close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY8195

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 8195
(13) C1
(19)
(46) 2006.06.30
(12)
7
(51) G 01K 13/06
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЕТАЛЕЙ ПОРШНЕВЫХ
МЕХАНИЗМОВ С КРИВОШИПНЫМ ПОЛЗУННЫМ ПРИВОДОМ
(21) Номер заявки: a 20031211
(22) 2003.12.23
(43) 2005.06.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(72) Авторы: Чигринова Наталья Михайловна; Кузнечик Олег Ольгердович; Пресняков Геннадий Алексеевич; Чигринов Вадим Витальевич;
Сосновский Алексей Валерьевич
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(56) Костин А.К., Ларионов В.В., Михайлов Л.И. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания: Справочное пособие. - Л.: Машиностроение,
1979. - С. 93-95.
SU 1024749 A, 1983.
JP 8278205 A, 1996.
JP 3144171 A, 1991.
GB 1182152 A, 1970.
(57)
Способ измерения температуры деталей поршневых механизмов с кривошипноползунным приводом, включающий измерение температуры с помощью датчиков, отличающийся тем, что температуру гильзы определяют с помощью датчика температуры, а
температуру поршня определяют по изменению теплового зазора между гильзой цилиндра и движущимся внутри нее поршнем из соотношения:
BY 8195 C1 2006.06.30
∆T =
2

1 
 kx  R y 0
D1 (1 + α 1 ∆T1 ) − D −  
ϕ max ,

αD 
 ω  Mm y max

BY 8195 C1 2006.06.30
где ∆T и ∆T1 - температуры разогрева поршня и гильзы цилиндра поршневых механизмов
соответственно;
D и D1 - диаметры поршня и гильзы цилиндра поршневых механизмов соответственно;
α и α1 - коэффициенты линейного расширения материалов поршня и гильзы поршневых механизмов соответственно;
k - коэффициент упругости материала гильзы цилиндра поршневого механизма, который определяется на основании ее линейных размеров;
x - упругая деформация поверхности гильзы цилиндра поршневого механизма;
ω - угловая скорость вращения основного вала;
R - радиус основного вала;
М - крутящий момент основного вала;
m - масса гильзы цилиндра;
у0 - расстояние между верхней мертвой точкой и точкой установки вибродатчика;
ymax - расстояние между верхней мертвой и нижней мертвой точками цилиндра поршневого механизма;
φmax - угол максимального отклонения шатуна от начального положения при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке.
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности для измерения
температуры поршней поршневых механизмов с кривошипно-ползунным приводом.
Известен способ измерения температуры поршней поршневых механизмов с кривошипно-ползунным приводом, согласно которому в качестве детектора температуры используется металлическая пластина, установленная на поршне, температуру которого
необходимо определить. При этом изменение температуры поршня определяется в зависимости от изменения твердости металлической пластины [1].
Данный способ позволяет измерить температуру поршней поршневых механизмов с
кривошипно-ползунным приводом в любой момент времени. Однако, из-за того что при
каждом измерении температуры необходимо останавливать поршень, данный способ не
позволяет определять температуру на протяжении рабочего цикла механизма, элементом
которого является поршень.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения температуры поршней поршневых механизмов с кривошипно-ползунным
приводом с помощью термопары, установленной в теле поршня и имеющей специальные
токосъемники [2].
Данный способ позволяет измерять температуру поршней поршневых механизмов с
кривошипно-ползунным приводом, не останавливая работу механизма, элементом которого он является. Однако он не может быть использован на механизмах, работающих при
высоких оборотах, выше 5000 об/мин, а также требует конструктивных изменений механизма, температуру поршня которого необходимо измерить.
Задача предлагаемого изобретения - измерение температуры движущегося поршня
поршневых механизмов с кривошипно-ползунным приводом, работающих при высоких
оборотах, выше 5000 об/мин, и при этом исключение конструктивных изменений механизма.
Поставленная задача реализуется следующим образом. В способе измерения температуры деталей поршневых механизмов с кривошипно-ползунным приводом, включающем
измерение температуры с помощью датчиков, отличающемся тем, что температуру гильзы
определяют с помощью датчика температуры, а температуру поршня определяют по изменению теплового зазора между гильзой цилиндра и движущимся внутри ее поршнем,
которую определяют из соотношения:
2
BY 8195 C1 2006.06.30
∆T =
2

