1

Cerina principal fa lanurile de msur este redarea real cu precizia dorit a mrimii msurate. Pentru a asigura o precizie ridicat traductorul trebuie s furnizeze ca mrime de ieire o mrime electric proporional cu mrimea msurat. Pe de alt parte este necesar ca coeficientul de proporionalitate s se pstreze constant pe ntreg domeniul de msur al traductorului.

n anumite condiii, coeficientul de proporionalitate al traductorului poate fii modificat, fapt care introduce distorsiuni n sistem i genereaz erori de msurare. Apariia distorsiunilor este cauzat de una sau mai multe din urmtoarele cauze: necorelarea impedanelor de cuplare a lanului de msurare; modificarea ncrcrii mecanice a obiectului msurii prin montarea

traductorului; necorelerea frecvenei semnalului msurat cu rspunsul n frecven al

componentelor lanului de msurare; nivel ridicat al zgomotului n lanul de msurare; calibrarea necorespunztoare a semnalului de msurare; eantionarea necorespunztoare a semnalului de msurare la conversia

analog digital; etc. Cunoscnd cauzele de apariie a distorsiunilor pot fi luate cele mai eficiente

msuri n vederea reducerii distorsiunilor i a mbuntirii preciziei de msurare.

Traductoare

Rolul i clasificarea traductoarelor Traductorul este elementul primar care preia mrimea neelectric, o transform

ntr-o mrime electric, care este msurat. Operaia aceasta se numete convertire i poate fii fcut n mai multe moduri. n tabelul 2.1 sunt reprezentate principalele tipuri de convertiri utilizate n cazul traductoarelor.

Dup modul n care se realizeaz convertirea traductoarele se pot mpri n: Traductoare generatoare (active), n cazul crora convertirea se realizeaz

prin preluarea unei pri din energia obiectului msurat i transformarea acesteia n energie electric ai crei parametrii sunt msurai. Asemenea traductoare folosesc fenomene fizice ca: inducia electromagnetic, efectul piezoelectric, efectul fotoelectric etc. Pentru a nu modifica comportarea sistemului mecanic este necesar ca prin traductoarele generatoare s fie preluat o parte extrem de redus din energia sistemului.

Traductoare modulare (pasive), care realizeaz conversia prin modificarea unei mrimi de circuit electric, cum este: rezistena electric, inductana, capacitatea, conductivitatea , etc. Aceast modificare poate fi efectuat prin intervenie mecanic, prin utilizarea direct a unor legi ale fizicii sau prin metoda compensaiei.

Aportul de energie pentru convertire se realizeaz prin alimentarea traductoarelor modulatoare de la o surs exterioar de curent electric.

2

Tabelul 2.1

CONVERSIA MRIMILOR NEELECTRICE N MRIMI ELECTRICE A. Producerea mrimilor electrice prin transformarea energiei

B. Modularea mrimilor electrice

1. Prin intervenie mecanic

2. Prin utilizarea direct a unor legi fizice

3. Prin metoda compensaiei

Mrimi produse: Mrimi modulate: Mrimi modulate: Mrimi modulate: Tensiune; Curent; Sarcin.

Rezisten; Inductan; Capacitate.

Rezisten; Conductivitate; Permeabilitate; Constant dielectric; Tensiune; Sarcin.

Curent

Exemple: Exemple: Exemple: Exemple: Tahogenerator; Termocuplu.

Traductor rezistiv de alungire; Traductor inductiv de deplasare.

Termometru cu rezisten.

Pirometru cu radiaie.

Pentru cercetarea experimental din domeniul autovehiculelor se utilizeaz cel

mai frecvent traductoarele modulatoare, cu modulare prin intervenie mecanic i traductoarele generatoare.

Dup destinaie traductoarele pot fi clasificate n: traductoare de deplasare; traductoare de vitez; traductoare de acceleraie; traductoare de for; traductoare de moment; traductoare de presiune; traductoare de temperatur; etc.

Fiecare traductor n parte, funcioneaz n baza unui principiu de conversie descris anterior.

Caracteristicile principale ale traductoarelor Pentru a asigura precizia cerut de tipul ncercrilor efectuate trebuie avui n

vedere parametrii de evaluare a caracteristicilor traductoarelor utilizate. Prin intermediul lor se stabilete gradul n care traductorul ales corespunde ncercrilor ce urmeaz s fie efectuate.

Parametrii principali n baza crora pot fi evaluate caracteristicile unui traductor sunt:

- caracterul funciei de convertire; - sensibilitatea; - scala total a sarcinii; - caracteristica de frecven sau rspunsul de frecven; - scala total de ieire; - rezistena la ieire; - tensiunea electric de alimentare (excitare); - histerezisul; - sensibilitatea la influena condiiilor de mediu;

3

- rigiditatea traductorului; - dimensiunile de gabarit i masa traductorului. Caracterul funciei de conversie a mrimii neelectrice msurate n, numit i

sarcin sau mrime de intrare n mrime electric uo, este recomandabil s fie liniar, pe ntreg domeniul de msur al traductorului, pentru a uura prelucrarea i interpretarea datelor. Liniaritatea traductorului se apreciaz prin diferena maxim dintre curba de etalonare a traductorului i dreapta care trece prin punctele corespunztoare sarcinii minime i sarcinii nominale exprimate n procente.

Sensibilitatea traductorului este definit prin raportul dintre variaia mrimii

semnalului de ieire uo i variaia corespunztoare mrimii neelectrice de intrare (variaia sarcinii) n. Raportul uo/n caracterizeaz panta dreptei de etalonare fiind numeric egal cu sinusul acesteia. Acest raport trebuie astfel ales nct s se obin precizia dorit de msurare. Valoarea minim a variaiei mrimii de intrare care produce o variaie perceptibil (msurabil) a semnalului de ieire determin pragul de sensibilitate al traductorului.

Scala total a sarcinii, reprezint domeniul de utilizare al traductorului, adic

domeniul cuprins ntre valoarea maxim i minim a amplitudinii mrimii neelectrice de intrare. Ea servete la alegerea corespunztoare a traductorului, avnd n vedere c depirea sarcinii maxime conduce la apariia neliniaritilor sau la distrugerea traductorului, iar la valori mai mici dect valoarea minim variaia mrimii electrice este nu ofer precizie suficient de msurare.

Caracteristica de frecven sau rspunsul de frecven, determin limitele de

frecven ale mrimilor care intr n traductor, astfel nct s u se produc o deformare a semnalului de ieire din traductor peste limitele admise. Limitarea de frecven apare de obicei ca urmare a fenomenului de rezonan mecanic a sistemului format di obiectul de ncercat i traductor.

Scala total de ieire, este dat de diferena mrimilor electrice maxim i

minim corespunztoare limitelor totale de scal de sarcin a traductorului. Aceste valori servesc pentru alegerea corespunztoare a echipamentelor care se conecteaz semnalul de ieire din traductor. n cazul traductoarelor modulare, scala de ieire este determinat de valoarea tensiunii de alimentare.

Rezistena de ieire, reprezint rezistena electric msurat la bornele de ieire

ale traductorului. Valoarea acesteia prezint importan pentru a asigura compatibilitatea cu echipamentul la care se conecteaz traductorul.

Tensiunea electric de alimentare a traductorului este specific traductoarelor

modulare. Histerezisul reprezint diferena maxim dintre mrimile electrice de ieire

corespunztoare aceleiai sarcini aplicate mai nti cresctor i apoi descresctor, n domeniul de funcionare al traductorului.

Sensibilitatea la condiiile de mediu caracterizeaz variaia caracteristicilor

traductorului sub aciunea diferiilor factori de mediu: temperatur; umiditate; presiune hidrostatic; cmpuri electromagnetice; zgomot; etc.

