Способ измерения температуры деталей поршневых механизмов с кривошипным ползунным приводом

(51)01 13/06 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЕТАЛЕЙ ПОРШНЕВЫХ МЕХАНИЗМОВ С КРИВОШИПНЫМ ПОЛЗУННЫМ ПРИВОДОМ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Чигринова Наталья Михайловна Кузнечик Олег Ольгердович Пресняков Геннадий Алексеевич Чигринов Вадим Витальевич Сосновский Алексей Валерьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(56) Костин А.К., Ларионов В.В., Михайлов Л.И. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания Справочное пособие. - Л. Машиностроение,1979. - С. 93-95.1024749 , 1983.8278205 , 1996.3144171 , 1991.1182152 , 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 8195 1 2006.06.30 гдеи 1 - температуры разогрева поршня и гильзы цилиндра поршневых механизмов соответственнои 1 - диаметры поршня и гильзы цилиндра поршневых механизмов соответственнои 1 - коэффициенты линейного расширения материалов поршня и гильзы поршневых механизмов соответственно- коэффициент упругости материала гильзы цилиндра поршневого механизма, который определяется на основании ее линейных размеров- упругая деформация поверхности гильзы цилиндра поршневого механизма- угловая скорость вращения основного вала- радиус основного вала М - крутящий момент основного вала- масса гильзы цилиндра у 0 - расстояние между верхней мертвой точкой и точкой установки вибродатчика- расстояние между верхней мертвой и нижней мертвой точками цилиндра поршневого механизма- 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 гдеи 1 - температуры разогрева поршня и гильзы цилиндра поршневых механизмови 1 - диаметры поршня и гильзы цилиндра поршневых механизмови 1 - коэффициенты линейного расширения материалов поршня и гильзы поршневых механизмов- коэффициент упругости материала гильзы цилиндра поршневого механизма, который определяется на основании ее линейных размеров- упругая деформация поверхности гильзы цилиндра поршневого механизма- угловая скорость вращения основного вала- радиус основного вала М - крутящий момент основного вала- масса гильзы цилиндра у 0 - расстояние между верхней мертвой точкой и точкой установки вибродатчика- расстояние между верхней мертвой и нижней мертвой точками цилиндра поршневого механизма- 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 (у 0), 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 где- угол максимального отклонения шатуна от начального положения при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке- 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 где- крутящий момент основного вала- радиус основного вала- масса гильзы цилиндра- тепловой зазор между поршнем и внутренней стенкой гильзы цилиндра. Зная , можно определить радиальную скорость, которой обладает поршень 1 в момент поворота шатуна 8 на угол 2 Учитывая (2), (3) и то, что сила удара поршня 1 о стенку гильзы цилиндра 4 двигателя при повороте шатуна 8 на уголопределяется изменением величины радиального им 3 8195 1 2006.06.30 пульса за время его опускания на величину 0, то силу удара поршня 1 можно выразить следующим образом где- радиальный импульс- время опускания поршня на величину 0. Зная угловую скорость вращения основного вала 6,определяется где- угловая скорость вращения основного вала. Учитывая (4), (5) и то, чтовызывает упругую деформацию поверхности гильзы 4 цилиндра двигателя в точке измерения датчика 3 виброперемещения, которая определяется законом Гука, получим 2 где- коэффициент упругости материала гильзы цилиндра поршневого механизма, который определяется на основании ее линейных размеров- упругая деформация поверхности гильзы цилиндра поршневого механизма. Из (6) следует, что 2 1,2 где- диаметр поршня 1 - диаметр гильзы цилиндра поршневого механизма. Учитывая (7) и то, чтозависит от линейного расширения материала гильзы цилиндра двигателя 4 и поршня 1(8) 1(111)-(1),где 1,- коэффициенты линейного расширения материала гильзы цилиндра поршневых механизмов и поршня 1,- температуры разогрева гильзы цилиндра поршневых механизмов и поршня,получим 2 Если известны , 1, , заданы , 1, у 0, у, ,и измерены , , 1,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 Пример реализации способа Измерение температуры поршня производили на стенде для испытания двигателей 1546 (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 8195 1 2006.06.30 сти типа -178, на гильзу цилиндра установлены датчик температуры типа ТХК и вибродатчик типа -50. Электрические сигналы датчиков подавались на вход аналогового селекторамультиплексора, а с него - на вход аналого-цифрового преобразователя, которые входят в состав электронного устройства 100 К/12 (изготовитель ОАО Спецприбор), и передавались в персональную ЭВМ типа , на которой по заданному алгоритму производились автоматические вычисления температуры поршня. Результаты измерений приведены в таблице. Частота вращения вала тормоза, мин-1 1200-1300 2400 3600 4800 5500 6100 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, МПК 701 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