Wyznaczanie parametrów pracy instalacji zasilającej ze sprężarka tłokową

Transkrypt

1 Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu: NAPĘDY PŁYNOWE Ćwiczenie nr: P-2 Wyznaczanie parametrów pracy instalacji zasilającej ze sprężarka tłokową Kod przedmiotu: MHBMS26004, MHBMN26004 Instrukcję opracował: dr hab. inż. Zbigniew Kamiński Białystok 2016

2 CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest: zapoznanie się z budową i zasadą działania typowej pneumatycznej instalacji zasilającej pojazdu oraz zbadanie wybranych charakterystyk pracy spręŝarki tłokowej. 1. WPROWADZENIE Ogólna budowa instalacji pneumatycznej ciągnika rolniczego Budowa elementów zespołu zasilającego pneumatycznej instalacji ciągnika WYMAGANIA DOTYCZĄCE PNEUMATYCZNYCH INSTALACJI ZASILAJĄCYCH CIĄGNIKÓW ROLNICZYCH PRZEBIEG ĆWICZENIA PYTANIA KONTROLNE LITERATURA

3 1. WPROWADZENIE 1.1. Ogólna budowa instalacji pneumatycznej ciągnika rolniczego W pojazdach samochodowych i ciągnikach rolniczych stosowane są mechanizmy hamujące cierne sterowane bezpośrednim działaniem nogi kierowcy na pedał. Do przenoszenia energii potrzebnej do uruchomienia hamulców wykorzystuje napęd hydrauliczny, mechaniczny lub powietrzny. Wybór rodzaju zastosowanego zespołu przenoszącego oraz zespołu zasilającego, zaleŝy od konstrukcji i masy pojazdu. Niektóre pojazdy, np. ciągniki z mechanicznym lub hydraulicznym układem napędu hamulców zasadniczych mają dodatkowo instalację pneumatyczną przeznaczoną do zasilania i nadąŝnego sterowania powietrznymi układami hamulcowymi pojazdów ciągniętych (przyczep). Instalacje pneumatyczne ciągników róŝnią się przede wszystkim zaworami sterującymi hamowaniem przyczepy, które zaleŝnie od rodzaju napędu hamulców ciągnika są uruchamiane mechanicznie lub hydraulicznie (rzadziej pneumatycznie). W celu ustabilizowania roboczych charakterystyk powietrznego zespołu sterującego ciśnienie w zbiorniku spręŝonego powietrza zespołu zasilającego jest utrzymywane w zadanym przedziale. RóŜnica między maksymalnym pmax a minimalnym pmin ciśnieniem regulowanym zazwyczaj wynosi 0,4 1 bar. Zwiększanie tej róŝnicy nie jest poŝądane, gdyŝ prowadzi do znacznego rozrzutu charakterystyk roboczych układu hamulcowego. Z drugiej strony zmniejszanie zakresu regulowania ciśnienia pociąga za sobą skomplikowanie konstrukcji regulatora i zwiększenie częstotliwości jego pracy, co równieŝ nie jest poŝądane. Ogólny schemat zespołu zasilającego typowej instalacji pneumatycznej ciągnika przedstawiono na rys.1. SpręŜone powietrze z kompresora 1 przepływa do regulatora ciśnienia 2 i dalej przez zawór zwrotny dostaje się do zbiornika 4. Stąd powietrze jest kierowane do zespołu zasilającego przyczepy oraz do zespołu sterującego przyczepy poprzez zawór hamulcowy 5, którego konstrukcja zaleŝy od zastosowanego napędu hamulców ciągnika. Pokazany na rys.1 schemat nie odwzorowuje w pełni zespołu zasilającego, w skład którego mogą wchodzić równieŝ inne elementy, w tym: filtr, odolejacz, zawór bezpieczeństwa, czy zawór redukcyjny (w instalacjach wysokociśnieniowych). Kiedy ciśnienie w zbiorniku 4 osiąga maksymalną wartość ciśnienia regulowanego pmax, to powietrze doprowadzone kanałem 6 powoduje skokowe zadziałanie regulatora przekaźnikowy 2, który łączy kanał tłoczny spręŝarki z wylotem do atmosfery. W tym czasie spręŝarka pracuje bez obciąŝenia i stopniowo się chłodzi. Z chwilą, gdy ciśnienie w zbiorniku spadnie do najniŝszej dopuszczalnej wartości pmin regulator ponownie skokowo łączy spręŝarkę ze zbiornikiem m& k 4 m& s m& c V z p z 7 7 S Rys. 1. Schemat instalacji pneumatycznej ciągnika rolniczego: 1 spręŝarka, 2 regulator, 3 zawór zwrotny, 4 zbiornik powietrza, 5 zawór hamulcowy, 6 złącze, 7 przewód Zespół zasilający instalacji pneumatycznej moŝe zawierać następujące elementy: SpręŜarka, Odolejacz, Regulator ciśnienia, Reduktor ciśnienia (dla spręŝarek wysokociśnieniowych) 3