4

Rigiditatea traductorului, reprezint raportul dintre fora aplicat i deplasarea pe

direcia de aciune a forei. Aceast caracteristic prezint importan pentru traductoarele care sunt ataate sistemelor mecanice, deoarece provoac schimbri a comportrii dinamice a acestora. Rigiditatea traductoarelor trebuie s fie foarte mare n comparaie cu sistemul atunci cnd acesta este montat n serie (la msurarea forelor, momentelor, presiunilor) i trebuie s fie neglijabil la montarea n paralel (la msurarea deplasrilor).

Dimensiunile de gabarit i masa traductorului determin posibilitatea utilizrii

traductorului din punct de vedere al atarii la locul msurrii, ct i al influenrii sistemului cruia i se efectueaz msurtorile.

Alegerea traductoarelor se face n baza caracteristicilor enumerate mai sus i a

cerinelor impuse de condiiile concrete n care se face cercetarea experimental, astfel nct s fi atins scopul cercetrii experimentale. n acelai timp trebuie asigurat compatibilitatea ntre componentele lanului de msur. La luarea deciziei privind alegerea tipului de traductor, trebuie avute n vedere n vedere posibilitile de utilizare corelate cu costurile ncercrii.

Principalele tipuri de traductoare, caracteristicile lor i domeniul de utilizare sunt centralizate n tabelul 1.

5

Tabelul 1

Nr.

Crt

Tipul traductorului/ reprezentarea schematic

Relaia de funcionare

Utilizare Avantaje Dezavantaje

0 1 2 3 4 5

1 Traductor de inducie cu magnet mobil.

Traductor diferenial pentru vibraii seismice.

Construcie simpl; Sensibilitate ridicat; Caracteristic liniar.

2 Traductor de inducie cu bobin mobil.

Traductor pentru vibraii seismice; Microfon; Excitator de vibraii;

Funcionare sigur.

Domeniu de msur limitat; Legturi electrice mobile.

3 Traductor de inducie tahogenerator.

Z Tagogenerator de c.c.; Tagogenerator de c.a.; Msurarea vitezei liniare.

Funcionare sigur; Tensiunea sau frecvena proporional cu turaia.

Tensiunea conine un numr mare de armonici; Fiabilitate sczut a tahogeneratoarele de c.c.

4 Traductor inductiv cu o bobin.

G pentru

6

7 Traductor poteniometric.

D

Traductor pentru deplasri unghiulare; Traductor de deplasare; Traductor de poziie.

Simplu; Economic; Poate fi utilizat i fr amplificare.

8 Traductor de impulsuri cu contact.

Msurarea vitezelor unghiulare reduse; nregistrarea regimurilor de funcionare.

Simplu; Nu necesit amplifcare.

Fiabilitate redus; Vitez unghiular limitat.

9 Traductor de impulsuri fr contact.

Z Msurarea vitezei unghiulare.

Este robust; Este fiabil; Este sigur n funcionare; Are rspuns liniar.

Nu indic sensul de rotaie; Tensiunea conine armonici.

10 Traductor de impulsuri fotoelectric.

Msurarea vitezei unghiulare; Numrtor de rotaii.

Traductor fr contact; Eroare mic; Rspuns liniar; Domeniu larg de frecven.

Influenat de lumina parazit.

11 Traductor piezoelectric.

Msurarea forelor; Msurarea acceleraiilor; Msurarea momentelor; Msurarea presiunilor; Microfon.

Nu sunt influenate de cmpurile magnetice; Au domeniu de msur foarte larg; Sunt liniare pe domeniul de msurare.

Necesit rezisten de izolaie foarte bun.

12 Traductor tensometric rezistiv cu fir liber.

H

H

Msurarea forelor; Msurarea presiunilor.

Erori mici; Nu necesit adezivi; Pot fi utilizate la temperaturi ridicate.

Sensibile la variaii rapide de temperatur.

7

13 Traductor tensometric rezistiv cu fir sau folie pe suport.

H

Msurarea majoritii mrimilor mecanice prin intermediul alungirii.

Erori foarte mici; Multiple posibiliti de utilizare; Funcioneaz la frecvene mecanice mari.

Sensibilitate foarte mic; Sensibile la umiditate.

14 Traductor tensometric rezistiv cu semiconductoare.

H

H

Construcia traductoare-lor de sensibilitate ridicat.

Sensibilitate mare; Funcioneaz la frecvene mecanice mari.

Fragilitate mare; Rspuns neliniar la alungiri mari; Sensibilitate la variaii de temperatur.

15 Traductor capacitiv cu distan dintre placi variabil.

1

1'

Msurarea deplasrilor; Msurarea presiunilor.

Sensibilitate foarte mare.

Sensibilitatea variaz neliniar cu distana dintre plci.

16 Traductor capacitiv cu suprafaa plcilor variabil.

Msurarea deplasrilor.

Rspuns liniar.

Sensibilitate transversal.

17 Traductor capacitiv cu dielectric deplasabil.

Largi domenii de utilizare.

Rspuns liniar; Sensibilitate transversal redus.

Datorit faptului c n unele cazuri mrimea neelectric nu poate fi transformat direct n mrime electric sunt situaii n care aceasta este convertit tot ntr-o mrime neelectric n prim faz, dup care este transformat ntr-o mrime electric msurabil. Principalele tipuri de convertoare mecanice-mecanice sunt prezentate n tabelul 2.4. Dintre cele mai utilizate convertoare mecanice-mecanice utilizate la ncercarea autovehiculelor pot fi amintite: roata a 5-a, n cazul creia spaiul parcurs i viteza de deplasare sunt convertite n deplasare unghiular, respectiv vitez unghiular, care la rndul lor sunt convertite i msurate pe cale electric; msurarea forelor i momentelor prin convertirea lor n deformaii axiale sau unghiulare, care sunt msurate cu ajutorul traductoarelor rezistive.

8

ncercarea motorului

Noiuni generale privind ncercarea motoarelor Pentru a studia performanele dinamice, economice i ecologice ale motoarelor cu

ardere intern care echipeaz autovehiculele trebuie controlat foarte precis viteza unghiular i momentul care solicit motorul. n felul acesta pot fi puse n eviden regimurile foarte variate de exploatare. Acest lucru se realizeaz pe standuri de ncercare prevzute cu frne. Schema unui astfel de stand este prezentat n figura 3.1, el fiind compus din urmtoarele elemente principale:

1 1 motorul cu ardere intern; 2 frna; 3 lagrele de susinere a arborelui frnei; 4 braul frnei; 5 contragreutatea pentru echilibrarea frnei; 6 traductorul de vitez unghiular

Pentru a efectua ncercarea motoarelor n condiii de laborator, acestea trebuie s

fie instrumentate pentru a msura cu precizia impus parametrii cum sunt: debitul de aer; debitul de combustibil; temperatura; presiunea; avansul la aprindere (n cazul motoarelor cu aprindere prin scnteie); avansul la injecie; etc. Pentru a putea nelege mai bine procesele complexe de curgere i ardere care au loc n interiorul cilindrilor, este necesar vizualizarea proceselor cu ajutorul echipamentelor optice de msur.

Aprecierea motoarelor se poate face pe baza parametrilor determinai n timpul ncercrilor efectuate pe standuri.

Prin caracteristic a motorului se nelege dependena unor parametrii caracteristici ai motorului (putere, moment, consum), funcie de unul dintre parametrii caracteristici regimului de funcionare (viteza unghiular, sarcina). Caracteristicile principale ale motoarelor care se determin prin ncercri pe standuri sunt:

- caracteristicile de turaie la sarcini pariale i totale;

Fig. 3.1 Schema standului pentru ncercarea motoarelor.

9

- caracteristica de sarcin la turaie constant; - caracteristica de mers n gol; - caracteristica pierderilor mecanice; etc.

Pe standuri mai pot fii efectuate ncercri prin care sunt determinate: calitile de pornire; sigurana n funcionare; fiabilitatea; etc.

