1.4.2. Стендовые испытания

Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Машиностроение
Испытания на стендах отличаются высо­кой стабильностью задаваемых и поддержива­емых условий нагружения, температуры, влажности, запыленности и других факторов, влияющих на функционирование конструк­ции, точностью регулирования, измерения и регистрации, а также возможностью наблюде­ния за рабочими процессами (в том числе в труднодоступных частях).
Роль и место стендовых испытаний и ис­следований колесных и гусеничных машин определяются технико-экономическими огра­ничениями. Но даже при наличии большого числа стендов по объему получаемой инфор­мации стендовые испытания не конкурентос­пособны с полигонными или полевыми испы­таниями, в которых можно исследовать одно­временно много машин, проверять взаимодей­ствие испытуемой машины с опорной поверх­ностью сложного профиля, и воздействие климатических, атмосферных и других вне­шних факторов, что имитируется на стендах в ограниченном объеме. Кроме того, имитаци­онные стенды для испытаний машин с высо­ким ресурсом по надежности сами должны располагать ресурсом работы и надежностью во много раз большими, что требует значи­тельных расходов на изготовление, использо­вание высокопрочных материалов, больших производственных площадей. Поэтому стендо­вые испытания, как правило, сочетают с поли­гонными (полевыми). Они превалируют на стадии доводки конструкции, используются для контроля номинальных характеристик агрегатов и качества комплектующих изделий. На стендах испытывают все основные агрегаты машин.
Испытания двигателей. Стенды снабжены тормозными установками: гидравлическими, электрическими и индукторными. Испытания на стендах с электрическим приводом ревер­сивного действия выгодно отличаются, что позволяют оценить работу двигателя и меха­нические потери в режиме принудительного холостого хода, осуществлять пуск без стартера и холостую приработку после сборки.
1.4.2 
На рис. 1.4.2 приведена схема стенда для испытания двигателей 2 с помощью индуктор­ного тормоза мощности 3. С помощью прибо­ра 4 управления на тормозе устанавливается заданный режим испытаний. С помощью ре­гулятора управления 5 через исполнительный механизм 1 осуществляется переход на другой режим. Для испытаний двигателей в основном используют стандартизованные режимы. 
Длительность испытаний (ч) автомобильных дви­гателей на безотказность в зависимости от их объема приведена ниже.
Рабочий объем двигателя, л:
легкового автомобиля:
менее 1 ....................................  250
1 ... 2,5 ....................................  300
более 2,5 ......................................  350
грузового автомобиля с бензино­вым двигателем:
менее 2,5 .................................  350
2,5 ... 7 .....................................  400...450
то же с дизелем:
менее 3..................................... 400
3 ... 7 ........................................  600...1000
Испытания проводят циклами: 5 мин хо­лостой ход при (Aixxmin+300 мин'1); 170 мин дроссель полностью открыт при пном; 5 мин холостой ход при (A!xxmin+300 мин-1); 10 мин остановка двигателя (не менее). Длительность испытаний тракторных дизелей на безотказ­ность составляет 800 ч. Испытания циклами осуществляют: 10 мин холостой ход при максимальный крутящий мо­мент; 210 ч дроссель полностью открыт.
При стендовых испытаниях определяют: технические характеристики при регулировках и в комплектации, указанные предприятием изготовителем; предельные показатели мощно­сти и момента (исключается влияние несовер­шенства изготовления, регулировок приборов систем зажигания, заводских допусков на из­готовление); детонационные характеристики; надежность, включая безотказность и долго­вечность; токсичность, включая пробы на раз­ных установившихся режимах и в работе по циклу движения машины; дымность, и уровни шума и вибрации и др.
Правила и методы испытаний двигателей машин определяются стандартами и техничес­кими условиями.