1 
 kx  R y 0
ϕ max ,
D 1 (1 + α 1 ∆T1 ) − D −  

α D 
 ω  Mm y max

где ∆T и ∆T1 - температуры разогрева поршня и гильзы цилиндра поршневых механизмов;
D и D1 - диаметры поршня и гильзы цилиндра поршневых механизмов;
α и α1 - коэффициенты линейного расширения материалов поршня и гильзы поршневых механизмов;
k - коэффициент упругости материала гильзы цилиндра поршневого механизма, который определяется на основании ее линейных размеров;
x - упругая деформация поверхности гильзы цилиндра поршневого механизма;
ω - угловая скорость вращения основного вала;
R - радиус основного вала;
М - крутящий момент основного вала;
m - масса гильзы цилиндра;
у0 - расстояние между верхней мертвой точкой и точкой установки вибродатчика;
ymax - расстояние между верхней мертвой и нижней мертвой точками цилиндра поршневого механизма;
φmax - угол максимального отклонения шатуна от начального положения при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке.
На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа измерения температуры кривошипно-ползунного механизма.
На корпусе двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-ползунным приводом, температуру поршня 1 которого необходимо измерить, устанавливаются датчики температуры 2 и виброперемещения 3 гильзы 4 цилиндра двигателя; датчик 5 крутящего момента
основного вала 6; датчик 7 угловой скорости. При этом датчики виброперемещения 3 и
температуры 2 устанавливаются на поверхности гильзы 4 цилиндра двигателя на одном
уровне и на фиксированном расстоянии от верхней мертвой точки поршня 1 (у0), а датчики 5 и 7 крутящего момента и угловой скорости устанавливаются непосредственно на основной вал 6. Температуру поршня находят следующим образом.
Определяется угол поворота шатуна 8:
ϕ ≈ 2ϕ max
y0
y max
,
(1)
где φmax - угол максимального отклонения шатуна от начального положения при движении
поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке;
ymax - расстояние между верхней мертвой и нижней мертвой точками.
Зная величину крутящего момента основного вала 6, радиус основного вала 6, массу 4
гильзы цилиндра двигателя, можно определить ускорение, с которым из-за наличия теплового зазора поршень 1 движется к стенке гильзы цилиндра двигателя 4 при своем опускании от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке:
M
ax ≈
ϕ,
(2)
mR
где M - крутящий момент основного вала;
R - радиус основного вала;
m - масса гильзы цилиндра;
δ - тепловой зазор между поршнем и внутренней стенкой гильзы цилиндра.
Зная ax, можно определить радиальную скорость, которой обладает поршень 1 в момент поворота шатуна 8 на угол ϕ:
2Mδ
(3)
ν x = 2ax δ =
ϕ.
mR
Учитывая (2), (3) и то, что сила удара поршня 1 о стенку гильзы цилиндра 4 двигателя
при повороте шатуна 8 на угол ϕ определяется изменением величины радиального им3
BY 8195 C1 2006.06.30
пульса за время его опускания на величину y0, то силу удара поршня 1 можно выразить
следующим образом:
∆p
1 2Mm
(4)
Fx = x =
δϕ ,
∆t
∆t
R
где p - радиальный импульс;
∆t - время опускания поршня на величину y0.
Зная угловую скорость вращения основного вала 6, ∆t определяется:
ϕ
∆t = ,
(5)
ω
где ω - угловая скорость вращения основного вала.
Учитывая (4), (5) и то, что Fx вызывает упругую деформацию поверхности гильзы 4
цилиндра двигателя в точке измерения датчика 3 виброперемещения, которая определяется законом Гука, получим:
ω 2Mm
(6)
Fx = kx =
δϕ ,
ϕ
R
где k - коэффициент упругости материала гильзы цилиндра поршневого механизма, который определяется на основании ее линейных размеров;
x - упругая деформация поверхности гильзы цилиндра поршневого механизма.
Из (6) следует, что
2
R
 kx 
(7)
δ=
ϕ   = D1 − D,
2Mm  ω 
где D - диаметр поршня;
D1 - диаметр гильзы цилиндра поршневого механизма.
Учитывая (7) и то, что δ зависит от линейного расширения материала гильзы цилиндра двигателя 4 и поршня 1:
(8)
δ=D1(1+α1∆T1)-D(1+α∆T),
где α1, α - коэффициенты линейного расширения материала гильзы цилиндра поршневых
механизмов и поршня;
∆T1, ∆T - температуры разогрева гильзы цилиндра поршневых механизмов и поршня,
получим:
2

1 
 kx  R
D1 (1 + α∆T1 ) − D −  
ϕ.
∆T =
(9)
αD 
 ω  2Mm 
Если известны α, α1, k, заданы D, D1, у0, уmax, m, R и измерены M, x, ∆T1, ω с помощью
датчиков 5, 7 крутящего момента, угловой скорости вращения основного вала 6, виброперемещения 3 и температуры гильзы 4 цилиндра двигателя, то, исходя из (1), (9), получим
уравнение для определения температуры поршня 1:
2

1 
 kx  R Y0
D1 (1 + α∆T1 ) − D −  
ϕ max  . (10)
∆T =

αD 
 ω  Mm y max

Пример реализации способа
Измерение температуры поршня производили на стенде для испытания двигателей
1G546V (ЧССР) ОАО "МОТОВЕЛО", на котором при обкатке двигателя ММВЗ 3.112 с
максимальной частотой вращения основного вала 6700 об/мин определяли температуру
поршня. Предварительно на этом двигателе, согласно чертежу, на основном валу были
установлены датчик крутящего момента испытательного стенда и датчик угловой скоро-
4
BY 8195 C1 2006.06.30
сти типа BE-178, на гильзу цилиндра установлены датчик температуры типа ТХК и вибродатчик типа KD-50.
Электрические сигналы датчиков подавались на вход аналогового селекторамультиплексора, а с него - на вход аналого-цифрового преобразователя, которые входят в
состав электронного устройства ADC 100К/12 (изготовитель ОАО "Спецприбор"), и передавались в персональную ЭВМ типа IBM, на которой по заданному алгоритму производились автоматические вычисления температуры поршня. Результаты измерений приведены
в таблице.
№
п/п
1
2
3
4
5
6
Частота вращения вала
тормоза, мин-1
1200-1300
2400
3600
4800
5500
6100
Время работы двигателя,
час
1
1
0,5
0,5
0,3
0,1
Температура поршня, °С
140
160
165
180
210
230
Таким образом, заявленный способ по сравнению с прототипом позволяет производить измерение температуры деталей поршневых механизмов с кривошипно-ползунным
приводом, работающих с частотой вращения основного вала больше 5000 об/мин, и не
требует конструктивного изменения механизма.
Источники информации:
1. А.с. СССР № 250504, МПК7 G 01K 13/06. - Опубл. 12.01.1970 // Бюл. № 26.
2. Костин А.К., Ларионов В.В., Михайлов Л.И. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания: Справочное пособие. - Л. Машиностроение, 1979. - С. 93-95.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
195 Кб
Теги
by8195, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа