RU2077037C1

RU2077037C1 - Method of balancing of diesel engines

Info

Publication number: RU2077037C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Аллилуев; К.Е. Муравьев; Н.В. Петровский
Original assignee: Ленинградский сельскохозяйственный институт
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1997-04-10

Abstract

FIELD: balancing equipment. SUBSTANCE: value of disbalance during working cycle of Diesel engine mounted on machine is measured under steady-state operation mode of it and angle of disbalance is determined with regard to reference point - top dead center of piston of first cylinder. Root-mean-square values of amplitudes of vibration speeds of lower plane of flywheel casing in plane of its rotation in vertical direction with rotation speed of crankshaft between 1850-1900 rpm at idle running of Diesel engine are measured. Value and angle of disbalance are determined on basic of these measurements. EFFECT: increased authenticity of method. 6 dwg

Description

Изобретение относится к балансировочной технике и может найти применение в любой отрасли машиностроения при балансировке дизелей. The invention relates to balancing equipment and can find application in any industry in mechanical engineering when balancing diesel engines.

Известен способ динамической балансировки двигателей внутреннего сгорания, заключающийся в том, что двигатель размещают на платформе, установленной с возможностью колебаний в вертикальном направлении, приводят во вращение коленчатый вал двигателя и по колебаниям платформы судят о неуравновешенности двигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, после размещения двигателя на платформе оси двигателя, во взаимно перпендикулярных плоскостях которых расположен кривошипно-ползунный механизм и коленчатый вал, совмещают с точкой подвеса платформы, а определение неуравновешенности производят в две стадии при отключенной и включенной муфте сцепления (а.с. 8238920, кл. G 01 M 1/16). A known method of dynamic balancing of internal combustion engines, which consists in the fact that the engine is placed on a platform mounted with the possibility of oscillations in the vertical direction, the crankshaft of the engine is rotated, and the engine is unbalanced by platform vibrations, characterized in that, in order to improve accuracy , after placing the engine on the platform, the engine axes, in the mutually perpendicular planes of which the crank-slide mechanism and the crankshaft are located, are combined with by the suspension of the platform, and the determination of unbalance is carried out in two stages with the clutch disengaged and engaged (AS 8238920, class G 01 M 1/16).

Недостатки данного способа следующие:
большая трудоемкость, связанная с необходимостью демонтажа двигателя и установки его на измерительном оборудовании;
большая трудоемкость получения данных;
внесение большой погрешности при измерении, за счет трудности контроля соосности вала привода с коленчатым валом двигателя, а также совмещения взаимно-перпендикулярных плоскостей кривошипно-ползунного механизма и коленчатого вала с точкой подвеса платформы;
неуниверсальность для всего шлейфа двигателей внутреннего сгорания.The disadvantages of this method are as follows:
the great complexity associated with the need to dismantle the engine and install it on measuring equipment;
the great complexity of obtaining data;
introducing a large error in the measurement, due to the difficulty of controlling the alignment of the drive shaft with the engine crankshaft, as well as combining mutually perpendicular planes of the crank-slide mechanism and the crankshaft with the platform suspension point;
non-universality for the entire loop of internal combustion engines.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу относится способ контроля дисбаланса двигателей внутреннего сгорания по изменению внутрициклового ускорения в установившемся режиме работы двигателя, заключающийся в том, что в установившемся режиме работы двигателя по неравномерности вращения коленчатого вала в цикле можно оценить величину дисбаланса и угол его сосредоточения. Для этого необходимо зафиксировать максимальную разность значений ускорений контролируемого двигателя и эталонного, полученного аналогичным путем для прецизионно отбалансированного двигателя идентичной марки. Величина дисбаланса определяется по максимальной разности ускорений, а угловое положение этой разности относительно опорной точки, например верхней мертвой точки поршня первого цилиндра, будет соответствовать углу дисбаланса (Шипунов О.А. Натарзан В.М. Контроль дисбаланса двигателей внутреннего сгорания // Методы, алгоритмы, средства диагностирования и обеспечение работоспособности сельскохозяйственной техники: Научно-технический бюллетень 23, ВАСХНИЛ, Сибирское отделение. Новосибирск, 1986 г.). Closest to the technical nature of the proposed method relates to a method of controlling the imbalance of internal combustion engines by changing the intracyclic acceleration in the steady state engine operation, which consists in the fact that in the steady state engine operation by the uneven rotation of the crankshaft in the cycle, you can estimate the imbalance and the angle of concentration . For this, it is necessary to fix the maximum difference between the acceleration values of the controlled engine and the reference obtained in a similar way for a precisely balanced engine of the same brand. The imbalance value is determined by the maximum acceleration difference, and the angular position of this difference relative to the reference point, for example, the top dead center of the piston of the first cylinder, will correspond to the imbalance angle (Shipunov O.A. Natarzan V.M. Control of the imbalance of internal combustion engines // Methods, Algorithms , diagnostic tools and ensuring the operability of agricultural machinery: Scientific and Technical Bulletin 23, VASKHNIL, Siberian Branch. Novosibirsk, 1986).

