1. Гидродинамические тормоза (гдт).

Основные требования, предъявляемые к тормозам и требования, предъявляемые к ним в связи с автоматизацией испытаний. Параметры, характеризующие тормоз в качестве нагружающего устройства.

Применение механических тормозов также возможно и в современных автоматизированных установках для имитации на стенде условий работы двигателя на автомобиле. Это, в частности, относится к режиму имитации на моторном стенде работы двигателя на автомобиле в момент включения сцепления в процессе трогания автомобиля с места  . Этот режим характеризуется низкими частотами вращения и значительным крутящим моментом, что трудно реализовать с помощью других тормозных устройств.

Нагрузочное устройство (тормоз) является основным элементом моторного стенда, оказывая основное влияние на всю его структуру. При выборе типа тормозной установки необходимо исходить из требований, которые предъявляются к тормозу.

1. Полное поглощение наибольшей мощности данного двигателя (торможение двигателя или его нагружение) во всём диапазоне его работы. Это требование проверяется взаимным наложением друг на друга внешних характеристик тормоза и двигателя, предполагаемого к испытаниям. Причём, такое торможение должно быть длительным и стабильным.

2. Возможность плавного и бесступенчатого регулирования в широком диапазоне частот вращения и нагрузок (регулируемость тормоза). Это определяет диапазон регулирования по нагрузке. Желательным является полное снятие нагрузки с двигателя с выходом на режим холостого хода. Регулирование по нагрузке также должно быть длительным и стабильным, а перемещение органа управления должно быть примерно пропорционально изменению мощности двигателя.

3. Устойчивость режима работы системы «двигатель – тормоз». Под устойчивостью этой системы понимается возможность восстановления без воздействия на органы управления двигателем и тормозом равенства их крутящих моментов (М_к и М_Т) после ликвидации случайного дисбаланса между ними. Желательно, чтобы это требование выполнялось естественно или при минимальной корректировке со стороны системы автоматического управления тормозом. Устойчивость существенно зависит от характеристики тормоза.

4. Возможность измерения крутящего момента (точнее, равного ему, но противоположного по знаку реактивного момента тормозной установки). В этом случае тормоз называется тормозным динамометром. Это возможно только при так называемой балансирной или упругой подвеске статора, обеспечивающей ему угловые перемещения при силовом взаимодействии с ротором. В настоящее время это требование не является обязательным. Всё больше фирм-производителей испытательной техники отказывается от придания тормозу функций измерения крутящего момента. Это упрощает конструкцию тормоза (из-за отсутствия балансирных подшипников), а измерение крутящего момента осуществляется непосредственно специализированным датчиком, размещаемым в соединении двигателя с тормозом (динамометрической муфтой).

5. Возможность проворачивания двигателя (обратимость), что позволяет определять условные механические потери, осуществлять пуск двигателя, реализовать режимы холодной приработки двигателя, исследовать режимы принудительного холостого хода.

6. Возможность полезного использования энергии в процессе торможения двигателя (рекуперативность), что является целесообразным в экономическом отношении.

7. Высокая энергоёмкость тормоза, то есть, возможность поглощения необходимой мощности при минимальных его размерах и массе. Желательно, чтобы суммарная установочная мощность агрегатов, обеспечивающих торможение двигателя, не намного превышала максимальной мощности испытуемого двигателя. Это является полезным при ограниченных размерах моторной установки.

8. Умеренный уровень шума, что облегчает условия работы обслуживающего персонала и облегчает реализацию устройств шумоглушения (при необходимости). Частично это достигается размещением части шумоизлучающих компонентов тормозной установки в подвальном помещении.

9. Возможность автоматизация управления тормозом. Это понятие включает в себя прежде всего дистанционное управление органами, регулирующими нагрузку. Это диктуется жёсткими требованиями к безопасности обслуживающего персонала, который при испытаниях двигателя должен находиться в отдельном помещении. Но главными задачами автоматизации управлением тормоза является автоматическое поддержание заданного режима работы, возможность автоматического перехода двигателя от одного режима к другому по заданной программе, а также моделирование на стенде режимов работы двигателя на автомобиле (включая неустановившиеся режимы).

