TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA STROJNÍ Katedra vozidel a motorů

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA STROJNÍ

Katedra vozidel a motor ů

KONSTRUKCE MALÉHO BRZDOVÉHO STANOVIŠT Ě SE SPALOVACÍM MOTOREM HONDA

CONSTRUCTION OF A SMALL ENGINE BRAKE STATION FOR HONDA COMBUSTION ENGINE

BAKALÁ Ř SKÁ PRÁCE

Marek Mikeš

Květen 2011

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA STROJNÍ

Katedra vozidel a motor ů

Obor 23 – 17 – 8 Konstrukce stroj ů a za ř ízení

Zam ěř ení

Dopravní stroje a za ř ízení

KONSTRUKCE MALÉHO BRZDOVÉHO STANOVIŠT Ě SE SPALOVACÍM MOTOREM HONDA

CONSTRUCTION OF A SMALL ENGINE BRAKE STATION FOR HONDA COMBUSTION ENGINE

KVM – BP – 220 Marek Mikeš

Vedoucí diplomové práce: Ing. Josef Blažek Ph.D.

Konzultant diplomové práce: Prof. Ing. Stanislav Beroun CSc.

Počet stran: 58 Počet obrázků: 34 Počet příloh: 2 Počet výkresů: 6

Květen 2011

Místo pro vložení originálního zadání DP (BP)

KONSTRUKCE MALÉHO BRZDOVÉHO STANOVIŠT Ě SE SPALOVACÍM MOTOREM HONDA

Anotace

Bakalářská práce je zaměřena na problematiku laboratorního testování spalovacích motorů a funkci výkonových brzd. Cílem bakalářské práce jsou návrhy možných variant uspořádání stanoviště s výkonovou brzdou pro testování malého spalovacího motoru. Byla zvolena varianta hydrodynamické brzdy, pro kterou byl vytvořen konstrukční návrh a následné sestavení funkčního stanoviště.

Klíčová slova: spalovací motor, výkonová brzda, výkon, točivý moment, otáčky, škrtící klapka, otáčková charakteristika, zatěžující charakteristika, úplná

charakteristika, proporcionální rozváděč

CONSTRUCTION OF A SMALL ENGINE BRAKE STATION FOR HONDA COMBUSTION ENGINE

Annotation

The bachelor thesis is focused on the issues of laboratory testing combustion engines and the principles and usage of engine brakes. The first part of this thesis discusses different designs and solutions of such device. For the purposes of the second part, which consists of engineering design and assemblage of a functional engine brake, the solution based on hydrodynamic principle was selected.

Key words: combustion engine, engine brakes, power, torque, revolutions, choke valve, revolution characteristics, load characteristics, complete characteristics, proportional distributor

Zpracovatel: TU v Liberci, Fakulta strojní, Katedra vozidel a motorů

Dokončeno : 2011

Archivní označení zprávy:

Prohlášení k využívání výsledk ů bakalá ř ské práce

Byl(a) jsem seznámen(a) s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb. o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na vědomí, že technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom(a) povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

Bakalářskou práci jsem vypracoval(a) samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím bakalářské práce a konzultantem.

V ……… dne ……… ………

podpis

Pod ě kování

Tímto chci poděkovat vedoucímu mé bakalářské práce Ing. Josefu Blažkovi, Ph.D. a mému konzultantovi prof. Ing. Stanislavu Barounovi CSc., za rady, připomínky a trpělivost během vypracování mé bakalářské práce. Rád bych uvedl že páce vznikla za podpory projektu INTECH2. Dále chci poděkovat celé své rodině, která mě podporovala během celého mého studia na vysoké škole.

Seznam symbolů a jednotek

P výkon [kW]

M moment [Nm]

n otáčky [1/min]

mpe měrná spotřeba paliva [g/kWh]

ω úhlová rychlost [rad/s]

i převodové číslo [-]

nmin minimální otáčky [1/min]

nmax maximální otáčky [1/min]

q měrný objem [cm³/ot]

Q průtok [m³/s]

n^č otáčky čerpadla [1/min]

nm otáčky motoru [1/min]

Mm moment motoru [Nm]

Ms moment snímače [Nm]

ŠK škrtící klapka [%]

Obsah

1 Úvod ... 9

2 Obecná problematika testování spalovacích motorů... 10

2.1 Měřené veličiny spalovacích motorů... 10

2.2 Typy výkonových brzd... 12

2.2.1 Brzdy tekutinové... 12

2.2.2 Elektromagnetické vířivé brzdy ... 14

2.2.3 Elektrické dynamometry ... 15

3 Návrh možných variant brzdového stanoviště pro malý spalovací motor ... 16

3.1 Elektrická brzda... 16

3.1.1 Princip zatěžováni a měření veličin ... 16

3.1.2 Způsob regulace otáčkové charakteristiky ... 16

3.1.3 Způsob regulace zatěžující charakteristiky ... 17

3.2 Mechanická brzda ... 17

3.2.1 Princip zatěžování a měření veličin... 17

3.2.2 Způsob regulace otáčkové charakteristiky ... 18

3.2.3 Způsob regulace zatěžující charakteristiky ... 18

3.3 Hydrodynamická brzda... 18

4 Vlastní řešení hydrodynamické brzdy... 19

4.1 Princip vlastního řešení hydrodynamické brzdy ... 19

4.1.1 Brzdění spalovacího motoru... 19

4.1.2 Snímání hodnot spalovacího motoru... 20

4.1.3 Způsob měření a řízení brzdového stanoviště... 20

4.2 Popis konstrukce vlastní hydrodynamické brzdy ... 22

4.2.1 Hydraulické komponenty ... 22

4.2.2 Mechanické komponenty ... 34

4.2.3 Spalovací motor Honda GX31... 42

4.2.4 Elektronické komponenty ... 44

4.3 Ovládání brzdového stanoviště... 46

4.3.1 Postup měření... 46

4.3.2 Ukládání a zpracování naměřených hodnot... 50

4.3.3 Nastavení programu... 51

5 Experimentální ověření funkčnosti zvolené varianty... 53

5.1 Naměřené charakteristiky... 53

5.2 Brzdové pole hydrodynamické brzdy... 55

6 ZÁVĚR ... 56

Seznam použité literatury ... 57

Seznam příloh ... 58

Seznam výkresové dokumentace... 58

1 Úvod

Náš život si už nedokážeme představit bez technických pomocníků, kteří nám slouží, usnadňují práci, pomáhají a dokážou i bavit. Jedním z mnoha je i spalovací motor.

Od jeho zrodu se po celou dobu jeho existence výrobci snaží o jeho zdokonalení.

V počátcích jeho vzniku měl sloužit jako alternativní pohon k parním strojům. Od samého začátku výroby motorů se základní princip jeho funkce nezměnil, ale neustálým vývojem a snahou výrobců, vývojových pracovníků a techniků o dosažení na první pohled protichůdných cílů, posunul technickou úroveň současných spalovacích motorů téměř k dokonalosti. Stále je to však v základu termodynamický stroj s velmi nízkou účinností, takže i nadále se budou na celém světě týmy vědců, inženýrů a techniků snažit o jeho zdokonalení. Vývoj nového, nebo zdokonalení již používaného zařízení se neobejde bez mnoha hodin testování, měření a následném vyhodnocování všech parametrů při provozu spalovacího motoru. V dnešní době vyspělých a velmi rychlých počítačů se dá většina testů a měření ověřit v simulačních programech, které zrychlují a zlevňují vývoj, ale nemohou plně nahradit experimentálními měřeními na skutečném zařízení v laboratorním prostředí ani ve skutečných podmínkách provozu.