Недостатки данного способа следующие:
большая трудоемкость установки первичных преобразователей, связанная с необходимостью выполнения резьбовых отверстий в кожухе маховика;
способ недостаточно точен, так как внутрицикловая разность ускорений зависит от многих факторов и очень сложно определить, какую долю в общую разность ускорения вносит дисбаланс, а также ввиду сложности визуального сравнения амплитуд и фаз эталонной синусоиды с синусоидой контролируемого двигателя, зафиксированной на осциллографе.The disadvantages of this method are as follows:
the high complexity of the installation of primary converters associated with the need to make threaded holes in the flywheel housing;
the method is not accurate enough, since the intracyclic acceleration difference depends on many factors and it is very difficult to determine what proportion of the total acceleration difference the imbalance contributes to, as well as the complexity of the visual comparison of the amplitudes and phases of the reference sine wave with the sine wave of the controlled motor fixed on the oscilloscope.

Целью изобретения является повышение точности измерения и снижение трудоемкости. The aim of the invention is to improve the measurement accuracy and reduce the complexity.

Поставленная цель достигается тем, что способ динамической балансировки дизеля, заключающийся в измерении величины и угла дисбаланса за цикл работы дизеля в установившемся режиме его работы, и угол дисбаланса определяют относительно опорной точки ВМТ поршня первого цилиндра. При этом измеряют среднеквадратическое значение амплитуд виброскоростей нижней плоскости картера маховика в плоскости его вращения в вертикальном направлении: при частоте вращения коленчатого вала 1850 1900 мин^-1 на холостом ходу дизеля, установленного на машине.This goal is achieved by the fact that the method of dynamic balancing of the diesel engine, which consists in measuring the magnitude and angle of imbalance for a diesel engine cycle in the steady state of its operation, and the angle of imbalance is determined relative to the reference point of the TDC of the piston of the first cylinder. At the same time, the root-mean-square value of the amplitudes of the vibration velocities of the lower plane of the flywheel housing in the plane of its rotation in the vertical direction is measured: at a rotational speed of the crankshaft of 1850 1900 min ^-1 at idle of a diesel engine mounted on the machine.

Новые существенные признаки следующие:
измеряют среднеквадратическое значение амплитуд виброскоростей нижней плоскости картера маховика в плоскости его вращения в вертикальном направлении;
частота вращения коленчатого вала 1850 1900 мин^-1;
измеряют на холостом ходу;
измеряют скорость вращения коленчатого вала и угол сосредоточения дисбаланса с помощью измерительной шестерни.The new significant features are as follows:
measuring the rms amplitude of the vibration velocities of the lower plane of the flywheel housing in the plane of its rotation in the vertical direction;
rotational speed of the crankshaft 1850 1900 min ^-1 ;
measured at idle;
measure the speed of rotation of the crankshaft and the angle of concentration of the imbalance using a measuring gear.

Перечисленные существенные признаки достаточны во всех случаях, на которые и распространяется испрашиваемый объем правовой охраны. The essential features listed above are sufficient in all cases to which the requested scope of legal protection applies.