Стендовые испытания и исследования аг­регатов трансмиссий. Они включают определе­ние статической прочности, жесткости, долго­вечности, внутренних энергетических потерь, уровней шума и вибрации, температурных характеристик, специальных показателей рабо­ты узлов и агрегатов. В большинстве случаев испытания проводят на универсальных стендах для оценки одновременно нескольких показа­телей. Для испытаний отдельных узлов и ме­ханизмов трансмиссии используются стенды прямого нагружения (с разомкнутым потоком мощности), с замкнутым контуром, с динами­ческой нагрузкой, с нагрузкой от маховых масс.
Испытания сцеплений включают опреде­ление момента трения, коэффициента надеж­ности при повышенных частотах вращения, термостойкости фрикционных накладок, ис­следования балансировки, характеристик дем­пфера крутильных колебаний, надежности механизмов включения, нажимных пружин, износостойкости фрикционных накладок, их намокаемости в воде и масле, некоторых дру­гих свойств. Программы комплексных испы­таний включают циклическую повторяемость процессов включения и выключения сцепле­ния с различными режимами.
Испытания механических коробок пере­дач регламентируются отраслевыми стандарта­ми (для автомобилей и колесных тягочей) или техническими условиями и включают: опреде­ление статической прочности (по нагрузкам, разрушающим наиболее слабое звено); уста­новление величины и положения пятен кон­тактов зубьев шестерен всех передач под на­грузкой; построение температурной характери­стики (по времени непрерывной работы в режиме максимальной мощности двигателя); оценки уровней вибрации и шума, качества работы синхронизаторов и механизма управ­ления, КПД.
При испытаниях надежности коробок передач и других агрегатов трансмиссии опре­деляют долговечность шестерен (по изгибной и контактной усталости зубьев), подшипников качения (по контактной усталости и износу), подшипников скольжения, муфт переключе­ния передач (синхронизаторов, торцовых по­верхностей зубьев шестерен), сальников, кар­теров, исследуют влияние различных конст­руктивных и технологических факторов на работу агрегатов и их механизмов или элемен­тов.
1.4.3
Для испытания коробок передач на долговечность в большинстве случаев исполь­зуют стенд с замкнутым контуром, на котором легко осуществить ступенчатое нагружение и нагружение по схеме случайного процесса (рис. 1.4.3). Электродвигатель 1 через упругую муфту 2 вращает редуктор 3, распределяющий вращение на две параллельные ветви, которые замыкаются редуктором 7. Испытуемая короб­ка передач 5 динамометрической муфтой 4 и карданным валом 6, а технологическая короб­ка передач 10 карданными валами 9 и 77 со­единены с редукторами 7 и 3. Нагружающее устройство 8 состоит из гидроусилителя и ре­дуктора, шестерни которого находятся в за­цеплении с зубчатыми секторами на картерах коробок передач.
С помощью нагружающего устройства 8 поворотом картеров коробок передач загружа­ются валы замкнутого контура. Блок автомати­зированной системы управления стендом включает узел I считывания и преобразования программы, узел III управления частотой вра­щения первичного вала коробки передач и узел II управления крутящим моментом.
При испытаниях автоматизированных коробок передач дополнительно исследуются: зависимость момента переключения от скорос­ти движения машины и нагрузки на ведомом валу, характеристики, управляющих систем, моменты трения в тормозах и фрикционах коробки.
Гидродинамические передачи трансмис­сии и приводов подвергают контрольным и приемочным испытаниям. Определяется без­размерная характеристика гидрообъемно- механической передачи гидротрансформатора, включая зависимости коэффициента транс­формации, КПД и коэффициента входного момента от передаточного числа и систем уп­равления. Испытания проводят при постоян­ном крутящем моменте на ведущем валу, рав­ным 0,5...0,9 максимального для гидромехани­ческих передач колесных машин и двум мак­симальным моментам для гусеничных машин с полной передачей мощности на борт при по­вороте.
Статическую прочность гидропередачи определяют при передаточном числе равном нулю и моменте на входе, который больше максимального. Проверяют также герметич­ность, прочность и долговечность уплотнений, стыков.