4 Zbiornik powietrza, Przewody powietrzne, Złącze przewodów, OdmraŜacz, Manometr, LABORATORIUM NAPĘDÓW PŁYNOWYCH Rys. 2. SpręŜarka: 1 filtr powietrza, 2 zawór ssący, 3 zawór wydechowy, 4 głowica, 5 tłok, 6 cylinder, 7 korpus, 8 wał korbowy [1] trza. Ze zbiornikiem połączony jest zawór hamulcowy, który poprzez złącze przewodów powietrznych oddziałuje na hamulce pneumatyczne przyczepy. Zasadę działania zaworu ssącego i tłoczącego pokazano na rys Budowa elementów zespołu zasilającego pneumatycznej instalacji ciągnika a) spręŝarka (budowa i zasada działania) Zadaniem spręŝarki jest spręŝenie powietrza atmosferycznego dla układów pneumatycznych pojazdu. Napęd spręŝarki moŝe odbywać się od silnika za pomocą paska klinowego (Ursus C-330) lub sprę- Ŝarka moŝe otrzymywać napęd od wałka napędzającego pompę wtryskową (Ursus C-360). Podczas ruchu tłoka 5 w dół powietrze jest zasysane z rury ssącej układu zasilania i wpływa do cylindra 6. W tym czasie otwory wylotowe 3 są zamknięte, uniemoŝliwiając powrót do cylindra sprzęŝonego powietrza znajdującego się w układzie. Podczas ruchu tłoka 5 w górę na skutek wzrostu ciśnienia następuje zamknięcie zaworu dolotowego 2, uniemoŝliwiając powrót powietrza do kolektora ssącego. Jednocześnie otwierają się otwory wylotowe 3 i powietrze przepływa poprzez odolejacz i regulator ciśnienia do zbiornika powie- Przy doborze spręŝarki niezbędna jest znajomość podstawowych charakterystyk pracy, w tym charakterystyki wydatku powietrza, czasu napełniania zbiornika o określonej objętości oraz poboru mocy w funkcji prędkości obrotowej wału i ciśnienia spręŝania (rys.4). Rys. 3. Głowica spręŝarki [1] 4

5 Rys. 4. Charakterystyki robocze spręŝarki tłokowej HS-14: zaleŝność wydatku spręŝonego powietrza Q, czasu t napełniania zbiornika o objętości V= i poboru mocy P od prędkości obrotowej n [1] Rys. 5. Odolejacz:1 korek spustowy, 2 korpus, 3 talerzyk, 4 śruba, 5 spręŝyna, 6 trzpień, 7 korpus zaworu bezpieczeństwa, 8 nakrętka,9 wkręt regulacyjny, 10 nakrętka motylkowa, 11 nanakrętka,12 talerzyk oporowy z uszczelką, 13 spręŝyna, 14 naczynie,15 filtr [1] b) Odolejacz - budowa Powietrze tłoczone przez odolejacz zostaje pozbawione oleju pochodzącego głównie z układu smarowania spręŝarki. W odolejaczu zatrzymuje się równieŝ skondensowana para wodna i zanieczyszczenia mechaniczne. Odolejacz jest wyposaŝony w zawór bezpieczeństwa oraz w zaworek pozwalający na korzystanie z instalacji pneumatycznej do pompowania ogumienia kół jezdnych. Z boku odolejacza znajduje się korek spustowy 1 słuŝący do usuwania z dna butli skroplonej pary wodnej i oleju. SpręŜone powietrze dopływa z lewej strony do odolejacza, następnie od dołu przez filtr 15. dalej oczyszczone powietrze wypływa do regulatora ciśnienia. Aby napompować ogumienie naleŝy odkręcić dolna nakrętkę 10 i w jej miejsce wkręcić przewód do zaworka dętki. Jednocześnie z odkręceniem nakrętki zamyka się zawór butli (3), powietrze kierowane jest tylko w dół do przewodu. 5