Frne pentru ncercarea motoarelor Rolul principal al frnelor utilizate la ncercarea motoarelor este de a genera un

moment rezistent care acioneaz asupra arborelui cotit pentru a determina momentul i puterea furnizat de motor. Momentul de frnare este reglabil, comanda frnelor realizndu-se dup unul dintre urmtorii algoritmi:

- meninerea turaiei constante a arborelui cotit; - meninerea unui moment de frnare constant; - meninerea sarcinii motorului prin comanda unui debit de combustibil constant. n practica ncercrii motoarelor sunt folosite urmtoarele patru tipuri de frne:

- frne mecanice; - frne aerodinamice; - frne hidrodinamice; - frne electrice.

Frnele mecanice, au o construcie simpl, acionarea lor este uoar, motiv pentru care preul lor de cost este relativ sczut. Principiul de construcie a unei frne mecanice cu friciune, este prezentat schematic n figura 3.2. Dup arborele cotit al motorului se fixeaz tamburul 1. Momentul de frnare, Mf, este produs prin acionarea frnei cu band 2, cu ajutorul dispozitivului cu urub 7. Pentru creterea eficienei frnrii banda de frnare 2 este placat cu materialul de friciune 3. Rotirea frnei cu band este oprit de braul 4, prin intermediul elementului elastic al

dinamometrului 5, care are i rolul de a msura fora F, care aplicat la distana r echilibreaz momentul de frecare Mf. Pentru a amortiza oscilaiile braului 4 se folosete un amortizor 6, care este legat n paralel cu dinamometrul 5.

Momentul de torsiune dezvoltat de motorul cu ardere intern Me, pentru a nvinge momentul de frnare Mf, se calculeaz cu relaia:

(1.1)

unde: Me este momentul efectiv al motorului; Mf momentul de frnare; F fora care echilibreaz momentul de frecare; r raza la care este aplicat fora F.

Pentru calculul puterii dezvoltate de motorul cu ardere intern, Pe, se folosete relaia:

Z (1.2)

Fig. 3.2 Schema frnei mecanice.

10

n care: & este viteza unghiular a arborelui cotit al motorului. Frna permite modificarea momentului motor Me prin modificarea momentului de

frnare Mf. Pentru un moment de frnare i pentru o sarcin a motorului dat, viteza unghiular a motorului se stabilizeaz la o anumit valoare pentru care puterea furnizat de motor Pe este egal cu puterea consumat prin frecare Pf. Acesta este principiul dup care se determin momentul motor corespunztor pentru diferite viteze unghiulare i sarcini ale motorului.

Frnele mecanice au urmtoarele dezavantaje: - momentul de frnare este constant pentru o for de strngere a benzii de

frnare, - la viteze unghiulare ridicate apar vibraiile i pericolul de gripare; - instabilitate la funcionarea la viteze unghiulare diferite; datorit nclzirii apar

variaii importante ale coeficienilor de frecare. Datorit acestor dezavantaje acest tip de frne nu mai sunt utilizate la ncercrile de laborator.

Frnele aerodinamice au o construcie simpl, sub forma unor ventilatoare cu

palete lungi. Acest tip de frne au fost utilizate la ncercri de anduran la regimuri staionare. Dezavantajul principal al acestui tip de frn const n reglarea dificil a ncrcrii motorului, deoarece pentru aceasta este necesar oprirea acestuia i modificare caracteristicilor ventilatorului prin modificarea geometriei sau a dimensiunilor acestuia. Pentru msurarea puterii motorului se folosete una dintre urmtoarele trei metode: calibrare naintea ncercrilor; msurarea momentului reactiv al motorului ncercat; msurarea momentului care solicit axul de legtur al frnei cu ventilatorul cu un traductor de cuplu.

Frnele hidrodinamice se mai afl nc n folosin n unele dintre laboratoarele

de ncercare a motoarelor. Statorul i rotorul sunt cuplate prin intermediul apei, sau a fluidului utilizat, care transmite momentul de la rotor la stator. Modificarea rezistenelor se face relativ ncet, fiind necesare cteva secunde pentru stabilizare. De asemenea acest tip de frne nu pot fii utilizate la antrenarea motoarelor ncercate. Frnele hidrodinamice se pot clasifica n dou categorii principale: cu friciune (discuri, boluri) i cu turbulen (caviti).

Domeniul de utilizare al frnelor hidrodinamice, reprezentat n figura 3.3, este limitat de parabola OA, corespunztoare umplerii maxime cu ap, de dreapta AB, corespunztoare momentului maxim, de dreapta BC, corespunztoare puterii maxime, de dreapta CD, corespunztoare turaiei maxime i de dreapta OD, corespunztoare puterii minime absorbite la funcionarea frnei fr ap. Debitul de ap trebuie ales astfel nct temperatura apei s nu depeasc 75oC. La temperaturi mai mari apare pericolul de vaporizare parial, mediul bifazic determinnd o instabilitate pronunat a momentului rezistent. De asemenea vaporizarea favorizeaz depunerea, suprafeele rotorului i statorului, a srurilor dizolvate n ap. Pentru ca

Fig. 3.3 Domeniul de utilizare al

frnelor hidraulice.

11

frnele s fie eficiente, domeniul de putere al frnei trebuie s acopere ntregul domeniu de putere al motorului ncercat, altfel spus, caracteristica extern de putere a motorului trebuie s nu depeasc suprafaa OABCD.

Frnele electrice, au arborele conectat la un generator electric. Funcionarea

frnelor electrice se bazeaz pe interaciunea cmpurilor magnetice ale rotorului i statorului, momentul rezultant transmis la carcasa statorului reprezint momentul de frnare. Un mare avantaj al frnelor electrice este acela c cmpul electromagnetic poate fi modificat aproape instantaneu, n felul acesta poate fi modificat foarte rapid momentul rezistent. Modificarea rapid a momentului rezistent este folositoare mai ales n cazul n care se efectueaz ncercri dinamice, n timpul crora sarcina motorului variaz foarte rapid n sens cresctor sau descresctor.

Funcie de varianta constructiv, frnele electrice ndeplinesc numai rolul de frn, sau ndeplinesc rolul de frn i de motor de antrenare pentru motorul ncercat. Utiliznd frna ca motor de antrenare sunt puse n eviden pierderile produse de mecanismele auxiliare ale motorului, de vscozitatea uleiului, de frecrile din mecanismul motor i calitile de pornire ale motorului.

Ca generatoare electrice, frnele electrice transform energia mecanic furnizat de motorul cu ardere intern ncercat n energie electric care este transmis ntr-o reea de ncrcare. ncrcarea se produce fie cu ajutorul unui reostat (cu ap sau cu rezistene metalice), n acest caz energia electric se transform n energie termic, fie se conecteaz generatorul la reea i energia este livrat diverilor consumatori.

Frnele electrice se clasific n: frne de curent continuu (DC direct-curent); frne de curent alternativ (AC alternating-curent); frne cu cureni turbionari.

n cazul frnelor de curent continuu (DC) momentul rezistent poate fi reglat ntr-o

gam foarte larg. n cazul frnelor de putere mic nu este necesar utilizarea rcirii cu ap fiind suficient rcirea cu aer a reostatului de ncrcare. Marele avantaj al frnelor de curent continuu const n posibilitatea folosirii lor ca motor de antrenare. Alte avantaje ale acestui tip de frne sunt: modifica foarte rapid foarte rapid momentul rezistent; pot fi controlate uor cu ajutorul calculatorului electronic. Dezavantajul principal al acestui tip de frn l constituie momentul de inerie mare, care mpiedic modificarea rapid a vitezelor unghiulare.

Frnele de curent alternativ (AC) sunt

generatoare de curent alternativ, care pot funciona att ca frne ct i ca motoare de antrenare. Frnele de curent alternativ pot modifica foarte rapid momentul rezistent i pot fi controlate cu ajutorul calculatorului electronic. La fel ca i n cazul frnelor de curent continuu modificarea rapid a vitezelor unghiulare este mpiedicat de momentul de inerie mare al componentelor aflate n micare de rotaie.

