柴油機(jī)測(cè)試技術(shù)

1、柴油機(jī)測(cè)試技術(shù)第1頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四第一節(jié) 功率測(cè)量 有效功率Pe是柴油機(jī)最重要的性能參數(shù)之一,有效功率的測(cè)定屬于間接測(cè)量。如測(cè)出輸出軸上的扭矩和轉(zhuǎn)速,則有效功率:Me柴油機(jī)的輸出扭矩，Nmn柴油機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速，rmin 測(cè)量輸出軸扭矩設(shè)備:1、吸收功率型(測(cè)功器): 吸收柴油機(jī)發(fā)出的全部功率,如水力測(cè)功器、電力測(cè)功器,用于臺(tái)架試驗(yàn)。2、不吸收功率型(扭矩儀)： 利用輸出軸扭轉(zhuǎn)變形來(lái)測(cè)量扭矩,也稱傳遞式測(cè)功器,如鋼弦式扭矩儀、電阻應(yīng)變式扭矩儀。第2頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四測(cè)功器功能: 柴油機(jī)在臺(tái)架試驗(yàn)中用測(cè)功器來(lái)測(cè)量輸出扭矩,此

2、時(shí)測(cè)功器作為負(fù)載,并通過測(cè)功器對(duì)測(cè)定工況進(jìn)行調(diào)節(jié).結(jié)構(gòu): 測(cè)功器由制動(dòng)器、測(cè)力機(jī)構(gòu)和測(cè)速裝置等部分組成. 制動(dòng)器調(diào)節(jié)柴油機(jī)的負(fù)載,并同時(shí)把所吸收的柴油機(jī)功率轉(zhuǎn)化為熱能或電能. 測(cè)力機(jī)構(gòu)和測(cè)速裝置則分別測(cè)量柴油機(jī)輸出扭矩及其相應(yīng)的輸出軸轉(zhuǎn)速.現(xiàn)代測(cè)功器還有一套自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng).類型: 測(cè)功器通常按制動(dòng)器工作原理的不同來(lái)分類,水力測(cè)功器和電渦流測(cè)功器是目前用得最多的兩類測(cè)功器.第3頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四一、水力測(cè)功器 用水作為工作介質(zhì)而產(chǎn)生制動(dòng)力矩以測(cè)量功率的裝置.1、結(jié)構(gòu)和工作原理 主體為水力制動(dòng)器,由轉(zhuǎn)盤和外殼組成. 外殼用滾動(dòng)軸承支撐在支架上,可自由擺動(dòng);

3、轉(zhuǎn)盤被封閉在外殼內(nèi),其間充以水. 第4頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四工作原理: 利用在水中旋轉(zhuǎn)的物體,是水產(chǎn)生渦流運(yùn)動(dòng),形成摩擦阻力矩,將內(nèi)燃機(jī)的輸出功率轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃肯牡?同時(shí)完成扭矩測(cè)量. 工作時(shí)水由轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)而獲得動(dòng)量矩并傳遞給外殼.由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的扭矩以一個(gè)相同量作用到外殼上,固定在外殼上的力臂把力矩轉(zhuǎn)換為力而作用于測(cè)力機(jī)構(gòu). 工作水在在傳遞扭矩過程中因摩擦變成熱能,為了不使水溫過高,水要不停地流過制動(dòng)器. 阻力矩的大小可通過調(diào)節(jié)進(jìn)、出水量來(lái)控制.第5頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四2、水力測(cè)功器的特性曲線 特性曲線表明了工作范圍,5段線:線

4、段A為測(cè)功器在最大負(fù)荷調(diào)節(jié)位置(最大水層厚度)時(shí)的性能曲線.線段B為最大制動(dòng)扭矩限制線(受轉(zhuǎn)動(dòng)部件的強(qiáng)度限制). 提高轉(zhuǎn)速來(lái)增加吸收功率,此時(shí)需減少水層厚度.線段C為測(cè)功器出水溫度達(dá)到最大允許值的功率限制線,即測(cè)功器所能吸收的最大功率.線段D為最高轉(zhuǎn)速線,受轉(zhuǎn)動(dòng)部件離心力負(fù)荷的限制.線段E為空載線,測(cè)功器沒有充水時(shí)所能吸收的最小扭矩和功率特性,阻力矩由轉(zhuǎn)子與空氣的阻力和軸承的摩擦而產(chǎn)生. 柴油機(jī)的外特性曲線位于測(cè)功器的工作范圍內(nèi).第6頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四二、電渦流測(cè)功器1、結(jié)構(gòu)與工作原理 主要由定子、轉(zhuǎn)子、水冷卻系統(tǒng)、力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)組成, 定子裝勵(lì)磁線圈和渦流環(huán)