Для решения задач, связанных с автоматизацией управления тормозом к нему предъявляются дополнительные требования, в частности:

 низкая мощность управления, что облегчает реализацию исполнительных элементов системы управления;

 высокие динамические свойства, что облегчает реализацию корректирующих или форсирующих звеньев цепи управления;

 низкий момент инерции ротора тормоза, что определяет его низкую механическую инерционность и, следовательно, быстрый переход системы «двигатель – тормоз» на новый скоростной режим;

 возможность кратковременных перегрузок по цепи управления, что имеет большое значение при форсировании переходных процессов в тормозе и быструю смену режима работы по нагрузке.

Основными показателями тормозных установок являются максимальные и минимальные значения величин поглощаемой мощности (N_Tmax и N_Tmin), и тормозного момента (M_Tmax и M_Tmшт), максимальные и минимальные значения частоты вращения (n_max и n_min), а также её номинальное значение (n_N), при котором достигается максимальная мощность, и значение частоты вращения (n_М), при котором достигается максимальное значение тормозного момента (М_Тmax). В число показателей также входят пределы (диапазоны) регулирования тормоза по частоте вращения (), крутящему моменту (_M) и по мощности (_N).

Для оценки эффективности тормозных устройств также используются различные характеристики, с учётом которых осуществляется выбор типа тормоза в зависимости от типа испытуемого двигателя и задач испытаний.

В настоящее время основное практическое применение для испытаний двигателя имеют: гидродинамические тормоза (ГДТ), тормоза на базе машин постоянного тока (МПТ), тормоза на базе асинхронных машин (АМ) и индукторные тормоза (ИТ).

Поглощение механической мощности в ГДТ.

ГДТ – тормоза, в которых поглощение мощности происходит в результате гидродинамической работы, затрачиваемой на перемещение жидкости, либо вследствие трения ротора о жидкость.

Составляющие тормозного момента (Мт) ГДТ.(2).

Разгон жидкости колесом ГДТ происходит по 2м причинам: в результате воздействия лопаток РК и лопаток статора на рабочую жидкость; в результате увлечения силами трения жидкости, омывающей ротор. Поглощаемый тормозной момент М_т зависит от скорости взаимного перемещения деталей ротора, возрастая с её увеличением.

Рабочий процесс ГДТ.

Действие ГДТ основано на сопротивлении жидкости перемещению, вращающемуся в ней ротора. При вращении ротора жидкость, заполняющая полость ГДТ начинает двигаться от центра (подвод жидкости осуществляется к центру) к периферии под действием центробежных сил. Увлекаясь во вращение рабочим колесом ГДТ, жидкость совершает движение вдоль межлопаточных каналов (если на рабочем колесе имеются лопатки); одновременно она вращается относительно оси ГДТ.

Превращение энергии в ГДТ.

В ГДТ механическая энергия ДВС преобразуется в кинетическую энергию жидкости, которая в конечном счёте превращается в тепло в результате трения и гидродинамических потерь. ГДТ относят к тормозам диссипативного типа: рассеиваемая ими мощность уносится водой или рассеивается воздухом и полезно не может быть использована.

Места подвода и отвода рабочей жидкости в дисковых ГДТ. Момент трения на примере дискового ГДТ с гладким ротором (вывод формулы). Коэффициент энергоёмкости.

[К] кВт/(мин^-3м⁵).

Повышение энергоёмкости дисковых ГДТ.

Увеличения энергоёмкости можно добиться изменением формы диска ГДТ. Необходимо увеличивать турбулентность движения жидкости, увеличивать трение жидкости, и увеличивать гидродинамическую работу.

В ГДТ с гладким ротором К = 0,15…0,20 кВт/(мин^-3м⁵).

В ГДТ с перфорированным ротором (сотовые ГДТ) К = 1,5…1,8 кВт/(мин^-3м⁵).

В штифтовых ГДТ К = 4,5…10 кВт/(мин^-3м⁵).

Преимущества и недостатки ГДТ с гладким ротором. Область применения.

Преимущества: 1. n = 500…60000 мин^-1; 2. простота конструкции; 3. минимальная склонность к кавитации. Недостатки: 1. низкий коэффициент энергоёмкости k = 0,15…0,20 кВт/(мин^-3м⁵). Область применения: ТК, Турбины.

Задача №1.