6 c) Regulator ciśnienia - budowa Rys. 6 Regulator ciśnienia. 1 - korpus regulatora, 2 zawór odpowietrzający, 3 popychacz tłoczka, 4 wkręt regulacyjny, 5 membrana, 6 korek odpowietrzający, 7 zawór zwrotny, 8 przyłącze do zbiornika [3] d) OdmraŜacz - Budowa W celu uniknięcia zamarzania wody w instalacji pneumatycznej ciągnika stosuje się odmraŝacz. Wprowadza on do przepływającego powietrza cząstek alkoholu metylowego. Składa się on z: wskaźnika, zbiornika, korka spustowego, pierścienia uszczelniającego, pokrywy oraz z trzpienia regulacyjnego. Trzpień odmraŝacza ustawia się w trzech połoŝeniach, zaleŝnych od pory roku. Trzy ustawienia pokazane są na rysunku. W połoŝeniu I (okres letni) odmraŝacz jest wyłączony, połoŝenie II odpowiada pogodzie suchej temp poniŝej -4 o C, połoŝenie III pogodzie wilgotnej i temp. PowyŜej -4 o C. Rys. 7 OdmraŜacz: 1- wskaźnik, 2- zbiornik, 3- korek, 4- trzpień, 5- pokrywa, 6- pierścień uszczelniający [1] 2. WYMAGANIA DOTYCZĄCE PNEUMATYCZNYCH INSTALACJI ZASILAJĄCYCH CIĄGNIKÓW ROLNICZYCH 2.1. Schemat stanowiska laboratoryjnego. Na potrzeby dydaktyki zbudowano uproszczony model instalacji pneumatycznej ciągnika w skład, którego wchodzą; SpręŜarka tłokowa firmy FOS typu HS11; Regulator ciśnienia AK-11.2 ( ); 6

7 Silnik Prądu Stałego Typu P4Mb546 IP44 Nr571725; Zbiornik spręŝonego powietrza 20 i 40 dm 3 ; Tyrystorowy zespół napędowy firmy APA/TOR Typ DSM-00307MN/525. Stanowisko to umoŝliwia badanie regulatorów ciśnienia, sprawdzanie wydatku spręŝarki, szczelność układu, doboru zbiorników spręŝonego powietrza, jak równieŝ badania zaworów hamulcowych Rys. 8. Schemat stanowiska modelu instalacji pneumatycznej ciągnika rolniczego: 1- rama; 2- zbiornik 40l; 3- zbiornik 20l; 4- regulator ciśnienia AK-11.2; 5- silnik elektryczny prądu stałego; 6- spręŝarka; 7- przekładnia pasowa; 8- prądnica; 9- tyrystorowy zespół napędowy Tabela Dane techniczne spręŝarki typu FOS HS 11 [3] Średnica tłoka ø 60 mm Skok tłoka 38 mm Pojemność 107 cm 3 Obroty max obr/min. Ciśnienie max. 8 bar Masa 6.5 kg Przeprowadzone na stanowisku badania doświadczalne obejmują : sprawdzenie zakresu pracy regulatora ciśnienia (minimalne i maksymalne ciśnienie regulowane); sprawdzenie szczelności układu; sprawdzenie wydatku spręŝarki (czas napełniania zbiornika przy róŝnych prędkościach obrotowych) Wymagania dotyczące instalacji pneumatycznej pojazdów i metodyka pomiarów. Ogólne warunki badań Badania powinny być przeprowadzane w temperaturze 20+/-10 o C, wilgotności względnej 40-80%, po ustaleniu się mierzonych wielkości. a) Sprawdzenie pojemności zbiorników spręŝonego powietrza ciągnika. 7