При осуществлении способа выявленные отличительные признаки в совокупности с известными обеспечивают получение технического эффекта, заключающегося в значительном снижении трудоемкости измерения и устранения дисбаланса дизелей в сборе не только при их производстве и ремонте, но и в период эксплуатации при проведении технического обслуживания машин; повышение точности измеренияи устранения дисбаланса дизелей, а тем самым снижения потерь эффективной мощности на преодоление неуравновешенных сил инерции, сокращения удельного расхода топлива, значительного увеличения ресурса не только дизеля, но и других узлов и машины в целом (за счет снижения вибрации и как следствие этого уменьшения перемещений деталей относительно друг друга и взаимных соударений, в пределах зазоров), увеличения производительности труда операторов машин вследствие уменьшения утомляемости (за счет снижения общего уровня шума и вибрации машины); улучшения культуры производства, т.к. появляется возможность автоматизировать процесс контроля. When implementing the method, the distinguishing features identified, together with the known ones, provide a technical effect consisting in a significant reduction in the complexity of measuring and eliminating the imbalance of diesel engines in the assembly not only during their manufacture and repair, but also during operation during maintenance of the machines; improving the accuracy of measuring and eliminating the imbalance of diesel engines, and thereby reducing the loss of effective power to overcome unbalanced inertia forces, reducing specific fuel consumption, significantly increasing the life of not only the diesel engine, but also of other units and the machine as a whole (due to reduced vibration and, as a result, this reduction movements of parts relative to each other and mutual collisions, within the gaps), an increase in the productivity of machine operators due to a decrease in fatigue (due to a decrease in the total about the noise level and vibration of the machine); improving production culture, as There is an opportunity to automate the control process.

На фиг. 1 представлена блок-схема динамической балансировки дизелей; на фиг. 2 установка измерительной шестерни с датчиком отметки верхней мертвой точки поршня первого цилиндра и датчиком измерения скорости вращения; на фиг. 3 установка синхронизирующего вибропреобразователя акселерометра; на фиг. 4 установка измерительного вибропреобразователя акселерометра; на фиг.5
диагностический сигнал дисбаланса дизеля; на фиг.6 диагностический сигнал дисбаланса дизеля после установки корректирующих грузов.In FIG. 1 shows a block diagram of the dynamic balancing of diesel engines; in FIG. 2 installation of the measuring gear with the sensor mark the top dead center of the piston of the first cylinder and the sensor measuring the speed of rotation; in FIG. 3 installation of a synchronizing vibration transducer of the accelerometer; in FIG. 4 installation of a measuring vibration transducer of the accelerometer; figure 5
diagnostic signal of diesel imbalance; Fig.6 diagnostic signal of the imbalance of the diesel engine after installing corrective weights.

Устройство для реализации способа динамической балансировки дизелей содержит (фиг.1): 1 двигатель, установленный на машине; 2 измерительную шестерню с прорезью 3; 4 кронштейн; 5 датчик отметки верхней мертвой точки поршня первого цилиндра; 6 датчик измерения скорости вращения коленчатого вала; 7 синхронизирующий вибропреобразователь-акселерометр; 8 струбцину; 9 измерительный вибропреобразователь-акселерометр; 10 переходное устройство; 11 блок обработки сигнала, состоящий из усилителя 12 и узкополосного фильтра 13; 14 измеритель. A device for implementing the method of dynamic balancing of diesel engines contains (Fig. 1): 1 engine mounted on a machine; 2 measuring gear with slot 3; 4 bracket; 5 sensor mark the top dead center of the piston of the first cylinder; 6 sensor measuring the speed of rotation of the crankshaft; 7 synchronizing vibration transducer-accelerometer; 8 clamp; 9 measuring vibration transducer-accelerometer; 10 adapter; 11 a signal processing unit consisting of an amplifier 12 and a narrow-band filter 13; 14 meter.