5、； 轉(zhuǎn)子由帶齒輪狀凹凸形的感應(yīng)子和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成. 勵(lì)磁線圈通電,周圍產(chǎn)生磁場(chǎng),感應(yīng)子齒頂空氣間隙小,磁通密度大,齒槽空氣間隙大,磁通密度小. 第7頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四工作原理： 利用電渦流的形成吸收內(nèi)燃機(jī)的輸出功率。 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí),穿過渦流環(huán)的磁通密度產(chǎn)生增減變化,在渦流環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)而形成電渦流,力圖阻止磁通變化,引起對(duì)感應(yīng)子的制動(dòng)作用,使定子繞自身擺動(dòng)軸承發(fā)生偏轉(zhuǎn)并帶動(dòng)測(cè)力機(jī)構(gòu). 制動(dòng)力矩的大小可以通過改變勵(lì)磁線圈的電流來(lái)調(diào)節(jié). 測(cè)功器吸收的功率完全轉(zhuǎn)化為熱能,要對(duì)渦流環(huán)和勵(lì)磁線圈周圍通入水冷卻.第8頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四2、測(cè)

6、功器的特性曲線 功率特性曲線和相應(yīng)的扭矩特性曲線.0-1:激磁電流增到最大,吸收功率隨轉(zhuǎn)速的增長(zhǎng)線,達(dá)到1點(diǎn)時(shí),由于勵(lì)磁線圈額定值的限制不再增長(zhǎng)。1-2:受限于渦流環(huán)的發(fā)熱.2-3:受限于轉(zhuǎn)速.第9頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四第二節(jié)、扭矩儀實(shí)際運(yùn)行中的柴油機(jī),扭矩儀是主要的測(cè)扭矩設(shè)備。工作原理： 彈性軸在扭矩作用下的扭轉(zhuǎn)變形量用相鄰兩截面的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角來(lái)表示， L兩截面的距離；G剪切彈性模數(shù)；Jp軸斷面的慣性矩；Me軸的扭矩 對(duì)某一扭軸,其基長(zhǎng)、幾何形狀、材料、尺寸確定后, 與Me呈線性關(guān)系: 通過測(cè)量輸出軸、中間軸、特制的聯(lián)軸節(jié)在扭矩作用下的扭轉(zhuǎn)變形,由變形的大小來(lái)確

7、定扭矩值。測(cè)量輸出軸扭轉(zhuǎn)角的方法: 鋼弦式、電阻式、光電式、磁電式、電感式等。 第10頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四1、鋼弦式扭矩儀原理: 利用鋼弦振動(dòng)頻率的平方變化與鋼弦兩端受力成正比特點(diǎn),通過測(cè)量鋼弦振動(dòng)頻率變化來(lái)顯示被測(cè)軸的扭矩. 兩只卡盤固定在被測(cè)彈性扭軸上,每只盤上有一凸臂,鋼弦兩端分別安裝在兩個(gè)凸臂上,鋼弦與扭轉(zhuǎn)軸被相對(duì)固定。 在扭矩作用下軸發(fā)生彈性變形,兩卡盤間產(chǎn)生相對(duì)角位移,固定在凸臂上的鋼弦長(zhǎng)度發(fā)生變化,改變了鋼弦的固有頻率. 第11頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四 彈性軸自由狀態(tài)時(shí)測(cè)得鋼弦固有頻率為f0,受扭矩作用時(shí)的頻率為f,

8、則 K是由彈性軸的剛度、鋼弦的尺寸及扭矩儀特性等決定的儀表常數(shù) 。第12頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四2、相位差式扭矩儀 原理： 利用電磁感應(yīng)原理測(cè)量定長(zhǎng)扭力軸兩截面上所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角的相位差來(lái)計(jì)算扭矩. 被測(cè)軸相距L的兩截面,裝相同的齒形轉(zhuǎn)輪及徑向上安裝感應(yīng)式脈沖信號(hào)發(fā)生器. 轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)時(shí),每個(gè)齒頂和齒谷引起信號(hào)發(fā)生器磁路的磁通變化,使信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)電磁感應(yīng)脈沖信號(hào). 軸未受扭矩作用時(shí),兩轉(zhuǎn)輪相對(duì)扭轉(zhuǎn)角為零,兩信號(hào)發(fā)生器輸出的脈沖信號(hào)相位相同； 軸受扭矩作用時(shí),軸兩端截面間產(chǎn)生相對(duì)扭轉(zhuǎn)角,兩感應(yīng)式信號(hào)發(fā)生器輸出的脈沖信號(hào)間出現(xiàn)與扭轉(zhuǎn)角成比例的相位差,測(cè)量電路測(cè)定出相位