8 Badanie w układzie zastępczym. Warunki badań: - odcięte zasilanie (nsp=0), początkowe ciśnienie w zbiorniku ciągnika równe minimalnej wartości regulowanej pz=pzmin, Wg BN-86/ zalecane wartości ciśnienia regulowanego powinny wynosić od 0,62 do 0,75MPa w układach dwuprzewodowych i kombinowanych oraz od 0,48 do 0,53 MPa w układach jednoprzewodowych [BN-86/ ]. Z kolei w [PN-90/R-36123] dla ciągników rolniczych podaje się zakres ciśnień od 0,58 do 0,63MPa. - miejsce pomiaru ciśnienia kontrolnego na końcu przewodu o długości 2,5m i średnicy wewnętrznej 13mm podłączonego do złącza typu A Instalacja ciagnika Złącze A Przewód 2,5m Rys. 9 Schemat pomiaru p[mpa] p zmin <0.05MPa p(t) 0 Pełne zahamowanie i odhamowanie t[s] Rys. 10 Wykres spadku ciśnienia w zbiorniku po zahamowaniu i odhamowaniu. Wymagania: Pojemność zbiornika powietrza pojazdu samochodowego powinna być taka, aby przy niepracującej spręŝarce, po ośmiu bezpośrednio po sobie następujących zahamowaniach z wykorzystaniem pełnego skoku pedału hamulca, ciśnienie w zbiornikach nie było niŝsze niŝ ciśnienie wymagane do uzyskania skuteczności przewidzianej dla hamulca awaryjnego wg PN-76/S NaleŜy załoŝyć, Ŝe siłowniki wykonują 1/3 skoku roboczego, a ciśnienie początkowe jest równe minimalnemu ciśnieniu regulowanemu W przypadku ciągnika, który wyposaŝy jest w regulator, pojemność zbiornika powinna być taka, aby po pełnym jednorazowym zahamowaniu i odhamowaniu spadek ciśnienia mierzony od wartości minimalnej nie był większy niŝ 0,05MPa. W pojazdach przystosowanych do ciągnięcia przyczep ciśnienie w przewodzie sterującym po 8 bezpośrednio po sobie następujących zahamowaniach, powinno mieć wartość nie niŝszą niŝ połowa wartości otrzymanej po pierwszym zahamowaniu. Wymaganie to naleŝy sprawdzać z podłączonym do przewodu sterującego zbiornikiem o pojemności 0,5 dm 3, odpowietrzanym przed kaŝdym kolejnym zahamowaniem [BN-86/ ]. 8

9 b) Sprawdzenie wydatku spręŝarki Warunki badań (BN-86/ ): - zbiornik zastępczy podłączony do przewodu zasilającego, - pojemność zbiornika zastępczego imitującego układ przyczepy powinna wynosić [dcm 3 ]: V = 0,2R / p [dm 3 ] gdzie: p maksymalna wartość ciśnienia regulowanego p=pzmax [MPa], R maksymalne obciąŝenie przypadające na wszystkie osie przyczepy [kn]. - początkowe ciśnienie w układzie p=0 (ciśnienie absolutne p=100kpa). - czas napełniania zbiornika zastępczego naleŝy mierzyć od chwili uruchomienia rozgrzanego silnika do chwili osiągnięcia wymaganych ciśnień przy maksymalnych obrotach silnika. [obr/min] n max n s (t) 0 3 4s t[s] Rys. 11 Wykres ilustrujący badanie spręŝarki Wymagania: Wydatek spręŝarki powinien być tak dobrany, aby czas potrzebny do napełnienia zastępczego zbiornika wynosił nie więcej niŝ 360 s w zakresie ciśnień od 0 do 65% wartości ciśnienia minimalnego pzmin i 540 s w zakresie ciśnień od 0 do wartości ciśnienia minimalnego. Zakres ciśnień Czasy napełniania dla pojazdów bez zbiorników w zespołach dodatkowych [s] [MPa] Pojazdy nie przystosowane do ciągnięcia Pojazdy przystosowane do ciągnięcia przyczep przyczep 0-65% pmin pmin Czasy napełniania [s] dla pojazdów wyposaŝonych w zbiorniki dodatkowych zespołów, gdy ich pojemność przekracza 20% pojemności zbiorników układu hamulcowego 0-pmin pmin minimalna wartość ciśnienia regulowanego [MPa] c) Sprawdzenie czasu reakcji układu hamulcowego ciągnika Warunki badań: - czas reakcji układu ciągnika naleŝy określić rejestrując czas spadku ciśnienia odczytywanego na manometrze umieszczonym na końcu przewodu o długości 2,5 m i średnicy 13 mm podłączonego do złącza typu A (imitacja przewodu sterującego przyczepy), - początkowe ciśnienie w układzie nie powinno być niŝsze od ciśnienia minimalnego, - czas pełnego uruchomienia pedału hamulca wynosi 0,2 s (hamowanie paniczne), - regulatory siły hamowania powinny być ustawione na pełne obciąŝenie a siłowniki hamulcowe wyregulowane na 1/3 skoku roboczego [PN-90/R-36123, BN-86/ ], Wymagania: 9