Frnele cu cureni turbionari sunt folosite pe scar larg n laboratoarele de ncercare. n cazul acestor frne energia electric generat este transformat n cldur n frn, iar transferul de cldur ctre mediul exterior este realizat forat de o instalaie

Fig. 3.4 Diagrama de funcionare a

frnelor cu cureni turbionari.

12

de rcire cu ap. Frnele cu cureni turbionari au o construcie simpl i sunt robuste. Spre deosebire de frnele de curent continuu i de cele de curent alternativ acest tip de frne nu pot fi folosite pentru antrenare. Frnele cu cureni turbionari sunt uor de controlat cu ajutorul calculatoarelor electronice, iar momentul rezistent poate fi modificat foarte rapid. Datorit momentului de inerie mai sczut pot fi realizate schimbri mult mai rapide ale vitezelor unghiulare dect n cazul frnelor de curent continuu i a celor de curent alternativ.

n figura 3.4 este prezentat diagrama de funcionare pentru frna cu cureni turbionari. Aria delimitat de curbele caracteristice limiteaz momentul rezistent pe care l poate genera frna. Cele cinci curbe caracteristice sunt:

- OA dreapta pentru turaii sczute, n lungul acesteia momentul rezistent este generat de curentul turbionar maxim, care poate fi dat de frn la turaii sczute;

- AB dreapta corespunztoare momentului maxim, aceasta caracterizeaz momentul rezistent maxim pe care l poate genera frna;

- BC parabola corespunztoare puterii maxime, aceasta arat care este puterea maxim care poate fi disipat de frn, funcie de care este dimensionat sistemul de rcire cu ap al frnei;

- CD limita turaiei maxime, dat de turaia maxim la care poate funciona frna la parametrii normali;

- OD caracteristica pierderilor reziduale datorate frecrilor din lagre, rezistenele aerodinamice i de magnetizarea remanent.

Peste aceast caracteristic este suprapus i caracteristica de moment a unui motor cu ardere intern. Pentru ca ncercarea motorului s se efectueze n condiii bune, diagrama de moment a motorului trebuie s fie cuprins n interiorul conturului OABCDO, pentru toate regimurile de ncercare.

Dup cum s-a mai amintit la nceputul subcapitolului pentru comanda unei frne, indiferent de tipul ei, este utilizat la un moment dat unul dintre urmtorii trei algoritmi principali de comand ai frnelor: meninerea vitezei unghiulare constante a arborelui cotit; meninerea unui moment de frnare constant; meninerea unui debit de combustibil constant.

Msurarea debitului de aer Pentru estimarea debitului masic al aerului consumat de motorul cu ardere intern

se poate face pornind de la expresia urmtoare:

60

.UK (1.1)

n care: - i este densitatea aerului n [kg/m3]; - v randamentul volumic; - Vs cilindreea total; - ks constant (ks=1 pentru motoarele n doi timpi; ks=2 pentru motoarele n patru

timpi). La determinarea densitii aerului, i, funcie de condiiile de mediu se poate folosi relaia:

U (1.2)

13

unde: pi presiunea absolut [Pa]; R constanta specific aerului [J/kgK]; Ti temperatura absolut [K]. n practic s-a constatat c aproximarea debitului de aer consumat, cu ajutorul relaiilor anterioare nu este suficient de precis. n consecin se recurge la msurarea debitului pentru aprecierea cu precizie a randamentului volumic, a coeficientului de saturaie i al gazelor nearse recirculate.

Avnd n vedere caracterul curgerii gazelor prin motoarele cu ardere intern se au n vedere dou tipuri de msurtori ale debitului gazelor, i anume: msurtori instantanee; msurtori cvasi-staionare.

Msurtorii instantanee Datorit caracterului ciclic al proceselor care au loc n

motoarele cu ardere intern i datorit schimbrilor rapide ale caracteristicii curgerii gazelor de la debite egale cu zero pn la valorile maxime n cteva fraciuni de secund, cercetrii sunt interesai de studiul amnunit al proceselor de curgere care au loc n toate fazele de funcionare ale motoarelor cu ardere intern. Spre exemplu ei pot determina valorile maxime al debitului de aer din timpul admisiei, debitul de gaze arse evacuate, debitul de amestec nears rentors n galeria de admisie datorate curgerii inverse nainte de nchiderea supapei de admisie. Studiul acestor procese presupune utilizarea unui lan de msur specializat cu rspuns foarte rapid (cteva milisecunde) i cu un domeniu foarte larg al valorilor determinate.

Msurtori cvasi-staionare n cazul acestui tip de msurtori, cercettorii nu sunt interesai de determinarea variaiei debitului de aer sau de gaze arse, ci sunt interesai de valorile medii ale acestora, valori care caracterizeaz ntreg ciclu de funcionare. Spre exemplu, dac un motor cu ardere intern consum 6 m3 de aer n 10 minute, debitul mediu de aer va fi de 10 l/s.

Aceste dou direcii principale de cercetare experimental a curgerii gazelor au

impus dezvoltarea unor metode adecvate care pot fi utilizate n laboratoarele de ncercare a motoarelor pentru determinarea debitelor instantanee i cvasi-staionare ale gazelor admise sau evacuate.

14

Msurarea debitului de aer cu ajutorul dispozitivelor calibrate de reducere a seciunii Cea mai simpl metod de msurare a debitului n cazul msurtorilor cvasi staionare, figura 3.5, const n utilizarea unui dispozitiv calibrat de reducere a seciunii 1, amplasat la intrarea ntr-un rezervor de linitire 2. Alimentarea motorului cu ardere intern cu aer se face din rezervorul de linitire 2, al crui volum trebuie s fie suficient de mare pentru a amortiza pulsaiile generate de motorul cu ardere intern, astfel nct curgerea prin orificiul calibrat s fie suficient de lin. Cu ajutorul manometrului 3 este msurat diferena de presiune p.

Formulele de calcul a debitului masic .

i volumic .

sunt aceleai pentru toate tipurile de reducere a seciunii i au forma:

2ACV 2 d..

U

U (1.3)

unde: Cd coeficientul de descrcare al dispozitivului de reducere a seciunii; A aria minim a dispozitivului; densitatea aerului; p cderea de presiune dup dispozitivul de reducere a seciunii. Cderea de presiune p, dup dispozitivul de reducere a seciunii, se calculeaz cu relaia:

U (1.4) n care: i este densitatea lichidului utilizat n manometru; g acceleraia gravitaional; diferena dintre nlimile coloanelor de lichid ale manometrului,

Densitatea aerului se determin cu relaia:

U (1.5)

unde: po este presiunea atmosferic absolut [Pa]; Ta temperatura aerului [K]; R constanta specific aerului [J/kgK].

Din experiena de cercetare acumulat s-au stabilit dimensiunile optime ale dispozitivului de reducere a seciunii, constatndu-se c utilizarea unor diafragme plate asigur obinerea unor coeficieni de descrcare Cd acceptabili. Valorile uzuale sunt Cd0.6, iar cderea de presiune rezultat p < 1,2 kPa. Datorit oscilaiilor de presiune aceast metod nu poate fi utilizat pentru determinarea debitului instantaneu de aer.

Msurarea debitului de aer cu ajutorul contoarelor

volumetrice n practica ncercrilor sunt utilizate diferite tipuri de contoare volumetrice, cum sunt: cu tambur; cu membran; cu rotor Roots. Dintre acestea cea mai precis metod de msurare a debitelor de aer mari n cazul proceselor cvasi staionare, const n utilizarea unor contoare construite dup principiul compresoarelor Roots - figura 3.6. Debitul masic al aerului care trece printr-un astfel de contor se

Fig. 3.5 Msurarea a debitului cu dispozitive calibrate de reducere

seciunii.

Fig. 3.6 Contor volumetric de tip

Roots.

15

calculeaz cu o formul de forma:

U.

(1.6) unde: Vd este volumul de gaz trecut prin contor; i densitatea gazului intrat n contor; n turaia mecanismului Roots [rot/s].

