Revista >> Martie 2021 [Nr. 232] >> Cercetare & Invatamant superior

Standuri de testare a echipamentelor de propulsie și transmisie pentru detectarea parametrilor de performanță a autovehiculelor – o preocupare a ICPE-CA

Dr. ing. Cristinel Ilie, sef departament Sisteme si Tehnologii Electromecanice, ICPE-CA

19 Martie 2021

INCDIE ICPE-CA promovează și realizează activități de cercetare aplicativă în context național și internațional în domeniul ingineriei electrice pentru dezvoltarea de cunoștințe puse în folosul firmelor, instituțiilor publice și private. Tocmai pentru că se integrează în contextul economic al Uniunii Europene, institutul nostru are datoria de a participa la întărirea sectorului economic românesc (privat sau de stat), singurul care poate aduce o creștere stabilă a economiei românești. În acest context, ICPE-CA a abordat în ultimii ani din ce în ce mai mult tematici (inginerie electrică, mecanică și energetică), toate acestea finalizându-se cu tehnologii sau echipamente valorificate în mediul industrial.

Colaborare cu mediul economic
Cea mai recentă realizare a ICPE-CA în domeniul standurilor de testare, mai precis a Departamentului Sisteme și Tehnologii Electromecanice (DSTE), se referă la transferul tehnologic a două standuri de testare a caracteristicilor mecano-energetice utilizate în cazul transportoarelor militare auto de persoane și marfă. Primul stand a fost dezvoltat pentru testarea motoarelor termice, iar al doilea stand pentru testarea transmisiilor mecanice pentru sisteme de transport 4x4.
Beneficiind de o vastă experienţă, DSTE a abordat, de-a lungul anilor, diverse direcţii de cercetare în concordanţă cu specificul institutului și cu nevoile pieţei.

Specificul produselor dezvoltate de ICPE-CA în domeniul motoarelor termice propulsoare
Piața standurilor de testare a motoarelor termice si transmisiilor pentru autovehiculele uzuale este bine reprezentată, în multe reprezentanțe auto și service-uri existând standuri de testare pentru acestea.
Spre deosebire de standurile uzuale, proiectele dezvoltate de ICPE-CA au în vedere testarea motoarelor cu puteri relativ mari, care depășesc gama întâlnită la autoturisme și autoutilitare, fiind proiectate pentru puteri cuprinse între 200 și 600 CP.

Motoarele termice cu puteri cuprinse în gama acoperită de ICPE-CA echipează, în general:
● tracțiunea feroviară folosită pentru o gamă largă de locomotive – locomotiva diesel-mecanică, locomotiva diesel-electrică, locomotiva diesel-hidraulică, locomotiva electro-diesel;
● vehicule ce deservesc transportul urban, cu puteri uzuale cuprinse între 300 si 400 CP;
● vehicule ce deservesc transportul de marfă tip autotren, care pot atinge 600 CP;
● vehicule utilizate în domeniul securității și apărării;
● grupurile electrogene din această gamă de puteri.

Standurile pentru testarea acestei game de motoare termice și transmisii auto au la bază frâne speciale care sunt construite pe mai multe principii, dintre care amintim frânele hidraulice și frânele electrice cu curenți turbionari. Celelalte tipuri de frâne, care implică un contact mecanic, nu pot fi utilizate pentru astfel de puteri, din cauza forțelor de frânare insuficiente.
Frânele electrice fac parte din gama generatoarelor electrice, dintre acestea cea mai răspândită categorie utilizată pentru standurile de testare fiind cea a frânelor cu curenți turbionari.
O frână cu curenți turbionari, cunoscută și sub numele de frână de inducție, este un dispozitiv folosit pentru a încetini sau opri un obiect în mișcare de rotație prin disiparea energiei sale cinetice sub formă de căldură. Spre deosebire de frânele cu frecare mecanică - unde forța de tracțiune care oprește obiectul aflat în mișcare este asigurată de forța de frecare între două suprafețe presate împreună - forța de tracțiune într-o frână de curenți turbionari este o forță electromagnetică, dezvoltată între un câmp magnetic (care poate fi generat de un magnet permanent sau un electromagnet) și un conductor, între care există mișcare relativă.