2 Obecná problematika testování spalovacích motor ů

2.1 M ěř ené veli č iny spalovacích motor ů

Při vývoji spalovacích motorů a jejich testování se provádí měření několika veličin pro jejich optimalizaci a dosažení co nejvyšších účinností.

Testovaný motor je připojen k takzvané výkonové brzdě, která klade spalovacímu motoru potřebný odpor, který musí spalovací motor překonávat. Při testování je motor osazen řadou snímačů, které sbírají data během testu, podle kterých je možné spalovací motor a jeho komponenty dále vyvíjet. Při testech je možné měřit teploty v sání a výfuku, tlak ve válci v závislosti na úhlu natočení klikového hřídele, spotřebu paliva, množství nasávaného vzduchu, emise, točivý moment a výkon. Dále je možné zatěžováním spalovacího motoru zjišťovat životnost jednotlivých komponentů.

Výkonovou brzdou lze spalovací motor zatěžovat v libovolném provozním režimu a podle naměřených hodnot sestavovat různé charakteristiky, tedy závislosti mezi hlavními měřenými veličinami, jako jsou závislosti výkonu a momentu na otáčkách motoru, měrné spotřeby paliva a mnoho dalších důležitých parametrů.

Základními měřenými charakteristikami spalovacího motoru jsou:

Otáčková charakteristika:

Otáčková charakteristika se skládá z naměřených hodnot pro konstantní nastavení ovládání spalovacího motoru v celém rozsahu provozních otáček (viz Obr. 1).

Zatěžující charakteristika:

Zatěžovací charakteristiky se zjišťují měřením hodnot při udržování konstantních otáček. Přitom se mění nastavení ovládacího zařízení od minimálního po maximální zatížení.

Úplná charakteristika:

Na komplexní posuzování spalovacích motorů z hlediska výkonu, momentu,

spotřeby, teplot a dalších vedlejších veličin se v praxi uplatňuje úplná charakteristika,

která v jednom diagramu umožňuje zobrazit několik závislostí současně pomocí průsečíkových diagramů. (viz Obr. 2).

Obr. 1 Obecná otáčková charakteristika spalovacího motoru [10]

Obr. 2 Obecná úplná charakteristika spalovacího motoru [2]

2.2 Typy výkonových brzd

Pro měření výkonu spalovacího motoru je třeba motor zatížit. Zařízení, pomocí kterého lze spalovací motor zatěžovat se nazývá výkonová brzda. Mechanický výkon nelze měřit přímo, ale platí závislost mezi výkonem, točivým momentem a úhlovou rychlostí.

P=M⋅ω (1) Výkon se tedy zjistí z naměření točivého momentu a otáček spalovacího motoru.

Moment lze měřit pomocí deformačního členu. Deformaci tohoto členu měříme tenzometry nebo změnu jejich magnetických vlastností. [1]

2.2.1 Brzdy tekutinové

Tekutinové brzdy využívají vnitřní tření kapalin, kde se dodávaná energie mění na teplo. Médiem může být vzduch nebo kapalina, které proti točivému pohybu působí aerodynamickým respektive hydrodynamickým odporem. Vyvolaný brzdný moment je tedy přibližně úměrný čtverci otáček rotoru brzdy. [1]

Velikost brzdného momentu závisí při konstantních otáčkách na množství náplně, která je přivedena do kruhových komor, odkud protéká do vířivých komor. Zde otáčením poháněného rotoru vzniká víření tekutiny a přeměňuje se zde výkon zkoušeného zařízení v tepelnou energii. Toto teplo je třeba odvádět, proto tekutina působí zároveň jako chladící médium. Množství náplně ve vířivých komorách je regulováno řídícím ventilem. Točivý moment je přenášen z rotoru na stator. Ten je výkyvným způsobem uložen v ložiscích. Ramenem ze statoru zařízení namáhá siloměr a díky tomu lze určit točivý moment. [1]

Rozsah brzdného pole hydraulické brzdy je zobrazen na obr. 4 . Zprava je omezeno křivkou a, která závisí na množství náplně. Křivkou b omezující pole z hlediska maximálního možného přeneseného výkonu. Přímkou c udávající maximální možnou absorpci výkonu. Přímkou d omezující pole z hlediska maximálních otáček brzdy.

Přímka e omezuje pole brzdy z hlediska minimálních ztrát v ložiscích při naplnění vodou a f bez vody. Křivky g a h jsou křivky momentu odpovídajícího výkonovým křivkám. [1]

1 – Kryt, 2 – přívod vzduchu, 3 – Kruhová komora, 4 – stator, 5 – těleso, 6 - dvojitý rotor, 7 – vířivá komora, 8 – příruba mezilehlého ložiska, 9 – labyrintové těsnění, 10 – snímač otáčkoměru, 11 – spojovací příruba, 12 – ložiskový stojan, 13 – řídící ventil, 14 – odvzdušňovací otvor, 15 – otvor pro odvod prosakující vody, 16 – rám stroje, 17 – pohon řídícího ventilu, 18 – potenciometr pro nastavení skutečné hodnoty, 19 – kloubový hřídel, 20 – škrtící klapka, 21 – konec hřídele pro nasazení spojovací příruby na opačnou stranu

Obr. 3 Schématické znázornění hydraulické brzdy s elektrickým ovládáním [1]

a – hydraulická maximální výkonová křivka, b – přípustná maximální výkonová křivka, c – přípustná maximální absorpce výkonu, d – otáčkové omezení, e – hydraulická minimální výkonová křivka (s vodou), f – minimální výkonová křivka (bez vody), g – odpovídající momentová křivka, h – přípustná absorpce momentu

Obr. 4 Brzdné pole hydraulické brzdy [1]

2.2.2 Elektromagnetické ví ř ivé brzdy

Vířivé brzdy mají oproti hydrodynamickým brzdám širší rozsah otáček při stejném výkonu. Jejich konstrukce je kompaktní vzhledem k výkonům jakými lze brzdu zatěžovat. Brzda se skládá z výkyvně uloženého tělesa, do kterého se přenáší moment z rotoru. Z tělesa je vyvedeno rameno, která zatěžuje siloměr a tím se určuje točivý moment. V tělese je otočně uložen rotor, kterým je ozubený pólový kotouč. Těleso brzdy obsahuje budící vinutí a je v něm labyrint kanálů pro průtok chladící kapaliny. Při průtoku stejnosměrného proudu vinutím vzniká magnetické pole. Magnetické pole v zubech pólového kotouče je statické, proto obíhá s kotoučem. Ve stěnách chladících komor toto pole pulsuje s frekvencí odpovídající otáčejících se zubů. Tím vznikají vířivé proudy, které vytvářejí brzdný moment.

Velikost brzdného momentu se reguluje změnou budícího proudu ve vinutí. Mařený výkon se přeměňuje na teplo, které je odváděno do chladících komor, kde se předává do protékající chladící vody. [1,2]

1 – těleso brzdy, 2 – budící vinutí, 3 – pólový kotouč, 4 – chladící komory, 5 – vodní chlazení, 6 - vzduchová mezera, 7 – levá příruba, 8 – pravá příruba, 9 – hřídel brzdy, 10 – rám, 11 – připojené měřené zařízení (např. válec zkušební stanice)

Obr. 5 Schéma elektromagnetické vířivé brzdy [1]

a - magnetická maximální výkonová křivka, c – přípustná absorpce výkonu, d – otáčkové omezení, e – minimální výkonová křivka, g – příslušná magnetická momentová křivka, h – přípustná absorpce momentu

Obr 6. Brzdné pole elektromagnetické vířivé brzdy [1]

2.2.3 Elektrické dynamometry

Elektrické dynamometry fungují jako elektrické generátory nebo elektromotory. Stator je opět výkyvně uložen v ložiscích, díky čemuž lze změřit točivý moment. Výhodou těchto brzd, oproti předchozím zmiňovaným je, že je lze využít i jako motorů pro protáčení.