Acurateea msurtorilor nu este influenat de pulsaiile de presiune, acest tip de aparat ofer o precizie mai mare de msurare n comparaie cu cele cu dispozitive calibrate de reducere a seciunii i cu cele cu dispozitive de laminare. Deplasarea aerului prin contorul Roots determin o mic cdere de presiune cuprins n mod obinuit ntre 1 i 2 kPa. Ca dezavantaj trebuie menionat rspunsul mai lent la schimbrile rapide de debit, datorat n principal ineriei componentelor aflate n micare de rotaie.

Murarea debitului de aer cu ajutorul

dispozitivelor de laminare n figura 3.7 este prezentat schema de principiu a unui anemometru cu dispozitiv de laminare utilizat pentru msurarea debitelor de aer n cazul curgerii cvasi-staionare. Aparatul este construit din numeroase pasaje de curgere paralele astfel nct s se asigure o curgere laminar. Dimensiunile uzuale ale pasajelor de laminare sunt: seciune de aproximativ 0.1 mm2; lungime 70 mm. n acest fel sunt asigurate condiii ca debitul masic de aer, respectiv viteza de deplasare a aerului care trece prin aparat s fie proporionale cu cderea de presiune:

U.

(1.7) unde: k este constanta de calibrare a aparatului; densitatea aerului; p cderea de presiune.

Calibrarea acestui tip de anemometru se face n condiii standard, iar n timpul msurtorilor se fac corecii n funcie de condiiile concrete de ncercare. n principiu, anemometrul cu dispozitiv de laminare este mai recomandat pentru msurarea debitelor n cazul proceselor pulsatorii, fiind preferat debitmetrelor cu dispozitiv de calibrare plat.

Msurarea debitului de aer cu ajutorul

anemometrelor cu descrcare n gaz n figura 3.8 este prezentat schema de principiu a unui anemometru cu descrcare n gaz construit de Lucas-Dawe, care este capabil s msoare debitul instantaneu al aerului ce trece prin ele. Firul metalic 1, susinut de suporii 2, este meninut sub tensiune la aproximativ 10 kV. Aceast tensiune produce o ionizare a aerului ce trece prin anemometru, care determin descrcarea de curent ntre

Fig. 3.7 Anemometru cu dispozitiv de

laminare.

Fig. 3.8 Anemometru cu descrcare n gaz.

16

electrozii colectori 3. Debitul masic de aer este proporional cu diferena dintre curenii colectai de cei doi electrozi, if i ir:

. (1.8) n care: k este constanta de calibrare a anemometrului; if i ir curenii colectai pe electrozi.

Anemometrul cu descrcare n gaz are un timp de rspuns foarte mic, sub 1 ms. Acest tip de aparat este capabil s sesizeze curgerea n ambele sensuri, fiind recomandat pentru studiul curgerilor dinamice, cu variaii de presiune foarte mari. Se utilizeaz cu succes la studiul curgerilor din galeria de admisie a motoarelor cu ardere intern, unde pot s apar i fenomene de curgere invers la sfritul fazei de admisie. Cderea de presiune produs de traductor este foarte mic, iar precizia de msur este 1%. Dezavantajul acestui tip de anemometru este sensibilitatea ridicat la variaii de temperatur i umiditate, fapt care impune recalibrarea deas a traductorului cu ajutorul dispozitivelor calibrate de reducere a seciunii plate.

Msurarea consumului de aer cu ajutorul

anemometrului cu fir n figura 3.9 este prezentat schema de principiu a unui anemometru electric cu fir nclzit, care este capabil s msoare debitul instantaneu de aer. Rezistena de msurare 1 se introduce, de obicei, ntr-o punte Wheastone, care o menine la o temperatur la o valoare ridicat. Viteza aerului v se determin pornind de la pierderea

de energie pe circuitul electric q:

U2 (1.9) unde: q este energia pierdut de rezistena electric, care a fost transformat n cldur; I curentul care trece prin rezisten; R rezistena electric; densitatea aerului; v viteza curentului de aer; a, b, c constante determinate la calibrarea anemometrului.

Estimarea debitului de aer pornind de la analiza gazelor arse Debitul de aer

admis n motoarele cu ardere intern poate fi msurat indirect prin analiza produilor de ardere rezultai. Metodele bazate pe analiza gazelor arse nu sunt precise, motiv pentru care sunt utilizate numai atunci cnd sunt suficiente informaii aproximative i se face analiza gazelor din alte considerente.

Msurarea consumului de combustibil Msurarea consumului de combustibil se poate face utiliznd una dintre

urmtoarele metode: volumetric; debitmetric; gravimetric; indirect. Msurtorile de consum i instalaiile utilizate pentru efectuarea acestora se mpart

n dou mari categorii: care determin consumul mediu de combustibil; care determin consumul instantaneu de combustibil.

Fig. 3.9 Anemometru electric cu fir.

17

Msurarea consumului mediu de combustibil Pentru msurarea consumului mediu de combustibil se utilizeaz: metoda volumetric, figura 3.10a; metoda gravimetric, figura 3.10b; metode indirecte, similare cu cea din figura 3.10c.

Metoda volumetric , prezentat schematic n figura 3.10a se aplic n mai multe variante, una dintre acestea fiind metoda vaselor gradate. Metoda se realizeaz prin trecerea din rezervor n vasul gradat 1 i a apoi alimentarea cu combustibil a motorului cu ardere intern cu ajutorul robinetului cu trei ci 4. Acest robinet are trei poziii de lucru: I alimentare motor direct din rezervor; II - alimentare vas gradat; III alimentare motor din vasul gradat. Robinetul 5, care face legtura dintre vasul gradat 1 i mediul exterior are poziia deschis pentru regimurile II i III i nchis pentru regimul I. Unele aparate permit alegerea opiuni de alimentare cu un volum calibrat de combustibil pn la reperul 3 predefininduse volumul de combustibil consumat. Se msoar automat, sau manual cu ajutorul unui cronometru durata t, n care se consum un anumit volum de combustibil, situat ntre reperele 2 i se determin consumul orar mediu cu relaia:

[kg/h] 6,3 U (1.10)

n care: V este volumul de combustibil consumat [cm3]; densitatea combustibilului [g/cm3]; t timpul n care s-a consumat combustibilul [s]. Dificultatea determinrii precise a densitii combustibilului i introducerea erorilor legate de aceasta reprezint dezavantajul esenial al metodei volumetrice. Metoda este foarte simpl, iar n cazul n care msurtorile se fac pentru perioade de timp mai mari de 2 minute eroarea de msurare poate ajunge la 1%. Ea poate fi automatizat prin instalarea unor senzori optici de nivel a lichidului i a unui sistem automat de comand a robineilor 4 i 5. Un alt avantaj al metodei const n faptul c aparatura poate fi adaptat foarte uor att pentru ncercrile de laborator ct i pentru cele de parcurs.

Metoda gravimetric n figura 3.12 b este prezentat schematic metoda

gravimetric de msurare a consumului orar de combustibil. Principalul avantaj al acestei metode const n msurarea direct a masei combustibilului consumat din rezervorul 1 cu ajutorul traductorului de mas 2. La nceputul msurtorii vasul 1 este alimentat de la rezervorul de combustibil prin robinetul 3. n timpul msurtorilor robinetul 3 este meninut n poziia nchis, iar alimentarea motorului se face din vasul 1. Combustibilul neconsumat este reintrodus n vasul 1 prin conducta de retur. Consumul orar de combustibil se calculeaz cu relaia:

[kg/h] 6,3 21 (1.11)

n care: m1 masa vasului cu combustibil la nceputul la nceputul ncercrii [g]; m2 masa vasului cu combustibil la sfritul ncercrii [g]; t timpul n care se face ncercarea [s]. i acest sistem de msur a consumului de combustibil poate fi automatizat prin utilizarea unui sistem electronic adecvat de comand i control.

