуха, разность показаний которых позволяет по таблице определить относительную влажность воздуха φ0; пружинные барометры – анероиды типа МД – 49 – 2 с ценой деления 1 мм. рт. ст., которые позволяют определить Р0 в пределах от 600 мм. рт. ст. до 790 мм. рт. ст.; жидкостный термометр с ценой деления шкалы 0,5°С и шкалой с диапазоном температур 0÷50°С. Кроме того, испытательный стенд должен иметь манометрические термометры для контроля температуры моторного масла в картере двигателя и температуры охлаждающей жидкости в верхнем бачке радиатора, а также пружинный манометр для контроля давления в главной магистрали системы смазки. Точность измерений. При выборе средств измерения необходимо исходить из их точности и быстродействия. Однако, большая точность, малая погрешность и высокая чувствительность в тяжелых условиях работы могут быстро утратить стабильность, что вызывает необходимость увязать требования точности измерений с характером испытаний, не ужесточая их без необходимости. При испытании двигателя принято считать достаточной точность ± 0,5% при измерении крутящего момента, частоты вращения коленчатого вала и расхода топлива. Температуры измеряют с точностью ± 0,5°С, давления – до 1 мм. рт. ст., относительную влажность с точностью до ± 2%. При этом точность определения эффективной мощности не превышает ± 2%. Погрешности измерений. Измерения не могут быть выполнены абсолютно точно и всегда содержать некоторую ошибку. В связи с этим, отмечаемые погрешности могут быть объективные и субъективные. Первые возникают вследствие не совершенства способа и средств измерения и влияния внешних условий на замеры, а вторые – из-за не внимательности, слабого зрения и слуха, а также отсутствия навыков и опыта у испытателя. В качестве меры характеризующей погрешность измерений можно использовать средняя квадратичная ошибка, определяемая по формуле: где: ΣΔi – сумма значений отклонений при осуществлении n измерений; n – число измерений данной величины. Чем меньше абсолютное значение σ, тем меньше погрешность измерений и выше точность замеров. Порядок изучения оборудования и приборов лаборатории. Изучение монтажа, центровки и крепления двигателя и радиатора, балансирной машины, весового устройства и карданного вала на фундаментной плите, водяного реостат и узлов питания стенда, а также контрольно-измерительных приборов. Разработка эскизного варианта принципиальной схемы лабораторной установки для испытания автомобильного двигателя. Сбор необходимых данных для составления отчета по лабораторной работе. Содержание отчета. Отчет должен содержать схему лабораторной установки для испытания двигателя и краткое изложение техники выполнения замеров Мкр, ne, ge и расчетного определения Ne, Nм, Niи ηм, а также перечень приборов необходимых для испытания автомобильного двигателя, т.е. ответы на следующие 5 вопросов. Контрольные вопросы. С какой целью выполняют стендовые испытания автомобильного двигателя. Как связаны между собой Мкр, Ne, Nм, Niи ηм. Какая связь между Gт, Ne,ge. Какие приборы требуются для измерения частоты вращения коленчатого вала, температур воздуха, моторного масла и охлаждающей жидкости и давления атмосферного воздуха и моторного масла в системе смазки. Для чего нужен в составе лабораторной установки для испытания автомобильного двигателя водяной реостат. |