Brzdné pole elektrické brzdy se dělí na dva úseky. Od nulových až po polovinu jmenovitých otáček se zatěžující moment řídí změnou napětí na kotvě. V této oblasti pracuje brzda se jmenovitým momentem. Ve druhé oblasti naopak brzda pracuje se jmenovitým výkonem a zatížení se reguluje změnou intenzity proudu. [1]

Obr. 7 Brzdové pole stejnosměrné elektrického dynamometru [1]

3 Návrh možných variant brzdového stanovišt ě pro malý spalovací motor

V této kapitole jsou vypsány možné varianty použitelné pro stavbu brzdového stanoviště. U každé varianty popsán princip maření energie, způsob řízení daného brzdového stanoviště a možnosti měření veličin.

3.1 Elektrická brzda 3.1.1 Princip zat ě žováni a m ěř ení veli č in

Spalovací motor je přes převod spojen se stejnosměrným elektromotorem. Mezi spalovacím motorem a elektromotorem je zařazen snímač točivého momentu. Pro snímání otáček je použit indukční snímač. Měřený výkon se dopočítává z naměřených hodnot točivého momentu a otáček spalovacího motoru viz vztah (1).

Měřit lze změnu výkonu a točivého momentu podle otáčkové charakteristiky, kdy při konstantním nastavení škrticí klapky měníme hodnoty požadovaných otáček. Nebo lze měřit podle zatěžující charakteristiky, kdy měříme výkon a točivý moment při konstantních otáčkách a různé poloze škrtící klapky.

Stejnosměrný motor je buzen trvalým proudem a výkon z kotvy je mařen pomocí elektronické zátěže ovládané pomocí signálu 0-10V. Elektronická zátěž je založena na pulzně-šířkové modulaci o vysoké frekvenci. Změnou odporu elektronické zátěže klademe potřebný odpor stejnosměrným motorem proti spalovacímu motoru.

Regulace je prováděna pomocí PID regulace v pomocném programovatelném logickém automatu PLC a výsledky přenášeny do PC k dalšímu zpracování.

3.1.2 Zp ů sob regulace otá č kové charakteristiky

Po nastartování motoru je zapnuto buzení statoru. Ke kotvě je připojen ochranný odpor pro odbourání přepětí. Po nastavení požadované polohy klapky jsou zadávány požadované otáčky. Podle potřeby je přidána nebo ubrána elektronická zátěž tak,

aby se otáčky ustálily na požadované hodnotě. Pro zvýšení zátěže je třeba ubrat odpor a pro snížení zátěže naopak odpor přidat. Chceme-li otáčky zvýšit, ubere regulace elektronickou zátěž, chceme-li otáčky snížit, regulace naopak přidá elektronickou zátěž. Výsledky jsou postupně zaznamenávány.

3.1.3 Zp ů sob regulace zat ě žující charakteristiky

Po nastartování motoru je zapnuto buzení statoru. Ke kotvě je připojen ochranný odpor pro odbourání přepětí. Regulaci je zadán požadovaný počet otáček, který musí být nižší než aktuální otáčky na prázdno. PLC automaticky začne zvyšovat zátěž snížením odporu a tím dosáhne požadovaných otáček. Pak lze postupně otevírat klapku a regulace automaticky zvyšuje zátěž a tím udržuje požadované otáčky.

Výsledky jsou postupně zaznamenávány.

Vyhodnocení lze provádět z uložených hodnot polohy klapky, otáček, točivého momentu a vypočteného výkonu.

3.2 Mechanická brzda 3.2.1 Princip zat ě žování a m ěř ení veli č in

Spalovací motor pohání buben, který pomocí třecího elementu zatěžujeme. Může se jednat například o brzdu pásovou, kdy třecím prvkem je pás s obložením nebo o brzdu čelisťovou, kde je čelist s obložením přitlačována k bubnu. Přitlačením třecího prvku k bubnu vzniká mezi bubnem a třecím prvkem třecí síla, která vyvolává třecí moment působící proti točivému momentu spalovacího motoru. Mařená energie se přeměňuje na teplo, které zahřívá celý systém brzdění. Je tedy nutné chlazení třecího bubnu a odvádět teplo vznikající při tření. Intenzita brzdné síly závisí na tlaku přitlačení třecího elementu k bubnu. Je řízena přes pákový mechanismus pomocí krokového motoru.

Mezi spalovacím motorem a třecí brzdou je zapojen snímač točivého momentu a indukční snímač otáček. Naměřené hodnoty jsou zaznamenávány řídícím systémem.

Měření veličin lze provádět podle otáčkové nebo zatěžující charakteristiky.

3.2.2 Zp ů sob regulace otá č kové charakteristiky

Spalovací motor nastavíme škrtící klapkou na požadované otáčky. Zapneme regulaci, která řídí krokový motor a v řídícím programu zadáme požadované otáčky.

Poté přemístíme klapku do požadované polohy. Regulace podle informací ze snímače otáček začne řídit krokový motor, který ovládá třecí prvek. Krokovým motorem regulace vyvolá potřebnou zátěž pro dosažení zvolených otáček pro danou polohu klapky. Řídící program zaznamenává hodnoty točivého momentu, polohu škrtící klapky a zvolených otáček. V řídícím programu poté můžeme zvolit libovolné otáčky pro danou polohu klapky a měřit hodnoty v daném stavu.

3.2.3 Zp ů sob regulace zat ě žující charakteristiky

Spalovacím motorem dosáhneme bez zátěže zvolených otáček. Tyto otáčky zadáme do řídícího programu. Zapnutím regulace krokový motor ustálí přes pákový mechanismus otáčky na přesně zadanou hodnotu. Přidáme-li otevření škrtící klapky, spalovací motor má tendenci se roztočit na vyšší otáčky. Regulace řídící krokový motor dostává tuto informaci a krokovým motorem se zvýší zátěž tak, aby se otáčky ustálily na zadané hodnotě. Program zaznamená snímané hodnoty točivého momentu a otáček. Dále je možné měření hodnot momentu a výkonu v libovolné poloze škrtící klapky.

3.3 Hydrodynamická brzda

Varianta hydrodynamické brzdy je celá detailně popsána v následující 4. kapitole.

Princip brzdění, snímání hodnot, způsob řízení, použité komponenty a ovládání celého stanoviště.

4 Vlastní ř ešení hydrodynamické brzdy

V této kapitole je popisována zvolená varianta hydrodynamické brzdy, její vlastní konstrukce, způsob měření požadovaných veličin a ovládání celého stanoviště. Tuto variantu jsem zvolil s ohledem na své znalosti a možnosti sestavení konečného funkčního řešení brzdového stanoviště (Obr. 8).

Obr. 8 Vlastní řešení hydrodynamické brzdy

4.1 Princip vlastního ř ešení hydrodynamické brzdy 4.1.1 Brzd ě ní spalovacího motoru

K brzdění spalovacího motoru Honda jsem zvolil hydraulický obvod tvořený zubovým čerpadlem a proporcionálním rozváděčem. Čerpadlo je zapojeno v sérii se spalovacím motorem a je jím poháněno. Zubové čerpadlo přečerpává hydraulický

olej, kterému podle potřeby proporcionálním rozváděčem škrtíme průtok a tím vytváříme potřebný odpor kladený spalovacímu motoru.

Poháněné zubové čerpadlo generuje tok hydraulického oleje nasávaného z nádrže.

Velikost toku závisí na otáčkách čerpadla, tedy na otáčkách spalovacího motoru.

Z čerpadla olej proudí do proporcionálního rozváděče, kterým regulujeme průtok hydraulického oleje. Regulací průtoku oleje v této části vytváříme tlak a tím vzniká odpor, který musí čerpadlo překonávat. Nastavení proporcionálního rozváděče je řízeno PLC systémem. Škrcením průtoku hydraulického oleje proporcionálním rozváděčem se jeho energie přeměňuje v teplo a olej se zahřívá. Olej na výstupu z proporcionálního ventilu není již pod tlakem, ale bude mít vyšší teplotu. Hydraulický olej proto dále proudí přes chladič pro udržení jeho pracovní teploty . Z chladícího systému se olej přes filtrační jednotku vrací zpět do nádrže.

4.1.2 Snímání hodnot spalovacího motoru

Veličiny spalovacího motoru, které měřením chceme zaznamenat, jsou výkon a točivý moment v závislosti na otáčkách a poloze škrtící klapky. Hodnotu točivého momentu spalovacího motoru měří snímač točivého momentu zapojený mezi spalovacím motorem a zubovým čerpadlem. Otáčky spalovacího motoru měříme pomocí indukčního čidla a rotující clonky umístěné na výstupním hřídeli motoru.

Výkon spalovacího motoru se neměří přímo, ale dopočítává se z předchozích dvou uvedených hodnot podle vztahu viz (1).

Nastavená poloha škrtící klapky je snímána otočným potenciometrem.

Brzdové stanoviště lze dále rozšířit o měření dalších veličin, jako je tlak, teplota a množství nasávaného vzduchu, případně měřením spotřeby paliva a mnoha dalších veličin.

4.1.3 Zp ů sob m ěř ení a ř ízení brzdového stanovišt ě

Samotné měření probíhá podle „zatěžující charakteristiky “. To znamená, že v režimu konstantních otáček snímáme točivý moment v nastavené poloze škrtící klapky od polohy volnoběhu až po její úplné otevření. Vybrané naměřené hodnoty jsou

ukládány do řídícího programu. Pokud toto měření provedeme v celém rozsahu otáček spalovacího motoru, můžeme z naměřených hodnot uložených v řídícím programu sestavit graf otáčkové charakteristiky.

PLC řídící systém brzdového stanoviště je vybaven sériovým rozhraním RS232 pro připojení k PC s řídícím programem. V programu zadáváme požadované otáčky.

Pomocí ručního nastavení škrtící klapky si spalovací motor na těchto otáčkách ustálíme. V tuto chvíli motor není zatížen. Čerpadlo přečerpává hydraulický olej, kterému není kladen žádný odpor. Proto je proporcionální ventil plně otevřen a hydraulický olej může volně protékat. Minimální zatížení tu však existuje pro překonání tření při průtoku oleje potrubím a mechanické odpory rotační soustavy.

V této fázi začíná vlastní měření. Naměřený točivý moment by však měl být v této fázi téměř nulový. Naměřené hodnoty se v řídícím programu v tomto stavu uloží.

Ukládáme hodnoty točivého momentu, polohy škrtící klapky a otáček motoru. Tedy pro požadované otáčky při nulovém zatížení je potřeba dané otevření klapky. Poté začneme škrtící klapku otvírat na zvolenou hodnotu, pro kterou chceme znát měřené veličiny výkonu a kroutícího momentu. Tato hodnota bude graficky zobrazována na monitoru řídícího PC, aby bylo možné ji nastavit. Otvíráním škrtící klapky spalovacího motoru má motor tendenci zvýšit své otáčky a tím zubové čerpadlo začne generovat vyšší průtok hydraulického oleje. Změnu otáček zaznamená snímač otáček, který tuto informaci předá řídícímu programu. Program na tuto situaci reaguje tím, že zvýšené otáčky vrátí na původně zadanou hodnotu. A to tak, že zvýšený průtok hydraulického oleje začne regulovat pomocí proporcionálního rozváděče na původní hodnotu. Díky tomu se otáčky spalovacího motoru vrátí na původní zadanou hodnotu. Při zachování stejného průtoku hydraulického oleje se však zvýší jeho tlak v části mezi zubovým čerpadlem a proporcionálním ventilem. Po ustálení stavu se opět uloží měřené hodnoty. Tedy pro dané konstantní otáčky a zvolenou polohu škrtící klapky naměřený točivý moment. Takto pokračujeme v konstantních otáčkách pro celý rozsah škrtící klapky a naměřené veličiny ukládáme do řídícího programu.

Tento postup opakujeme pro libovolné otáčky spalovacího motoru, čili pro celý rozsah otáček spalovacího motoru. Z naměřených veličin ukládaných do řídícího programu lze nechat vykreslit grafy výkonu a točivého momentu v závislosti na otáčkách při různých polohách otevření škrtící klapky.

4.2 Popis konstrukce vlastní hydrodynamické brzdy

Brzdové stanoviště je určeno pro čtyřtaktní zážehový spalovací motor Honda GX 31.

Jeho parametry uvedené v přiloženém prospektu k tomuto motoru jsou 1,1 kW při 7000 otáčkách za minutu a maximálním točivým momentem 1,64 Nm při 4500 otáčkách za minutu. Rotační pohyb klikového hřídele je přenášen přes odstředivou spojku, která zůstala zachována. Maximální otáčky motoru jsou 8000 otáček za minutu. Použitý snímač točivého momentu může měřit pouze do 4000 [ot/min], proto je nutné použití převodu, aby bylo možné měřit hodnoty spalovacího motoru v celém rozsahu jeho otáček. Převod je umístěn hned za odstředivou spojkou. Snímač točivého momentu je tedy zařazen až za převod. Skutečný snímaný točivý moment má tedy jinou hodnotu než moment spalovacího motoru. Snímaná hodnota je násobkem převodového čísla a točivým momentem spalovacího motoru.

4.2.1 Hydraulické komponenty 4.2.1.1 Hydraulické

erpadlo

Pro brzdění motoru bylo zvoleno zubové čerpadlo italského výrobce Vivoil, řady XV- 1P. Je nutné, aby čerpadlo bylo dimenzované tak, že pokryje výkonovou křivku spalovacího motoru v celém rozsahu jeho otáček. Čerpadlo není hnáno přímo spalovacím motorem, nýbrž přes převod kvůli potřebám snímače točivého momentu.

Převod je do pomala a jeho hodnota je rovna i=2,5 , tedy otáčky čerpadla jsou 2,5x nižší, než otáčky spalovacího motoru. Čerpadlo je z výroby objednané jako pravotočivé, lze však přestavět pro opačný směr otáček. Pohon čerpadla zajišťuje vstupní hřídel s upínáním kuželovou stopku a doplněnou drážkou pro woodruffovo pero. Vymezení přesné polohy čerpadla vůči ose rotace zabezpečuje příruba s přesným rozměrem. Pro upevnění čerpadla slouží 4 otvory pro šrouby M6 po obvodě litinové základny. Otvory pro vstup i výstup hydraulického oleje jsou na bocích těla čerpadla s vnitřním trubkovým závitem o rozměru G 3/8“.

Obr. 9 Zubové čerpadlo [6]

Výpo

et zubového

erpadla:

Ukázka kontrolního výpočtu čerpadla je provedena pro hodnoty spalovacího motoru při otáčkách 7000 1/min. Kontrola je však provedena v celém rozsahu otáček spalovacího motoru (viz Obr. 10).

Tab. 1 Parametry zubového čerpadla [6]

Typ čerpadla XV-1P/1.7

Kód X1P1802FBBA

minimální otáčky nmin

[

]

maximální otáčky nmax

[

]

měrný objem ^q

[

]

maximální pracovní tlak ^p1

[ ]

maximální špičkový tlak ^p3

[ ]

Tab. 2 Parametry spalovacího motoru [4]

Typ motoru Honda GX 31

maximální otáčky nmax

[

]

Maximální výkon při otáčkách ^P

[ ] [

]

[ ] [

]

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

4000 5000 6000 7000 8000

[ot./min]

[kW]

Obr. 10 Otáčková charakteristika spalovacího motoru [4]

Otáčky čerpadla:

i n n n

i n č ^m

č

m ⇒ =

=

min 1 5 2800 , 2 7000 =

= nč

Průtok čerpadla:

nč

q

Q= ⋅ (3)

s m

Q ⁶ 0,0000728 ³

60 10 2800 56 ,

1 ⋅ ⋅ =

= ⁻

Výkon čerpadla:

pin- tlak na vstupu do čerpadla

Je možné ho považovat za nulový, jelikož podtlak, který musí čerpadlo vyvolat pro nasátí oleje z nádrže je zanedbatelný oproti výstupnímu tlaku.

pout- výstupní tlak z čerpadla

Q p

P=∆ ⋅ (4)

bar p

p

p= _out − _in =250

∆ (5)

W 1820 0000728

, 0 10

250⋅ ⁵⋅ =

= P

0 0,5 1 1,5 2 2,5

4000 5000 6000 7000 8000

Otáčky spalovacího motoru [1/min]

Výkon [kW]

Výkon spalovacího motoru Výkon zubového čerpadla

Obr. 11 Výkon spalovacího motoru a zubového čerpadla [4,6]

Z předchozího grafu (obr. 1 je patrné, že je zvolené čerpadlo dostatečně dimenzováno na absorbování výkonu spalovacího motoru. Je nutné si uvědomit, že v grafu není znázorněn výkon čerpadla při jeho otáčkách, ale při otáčkách spalovacího motoru.

4.2.1.2 Proporcionální rozvád

Pro regulaci brzdného výkonu, kterým musí čerpadlo brzdit spalovací motor je použito proporcionálního rozváděče. Ten řídí hodnoty průtoku a tlaku hydraulického oleje, které generuje zubové čerpadlo. Na tyto dvě veličiny musí být ventil dimenzován. Maximální průtok ventilem nastane při maximálních otáčkách spalovacího motoru, které podle prospektu jsou 8000 ot/min. Pro vyšší bezpečnost je počítáno s možností vyšších otáček spalovacího motoru než je uvedeno v prospektu.

Je tedy počítáno s maximálními otáčkami 10000 ot/min. Hodnota maximálního tlaku je stejná jako hodnota, kterou může zubové čerpadlo vyvinout.

Maximální průtok:

i q n n q

Q= ⋅ č = ⋅ ^m (3) min

24 , 5 6 , 2 10000 10

56 ,

1 ³ l

Q= ⋅ ⁻ ⋅ =

Tab. 3 Požadované hodnoty proporcionálního rozváděče

Průtok ^Q

[

]

Tlak ^p

[ ]

Pro plnění dané funkce je vhodný proporcionální rozvaděč od českého výrobce ARGO-HYTOS. Přesné celé označení použitého typu je následující:

PRM7-06 2Z11 / 24 E02S01

Obr. 12 Schéma proporcionálního rozváděče [7]

Jedná se o proporcionální rozváděč s polohovou zpětnou vazbou. Připojení napájecího napětí, řídícího signálu, kontrolního výstupu snímače polohy šoupátka a výstupního napětí je provedeno pomocí sedmipólového konektoru M23. Pro upevnění ventilu jsou v litinovém těle 4 otvory pro šrouby M5 s válcovou hlavou s vnitřním šestihranem. Vstup hydraulického oleje do proporcionálního ventilu je kanálem B a výstup oleje kanálem T. Zbylé dva kanály je třeba zaslepit zátkami. To se provádí na připojovací desce, ke které je ventil připevněn. Správnou funkci digitální elektroniky proporcionálního rozváděče indikuje svítící zelená LED dioda, nesprávnou funkci indikuje naopak svítící červená LED dioda. Tyto signály LED diod jsou vidět přes průhledné horní víčko elektronické krabičky.

Obr. 13 Popis proporcionálního rozváděče [7]

Tab. 4 Parametry proporcionálního rozváděče [7]

Jmenovitá světlost

[ ]

Maximální provozní tlak na vývodech P, A, B

[ ]

Maximální provozní tlak na vývodu T

[ ]

Tlaková kapalina Minerální olej výkonových tříd

HL, HLP dle DIN 51524 Rozsah provozní teploty kapaliny

[ ]

Teplota okolí maximální

[ ]

Rozsah provozní viskozity

[

]

Jmenovitý průtok při ∆p=10 bar

[

]

Montážní poloha libovolná

4.2.1.3 P

epoušt

cí ventil

Přímo řízený přepouštěcí ventil slouží v hydraulickém obvodě jako bezpečnostní ventil. Ventil je zařazen ve vysokotlaké části hydraulického oběhu mezi zubovým čerpadlem a proporcionálním rozvaděčem. Překročí-li tlak hydraulického oleje hodnotu, která bude nastavena na bezpečnostním ventilu, přepustí ventil hydraulický olej do odpadní větve. V případě kolize brzdového stanoviště zajistí tento ventil, aby nedošlo k tlakovému přetížení hydraulických komponentů. Pro kompatibilitu s proporcionálním rozváděčem je zvolen přepouštěcí ventil od stejného výrobce ARGO – HYTOS.

Obr. 14 Popis přepouštěcího ventilu [7]

Ventil se skládá z pouzdra (1), kuželky s tlumicím pístkem (2) a pružiny (3).

Nastavení tlaku se provádí ručně šroubem s vnitřním šestihranem (4). Pružina tlačí kuželku do sedla (5) a drží ventil uzavřen. Vzroste-li tlak v kanálu B nad hodnotu nastavenou předpětím pružiny, kuželka se nadzvedne a přepouští olej z kanálu B do kanálu T.

Celé označení použitého ventilu je následující:

VPP2 – 04 / MB06 - 25

Celý tento mechanismus je našroubován do litinového tělesa s rozvodnými kanály.

Obr. 15 Schéma přepouštěcího ventilu [7]

Umístění ventilu je před proporcionálním rozváděčem přímo na připojovací desce.

Pro uchycení jsou v krajích litinového těla 4 otvory pro šrouby M5, kterými je přes proporcionální rozváděč přitažen k připojovací desce.

Tab. 5 Základní parametry přepouštěcího ventilu [7]

Jmenovitá světlost

[ ]

Maximální průtok

[

]

Maximální provozní tlak na vývodech P, A, B,T

[ ]

Tlaková kapalina Minerální olej výkonových tříd

HL, HLP dle DIN 51524 Rozsah provozní teploty kapaliny

[ ]

[

]

Montážní poloha libovolná

4.2.1.4 P

ipojovací deska

Připojovací deska slouží k upevnění ventilu a rozváděče a jejich napojení na hydraulické hadice, případně podtrubí. Pro zvolený ventil a rozvaděč je určena připojovací deska od stejné firmy ARGO – HYTOS. Napojení hadic je z opačné strany než je k desce přitažen pojistný ventil a proporcionální rozváděč. Vstupem do desky jsou otvory s vnitřním trubkovým závitem G 3/8 “. U každého otvoru je

vyraženo jeho označení (A , B, P, T) pro snadnou orientaci při napojování hadic.

Otvory A a P je třeba zaslepit. Pro naše zapojení nejsou aktivní.

Označení připojovací desky:

DP3 – 06 / 32 -16

Tab. 6 Základní parametry připojovací desky [7]

Jmenovitá světlost

[ ]

Maximální provozní tlak

[ ]

Obr. 16 Schéma připojovací desky [7]

4.2.1.5 Olejový chladi

Brzděním spalovacího motoru se mařený výkon přeměňuje na teplo. Hydraulický olej se škrcením zahřívá důsledkem vnitřního tření v oleji. Kvůli omezeným provozním teplotám proporcionálního rozváděče a přepouštěcího ventilu je nutné hydraulický olej chladit na provozní teplotu. Proto po výstupu z proporcionálního ventilu proudí hydraulický olej do olejového chladiče, kde část svého tepla odevzdá do okolí. Pro tento účel je použit automobilový chladič od společnosti BEHR, který je určen pro chlazení oleje převodovky u vozů značky VW a PORSCHE. Pro naší potřebu by tedy měl být dostatečně dimenzovaný. Při průchodu hydraulického oleje chladičem teplo přestupuje z oleje na hliníkové tělo chladiče a chladící lamely. Třemi ventilátory umístěnými v těsné blízkosti chladiče je generován tok vzduchu, který protéká chladičem a obtékáním hliníkových lamel snižuje celkovou teplotu chladiče. Chladič

je dále vybaven potrubím, o vnějším průměru 12 mm, kterým je přiváděn a odváděn hydraulický olej z chladiče. Potrubí je upraveno podle naší potřeby. Oba konce jsou zakončeny převlečnou maticí s těsnícím kuželem, na níž jsou našroubována kolena s vnějším metrickým závitem M18x1,5 pro snadné spojení s hydraulickými hadicemi.

Tab. 7 Základní parametry olejového chladiče

Maximální průtok

[

]

Tlakový spád při průchodu oleje chladičem

[ ]

4.2.1.7 Olejový filtr

Pro bezporuchový chod zařízení je nezbytné kvůli citlivosti hydraulických komponentů na nečistoty, zvlášť proporcionální rozváděč s přesným ovládáním, hydraulický olej filtrovat. Pro tento účel je použit zpětný filtr od českého výrobce ARGO – HYTOS. Filtr je umístěn na vstupu do nádrže. Překročí-li tlak hydraulického oleje maximální provozní tlakovou hodnotu filtru, je olej přepuštěn integrovaným bezpečnostním ventilem. Průtok oleje pokračuje dál do nádrže, olej již však není filtrován. Tlak na vstupu do filtru je znázorňován na manometru, který je součástí filtru.

Označení zpětného filtru:

FR 043 – 166

Obr. 17 Zpětný olejový filtr [7]

Tab. 8 Základní parametry olejového filtru [7]

Maximální průtok

[

]

Maximální provozní tlak při filtrování

[ ]

Rozsah provozní teploty kapaliny

[ ]

Provozní kapalina Minerální olej výkonových tříd

HL, HLP dle DIN 51524

Jemnost filtrování

[ ]

4.2.1.8 Olejová nádrž

Nádrž pro zásobu hydraulického oleje je vyrobena z ohýbaného a následně svařovaného plechu z nerezové oceli. Rozměrově je navržena pro zásobu 40 litrů hydraulického oleje. Nádrž je rozdělena přepážkou pro oddělení nasávaného oleje od oleje, který právě do nádrže přitekl. Nádrž je vybavena hladinoměrem pro informaci o stavu množství oleje, aniž by se muselo odkrývat víko nádrže. K víku je na straně sání připevněno šroubení, sloužící pro spojení s hydraulickou hadicí na vnější straně víka. Na vnitřní straně je převlečnou maticí a těsnícím kroužkem připevněna hliníková trubka sahající téměř ke dnu, kde je nasávaný olej nejchladnější. Na straně přítoku je k víku připevněn filtr s vývodem oleje také až ke dnu nádrže. K víku jsou přidělána dvě madla pro snadné sejmutí víka z nádrže. Na bocích nádrže jsou přivařeny patky sloužící k upevnění nádrže k nosnému rámu stanoviště.

4.2.1.9 Hydraulické hadice

Pro rozvod hydraulického oleje mezi jednotlivými komponenty slouží hydraulické hadice. Pro 3 úseky bylo použito stejného typu hydraulické hadice a to úseky:

nádrž – čerpadlo, čerpadlo – proporcionální rozvaděč, proporcionální rozvaděč – chladič.

Pro úsek mezi chladičem a filtrem byla použita hadice přiložená k filtru.

Pro úsek Čerpadlo – Proporcionální rozváděč je kladen požadavek na délku hadice okolo 300 mm. Důvodem je hodnota průtoku hydraulického oleje, která není zcela

konstantní, jelikož je průtok generován zubovým čerpadlem. Hodnota průtoku tedy nepatrně kmitá, což je nežádoucí pro řízení proporcionálního rozvaděče. Poddajná hadice tyto kmity absorbuje. Její délka však musí být přiměřená, aby naopak situaci více nezhoršila.

Tab. 9 Základní parametry hydraulických hadic

Maximální provozní tlak

[ ]

Jmenovitá světlost

[ ]

Zakončení Převlečená matice M18x1,5

4.2.1.10 Hydraulický manometr

Do vysokotlaké sekce mezi zubovým čerpadlem a proporcionálním rozváděčem je zařazen manometr pro informativní hodnotu tlaku hydraulického oleje v této sekci.

Maximální měřený tlak může být 250 bar.

4.2.2 Mechanické komponenty 4.2.2.1 Pohonná soustava

Na obr. 18 je zobrazena pohonná soustava skládající se z hřídelů přenášejících točivý pohyb, řemenového převodu, spojek, ložiskových domečků, ložisek, snímače točivého momentu a základní desky.

Obr. 18 Schéma pohonné soustavy

4.2.2.1.1 P

evod

U brzdového stanoviště je zapotřebí použití zpřevodování, kvůli omezeným možnostem použitého snímače točivého momentu. Použitý snímač má schopnost měřit hodnoty točivého momentu do maximálních otáček n_max =4000ot/min. Hodnota maximálních otáček spalovacího motoru uvedená výrobcem je dvojnásobná.

Převodové číslo bude dále závislé na točivém momentu spalovacího motoru, který má maximální hodnotu M_max =1,64Nm a hodnotě maximálního možného měřeného momentu snímačem, která je M_max =50Nm.

Určení převodového čísla:

Pro určení převodového čísla je počítáno s vyšší hodnotou možných otáček spalovacího motoru n_max =10000ot/min.

s m

n

i= n (2)

5 , 4000 2 10000 =

= i

Kontrola maximálního snímaného momentu:

i M M M

i M _{s m}

m

s ⇒ = ⋅

= (6)

Nm M_s =1,64⋅2,5=4,1

Maximální zatížení točivým momentem zpřevodované větve, ve které je zapojen snímač, je 4,1Nm, což je hodnota, kterou snímač zvládá měřit.

Volba převodu:

Pro zpřevodování je použito pohonu ozubeným řemenem od firmy Haberkorn Ulmer.

Převod se skládá ze dvou řemenic, řemenu a vypínací kladky. Pro zatížení, které řemen přenáší, je vytipován polyuretanový řemen typu Synchro-Power s profilem zubů AT5, šířkou řemene 25 mm a délkou 280 mm. Řemenice z Al slitiny jsou s hřídeli spojeny pery a polohu zajišťují pojistné kroužky. Malá řemenice má počet zubů 16, velká řemenice má 40 zubů. Pro zvolené rozměry vychází osová vzdálenost hnacího a hnaného hřídele 67 mm. Pro dopnutí řemene slouží vypínací kladka s průměrem 30 mm.

4.2.2.1.2 Spojky

Spojení jednotlivých rotačních komponentů zajišťují hřídelové spojky. Spojení spalovacího motoru se zbytkem pohonné soustavy a spojení zubového čerpadla se zbytkem soustavy zajišťují spojky od společnosti SIT typ TRASCO ES. Jsou to bezvůlové spojky s polyuretanovým elastickým elementem. Tyto spojky dovolují mírné nepřesnosti v uložení hnacího a hnaného hřídele. Přenášený rotační pohyb je bezvůlový. Je zajištěn svěrným spojem hliníkového těla spojky a samotného hřídele.

Pouze tělo spojky na straně čerpadla je unášeno přes pero, proto je objednaný díl bez otvoru a následně upraven podle potřeby.

Označení použitých spojek:

Spalovací motor – Pohonná soustava

Tělo spojky: GESM14 F12 Elastický element: AES14 92 Shore A

Pohonná soustava – Zubové čerpadlo

Tělo spojky: Se svěrným nábojem: GESM19/24 F16 Bez otvoru: GESP19/24

Pružný element: AES19/24 92 Shore A

Obr. 19 Elastické spojky [8]

Spojení snímače točivého momentu se zbytkem soustavy je dosaženo pomocí svěrných spojek vlastní výroby. Jde o tuhé spojky bez nutnosti vyrovnávání nepřesností uložení jednotlivých členů soustavy, jelikož snímač bude mezi hřídeli v přesné poloze.

4.2.2.1.3 Ložiskové dome

ky

Ložiskové domečky jsou vyrobeny z Al slitiny. Jejich rozmístění je navrženo tak, aby se do výstupních hřídelů snímače točivého momentu nepřenášel ohybový moment.

Otvory pro ložiska musí být vyrobeny velmi přesně, aby byla zajištěna souosost jednotlivých hřídelů. Přesnou polohu každého ložiskového domečku vůči celé soustavě zajišťují dvojce kolíků na každém domečku. Uchycení k základní desce celé pohonné soustavy je pomocí dvou šroubů pro každý ložiskový domeček.

4.2.2.1.4 Ochranný kryt

Rotující části pohonné soustavy zakrývá ochranný kryt tak, aby obsluha brzdového stanoviště nemohla být od těchto částí zraněna. Ochranný kryt je ohýbaný z děrovaného plechu a je přichycen k základní desce.

4.2.2.1.5 Základní deska

Základní deska je vyrobena z Al slitiny. Slouží pro přesné uložení a dodržení vzájemné polohy jednotlivých prvků celé pohonné soustavy. Pro dosažení souososti výstupního hřídele od spalovacího motoru a vstupního hřídele do pohonné soustavy je podložena třemi distančními hranoly, skrz které je dotažena k desce stolu šesti šrouby M8.

4.2.2.2 Uchycení spalovacího motoru

4.2.2.2.1 Rám uchycení

Spalovací motor je uchycen k montovanému rámu skládajícího se ze dvou na sebe kolmých desek z Al slitiny a dvou výztuh přišroubovaných na bocích. Tento rám je k desce stolu připevněn přes pryžové pružiny, které minimalizují přenášení nežádoucích vibrací do zbytku celého stanoviště. Spalovací motor je k rámu připevněn čtyřmi šrouby M6 přes přírubu odstředivé spojky. Tato příruba vymezuje přesnou polohu spalovacího motoru vůči rámu.

Obr. 20 Rám uchycení spalovacího motoru

4.2.2.2.2 Odst

edivá spojka

Přenos rotačního pohybu klikového hřídele dále do brzdového stanoviště zprostředkovává odstředivá spojka. Spalovací motor tedy v klidovém stavu není se zbytkem sestavy pevně spojen. Odstředivá spojka je zachována, aby při startu nedocházelo k přetěžování tahového startéru spalovacího motoru tak, jak by k tomu docházelo při pevném spojení spalovacího motoru s brzdovým stanovištěm.

Odstředivé čelisti s třecím obložením k sobě přitahovala tažná pružina, která byla vyměněna za pružinu s nižší tuhostí. Díky tomu spalovací motor přenáší výkon do brzdového stanoviště již při volnoběžných otáčkách a můžeme ho v tomto stavu zatěžovat.

Odstředivá spojka se skládá z bubnu, který je uložen v kuličkovém ložisku v přírubě. Příruba odstředivé spojky dále slouží jako spojení a vycentrování spalovacího motoru a jeho rámu. Na straně spalovacího motoru má příruba nákružek, který lícuje s opracovanou válcovou plochou v bloku spalovacího motoru. Tím centruje osu klikového hřídele s osou spojky. Na straně rámu má příruba osazení, které se nasune do přesné díry v rámu. Tak je dosaženo přesné polohy spalovacího motoru, odstředivé spojky a rámu vůči sobě.

Obr. 21 Uchycení motoru k brzdnému stanovišti

4.2.2.3

ídící pult

Řídící pult tvoří plech z nerezové oceli připevněn ke konstrukci z hliníkových profilů. Ze zadní strany tohoto plechu je připevněn kulisový mechanismus pro ovládání škrtící klapky. Z řídícího pultu je tedy ovládaná škrtící klapka a zhasínání zapalování spalovacího motoru. Dále je zde indikován kritický stav teploty hydraulického oleje a kontrolka elektrického napájení.

4.2.2.3.1 Ovládání škrtící klapky

Ovládání škrtící klapky je zajištěno pomocí lanka. Lanko je bovdenem vedeno od karburátoru spalovacího motoru k řídícímu pultu brzdového stanoviště. Škrtící klapku řídíme ovládacím kolem z čelní strany pultu. Rozsah pootočení ovládacího kola od dorazu k dorazu pro zavření až úplné otevření škrtící klapky činí 200 °. Tento rotační pohyb je převeden pomocí kulisy na pohyb posuvný. Kotoučem se spirálovou drážkou je unášen kolík. Ten je spojen s vodícím kamenem, který se posouvá ve vodící drážce rámu kulisy. Ve vodícím kamenu je drážka pro lanko, které je za pomocí dvou šroubů ke kamenu dotaženo. Pro seřízení vypnutí bovdenu je do rámu kulisy našroubována vypínací matice původem z cyklistické přehazovačky. Na zadní čelo hřídele ovládacího kola a kotouče se spirálou je připevněn potenciometr pro snímání polohy škrtící klapky.

4.2.2.4 Rám stolu a deska stolu

Rám stolu je svařen z tenkostěnných ocelových profilů čtvercového průřezu o rozměrech 50 x 50 x 3 mm. Nohy stolu jsou vybaveny stavitelnými nožičkami se závitem M16 pro ustavení stolu do roviny a zamezení houpání. Součástí svařeného rámu je výpalek držáku soustavy hydraulických ventilů a podpěry nádrže z ocelových tyčí průřezu rovnoramenného L o rozměrech 50 x 5 mm.

K rámu je připevněna deska stolu z Al slitiny o rozměrech 1100 x 500 x 15 mm.