9、差可求得扭矩.第13頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四特點(diǎn): 扭矩儀工作可靠,抗干擾能力強(qiáng),穩(wěn)定性好,測(cè)量精度高,在試驗(yàn)中得到了廣泛的應(yīng)用.安裝要求: 由于扭矩儀是安裝在柴油機(jī)與負(fù)載之間的儀器設(shè)備,起著傳遞扭矩的作用。 安裝時(shí),扭矩儀的軸心線要絕對(duì)保證同原動(dòng)機(jī)軸心及負(fù)載軸心同軸.這就要求對(duì)各軸間的同心度、平行度、軸端面的垂直度均有很高的要求; 還要考慮振動(dòng)對(duì)扭矩儀的影響,否則,扭矩儀的扭力軸會(huì)產(chǎn)生附加力矩,不僅會(huì)影響測(cè)量精度,還會(huì)造成軸的疲勞損傷. 因此,扭矩儀的安裝應(yīng)嚴(yán)格遵照說(shuō)明書的要求并由熟練的技術(shù)人員進(jìn)行.第14頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四第

10、三節(jié)、轉(zhuǎn)速測(cè)量 基本概念轉(zhuǎn)速: 單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的圈數(shù),r/min,轉(zhuǎn)速表(計(jì)).轉(zhuǎn)數(shù): 在一定時(shí)間間隔內(nèi),被測(cè)軸旋轉(zhuǎn)的總?cè)?shù).轉(zhuǎn)數(shù)計(jì).平均轉(zhuǎn)速: 指被測(cè)軸在某一時(shí)間間隔內(nèi)轉(zhuǎn)速的平均值。平均轉(zhuǎn)速的測(cè)量: 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量多是指測(cè)量在某一穩(wěn)定工況下的平均轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速表按與被測(cè)軸是否接觸分為: 接觸式與非接觸式.第15頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四一、接觸式轉(zhuǎn)速表 大都結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度較差。1.離心式轉(zhuǎn)速表 利用重錘在旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生離心力,克服彈簧的反作用力,推動(dòng)指示機(jī)構(gòu)來(lái)工作. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便, 精度較差,相對(duì)誤差18%. 定期校驗(yàn)(長(zhǎng)時(shí)間使用后彈簧剛度系數(shù)將發(fā)生變化).第1

11、6頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四2.定時(shí)轉(zhuǎn)速表 在一定時(shí)間間隔內(nèi)通過累計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速的. 手持式定時(shí)轉(zhuǎn)速表完全采用鐘表式傳動(dòng)結(jié)構(gòu),測(cè)量精度高,測(cè)量范圍010000轉(zhuǎn)/分,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不能連續(xù)測(cè)量.3、磁性轉(zhuǎn)速表 利用圓盤在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中由于感應(yīng)出電渦流而產(chǎn)生的扭矩變化,以帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速. 測(cè)量精度不高,但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,對(duì)振動(dòng)的敏感小,可測(cè)高、中、低轉(zhuǎn)速,量程可根據(jù)需要選擇.第17頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四二、非接觸式轉(zhuǎn)速表 大都結(jié)構(gòu)復(fù)雜,但精度較高。1、閃光測(cè)速儀 利用已知頻率的閃光與被測(cè)軸轉(zhuǎn)速同步的方法來(lái)測(cè)速的. 測(cè)量時(shí),在軸上做一個(gè)記號(hào)

12、,用儀表的脈沖光源照亮該記號(hào),當(dāng)閃光頻率調(diào)整到與被測(cè)軸轉(zhuǎn)速相等時(shí),得到被測(cè)軸靜止不動(dòng)的虛像,且始終在一個(gè)地方看到軸上這個(gè)記號(hào). 閃光測(cè)速儀使用方便,直接讀出轉(zhuǎn)速,測(cè)速上限20000轉(zhuǎn)/分以上,精度1%,能用來(lái)測(cè)量柴油機(jī)和增壓器的轉(zhuǎn)速.第18頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四2.電子數(shù)字轉(zhuǎn)速表 轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x表進(jìn)入到現(xiàn)代化、電子化，接觸式轉(zhuǎn)速表受到冷落,閃光測(cè)速儀雖屬非接觸式轉(zhuǎn)速表,也退居次要地位。 代之是電子與數(shù)字化的測(cè)速儀表,這類儀表大都體積小、重量輕、讀數(shù)準(zhǔn)確、使用方便、易實(shí)現(xiàn)電腦熒屏顯示和連續(xù)打印輸出,能連續(xù)反映轉(zhuǎn)速變化,既能測(cè)平均轉(zhuǎn)速,也能測(cè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。 電子數(shù)字轉(zhuǎn)速表主