10 Czas reakcji zespołu sterującego. Układ jednoprzewodowy Czas reakcji zespołu sterującego układu jednoprzewodowego liczony od początku ruchu pedału do momentu uzyskania w przewodzie sterującym przyczepy spadku ciśnienia do 90% wartości minimalnego ciśnienia regulowanego nie powinien przekraczać 0,2s, zaś czas spadku do 25% tej wartości nie powinien trwać dłuŝej niŝ 0,4s przy czasie pełnego uruchomienia pedału wynoszącym 0,2s. Układ dwuprzewodowy Czas reakcji zespołu sterującego układu dwuprzewodowego liczony od początku ruchu pedału do osiągnięcia w przewodzie sterującym przyczepy wartości 10% ciśnienia asymptotycznego nie powinien przekraczać 0,2s a 75% tej wartości powinno być osiągane w czasie nie dłuŝszym niŝ 0,4s. Czasy te są określane na podstawie rejestracji ciśnienia na końcu przewodu o długości 2,5 m i średnicy 13 mm podłączonego do złącza sterującego (imitacja przewodu sterującego przyczepy). Początkowe ciśnienie powinno być równe minimalnemu ciśnieniu regulowanemu. W układzie dwuprzewodowym do złącza zasilającego podłączany jest zbiornik o pojemności 385±5cm 3 [PN-90/R-36123, BN-86/ ]. d) Sprawdzenie szczelności układu. Warunki: W ciągniku naleŝy sprawdzić przy niepracującym silniku podłączając manometr do złącza typu A, W przyczepie po podłączeniu jej do ciągnika podłączyć manometr do złącza kontrolnego przy zbiorniku lub siłownikach, Ciśnienie w źródle powinno być równe minimalnej wartości ciśnienia. Dopuszcza się sprawdzenie szczelności w ciągniku z układem wyposaŝonym w regulator z dyszą przy ciśnieniu 0,51 MPa. Wymagania: Szczelność układu powinna być taka, Ŝeby w ciągu 10 min. Spadek nie był większy niŝ 2% ciśnienia początkowego. e) Sprawdzenie ciśnień włączania i wyłączania regulatora. Ciśnienie w zbiorniku powinno mieć wartość maksymalną. Następnie przy niewielkim wydatku spręŝarki naleŝy wypuścić powietrze ze zbiornika aŝ do ponownego przekierowania strumienia do zbiornika. Zarejestrować 5 cykli właczania i wyłączania regulatora. Porównać z ciśnieniami nominalnymi. Dla regulatora AK-11.2 ( ): pmax=5,3 bar, pmin=4,8 bar ±0,2 bar. 3. PRZEBIEG ĆWICZENIA a) Sprawdzenie wydatku spręŝarki Podłączyć zbiornik zastępczy do przewodu zasilającego, Zbiornik zastępczy powinien mieć pojemność obliczoną według wzoru : V = 0,2R / p [dm 3 ] zmierzyć czas napełniania zbiornika do osiągnięcia ciśnień p1 i p2 (p1=65%p2, p1=min. wartość ciśnienia) 10

