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    最新测功机技术发展对各行各业带来的影响
    已被阅读:2929次     编辑:测功机技术


         汽车发动机台架试验所用的测功机的发展历程、现状进行了讨论, 结合xpj新葡萄娱乐场app国测功机研究、使用现状,对发动机台架试验发展方向进行了探讨。

         汽车已成为人们生活中密不可分的重要组成部分, 而汽车的“心脏”是发动机,检测、修正、完善发动 机性能、指标、零部件使用寿命的强劲设备是“测功机”。因此,从某种意义上讲,测功机的发展状况决定 着汽车工业的发展水平。 测功机的发展历程测功机虽然作为检测汽车发动机的主要设备,推动 了汽车工业的发展,但是,测功机并不是伴随着汽车 工业的发展而诞生的,而是早于汽车,后来应用于汽车 工业的。测功机可分为两类:可倒拖式和不可倒拖式。 可倒拖式的测功机有:电力式和混合式;不可倒拖式的 测功机有:电涡流式、磁滞制动式、风扇制动式、液力 式、机械制动力式、水力式。现在常用的是电涡流式和 电力式两种测功机。 1.1 测功机的历史 1719 年,Graham-Desaguliers 测功机经英国科学 GeorgeGraham 发明,1763 年于伦敦首次试验,用 量人类肌肉力量。1798年法国的 Regnier 发明 字命名的测功机,可以测量军队中马匹的牵引力。 1821 年,Gaspard de Prony 发明了 de Prony brake 测功机用来测量蒸汽机的扭矩,后来英国用来 表征发 动机功率的“brake horse power”(马力) 也由此得 来。19 世纪 20 年代末,John Macneill Marriot专利的 基础上,改进了设备,用来测量不同 路面上马车所需的 牵引力。 1877 WilliamFroude 发明了第一台发动机测功机;1881 第一台商用测功机被这家xpj新葡萄娱乐场app生产。水力测功机由制动 器、测力 机构、供水系统组成。制动器吸取发动机扭矩, 通过测 力机构的测量,指示供水机构供应相应水量。它具有价格低廉、结构简单可靠的优点,所以在 20 世纪 一直被使用并被不断更新。但由于响应慢、耗费资源、精度差,现在已经很少使用。1928 年,德国的 Carl Schenck xpj新葡萄娱乐场app 生产了第一台汽车用底盘转鼓测功机,这台测功机已经 具有了现代测功机的雏形。 1931 年,Martin AnthonyWinther 兄弟发明了 涡流式测功机并于1947 年注册专利。此后,两兄 Dynamaticxpj新葡萄娱乐场app,并直到 2002 年一直致力于生产测功机,1946 1995年期间,此xpj新葡萄娱乐场app还一度成xpj新葡萄娱乐场app。而Heenan 后,也开始生产电涡流测功机。电涡流测功机利用电涡 流原理平衡发动机的扭矩,并利用冷却水将热量带走。 主要由测功机主体、测力机构、控制柜三部分组成。 电涡流测功机经过近百年的发展,具有低惯量、高精度、高稳定性的优点,并且结构简单,维护方便,便 于自动化控制。 19世纪中叶电机被发明后,直流电力测功机就已经出现。电力测功机利用电力平衡发动机扭矩。其特点 为精度高,响应快,节约了大量冷却水,保养周期 价格贵,变频柜占地面积大。20 世纪中叶,随着控制技术的发展,开始出现测功 机转矩控制电路;70 年代,随着计算机和航天技术的发 展,发动机测试向自动化,智能化方向发展;80 年代, 出现了集检测操作、数据采集、打印和存储一体的系统 App;

          90 年代,仿真技术开始走进台架测试领域,仿真向高速化发展。发展至今,发动机台架测试已经涵盖多学科常识,包括:机械工程、电学、声学、App、化学、计算机科学等。 1.2 测功机转矩传感器 扭矩测量是测功机重要的功能。在20世纪初,测 由此计算出转矩值。现代测功机已经没有臂轴设计,Schenck xpj新葡萄娱乐场app的电涡流测功机利用两个浮动支撑代替了 臂轴轴承。在xpj新葡萄娱乐场app的试验中,就发生过由于浮动支撑安 装不良,导致测量功率扭矩不准确的事件。 1.3 测功机转速传感器 转速传感器最早由齿轮和一个脉冲传感器测量。齿轮有固定齿数,系统利用传感器从齿轮得到的脉冲计算转速。这种传感器结构简单,易于安装,使用寿命长。 现在更多利用光学编码器传感器测量转速。并且有统可以对两个方向的转速分别记录。这种传感器的缺点是对灰尘敏感,使用寿命短,并且安装要求高。 1.4 测功机数据采集方法 采集数据是发动机试验的首要目的,数据的显示、 输出、管理以及储存等工作,是发动机台架试验中必须 先于其他考虑的。而测功机的数据输出及处理过程,与 测试技术,计算机技术等同步发展,在最近十年中,经 历了突飞猛进的发展。现在的数据系统中,数据通过计 算机被更快速的记录,但是,数据的精确性并不比“纸条系统”时好,所以,试验室必须配备标定、备份以及 后处理手段。针对越来越多的处理器、传感器等各类设备。测功机数据采集系统大致分为以下三个阶段。

