張銀橋

（中國重汽集團(tuán)杭州發(fā)動機(jī)有限公司，浙江 杭州 311232）

柴油發(fā)動機(jī)冷試臺架驅(qū)動部分的設(shè)計應(yīng)用

張銀橋

（中國重汽集團(tuán)杭州發(fā)動機(jī)有限公司，浙江 杭州 311232）

傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機(jī)熱試工藝設(shè)備投資大、試驗(yàn)費(fèi)用高、試驗(yàn)時間長，因此柴油發(fā)動機(jī)冷試工藝越來越受到重視，本文主要論述了柴油發(fā)動機(jī)冷試中的動力驅(qū)動及扭矩參數(shù)測試的一套設(shè)計方案。

柴油發(fā)動機(jī)冷試；發(fā)動機(jī)裝配質(zhì)量；扭矩測試

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對發(fā)動機(jī)的可靠性和安全性能要求越來越嚴(yán)格，發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠家對發(fā)動機(jī)性能的快速診斷越來越受到重視。由于傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)熱試工藝設(shè)備投資大﹑試驗(yàn)費(fèi)用高以及試驗(yàn)時間長，發(fā)動機(jī)冷試工藝越來越受到生產(chǎn)廠家的青睞。發(fā)動機(jī)冷測試不像常規(guī)的熱試驗(yàn)?zāi)菢幽軌蛘鎸?shí)的表現(xiàn)發(fā)動機(jī)的功率和扭矩，而是通過間接的方式考察整機(jī)裝配性能，通過測試各種參數(shù)及曲線進(jìn)行分析，因此，在發(fā)動機(jī)冷試驗(yàn)過程中，測試項目及測試方案的選取相對而言就顯得尤為重要，需要在實(shí)際生產(chǎn)中通過實(shí)踐驗(yàn)證及不斷調(diào)整來最終確定。

發(fā)動機(jī)冷試驗(yàn)是通過電機(jī)驅(qū)動方式帶動發(fā)動機(jī)在不同轉(zhuǎn)速段運(yùn)行來檢測發(fā)動機(jī)裝配質(zhì)量。目前在汽車行業(yè)，國內(nèi)對柴油發(fā)動機(jī)的冷試驗(yàn)起步較晚，還處于探索階段，沒有形成完整的能夠取代熱試驗(yàn)的冷試規(guī)范和檢測手段。為進(jìn)一步探索柴油發(fā)動機(jī)冷試技術(shù)，本人想到利用三菱變頻器的多段速設(shè)定功能控制變頻電機(jī)帶動柴油發(fā)動機(jī)，按照設(shè)定的轉(zhuǎn)速曲線或者外接電阻進(jìn)行無極調(diào)速試驗(yàn)，并通過專用扭矩測試系統(tǒng)記錄扭矩曲線，從而分析裝配質(zhì)量。

本次設(shè)計采用三菱通用變頻器FRF740-55K-CHT為例用以驅(qū)動55KW4級變頻電機(jī)，電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩頻率范圍5—50Hz，恒功率頻率范圍50—100Hz，額定轉(zhuǎn)矩350N.m，選用合適的斷路器﹑電磁接觸器和交流電抗器。在電機(jī)之后安裝一扭矩傳感器，在電機(jī)驅(qū)動發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時候可以實(shí)時檢測到作用在驅(qū)動軸上的扭矩，在傳感器之后安裝一扭矩限制離合器，在運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩超載的時候能使傳動分離，保護(hù)傳動機(jī)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速按多段速曲線進(jìn)行控制：

柴油發(fā)動機(jī)分別在600n/min﹑800n/min﹑1000n/min﹑1200n/min和1400n/min各個轉(zhuǎn)速點(diǎn)運(yùn)行相應(yīng)時間。利用變頻器RH﹑RM﹑RL3個端子與公共端SD的on-off組合信號，設(shè)定對應(yīng)狀態(tài)時的運(yùn)行頻率，見表1。

注：參數(shù)Pr.79運(yùn)行模式選擇3（外部/PU組合運(yùn)行模式1）。用外部端子STF作為啟動指令，RL﹑RM﹑RH與公共端SD間的通斷用接PLC輸出端的中間繼電器控制，編輯相應(yīng)的PLC程序即可控制電機(jī)按照預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速曲線進(jìn)行多段速運(yùn)行。以上是一個5段速運(yùn)行控制方式，而根據(jù)實(shí)際需要三菱變頻器可以最多進(jìn)行15段速度設(shè)定，能夠滿足試驗(yàn)需要。另外通過模擬信號進(jìn)行頻率設(shè)定可實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動發(fā)動機(jī)進(jìn)行無極調(diào)速，參數(shù)Pr.267設(shè)定為1，參數(shù)Pr.125設(shè)定模擬量輸入最高頻率100Hz，電位器選擇2W1KΩ的，端子4的電壓/電流輸入切換開關(guān)設(shè)為OFF。以上對變頻器的設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)多段速和模擬量的切換控制，當(dāng)AU信號接通時，模擬量輸入有效；當(dāng)AU斷開時，多段速輸入有效。

扭矩傳感器采用旋轉(zhuǎn)型扭矩傳感器，選擇量程0—1000Nm，配套專用扭矩轉(zhuǎn)速測試系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)傳感器——適配器——計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)采集，在扭矩轉(zhuǎn)速測試系統(tǒng)界面可實(shí)時監(jiān)控驅(qū)動扭矩并形成測試曲線，根據(jù)曲線記錄，可以分析得出脫離扭矩﹑運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩，這兩個都是檢驗(yàn)發(fā)動機(jī)裝配質(zhì)量和機(jī)械性能的重要指標(biāo)，原理框圖如圖1。

為保護(hù)傳動系統(tǒng)，采用滾珠式扭矩限制器，過載扭矩范圍可調(diào)：1N.m—1800N.m，正常情況下，滾珠處于凹槽內(nèi)，過載瞬間，鋼球滑出凹槽，并在過載瞬間輸出24V直流電信號，利用PLC采集該信號用于控制電機(jī)停止運(yùn)行，保護(hù)整個驅(qū)動機(jī)構(gòu)。

以上為柴油發(fā)動機(jī)冷試臺架的動力驅(qū)動及扭矩測試部分的設(shè)計，按照此設(shè)計方案，再加上一些外圍輔助測量手段（如發(fā)動機(jī)機(jī)油壓力及溫度檢測）等，通過實(shí)測數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)樣機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，基本能夠滿足柴油發(fā)動機(jī)冷試要求，對于柴油發(fā)動機(jī)電噴系統(tǒng)的測試另作討論。

表1

圖1

[1]張朝輝,發(fā)動機(jī)冷試技術(shù)[J]．柴油機(jī)設(shè)計與制造,2012（04）．

[2]梁中華,鄧書輝,陳武．柴油發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)連接應(yīng)注意的問題[J]．現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),2001(11)．

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