На двигатель 1 (фиг.1) укреплена при помощи болта крепления шкива коленчатого вала измерительная шестерня 2 с продольной прорезью 3 (фиг.2) на ее боковой поверхности. Напротив прорези 3 в момент нахождения поршня первого цилиндра в ВМТ при помощи кронштейна 4 установлен датчик 5 отметки ВМТ, например, индукционный (ОВИ 1). Напротив зубьев измерительной шестерни 2 установлен датчик измерения скорости вращения коленчатого вала, например, индукционный (ОВИ 2). Синхронизирующий вибропреобразователь акселерометр 7 (фиг. 3), например, Д14 установлен на топливопроводе высокого давления посредством струбцины 8. На нижней плоскости картера маховика двигателя 1 (фиг.4) по средствам переходного устройства 10 установлен измерительный вибропреобразователь-акселерометр 9, например, Д14. Электрический сигнал с измерительного вибропреобразователя акселерометра 9 (фиг.1) поступает на блок обработки сигнала 11, состоящий из усилителя 12 и узкополосного фильтра 13. После обработки сигнал поступает на вход измерителя 14, например, измерительно-вычислительный комплекс К 539 КИ 13590 ГОСНИТИ. На вход измерителя 14 поступают также электрические сигналы c: синхронизирующего вибропреобразователя-акселерометра 7, датчика 5 отметки ВМТ, датчика 6 измерения скорости вращения коленчатого вала. On the engine 1 (Fig. 1), a measuring gear 2 with a longitudinal slot 3 (Fig. 2) on its side surface is fixed by means of a bolt securing the crankshaft pulley. Opposite the slot 3, at the moment the piston of the first cylinder is in the upper dead center with the help of the bracket 4, a sensor 5 of the high dead center mark is installed, for example, induction (OVI 1). Opposite the teeth of the measuring gear 2, a sensor for measuring the speed of rotation of the crankshaft, for example, induction (OVI 2), is installed. The accelerometer synchronizing vibration transducer 7 (Fig. 3), for example, D14 is mounted on the high pressure fuel line by means of a clamp 8. A measuring vibration transducer accelerometer 9, for example, D14, is installed on the lower plane of the flywheel housing of the engine 1 (Fig. 4). The electric signal from the measuring vibration transducer of the accelerometer 9 (Fig. 1) is supplied to the signal processing unit 11, consisting of an amplifier 12 and a narrow-band filter 13. After processing, the signal is fed to the input of the meter 14, for example, the measuring and computing complex K 539 KI 13590 GOSNITI. The input of the meter 14 also receives electrical signals c: a synchronizing vibration transducer-accelerometer 7, sensor 5 mark TDC, sensor 6 measuring the speed of rotation of the crankshaft.

Способ динамической балансировки дизеля осуществляется следующим образом. На двигатель 1, установленный на машине, под болт крепления шкива коленчатого вала устанавливают измерительную шестерню 2 с продольной прорезью 3 на ее боковой поверхности. Устанавливают датчик 5 (фиг.2) отметки ВМТ и датчик 6 измерения скорости вращения коленчатого вала посредством кронштейна, который закрепляется гайкой болта крепления передней опоры двигателя, причем измерительную шестерню 2 и кронштейн с датчиками устанавливают таким образом, чтобы продольная прорезь 3 на боковой поверхности измерительной шестерни 2 находилась напротив датчика 5 в момент нахождения поршня первого цилиндра в ВМТ, а ее зубья находились напротив датчика 6. Датчик синхронизации 7 (фиг.3) устанавливают с помощью струбцины 8 на топливопровод высокого давления того цилиндра, рабочий процесс которого предшествует нахождению поршня первого цилиндра в ВМТ такта сжатия. На нижнюю поверхность кожуха маховика в имеющееся резьбовое отверстие устанавливают переходное устройство 10 (фиг. 4), на резьбовой хвостовик которого устанавливают измерительный датчик 9. Запускают двигатель 1 и прогревают до рабочей температуры масла (согласно инструкции по эксплуатации). Устанавливают частоту вращения коленчатого вала n 1850 1900 мин^-1 на холостом ходу дизеля, что контролируют по показанию измерителя 14 (фиг.1) (измерение частоты вращения коленчатого вала измерителем 14 осуществляется посредством электрических импульсов, поступающих на вход измерителя 14 с датчика 6 измерителя скорости вращения). С измерительного вибропреобразователя акселерометра 9 выходной электрический сигнал поступает на вход блока обработки сигнала 11, содержащего усилитель сигнала 12 и узкополосный фильтр с частотой резонанса f 31,5 Гц. С выхода блока обработки 11 сигнал поступает на вход измерителя 14, на экране которого получают зафиксированную развернутую диаграмму обработанного вибросигнала за цикл работы дизеля (0.720^o) п.к.в. (фиг.5).The method of dynamic balancing of a diesel engine is as follows. On the engine 1 mounted on the machine, under the bolt of the crankshaft pulley, a measuring gear 2 with a longitudinal slot 3 is installed on its side surface. Install the sensor 5 (Fig. 2) of the TDC mark and the sensor 6 for measuring the speed of the crankshaft by means of a bracket that is fixed with the nut of the bolt securing the front engine mounts, and the measuring gear 2 and the bracket with the sensors are installed so that the longitudinal slot 3 on the side surface of the measuring gear 2 was opposite the sensor 5 at the time the piston of the first cylinder was in the TDC, and its teeth were opposite the sensor 6. The synchronization sensor 7 (Fig.3) is installed using a clamp 8 high pressure piping of the cylinder, the working process of which precedes the piston of the first cylinder in the TDC compression stroke. On the lower surface of the flywheel casing, an adapter 10 is installed in the existing threaded hole (Fig. 4), on the threaded shank of which the measuring sensor 9 is installed. The engine 1 is started and warmed up to the operating oil temperature (according to the operating instructions). Set the rotational speed of the crankshaft n 1850 1900 min ^-1 at idle of the diesel engine, which is controlled by the meter 14 (Fig. 1) (the measurement of the crankshaft by the meter 14 is carried out by electric pulses supplied to the input of the meter 14 from the sensor 6 of the speed meter rotation). From the measuring vibration transducer of the accelerometer 9, the output electric signal is fed to the input of the signal processing unit 11, which contains the signal amplifier 12 and a narrow-band filter with a resonance frequency f 31.5 Hz. From the output of the processing unit 11, the signal is fed to the input of the meter 14, on the screen of which a fixed detailed diagram of the processed vibration signal is obtained for the diesel operation cycle (0.720 ^o ) (figure 5).

Управление измерителем для получения на его экране развертки вибросигнала за цикл работы дизеля осуществляется с помощью электрических импульсов, поступающих с синхронизирующего вибропреобразователя-акселерометра 7 и датчика 5 отметки верхней мертвой точки поршня первого цилиндра. С помощью управляемого курсора измерителя 14 на развернутой диаграмме вибросигнала (фиг. 5)измеряют средние квадратические значения амплитуд виброскоростей нижней плоскости картера маховика. По результатам измерения таким образом определяют величину неуравновешенной массы, а угол ее сосредоточения определяют по фазе установки курсора, после чего производят балансировку двигателя установкой корректирующих грузов под гайки болтов крепления муфты сцепления к маховику, грузы устанавливают через лючок, имеющийся в кожухе сцепления, после чего двигатель считается отбалансированным (фиг.6). The meter is controlled to obtain a vibration signal scan for its diesel engine cycle on its screen by means of electric pulses from a synchronizing vibration transducer-accelerometer 7 and sensor 5 of the piston top dead center mark of the first cylinder. Using the controlled cursor of the meter 14 on the expanded diagram of the vibration signal (Fig. 5) measure the mean square values of the amplitudes of the vibration velocities of the lower plane of the flywheel housing. According to the measurement results, the value of the unbalanced mass is thus determined, and the angle of its concentration is determined by the phase of the cursor installation, after which the engine is balanced by installing corrective weights under the nuts of the bolts of the clutch to the flywheel, the weights are installed through the hatch in the clutch cover, after which the engine considered balanced (Fig.6).

Claims

The method of dynamic balancing of diesel engines, which consists in determining the magnitude and angle of imbalance for the cycle of operation of a diesel engine installed on the machine in the steady state of its operation, while the angle of imbalance is determined relative to the reference point of the top dead center of the piston of the first cylinder, characterized in that the mean square values of the amplitudes vibration speeds of the lower plane of the flywheel housing in the plane of its rotation in the vertical direction at a crankshaft rotation frequency of 1850 1900 min ^- ¹ at idle of the diesel engine, and the magnitude and angle of imbalance is determined based on these measurements.