13、要由測(cè)速傳感器和電子計(jì)數(shù)器等組成。1)測(cè)速傳感器: 主要有磁電式和光電式.第19頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四(1)磁電式測(cè)速傳感器組成:齒輪、磁頭 齒輪由導(dǎo)磁材料做成,齒數(shù)為Z(一般60),安裝在被測(cè)軸上; 磁頭由永久磁鐵和線圈組成,安裝在靠齒輪邊緣的支架上; 齒輪和磁頭間隙很小(1mm左右),齒輪轉(zhuǎn)一圈,發(fā)出Z個(gè)電脈沖信號(hào)。將電子計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間取1S時(shí),計(jì)數(shù)器指示的數(shù)值等于平均轉(zhuǎn)速.第20頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四特點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制作安裝方便,發(fā)出電脈沖信號(hào)無(wú)需放大器,且脈沖信號(hào)不因轉(zhuǎn)速過高而減弱,測(cè)速范圍廣; 但由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生的波

14、形不規(guī)整、易產(chǎn)生干擾信號(hào)(通過整形放大電路變換為標(biāo)準(zhǔn)方波,再送到計(jì)數(shù)電路).傳感器必須靠近被測(cè)軸,被測(cè)轉(zhuǎn)速不能過低.第21頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四(2)光電式轉(zhuǎn)速傳感器 利用光電變換原理將被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào). 結(jié)構(gòu)形式： 透射式和反射式。透射式光電轉(zhuǎn)速傳感器:組成: 帶缺口的旋轉(zhuǎn)輪、投光器、受光器。 旋轉(zhuǎn)輪與被測(cè)軸連接,投光器、受光器配置在旋轉(zhuǎn)輪的兩側(cè)。受光器為光電變換元件,在投光器的光源所發(fā)射的光束照射下產(chǎn)生一個(gè)電脈沖信號(hào),若旋轉(zhuǎn)輪上孔的數(shù)目為Z,每轉(zhuǎn)一周,輸出Z個(gè)電脈沖信號(hào). 若脈沖的頻率為f,則轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速n為,第22頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20

15、日，5點(diǎn)3分，星期四反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器: 將反光材料粘貼于被測(cè)軸的測(cè)量部位上構(gòu)成反射面,常用的反光材料為專用測(cè)速反射紙帶。 投光器與受光器須適當(dāng)配置;將反射面轉(zhuǎn)到某一特定角度時(shí),由投光器發(fā)射光束經(jīng)反射面反射后恰好達(dá)到受光器,受光器為光電變換元件,在光束照射下產(chǎn)生一個(gè)電脈沖信號(hào),由電子計(jì)數(shù)器記錄電脈沖信號(hào)的數(shù)目便可指示出平均轉(zhuǎn)速。 反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器與被測(cè)軸之間無(wú)須連接,因此使用方便。第23頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四2）電子計(jì)數(shù)器 計(jì)量測(cè)速傳感器產(chǎn)生的電脈沖信號(hào)的數(shù)目. 測(cè)量在一定時(shí)間間隔內(nèi)來(lái)自于測(cè)速傳感器的電脈沖信號(hào)數(shù)目,再除以時(shí)間間隔,便可得到被測(cè)軸在該時(shí)間間

16、隔內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速。 數(shù)字轉(zhuǎn)速表的電子計(jì)數(shù)器通常由5位數(shù)字構(gòu)成,最高測(cè)量轉(zhuǎn)速99999rpm。第24頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的測(cè)量: 是柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的綜合體現(xiàn),是氣體力矩、摩擦力矩、慣性力矩、負(fù)荷力矩共同作用的結(jié)果。 為減小瞬時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng),安裝一定慣量的飛輪,利用飛輪加速時(shí)儲(chǔ)存能量和減速時(shí)釋放作用來(lái)減小轉(zhuǎn)速波動(dòng)。 柴油機(jī)診斷在許多方面與瞬時(shí)轉(zhuǎn)速相關(guān),如無(wú)外載測(cè)功、評(píng)價(jià)起動(dòng)及工作穩(wěn)定性、判定多缸工作不均勻性、確定氣缸壓力等。第25頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)3分，星期四一、轉(zhuǎn)速-電壓轉(zhuǎn)換型瞬時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x 組成: 轉(zhuǎn)速-電壓轉(zhuǎn)換器(電磁式傳感器、脈沖整形電路、鑒頻器)、直流放大器、電壓表、記錄器。 電磁式傳感器將被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速n變換為電脈沖信號(hào),其頻率為 ,(z為齒數(shù)); 經(jīng)脈沖整形電路后,成為輸出電壓幅值恒定的方波,頻率為f; 經(jīng)鑒頻器后輸出電壓與被測(cè)軸轉(zhuǎn)速(頻率f)成正比,電壓表以轉(zhuǎn)速