В ряде случаев, особенно при испытании двигателей переменного тока, приходится производить измерение развиваемого вращающего момента:
1 – при неподвижной машине - начального пускового вращающего момента;
2 – при вращении машины с неизменной частотой - вращающего момента при нагрузке и перегрузке в пределах устойчивой работы машины;
3 – при вращении машины с изменяющейся частотой - вращающего моментав режиме работы от трогания с места до полной частоты вращения.
Для измерения вращающего момента применяется несколько способов.
Способ тормоза, пригодный для измерений в первых двух случаях, состоит в том, что на вал испытуемого двигателя насаживается тормоз - механический, гидравлический, электромагнитный или в видединамометрического генератора.Рычаг тормоза либо нагружается гирями, либо опирается на платформу весов (например, десятичных иди пружинных), либо подвешивается через динамометр. Момент, создаваемый тормозом определяется из равенства
где G - усилие, приложенное к тормозу; l - плечо тормоза.
Правильное значение момента по этой формуле может быть получено только тогда, когда тормоз вполне уравновешен и его рычаг во время отсчета не касается ни одной из упоров, ограничивающих его размах. Поскольку тормоз обычно нагружается либо гирями, либо пружинными весами, градуированными в килограмм-единицах, для получения значения момента в Ньютон-метрах следует умножать результат измерения на g - ускорение свободного падения.
Применение тормоза при вращении машины с неизменной частотой позволяет определить мощность, развиваемую двигателем на валу; она равна произведении вращающего момента на угловую частоту вращения вала ω:
|
|
где n – частота вращения; если принять плечо тормоза равным l = 1/1,027 = 0,947м, то получится очень удобная формула Р = Gn, дающая результат в ваттах, если нагрузка тормоза была выражена в килограмм-силах. Однако столь длинное плечо может быть у тормоза для двигателей мощностью в десятки киловатт; для менее крупных двигателей удобно принять l = 0,487 и для самых малых l = 0,195 м, введя в формулу для мощности P множителем соответственно 0,5 или 0,2.
При глухом заклинивании вала испытуемого двигателя в тормозе может производиться измерение начального пускового вращающего момента; если не требуется измерять момент при вращении двигателя, то вместо тормоза может быть применен только уравновешенный рычаг, закрепленный на валу.
Способ тарированного генератора состоит в том, что испытуемый двигатель сопрягается с тарированным генератором. Он пригоден только для второго случая измерения момента. Искомый вращающий момент в ньютон-метрах:
где Р – мощность, отдаваемая тарированным генератором; η – его КПД в относительных единицах и n – частота вращения.
Сопряжение тарированного генератора с испытуемым двигателем должно быть непосредственным, т.к. потери в промежуточной передаче, например ременной, трудно поддаются учету.
Способ ускорения при пуске пригоден для третьего случая измерения момента и состоит в том, что двигатель без нагрузки включается под неизменное напряжение; в процессе его разворачивания производится определение зависимости частоты вращения n от времени t, истекшего с момента включения: n = f(t).
|
|
Мощность, развиваемая двигателем при пуске, расходуется на увеличение кинетическойэнергии его вращающейся части и на покрытие механических потерь и добавочных потерь, которые покрываются тоже механическим путем.
Если пренебречьэтими потерями, что обычно можно сделать без ущерба для точности опыта, то ускорение вращения, равное производной от частоты вращения по времени, будет в любой момент времени пропорционально развиваемому вращающему моменту
где J – момент инерции вращающейся части.
Нахождение производной по времени от зависимости n = f(t) состоит в графическом дифференцировании: в каждой данной точке этой зависимости проводитсяк ней касательная и определяется угловой коэффициент последней, этот способ кропотлив и неточен, поэтому желательно получить производную не прибегая к графическому дифференцированию.
Способ униполярного генератора постоянного тока состоит в том, что с испытуемым двигателем посредством жесткой муфты соединяется униполярный генератор с независимым возбуждением или с постоянными магнитами. Его напряжение пропорционально частоте вращения, если соединить его с батареей конденсаторов, то ток, заряжающий ее, будет пропорционален скорости изменения напряжения, т.е. ускорению испытуемого двигателя; этот ток может быть записан осциллографом. У униполярной машины отсутствуют пазные и коллекторные пульсации напряжения, которые, усиливаясь в зарядном токе, затемняли бы процесс. Затруднениями при применении этого способа являются непостоянство щеточного контакта, вибрации, неравномерность зазораилиналичие раковин в литых частях тахометрического генератора, которые тоже служат источниками пульсации зарядного тока.
|
|
Способ тензометров основан на том, что наибольшие напряжения растяжения и сжатия на поверхности скручиваемого цилиндрического вала и соответствующие им деформации равны между собой, взаимно перпендикулярны и направлены под углами ± 45 ° К оси вала, на его поверхность в сечение, равноотстающим от концов цилиндрической части, через каждые 90° поочередно под этими углами наклеиваются четыре одинаковых тензометра, составляющие плечи тензометрического моста, так что тензометры с одним и тем же углом наклона входят в противоположные плечи моста.
В два любых смежных плеча следует ввести небольшие подгоночные сопротивления. Мост уравновешивается при ненагруженном вале.