Metodele indirecte n schema din figura 3.12,c este prezentat una dintre metodele indirecte de determinare a consumului orar de combustibil. Ca i metoda gravimetric i aceasta prezint avantajul c este msurat masa de combustibil consumat. Un plutitor de form cilindric 2 este introdus n interiorul unui vas cilindric 1 i este msurat fora exercitat de plutitor asupra traductorului de for 3. Conform principiului lui Arhimede datorit schimbrii condiiilor de plutire pe msur ce combustibilul este consumat de motor se schimb i fora exercitat de plutitor asupra

Fig. 3.10 Scheme de aparate pentru msurarea consumului mediu de combustibil: a prin metoda volumetric; b prin metoda gravimetric; c prin metoda indirect.

18

traductorului 3, variaia forei fiind direct proporional cu masa de combustibil consumat. Robineii 4 i 5 sunt de acelai tip i au acelai rol ca i cei utilizai n cazul aparatelor pentru msurare volumetric a consumului orar de combustibil, iar poziiile lor de funcionare sunt aceleai. La fel ca i n cazul metodelor prezentate mai sus i acest sistem de msur se preteaz la automatizare.

Msurarea consumului instantaneu de combustibil Pentru msurarea consumului

instantaneu de combustibil se folosesc diferite tipuri de debitmetre, car pot asigura obinerea unor msurtori cu diferite grade de precizie.

Sistemul Flo-Tron, prezentat schematic n 3.11a este capabil s msoare consumul

orar instantaneu de combustibil al motorului cu ardere intern. Acest sistem are un rspuns foarte rapid, i de aceia poate monitoriza consumul de combustibil n cazul regimurilor tranzitorii. Acest sistem utilizeaz o schem hidraulic echivalent cu cea a punii Wheatstone din electricitate. Patru orificii calibrate 1 sunt legate n punte i pompa de alimentare 2 antreneaz combustibilul prin sistemul hidraulic. Cnd nu intr i nu iese combustibil din puntea hidraulic aceasta este echilibrat i variaia de presiune p=0. Dac prin punte trece combustibil puntea se dezechilibreaz i variaia de presiune p dintre intrarea I i ieirea II este proporional cu consumul orar instantaneu de combustibil. Consumul orar indicat de acest tip de debitmetru nu este influenat de vscozitatea i de densitatea. Eroarea aparatului poate fi redus sub 0,5%, iar timpul de rspuns mai mic de 0,5 s la o cretere de tip treapt a debitului de combustibil.

Debitmetrul Fisher Porter prezentat n figura 3.11b este un alt tip de aparat utilizat pentru determinarea consumului orar instantaneu de combustibil n cazul n care nu se urmrete obinerea unei precizii ridicate de msurare. Acest tip de debitmetru se compune dintr-un plutitor scurt, de form conic 2, care este liber s se mite n interiorul unui vas transparent gradat de form conic 1. Combustibilul care intr prin partea inferioar ridic sau coboar plutitorul datorit frecrii vscoase i a presiuni,

Fig. 3.11 Scheme de aparate pentru msurarea consumului instantaneu de combustibil: a aparatul Flo Tron; b aparatul Fisher-Porter.

19

mrind sau micornd seciunea de trecere. Acest tip de debitmetru este calibrat de constructor pentru un anumit tip de combustibil i asigur o eroare maxim de cteva procente.

n practica ncercrilor se mai utilizeaz i alte tipuri de debitmetre cum sunt cele cu

turbin, care msoar debitul volumic cu o eroare de maxim 1%. Calibrarea acestora este puin afectat de vscozitate, mai ales n cazul debitmetrelor cu dimensiuni mici. Sunt caracterizate de un rspuns rapid la modificarea debitului de lichid, acesta fiind influenat de ineria rotorului turbinei.

n cazul motoarelor cu injecie, o mare parte din combustibilul ce trece prin pompa de alimentare nu este utilizat de motor, mai precis n cazul injeciei pe benzin cea mai mare parte a combustibilului revine n rezervorul autovehiculului. n cazul msurtorilor de laborator precise se impune folosirea unor debitmetre adecvate pe conducta de alimentare i pe cea de retur, consumul orar de combustibil calculndu-se ca diferen dintre cele dou consumuri. Ca alternativ mai ieftin, pentru aproximarea consumului de combustibil este recircularea acestuia prin preluarea, dup o prealabil rcire n schimbtorul de cldur 1, ntre debitmetru i pompa de injecie, figura 3.14, a. Deoarece combustibilul recirculat conine vapori i gaze aceast metod poate introduce erori mari. Pentru eliminarea acestui inconvenient s-a recurs la preluarea returului direct n debitmetru, figura 3.12b, n felul acesta realizndu-se o mai bun ventilare a combustibilului recirculat.

Msurarea temperaturilor i a presiunilor Msurarea temperaturilor, din motor presupune utilizarea unor termometre cu

caracteristici diferite pentru diversele msurtori efectuate la ncercarea motoarelor: temperatura lichidului de rcire; temperatura uleiului; temperatura amestecului de combustibil; temperatura gazelor arse; temperatura mediului ambiant; etc. Termometrele pot fi mprite n dou grupe principale: termometre cu contact direct; termometre care msoar de la distan.

Termometrele cu contact direct sunt de mai multe feluri: termometrele de dilatare; termometre manometrice; pirometre cu termocuplu; termometre cu termorezisten electric; etc.

Termometrele care msoar de la distan sunt: cu radiaie total; cu radiaie parial.

Fig. 3.12 Metode de preluare a debitului de combustibil neconsumat:

a ntre debitmetru i motor; b direct n debitmetru.

20

Msurarea temperaturii cu termocupluri se bazeaz pe legtura ntre fora termoelectromotoare la bornele termocuplului i diferena temperaturilor aplicate conexiunilor sale calde i rece. Mecanismul apariiei forei termoelectromotoare la bornele cuplului se explic prin teoria conductibilitii termice a metalelor. Contactul a dou metale diferite permite difuzia electronilor din metalul unde acetia se afl n concentraie superioar ctre metalul unde concentraia este mai mic. Deplasarea electrozilor genereaz o diferen de potenial ntre conductori. Cnd intensitatea cmpului electric, datorat acumulrii sarcinilor electrice, ajunge suficient de mare, procesul migraiei electronilor nceteaz. Domeniul de msur posibil de investigat cu ajutorul termocuplelor este -50oC +1800 oC.

Msurarea temperaturii cu termorezistene se bazeaz pe proprietatea materialelor bune conductoare de electricitate de a-i modifica rezistena electric odat cu creterea temperaturii. Rezistena electric a metalelor, de obicei, crete cu creterea temperaturii. Aceast manifestare apare ca o consecin a sporirii dificultii deplasrii electronilor prin reeaua cristalin a metalului, deoarece temperatura amplific oscilaia ionilor nodurile reelei. Domeniul de temperaturi, posibil de investigat cu o termorezisten cu Pt, este -260oC - +1000oC. La temperaturi mai reduse de 500oC, Pt este inert n majoritatea mediilor, cu excepia C, vaporilor de Si, K, Na. Pentru limita superioar (1000oC) materialul devine casant. Materialele pure rspund favorabil majoritii solicitrilor enumerate, frecvent fiind utilizate Pt, Cu, Ni.

Msurarea presiunilor presupune utilizarea unor traductoare de presiune

adecvate pentru efectuarea msurtorilor n diferite puncte de lucru: n instalaia de ungere; n diferite puncte ale instalaiei de alimentare, n special n cazul motoarelor cu alimentare prin injecie; n colectorul de admisie; n mediul exterior; n interiorul cilindrilor pentru trasarea diagramei indicate; etc.

Deosebim trei categorii principale de aparate de msurare a presiunii: Manometre metalice, care pot fi cu tub, cu membran sau cu burduf; Manometre cu lichid, care pot fi cu tub U, cu coloan, cu tub nclinat, cu plutitor sau

cu balan inelar; Traductoare de presiune, care pot fi: piezoelectrice, tensometrice sau capacitive.

n cercetarea experimental a motoarelor se folosesc de obicei traductoare specializate i manometre cu lichid, care au o precizie ridicat, manometrele metalice fiind utilizate n exploatare ca instalaii de bord.