    第一阶段是手写,在发动机测试发展的初级阶段。 被测发动机数量小,测试者关注的参数少,所以手写式记录是最经济,同时最精确的方法。

    第二阶段是图表记录仪,这种记录仪在 19 世纪中 发明初期被用来记录星象变化,以提高记录精度。1888 年,记录气压的记录仪在美国被注册专利。在多通录仪中,最多可以记录12 个通道的连续模拟量数 据对时间的曲线。这种彩色的曲线记录方法在计算机技术迅猛发展的70 年代之后逐渐不被使用。

    第三阶段是计算机时代。首先是手动控制的计算机 记录阶段。随着需要记录参数的增多,信号需要经过模 拟到数字的转换,这就需要计算机中的数据收集卡和信 号调节卡,计算机技术的提高解决了这个问题。计算机 记录的典型模式是 16 个压力通道、16 个温度通道、4 脉冲通道用来接收转矩传感器传送的信号,并接收油耗仪的输入。手动控制,试验不需要经过编程,并且,功机此时无法与计算机交互。自动化控制和数据储存阶段。1978 年奥地利的 AVL xpj新葡萄娱乐场app开发了第一个发动机测功机控制App PUMA。 现在, 大多数发动机测功机都已实现计算机App自动控外,台架都可以通过另一套面板设备对测功机和发动机 进行控制。但是控制必须依赖App,如果App瘫多数台架都无法使用。在数据的显示方面,大多数试验人员选择曲线形式,以便直观发现问题,现在外 国一些研发中心的控制台已有六块显示器,以便关注足 数变化。在发动机测功机的发展过程中,也产生了一些App用来发现试验中参数无法反映的情况。例如,“爆震”。爆震发生时温度、缸压都很高,并且爆震的检测需要特殊的检查。德国RA xpj新葡萄娱乐场app的App可以通过CAN 等协议读取ECU 的数据,可以在线诊断爆震。这些App都减轻了试验人员的工作负担,并能在试验进行中及时发现问题。 国内发动机测功机现状国内高校主要对电力测功机控制进行了深入的研究,研制 CY110、160 型电力测功机,并获得法研究比较多。

         电力测功机动态模拟控制策略的研究,电力传动系统的控制算法研究是主要研究方向。北京交通大学、清华大学等都曾对电涡流测功机控制算法进行 研究,主要研究方向为对控制扭矩进行预测的各种算法 研究。 国内企业多采用 AVL、HORIBA、SIEMENS 等国外品 测功机。并配有IMTECH 等xpj新葡萄娱乐场app的试验室相关设备。 企业多依赖进口产品,主要是由于国内试验设备精度不发动机台架试验发展方向发动机技术的发展促进了发动机测试技术的发展。 而测试技术,计算机技术等领域的科技进步为发动机测 试技术的发展提供了条件。从目前看,发动机台架试验有以下三个趋势。

    3.1 集成化 测功机及其App越来越向高集成化方向发展。例如,现在的发动机台架试验中有油耗仪、尾气成分分析、BlowBy 气体测量、烟度计、色谱仪、燃烧分析备的控制。

    3.2 智能化和网络化 现在的常用测功机App中,很多程序还很繁琐,例如试验程序的编写和试验数据的整理。而网络技术的发 展可以实现对台架数据、台架运行情况、试验室所有可用设备等的统一管理,节省人力物力。此类App在国外已经有投入使用。而随着无线网络技术和云计算技术的发展,这两方面的新科技也会为发动机台架试验提供更 大的发展空间。

    3.3 发动机在线诊断 发动机台架试验的目的是采集数据、发现问题。而发动机在运行过程中可能会发生突发故障或零件的疲 劳损坏。现在有很多App、仪器针对这类问题,提出预警,排除由于发动机故障对台架的损坏。例如,dA xpj新葡萄娱乐场app 的分析仪。利用对曲轴振动加速度的数据采集,得出阶 次分析数据。如果数据超过预警值,则停止试验。
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