Standurile de încercare dezvoltate recent de ICPE-CA utilizează frâne cu curenți turbionari.
Pentru standul de încercare a punților auto au fost folosite două frâne identice, cu următoarele caracteristici: cuplul nominal: 600 Nm; puterea maximă: 160 kW (≈220 CP); turația nominală: 200...2500 rmp.
Pentru standul de încercare a motoarelor termice a fost folosită o frână cu următoarele caracteristici: cuplul nominal: 3000 Nm; puterea maximă 500 kW (≈680 CP); turația nominală: 200...1500 rmp.
Alegerea frânelor electrice pentru a fi utilizate pe standurile de încercare a motoarelor termice prezintă avantajul că, pe lângă precizie și sensibilitate ridicată, permit automatizarea ciclurilor de încercare și facilitează cercetarea și dezvoltarea sistemelor.
O serie de instrumente software permit interfațarea diferitelor dispozitive și postprocesarea automată a datelor achiziționate (filtrarea semnalelor, recunoașterea datelor corespunzătoare turațiilor unice ale motorului, medierea în timp). Echipamentele de testare descrise și procedurile implementate permit investigarea pe întreaga gamă de funcționare a motorului sau transmisiei, la turații și sarcini diferite ale acestora, cu măsurarea valorii fiecărui parametru de performanță, precum: cuplul, puterea, turația, consumul de combustibil, temperaturaetc.

Rezultatele obținute pe aceste standuri de testare, cu procedurile de postprocesare descrise, vor putea fi utilizate în lucrări viitoare pentru a evalua performanța motoarelor cu ardere internă tradiționale și cu combustibil alternativ, și a caracteristicilor transmisiilor auto.

Standul pentru testare punți auto prezintă următoarele părți principale (fig. 1): motorul electric de acționare; regulatorul de turație al motorului electric; transmisia cardanică principală; puntea auto supusă încercării; transmisia cardanică secundară; două frâne cu curenți turbionari, identice; sistemul de răcire cu lichid în circuit închis; pompa de recirculare a lichidului de răcire; răcitor extern (chiller); tablou electric de alimentare și de comandă; pupitru de control pentru frânele cu curenți turbionari. Aceste componente formează un sistem care permite testarea și rodarea punților auto. O diagramă reprezentativă pentru funcționarea standului este prezentată în fig. 2.

Standul permite testarea punților auto în regim manual (încărcarea se stabilește manual pentru fiecare din brațele punții) și în regim automat (urmărirea valorii impuse pentru cuplu se face automat), cu limitări impuse pentru cuplul maxim și turația maximă precum și protecții pentru temperatură ridicată sau nivel scăzut al lichidului de răcire. Schema cinematică a standului de testare punți descrie modul de funcționare al standului: un motor electric cu turație variabilă și controlabilă acționează intrarea punții auto. Pe cele două ieșiri, prin intermediul unor axe cardanice, sunt acționate două frâne cu curenți turbionari identice. Din software-ul de comandă se controlează încărcarea pe cele două brațe, rezultând cupluri și turații pe cele două brațe, valori care determină un anumit punct de funcționare al punții. Rezultatele sunt disponibile instantaneu pe monitor și ca bază de date stocată în computer. Se poate edita un buletin de testare care poate fi tipărit pe imprimanta aferentă standului.

Standul pentru testarea motoarelor termice prezintă următoarele părți principale (fig. 3): motor termic de acționare (Diesel – în cazul prezentat); panou de comandă al motorului; ambreiaj uscat; transmisie cardanică principală; frână cu curenți turbionari; sistem de răcire cu lichid în circuit închis; pompă de recirculare a lichidului de răcire; răcitor extern (chiller); tablou electric de alimentare și de comandă; pupitru de control pentru frâna cu curenți turbionari. Aceste componente formează sistemul care permite testarea motoarelor termice. Motorul termic supus testării se rotește la una dintre turațiile dorite și acționează prin intermediul unui ambreiaj frână cu curenți turbionari. Se dezvoltă un cuplu rezistent, în funcție de valoarea curentului de excitație injectat de către sursa comandată. Din turația de rotație și cuplul dezvoltat, alături de alți parametri (consum, vibrații, zgomot) se obține caracterizarea motorului termic. Ca și la standul de încercat punți auto, se poate edita un buletin de testare care poate fi tipărit pe imprimanta aferentă. O diagramă reprezentativă pentru funcționarea standului este prezentată în fig. 4.