21

ncercarea transmisiei

Noiuni generale privind ncercarea transmisiei Scopul cercetrii experimentale a transmisiei autovehiculului n ansamblu i a

subansamblurilor acesteia este de a pune n eviden calitile constructive i de exploatare ale acestora pentru a valida proiectul sau procesul tehnologic de fabricaie sau reparaie. Pentru aceasta este necesar s se efectueze att ncercri pe parcurs ct i ncercri de laborator. Regimurile de ncercare n condiii de laborator sau de poligon se determin pornind de la datele culese la ncercrile efectuate n condiii de exploatare, astfel nct condiiile de ncercare s fie similare cu cele de exploatare, iar parametrii determinai s reflecte realitatea specific utilizrii autovehiculului n condii normale.

Transmisia n ansamblu, sau componentele acesteia: ambreiajul, cutia de viteze, cutia de distribuie, transmisia cardanic i puntea motoare pot fi ncercate pe standuri specializate echipate cu aparatur de comand, msurare, nregistrare i prelucrare a datelor adecvate scopului i obiectivelor urmrite prin ncercare.

Dintre obiectivele principale urmrite la ncercarea transmisiilor i a componentelor

acesteia pot fi enumerate urmtoarele: determinarea momentului maxim transmis; determinarea pierderilor de putere i a randamentului la diferite regimuri de

ncercare; determinarea nivelului de zgomot i a vibraiilor produse n timpul funcionrii; determinarea deformaiilor arborilor i a carcaselor; determinarea turaiilor critice ale arborilor cardanici i echilibrarea lor; determinarea rezistenei la uzur; determinarea parametrilor de apreciere a durabilitii i a fiabilitii; stabilirea regimului termic; stabilirea lubrifiantului optim pentru fiecare ansamblu pentru atingerea eficienei

maxime a ungerii; verificarea corectitudinii angrenrii; verificarea mecanismelor de cuplare i de zvorre a treptelor de viteze; verificarea etanrilor; verificarea lagrelor; etc. n cazul n care rezultatele cercetrilor experimentale nu sunt favorabile din

buletinul de ncercare trebuie s rezulte cauzele care au condus la deteriorarea i scoaterea prematur din uz a componentei ncercate, precum i regimurile de sarcin la care s-a produs distrugerea acesteia.

O categorie aparte de ncercri ale transmisiei sunt ncercrile de cercetare, care urmresc mbuntirea i/sau modernizarea transmisiilor prin: ncercarea unor tipuri noi de transmisii n vederea adaptrii lor la cerinele

impuse de exploatarea autovehiculelor moderne; promovarea unor noi tipuri de lubrifiani cu caracteristici superiori celor utilizai n

prezent; promovarea unor piese din materiale cu caracteristici optime care s asigure o

fiabilitate mai ridicat i/sau un pre de cost mai sczut;

22

verificarea pe cale experimental a unor ipoteze teoretice legate de fenomenele care au loc n organele transmisiei.

Randamentul transmisiei, tr, este parametrul principal care caracterizeaz eficiena

acesteia. Acesta este definit ca raport dintre puterea transmis la roile motoare PR i puterea efectiv a motorului Pe i se calculeaz cu relaia:

1K ,

unde Pc reprezint pierderea de putere n transmisie. Determinarea randamentului transmisiei se face pe standuri speciale de ncercare

pentru transmisia n ansamblu sau separat pentru fiecare dintre componentele acesteia. n cazul determinrii separate a randamentului este pus n eviden ponderea randamentului fiecrei componente n randamentul total al transmisiei, care se calculeaz cu o relaie de forma:

KKKKKKK ,

n care:

- a - randamentul ambreiajului; - cv - randamentul cutiei de viteze; - cd - randamentul cutiei de distribuie; - tc - randamentul transmisiei cardanice; - o - randamentul reductorului central; - tf - randamentul transmisiei finale.

n cazul transmisiilor mecanice pierderile mari apar n subansamblurile transmisiei care au n componen angrenaje.

Pierderile de putere n transmisiile cu roi dinate pot fi grupate n: - pierderi care depind de valoarea momentului transmis: pierderile datorate frecrii

dintre dinii roilor dinate i ntr-o msur mai mic pierderile datorate frecrilor din lagre;

- pierderi care nu depind de momentul transmis: pierderile datorate barbotrii uleiului, care depind n special de turaia pieselor din transmisie. La un regim de turaie i temperatur constant, indiferent de momentul transmis, aceste pierderi rmn constante.

Pentru o transmisie cu roi dinate care asigur realizarea unui raport de transmitere constant i relaia dintre momentul la intrare M1 i momentul la ieire M2 este urmtoarea:

P 12 ,

ncercarea ambreiajului Conform rolului pe care l ndeplinete n cadrul transmisiei i a condiiilor de

funcionare, ncercarea ambreiajului presupune atingerea parial sau n totalitate a urmtoarelor obiective principale: determinarea cuplrii line, fr ocuri a ambreiajului; gradul de patinare; momentul maxim transmis; capacitatea de filtrare a oscilaiilor de

23

torsiune transmise de motorul cu ardere intern; uzura garniturilor de friciune i fiabilitatea ambreiajului n ansamblu; regimul termic din timpul funcionrii.

Datorit faptului c evaluarea fiabilitii i compararea durabilitii diferitelor ambreiaje i garnituri de friciune este dificil de stabilit prin ncercri n condiii reale de exploatare, ncercarea ambreiajelor se face de obicei pe standuri, obinndu-se n felul acesta rezultate mai precise ntr-un timp mai scurt. Standurile moderne de ncercare au capacitatea de a simula ct mai exact condiiile din timpul exploatrii i de a permite accelerarea ncercrilor fr a perturba rezultatele obinute.

Principalii parametrii care se determin la ncercarea ambreiajelor mecanice sunt: momentul transmis; turaia arborelui conductor; turaia arborelui condus; numrul de cuplri i decuplri; timpii de cuplare i de decuplare; intensitatea cuplrii i a decuplrii; temperatura n diferite puncte ale ambreiajului.

n cazul n care se dorete studierea variaiei temperaturii n diferite puncte ale ambreiajului, se monteaz termocuple iar instalaia va fi completat cu toat aparatura de msur i nregistrare.

Dac se urmrete evoluia uzurii n timp, dup un anumit numr de cicluri se fac msurtori ale componentelor aflate n frecare.

Pentru a pune n eviden regimul de cuplare a ambreiajului se nregistreaz creterea momentului transmis prin ambreiaj la cuplarea acestuia. Pentru aceasta se utilizeaz un traductor de moment i aparatura de msur i nregistrare adecvat. n figura 1 este data alura unor curbe determinate pe standurile de ncercarea a ambreiajului i a materialelor de friciune.

Fig. 1

24

ncercarea cutiei de viteze Obiectivele urmrite la ncercarea cutiei de viteze:

- randamentul i pierderile de putere la diferite sarcini i turaii; - mrimea, caracterul i poziia petei de contact a dinilor roilor dinate la

funcionarea sub sarcin; - caracteristica de temperatur (regimul temperaturilor de funcionare la diferite

ncrcri); - zgomotul i vibraiile produse n timpul funcionrii; - rezistena la solicitare static; - rigiditatea la ncovoiere i rsucire a arborilor; - rezistena la oboseal a roilor dinate datorit ncovoierii i presiunii de contact; - funcionarea i durabilitatea lagrelor (rulmenii); - calitatea i fiabilitatea etanrilor arborilor i a planelor de separaia a carcaselor; - calitatea i funcionarea sincronizatoarelor; - funcionarea mecanismului de comand al schimbrii treptelor, etc

Schema i echipamentul unui stand pentru ncercarea cutiei de viteze trebuie

s asigure posibilitatea de reproducere a regimurilor de sarcini i turaii care s se apropie ct mai mult de condiiile de funcionare din exploatare. Echipamentul i aparatura unui stand pentru ncercarea cutiei de viteze (i alte organe cu angrenaje ale transmisiei) trebuie s asigure urmtoarele posibiliti de msurare:

- msurarea i nregistrarea momentului de torsiune la arborele de intrare i la cel de ieire;

- msurarea i nregistrarea turaiei la arborele de intrare i la cel de ieire, precum i reglarea turaiilor acestora n intervalele necesare;

- reglarea rcirii care s asigure stabilizarea temperaturii uleiului din carter, cu o toleran de 5C;

- msurarea i reglarea momentului de torsiune n limitele 1% din momentul maxim de intrare n cutia de viteze (mecanismul de ncrcare trebuie s asigure stabilitatea momentului de torsiune n limitele indicate);

- msurarea duratei de desfurare a ncercrilor i a frecvenei schimbrii treptelor de viteze;

- nregistrarea numrului de cicluri de ncercri i a timpului de funcionare; Metodele de ncercare a cutiei de viteze pe stand se clasific n dou grupe mari:

- metoda ncercrii n flux de energie deschis; - metoda ncercrii n flux de energie nchis.