Deska byla původně k rámu připevněna přímo pomocí osmi šroubů M8. Během provozu spalovacího motoru bylo zjištěno, že se do rámu přenáší příliš vibrací, které by mohli mít negativní vliv na elektroniku v rozvodové skříni a na proporcionální rozváděč, které jsou připevněny přímo k rámu. Proto je deska stolu připevněna k rámu přes pryžové pružiny v rohových dírách desky. Počet uchycení se tedy z osmi snížil na čtyři.

4.2.3 Spalovací motor Honda GX31

4.2.3.1 Obecný popis a parametry spalovacího motoru

Spalovací motor Honda GX 31 je primárně určen jako pohon křovinořezů, může se však vyskytovat jeho použití jako pohon čerpadel, jízdních kol a v některých případech jako pohon modelů.

Model GX 31 je čtyřtaktní, zážehový, vzduchem chlazený spalovací motor s rozvodem OHV. Palivová směs je připravována v karburátoru. Pro nastartování slouží tahový startér.

Tab. 10 Specifikace spalovacího motoru HONDA [4]

Model GX 31

Typ motoru 1 válec, vzduchem chlazený, čtyřtaktní,

OHV, zážehový motor

Vrtání x zdvih [mm] 39 x 26

Objem [cm³] 31

Kompresní poměr 8,0 : 1

Maximální výkon [kW] / [ot/min] 1,1 / 7000

Maximální točivý moment [Nm] / [ot/min] 1,64 / 4500

Zapalování Tranzistorové

Startování Tahové

Kapacita palivové nádrže [l] 0,64

Měrná spotřeba paliva [g/kWh] 340

Mazání Kliková skříňřízeným tlakem

Kapacita oleje [l] 0,1

Rozměry (DxŠxV) [mm] 210 x 251 x 250

Suchá hmotnost [kg] 3,4

4.2.3.2 Ovládání a údržba spalovacího motoru

Před nastartováním spalovacího motoru je třeba zkontrolovat stav provozních kapalin a případně je doplnit. Stav oleje se kontroluje stojí-li spalovací motor ve vodorovné poloze. Minimální stav oleje je, je-li při vyšroubování měrka od oleje. Maximální stav je, když hladina oleje sahá k hrdlu plnícího otvoru. Maximální stav pohonných hmot je také jako u oleje, když hladina sahá k hrdlu nádrže. Dále je nutné kontrolovat stav vzduchového filtru zda není zanesený nečistotami, které brání průchodu vzduchu do karburátoru. Kontrola se provádí sejmutím plastového víčka na sání. V případě znečištění je třeba molitan vyčistit a promazat olejem. Při negativních projevech spalovacího motoru je potřeba kontrolovat také stav zapalovací svíčky. Očistit elektrody a zkontrolovat jejich vzdálenost, která by měla být 0,6 až 0,7 mm.

Obr. 23 Popis částí spalovacího motoru

Obr. 24 Popis

ástí spalovacího motoru

Tab. 11 Doporučené provozní kapaliny a zapalovací svíčka [5]

Motorový olej 10W-30

Pohonné hmoty Bezolovnatý benzín s oktanovým čísle 91 a vyšším Zapalovací svíčka CM5H (NGK), CMR5H (NGK)

Startování a zhasínání spalovacího motoru:

Při startování musí být škrtící klapka v uzavřené poloze. Pomocí pumpičky nasajeme do karburátoru pohonné hmoty. V tuto chvíli je motor připraven k nastartování.

Prudce zatáhneme za tahový startér a motor se rozeběhne. Chceme-li motor zhasnout, stiskneme tlačítko na řídícím panelu.

4.2.4 Elektronické komponenty 4.2.4.1 Sníma

to

ivého momentu

Pro možnost využití již zakoupeného snímače byl zvolen snímač od firmy HBM.

Jedná se o tenzometrický snímač. Jeho výstupní hřídele nesmi být namáhány ohybovým napětím jinak by se mohl snímač poškodit. Přenos napětí z rotujících členů snímače je zajištěn sběrnicí. Dochází k opotřebovávání kontaktů a proto je nutno snímač zevnitřčistit od prachu pomocí dvou otvorů v bocích snímače.

Při připojení snímače musí být splněna montážní podmínka, aby zdířka pro připojení kabelu na napájení a signál mířila vzhůru.

Tab. 11 Základní parametry snímače točivého momentu [9]

Maximální snímaný točiví moment [Nm] 50 Maximální otáčky [1/min] 4000 Výstupní napětí [V] 0,5 -1 2

4.2.4.2 Sníma

otá

ek

Pro snímání otáček spalovacího motoru bylo použito indukčního snímače od firmy SICK s frekvencí snímání až 3000 Hz ve spojení s impulsním kotoučem s 18 otvory, pro vyvolání pulzu, který má stejné otáčky jako spalovací motor.

4.2.4.3 Elektrický rozvad

Ve spodním rámu je umístěn elektrický rozvaděč standardního rozměru 500x400x200 mm. Na jeho přední stěně je umístěn hlavní vypínač a k připojení do sítě 230V slouží třížilový kabel zakončený zástrčkou.

Vnitřní vybavení rozváděče:

-ochranné jištění

-připojovací svorkovnice -zdroj nízkého napětí

-řídící PLC Siemens 200 s integrovaným PID regulátorem -zemnící svorky

-připojení k PC

4.2.4.4 Ventilátory

Olejový chladič je osazen třemi elektrickými ventilátory, které generují proud vzduchu prostupující olejovým chladičem.

Tab. 12 Základní parametry ventilátoru

Napájecí napětí [V] 24

Průměr rotoru [mm] 120

Uložení rotoru Kuličková ložiska

Průtok vzduchu [m³/h] 234

4.2.4.5 Teplotní

idla

Olejová nádrž je vybavena dvěmi teplotními čidly pro snímání teploty hydraulického oleje a ovládání elektrických ventilátorů instalovaných u průtokového chladiče.

První čidlo je nastaveno na teplotu 40°C a po překročení této hodnoty jsou aktivovány ventilátory. Druhé čidlo je bezpečnostní a je nastaveno na teplotu 70°C.

Po dosažení této teploty se rozsvítí varovná kontrolka přehřátí oleje na ovládacím panelu a obsluha musí přerušit měření a vypnout zařízení.

4.3 Ovládání brzdového stanovišt ě

Pro ovládání brzdného stanoviště je třeba jej propojit s počítačem s nainstalovaným řídícím programem. Spojení PLC a počítače je přes port RS232. Obsluha celého zařízení se provádí pomocí řídícího programu a z řídícího pultu. Řídící program nese název BRZDĚNÍ MOTORU.

Při zapnutí hlavního elektrického rozvaděče se proporcionální rozváděč naplno otevře. Tím klade hydraulická soustava nejmenší odpor průtoku hydraulického oleje.

Indikace napájení elektronického rozvaděče je znázorněna svícením bíle kontrolky na řídícím pultu.

Před zahájením měření spalovacího motoru je třeba nechat motor zahřát na provozní teplotu, aby se mohl motor zatěžovat. Přibližná doba trvání zahřátí motoru je 3 minuty.

Obr. 25 Řídící pult

4.3.1 Postup m ěř ení

Je–li propojen počítač s elektrickým rozvaděčem a je–li elektrický rozvaděč pod napětím, může se spustit program BRZDĚNÍ MOTORU. V tuto chvíli je proporcionální ventil plně otevřen. Nastartuje se spalovací motor (viz kap. 4.2.3.2) a čeká se než se ohřeje na provozní teplotu. Po dosažení provozních teplot je možné motor začít zatěžovat a měřit hodnoty.

Obr. 26 Ovládání řídícího programu