Стендовые испытания карданных передач начинают с определения прочности под стати­ческой нагрузкой крутящим моментом до раз­рушения слабого звена. Затем проводят вибро­испытания и динамические испытания с ба­лансировкой на специальных стендах, оцени­вают критическую частоту вращения до появ­ления изгибных колебаний, а также КПД пе­редачи. При испытаниях на долговечность карданной передачи программируют измене­ние наГружения по четырем параметрам: кру­тящему моменту, частоте вращения, углу меж­ду валами, осевому перемещению в шлицевом соединении.
Ведущие мосты испытывают на стендах в сборе и поэлементно (основные его узлы): главную передачу, дифференциал, полуоси, балку, поворотные кулаки (управляемых веду­щих мостов полноприводных автомобилей). Методика испытаний ведущих мостов и коро­бок передач аналогичны. При определении статической прочности и жесткости ведущих мостов соблюдается схема нагружения, соот­ветствующая приложению вертикальных на­грузок от рессор или несущей системы (при безрессорной подвеске). В сварных конструк­циях картер ведущего моста доводят до разру­шения скручивающей нагрузкой с целью оп­ределения качества сварных швов. В динами­ческих испытаниях определяют КПД ведущего моста, коэффициент блокировки дифференци­ала, долговечность зубьев колес главной пере­дачи, подшипников, деталей дифференциала, полуосей, сальников и уплотнений, полуосей и балки.
Основной причиной отказов ведущих мостов являются повреждения зубчатых пар главной передачи, режимы работы которых в трансмиссии наиболее тяжелее. Поэтому при составлении программ испытаний учитывает­ся, что питгинговые разрушения происходят при легких и средних режимах, отслоение цементованного слоя - при средних и тяже­лых, усталостные поломки зубьев - при тяже­лых режимах нагружения. Режимы нагружения получают на основе изучения и обобщения опытных наблюдений, сравнительного анализа рабочих процессов в конструкции аналогов, прототипов и других фактических материалов.
Долговечность полуосей определяют на стендах циклического знакопеременного на­гружения крутящим моментом по програм­мам, включающим блоки низко- и высокока­чественных нагрузок со ступенчатым измене­нием амплитуды.
Для определения КПД, коэффициента блокировки дифференциала, а также для испытания ведущих мостов на долговеч­ность используют стенды разомкнутого типа (рис. 1.4.4). Электродвигатель 1 нагружает испытуемый мост 2, полуоси которого соеди­нены с тормозами J. При испытаниях изме­няют крутящие моменты на ведущем валу главной передачи Мв и на полуосях М\ и Mj.
1.4.4 
Коэффициент блокировки дифференциа­ла определяют как отношение моментов М\/М2 При условии, что СО 1 < 0)2-
Испытания несущих систем, рам, кузовов и кабин. Эти испытания производят на стендах статического и динамического нагружения одновременно или отдельно (в различной комплектации) на машине, установленной на стенде. Целью статических испытаний несу­щих систем является проверка их прочности и жесткости. При этом определяют ослабленные или перегруженные участки и соединения, деформации под действием устанавливаемых агрегатов и груза, а также при разных видах внешнего нагружения. При статических испы­таниях используют преимущественно два ре­жима нагружения:
изгиб в вертикальном направлении под действием сил и реакций, приложенных в местах реального воздействия (опоры рессор, двигателя, кузова и других агрегатов) с пере­грузкой, например, для легковых автомобилей в 2 - 2,5, а для грузовых в 2,5 - 4 раза;
закручивание моментом, соответствую­щем предельному перекосу при преодолении экстремальных препятствий (например, для автомобилей - при вывешивании одного из колес).
При этих испытаниях напряжения в лю­бом сечении элементов не должны превышать предела текучести материала, а деформации - значений, необходимых для сохранения зазо­ров между силовыми элементами в дверных и оконных проемах, или других показателей форм предусмотренные конструкторской документа­цией.