A. Metoda ncercrii n flux de energie deschis

Standurile folosite n cadrul acestei metode trebuie s ndeplineasc condiiile:

- puterea nominal a motorului de antrenare trebuie s fie cel puin egal cu puterea pe care o transmite cutia de viteze ncercat n condiii de exploatare pe autovehicul;

- turaia motorului de antrenare trebuie s fie cel puin egal cu turaia nominal a motorului autovehiculului i s poat fi modificat continuu (se admite modificarea n trepte a turaiei);

25

- elementul de frnare trebuia astfel dimensionat (momentul i turaia) nct s poat absorbi puterea transmis de cutia de viteze la toate treptele de funcionare.

Fig.2

Prile componente ale standului - fig. 2: 1 motor electric de antrenare, statorul se poate roti liber n lagre (cu posibilitatea de oscilaie cu unghiuri mici n jurul poziiei de echilibru); 2 ambreiaj, are rolul i de cuplaj de siguran n cazul apariiei suprasarcinilor n lanul cinematic (la unele standuri, poate lipsi); 3 cutia de viteze de ncercat; 4 elementul de frnare un generator electric cu stator oscilant sau o frn hidraulic. Are rolul de a absorbi puterea dezvoltat de motor i de a ncrc c.v. la sarcina dorit. Generatorul electric poate debita energia ntr-o reea de curent continuu sau ntr-o rezisten reglabil.

M1 momentul transmis de motorul de antrenare M2 momentul primit de generator G1 , G2 forele de echilibrare a statoarelor motorului i generatorului; r1, r2 braele forelor de echilibrare P1 - puterea motorului P2 puterea transmis elementului de frnare Puterea consumat n cutia de viteze (pierderea de putere): P = P1 P2

Randamentul cutiei de viteze: CV11

22

1

2

irGrG

PP

Dezavantajul principal acestei scheme este acela c raportul de transmitere al c.v. fiind supraunitar (cu excepia prizei directe), M2 M1 , iar generatorul electric sau frna hidraulic trebuie s aib dimensiuni mari, pentru a dezvolta momentul de frnare necesar. Pentru diminuarea acestui dezavantaj, se recomand montarea pe stand a unei cutii de viteze auxiliare (poate fi diferit de cea de ncercat), care are rolul de a multiplica turaia de ieire din cutia de viteze ncercat, n vederea reducerii momentului la intrarea n elementul de frnare necesar.

26

La aceast metod, este necesar s se utilizeze motoare de antrenare i elemente de frnare ale cror puteri s fie egale cu puterea maxim pe care o transmite c.v. de ncercat. n acelai timp, ntreaga energie dezvoltat de motorul electric se pierde deoarece i energia transmis elementului de frnare, care reprezint cea mai mare parte, se consum n rezistene electrice sau n frecri hidraulice.

B. Metoda ncercrii n flux de energie nchis Prezint numeroase avantaje fa de metoda n flux de energie deschis, n special d.p.d.v. al economicitii (consum de energie redus), ceea ce o recomand pentru ncercrile de durat. Principial, ncercarea dup aceast metod se realizeaz simultan la dou subansambluri identice ale transmisiei, care se cupleaz cinematic ntre ele cu ajutorul unor organe de legtur, formnd mpreun cu acestea un circuit nchis. ncrcarea se realizeaz prin crearea unor momente interioare n circuit, iar motorul electric debiteaz numai energia necesar pentru acoperirea pierderilor din transmisiile ncercate i din organele de legtur. Standurile folosite n cadrul acestei metode trebuie s ndeplineasc condiiile:

- puterea nominal a motorului de antrenare trebuie s fie 1525% din puterea la care se consider c se face ncercarea c.v.;

- solicitrile mecanismelor i a elementelor de nchidere a circuitului s fie minime; - dispozitivul de ncrcare s permit realizarea sarcinii cerute ntr-o gam larg

de turaii i s asigure modificarea i msurarea sarcinii n mers; - turaia motorului de antrenare trebuie s fie cel puin egal cu turaia nominal a

motorului autovehiculului i s poat fi modificat continuu (se admite modificarea n trepte a turaiei);

Dup modul n care se realizeaz fluxul nchis de energie, standurile de ncercare se clasific n: - standuri mecanice, la care fluxul se realizeaz cu elemente mecanice; - standuri electromecanice, la care fluxul se realizeaz cu elemente mecanice i

electrice; n fig. 3 se prezint o schem de stand la care cutiile de viteze sunt aezate n paralel.

27

Fig. 3 1- motor electric de acionare cu stator oscilant 2- ambreiaj, cu rol de cuplaj de siguran; 3- flan 4- arbore de intrare 5 i 7 reductoare, cu raport de transmitere unitar, 6 cutia de viteze de ncercat; 7 cutia de viteze de serviciu 9 arbore tubular de ieire.

Arborii primari ai celor dou c.v. sunt cuplai cu arborii reductorului 5 iar arborii secundari cu arborii reductorului 7, cu ajutorul unor cuplaje, astfel nct cutia de viteze de serviciu se rotete n sens invers fa de cea de ncercat. ncrcarea circuitului nchis cu moment de torsiune corespunztor momentului de intrare n c.v. de ncercat se realizeaz prin rotirea flanei 3, solidar cu arborele de intrare 4 fa de flana arborelui tubular de ieire 9, i fixarea reciproc cu ajutorul unor buloane. Cnd se torsioneaz circuitul, trebuie s se aib n vedere faptul c sensul torsionrii influeneaz sensul fluxului de energie.

- sgei cu linii continue sensul de torsionare direct (sensul normal de la funcionarea c.v.);

- sgei cu linii ntrerupte sensul de torsionare invers; Pentru determinarea caracteristicii de temperatur a c.v. (variaia temperaturii uleiului din carter n funcie de timp), c.v. trebuie s funcioneze nentrerupt la momentul maxim de torsiune al motorului autovehiculului. Se poate msura timpul n care temperatura uleiului ajunge de la 40 la 120C sau se msoar variaia temperaturii pentru o perioad de timp dat.

28

ncercarea rigiditii c.v. const n determinarea sgeilor arborilor n dreptul pinioanelor fiecrei trepte. ncercarea etanrii arborilor i a planelor de separaie ale carcasei se face prin introducerea de aer comprimat n carter, la presiunea de 0,03 MPa, dup astuparea tuturor orificiilor. ncercarea se face la treapta cea mai mare, de la turaia minim pn la turaia maxim. Nu se admit scurgeri de ulei. Zgomotul i nivelul de vibraii se apreciaz auditiv sau se folosete aparatur specific. Pentru eliminarea influenelor exterioare, ncercrile se fac n camere izolate acustic. La probele de durat, cnd se urmrete uzura pieselor componente ale c.v., piesele se demonteaz la intervale de timp i se msoar. Uzura se mai poate aprecia prin analiza uleiului din carter (determinarea cantitii de fier din ulei).