11 p [bar] 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, obr/min 2500 obr/min 2000 obr/min 1500 obr/min 1000 obr/min 65% pmin Rys. 12. Przebieg czasu napełniania zbiornika powietrza 20 dm 3 przy róŝnych prędkościach obrotowych Zanotować wyniki pomiarów w tabeli d) Sprawdzenie szczelności układu. W celu sprawdzenia szczelności układu naleŝy: Silnik powinien być wyłączony, Podłączyć manometr do złącza typu A, Odczytać wskazanie manometru, Po ok. 10 min. Odczytać ponownie wskazanie manometru, Określić wartość spadku ciśnienia, Układ będzie uznany za szczelny, gdy spadek nie jest większy niŝ 2% ciśnienia początkowego, p [bar] 5,1 t [s] 5,05 5 4,95 pzb pmin 98%pmin 4,9 4,85 4,8 4,75 4, t [s] Rys. 13. Zmiany ciśnienia mierzone w zbiorniku układu zasilającego e) Sprawdzenie zakresu pracy regulatora. W celu sprawdzenia zakresu pracy regulatora naleŝy: Napełnić zbiornik spręŝonego powietrza do ciśnienia maksymalnego, Ustalić odpowiednia prędkość obrotowa silnika, Uruchomić rejestrację ciśnienia, 11

12 Otwierając i zamykając zawór odcinający w zbiorniku zmieniać ciśnienie do osiągnięcia stanów włączenia i wyłączenia regulatora Zapisać wartości ciśnienia maksymalnego i minimalnego w tabeli p [bar] 5,15 5,125 5,1 5,075 5,05 5, ,975 4,95 4,925 4,9 4,875 4, t [s] 12 pzb pmax pmin Rys. 14. Przebieg zmian ciśnienia w zbiorniku ciągnika podczas hamowania i odhamowania: pzb ciśnienie w zbiorniku, pmin, pmax minimalna i maksymalna wartość ciśnienia regulowanego 4. WYMAGANIA BHP Osoby biorące udział w ćwiczeniach zobowiązane są: - przestrzegać przepisy i zasady bezpieczeństwa i higieny pracy, zgodnie z regulaminem prac w laboratorium, - wykonywać pomiary i badania w sposób zgodny z przepisami, zasadami bezpieczeństwa i higieny pracy oraz stosować się do wydawanych w tym zakresie poleceń i wskazówek prowadzących zajęcia, - dbać o naleŝyty stan maszyn, urządzeń, narzędzi i sprzętu oraz porządek i ład w miejscu pracy, - niezwłocznie zawiadomić przełoŝonego o zauwaŝonym w laboratorium wypadku albo zagroŝeniu Ŝycia lub zdrowia ludzkiego oraz ostrzec inne osoby znajdujące się w laboratorium o niebezpieczeństwie, - współdziałać z prowadzącymi w wypełnianiu obowiązków dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy. 5. SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA Sprawozdanie powinno zawierać stronę tytułową, cel i zakres ćwiczenia, schemat stanowiska na którym dokonywano pomiarów, tablice wyników oraz wnioski wynikające z przeprowadzonych badań. 6. PYTANIA KONTROLNE - Narysować schemat instalacji pneumatycznej ciągnika rolniczego, - Narysować charakterystykę wydajnościową, zapotrzebowania na moc i czasu napełniania zbiornika, - Wymagania dotyczące zbiornika spręŝonego powietrza instalacji zasilającej ciągnika, - Wymagania dotyczące wydajności spręŝarki instalacji zasilającej ciągnika, - Wymagania dotyczące czasu reakcji zespołu sterującego.

13 7. LITERATURA 1. Naprawa samochodów Star 28 i 29. WKiŁ, Warszawa Powietrzny jednoprzewodowy układ przenoszący hamulców. Wymagania i badania. PN 90R Kołowy ciągnik rolniczy Ursus C-360. Instrukcja obsługi. Wydawnictwa Przemysłu Maszynowego WEMA, Warszawa Miatluk M., Kamiński Z.: Układy Hamulcowe Pojazdów. Obliczenia. Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok Kamiński Z.: Symulacyjne i eksperymentalne badania pneumatycznych układów hamulcowych pojazdów rolniczych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej, Białystok