Результаты статических стендовых испы­таний по изучению напряженного состояния всех элементов несущей системы под нагруз­кой (например, тензометрирование во многих точках нанесения хрупких покрытий) служат основаниям существенного сокращения объе­мов измерений в последующих динамических испытаниях. Статические стендовые испыта­ния используются также в программах и мето­диках оценки пассивной безопасности. Так, вертикальное нагружение крыши кабины, со­ответствующее двойному весу снаряженного автомобиля, используется как норматив стой­кости при опрокидывании.
Стендовые испытания с динамическим нагружением выполняют при тех же схемах установки несущих систем, кабин и кузовов, что и при статических испытаниях или на тех же стендах, если в их конструкции предусмот­рено непрерывное изменение внешнего воз­действия.
На современных стендах с гидропульса­торами динамическое нагружение регулируется в широких пределах и диапазонах частот, при­чем одновременно на изгиб и кручение, что приближает условия испытаний к условиям эксплуатации (рис. 1.4.5). Испытуемая машина 1 всеми колесами устанавливается на площад­ки гидроцилиндров 2. Статическое и динами­ческое нагружение осуществляется перемеще­нием штоков гидроцилиндров по заданному блок-программой режиму, имитирующему перемещение пятна контакта шины с опорной поверхностью. Блок управления 5 передает сигнал, поступающий из банка данных 6, со­держащего сведения о формировании блок- программы, на сумматор 4, в котором сигнал динамического нагружения суммируется со статической нагрузкой и передается на испол­нительный механизм 3 каждого гидроцилиндра.
1.4.5
Динамическое локальное нагружение на отдельных участках конструкции с помощью различных вибраторов направленного воздей­ствия позволяет оценить выносливость отдель­ных деталей и сочленений, частоту собствен­ных колебаний (например, панелей кузовов), формы частотных резонансов.
На стендах с динамическим нагружением оценивают долговечность конструкций в целом (рам, кузовов, кабин), их частей (лонжеронов рамы) и отдельных узлов (сочленения лонже­рона и поперечины рамы). В этом случае ис­пытывают вырезку из конструкции при тща­тельном согласовании вычленения и нагруже­ния испытуемого элемента на основании предварительного изучения его напряженного состояния.
Динамические стендовые испытания ку­зовов, кабин и комплектных машин являются основным способом оценки пассивной безо­пасности. При этом имитируются условия опрокидывания, лобового столкновения, наез­да. Используются стенды для установки ма­шины, ее разгона и наезда с заданной скорос­тью на массивное препятствие, а также стенды с массивными маятниками для имитации ударных нагрузок в определенные точки. На­пример, удар спереди по верхнему углу каби­ны моделирует падение машины с откоса, удар по задней стенке - воздействие незакрепленно­го груза при резкой остановке. Также испыты- ваются силовые каркасы кабин, бамперы, си­денья, ремни безопасности и др.
Стендовые испытания подвески. В испы­таниях определяются характеристики упругос­ти при вертикальных и поперечно-угловых деформациях, демпфирующие свойства и ки­нематику. Например, поперечно-угловая ха­рактеристика подвески представляет собой зависимость момента Л/, вызывающего крен рамы или несущего кузова, от угла крена ак в поперечной плоскости (рис. 1.4.6). Определя­ют характеристику по приведенной схеме. Момент создается двумя равными грузами Р, присоединенными к поперечной штанге, ко­торая закреплена на раме или кузове. Один груз подвешен к штанге, а второй действует через блок.
1.4.6
Моменты, действующие на каждую под­веску, определяют как произведение разности показаний весов под правым и левым колеса­ми на размер колеи. 
Существуют также другие стенды и спо­собы определения угловой жесткости подвес­ки. Так, пневматические и гидропневматичес­кие рессоры испытывают на стендах при ква­зистатическом (медленном) сжатии с различ­ным давлением упругой среды и в режиме динамического нагружения по гармоническо­му закону с различной частотой приложения нагрузки.
Амортизаторы исследуют на стендах для определения зависимости развиваемой силы сопротивления от скорости перемещения поршня. При контрольных и приемочных испытаниях амортизаторов определяют их герметичность, уровень шума и плавность работы. Проверяют также стабильность рабо­чей диаграммы и оценивают зависимость по­глощаемой энергии за цикл сжатия и отбоя от температуры масла.
Стендовые испытания на долговечность, как правило, проводят по элементам: рессо­рам, амортизаторам, шарнирам и др. В наибо­лее распространенных стендах для испытания листовых рессор с вертикальной нагрузкой (рис. 1.4.7) нагружение осуществляется гидро­цилиндром 1 с электрогидравлическим клапа­ном 5, получающим командные сигналы от устройства 4, которое сравнивает сигналы от программного устройства 3 и силового преоб­разователя 2.
1.4.7
Все большее распространение получают стендовые испытания при одновременном нагружении на изгиб и на кручение.
Испытания колес и шин. На стендах оп­ределяют: геометрические параметры (свобод­ный радиус, статический и динамический ра­диусы качения, площадь контакта шины с опорной поверхностью и др.); характеристики упругости, демпфирования при нагружении бокового увода; сцепные свойства, долговеч­ность (в основном по износу протектора и расслоению корда). Исследования упругости и демпфирования проводят в режимах квазиста­тического и динамического нагружения (в последнем случае при возбуждении и регист­рации свободных колебаний опирающейся на шину массы и невращающемся колесе или при вынужденных колебаниях массы на катящем колесе). Искомые характеристики получаются после обработки зарегистрированных парамет­ров колебаний согласно теории малых колеба­ний диссипативной системы, эквивалентной стендовой установке, с учетом известных ее параметров.
При испытаниях шин преобладают ре­жимы качения по внешним поверхностям вращающихся опорных барабанов. Исследуют также температурное состояние материала шины, давление и другие показатели.
Колеса (катки) и ступицы на стендах ис­пытывают на прочность под действием верти­кальной и боковой сил (окружная нагрузка обычно опускается). Под действием этих же сил испытывают колеса и катки на сопротив­ление усталости. При этом колеса и катки монтируют на стендах неподвижно, что позво­ляет наблюдать за зарождением трещин. Из элементов гусеничного движителя наиболее эффективны стендовые испытания траков гу­сеничных цепей на прочность и их сочлене­ний на износ, особенно в разных абразивных средах.
В рулевом управлении на стендах опре­деляют, главным образом, надежность рулевых механизмов, а также насосов, гидроцилиндров усилителей, оценивают износостойкость шар­ниров и других деталей. При стендовых испы­таниях рулевых механизмов внешняя нагрузка прикладывается к сошке и рулевому валу для его возвратно-вращательного движения. Ре­жим переменного нагружения устанавливается по моменту, равному 40 ... 50 % его значения для поворота управляемых колес на месте, и по частоте 1 ... 2 с"1. На стендах исследуются также потери на трение, КПД рулевого меха­низма, характеристики упругости рулевого привода.
Стендовые испытания полнокомплектных машин. Их проводят в исследовательских це­лях, основываясь на обратимости движения в системе движитель - опорная поверхность.
Автомобили испытывают на вращающих­ся круглых катках (барабанах, роликах) под колесами, тракторы транспортные гусеничные машины - на замкнутых лентах 2 под опорной поверхностью гусеничного движителя (рис. 1.4.8). Иногда испытания тяжелых тракторов и тягачей проводятся на стендах со снятыми гусеницами, при этом внешняя регулируемая нагрузка прикладывается к валам ведущих звездочек (безгусеничные стенды). На стендах исследуют тягово-скоростные характеристики, топливную экономичность машин, темпера­турные режимы отдельных узлов и агрегатов, особенности взаимодействия  колес (гусеничных цепей) с опорной поверхностью и другие рабочие процессы. При- установке в приводах стендов инерционных масс имити­руются переходные неустановившиеся режимы движения (разгон и накат). На роликовых стендах серийного производства испытывают тормозные механизмы и приводы, оценивают суммарную тормозную силу, неравномерность ее распределения по колесам, эффективность стояночных тормозных систем.
1.4.8
На стендах для ходовых испытаний пол­нокомплектных машин определяется универ­сальная характеристика машины как колеба­тельной системы, реагирующей на воздействие дорожных неровностей - передаточная функ­ция или амплитудно-частотная характеристи­ка. На барабанных стендах это достигается установкой на рабочей поверхности накладок, образующих по периметру синусоидальный профиль. Вращением барабана с накладками зона контакта, опирающегося на него колеса, смещается в вертикальном направлении по гармоническому закону, создавая кинемати­ческое возбуждающее колебание машины. Частота возмущения зависит от скорости вра­щения барабана, а амплитуда от толщины на­кладок. Известны попытки проведения на подобных стендах ресурсных испытаний пол­нокомплектных машин. Так, на тракторном полигоне на "рельсостенде" успешно прово­дятся испытания гусеничных тракторов с быс­трым доведением до предельного состояния рамы, кабины и деталей движителя.
Стендовые испытания полнокомплект­ных машин с возбуждением свободных коле­баний Подрессоренных и неподрессоренных масс подтягиванием и сбрасыванием дают информацию о колебательных параметрах колесных и гусеничных машин, включая дис- сипативные свойства ходовой части.
Почти во всех стендовых испытаниях, особенно динамических, обеспечение более тесной корреляции нагружения на стенде с нагружением в эксплуатации или эквивалент­ности их повреждающего воздействия отраже­но в задаваемых программах нагружения, ко­торые могут быть трех видов:
постоянная нагрузка или циклическая с постоянной амплитудой при нулевом или за­данном постоянным средним значением;
переменная ступенчатая нагрузка или циклическая со ступенчатым изменением амп­литуд в отдельных блоках;
случайная нагрузка, воспроизводящая процесс нагружения в эксплуатации (модели­рование натурного нагружения).
Основанием разработки программы слу­жит: статический анализ нагрузочного режима деталей и узлов, зарегистрированных в поли­гонных испытаниях или в эксплуатационных условиях; поломки в эксплуатации и теория рабочих процессов в машине, а также теория прочности и усталости деталей машин и мате­риалов.
Аэродинамическая труба. Это особый класс стендов, представляющих собой целый комплекс оборудования, приборов, систем, размещаемых на большой площади. Аэроди­намическая труба (рис. 1.4.9) предназначена для испытания всех моделей легковых и грузо­вых автомобилей массой до 8 т и имеет следу­ющее оборудование: вентиляционный агрегат с регулируемой частотой вращения и углами поворота лопастей, мощностью привода 1500 кВт для создания воздушного потока скорос­тью 200 км/ч; платформенные весы для одно­временного измерения шести составляющих аэродинамических сил и моментов, возбужда­емых набегающим потоком воздуха, с точнос­тью 0,02 %; платформу, поворачиваемую на угол 182° к направлению воздушного потока; координатно-измерительный механизм, выво­дящий с точностью до 1 мм в любую заданную точку объема рабочей части трубы специаль­ные датчики для измерения параметров воз­душного потока (скоростной напор, темпера­туру, давление воздуха и др.); стенд с беговы­ми барабанами для имитации движения до скорости 160 км/ч для легковых и 120 км/ч для грузовых автомобилей, регулируемой тор­мозным или крутящим моментом электродви­гателей привода беговых барабанов. Все рабо­чие агрегаты управляются электронной систе­мой, выводящей их на заданный режим испы­таний с помощью ЭВМ.
1.4.9
Аэродинамическая труба обеспечивает высокоточные испытания для определения аэродинамических характеристик автомобиля, их влияния на топливную экономичность, скоростные свойства, устойчивость, управляе­мость, эффективность систем вентиляции, отопления, отвода отработанных газов, загряз- няемость окружающей среды и др.
Стендовые испытания получают все большее развитие, особенно на стадиях довод­ки колесных и гусеничных машин.


 

Поиск


Сейчас 47 гостей онлайн





Забыли данные входа на сайт?