發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失臺(tái)架測(cè)量方法分析

許召龍 楊洋 方陽

摘要：在工業(yè)的發(fā)展中，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能往往影響著企業(yè)的相關(guān)效益。在發(fā)動(dòng)機(jī)的性能處理中，需要重視機(jī)械損失測(cè)量，通過臺(tái)架測(cè)量方法的開展，從而對(duì)摩擦、驅(qū)動(dòng)以及泵氣損失進(jìn)行測(cè)量，從而為發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)提供重要的數(shù)據(jù)支撐。因此，本文主要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失臺(tái)架測(cè)量方法進(jìn)行研究分析，旨在通過對(duì)現(xiàn)有的測(cè)量現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)闡述，并提出相應(yīng)的實(shí)施策略，為發(fā)動(dòng)機(jī)的性能小組提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);機(jī)械損失;臺(tái)架測(cè)量;分析

中圖分類號(hào)：U464? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）10-0146-02

0? 引言

在工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中，需要重視發(fā)動(dòng)機(jī)性能的優(yōu)化改良。對(duì)當(dāng)前的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能測(cè)試，不僅能夠有利于相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也能夠維持工業(yè)領(lǐng)域企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失測(cè)量中，由于其狀態(tài)評(píng)估與性能評(píng)價(jià)相對(duì)較難，導(dǎo)致其實(shí)際的維護(hù)保養(yǎng)工作較難開展。在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失測(cè)量中，運(yùn)用臺(tái)架測(cè)量方法，修正以往的臺(tái)架測(cè)量修正系數(shù)，解決發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失臺(tái)架小組問題，進(jìn)而為發(fā)動(dòng)機(jī)的性能進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)定。

1? 機(jī)械損失測(cè)量價(jià)值分析

由于發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失越小，其性能越好，在機(jī)械損失的測(cè)量上，其準(zhǔn)確程度往往對(duì)后續(xù)的改進(jìn)與維護(hù)有著緊密的聯(lián)系。在常見的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失測(cè)量上，運(yùn)用的是到拖法與油耗法。因此，本文主要對(duì)臺(tái)架測(cè)量法、到拖法、油耗法進(jìn)行比較分析。其中，到拖法主要是利用定工狀況下的穩(wěn)定運(yùn)作，當(dāng)冷卻水溫度與油溫達(dá)到正常的溫度，通過平衡電力測(cè)試的銜接，從而測(cè)定電力測(cè)功率的拖動(dòng)功率，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失功率進(jìn)行測(cè)定，但是在到拖法進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失測(cè)量中，其實(shí)際的處理結(jié)果往往偏高，主要是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸穩(wěn)定壓強(qiáng)與實(shí)際的工況不足，因此在提高精準(zhǔn)度的處理上，不適合運(yùn)用到拖法。在油耗法的處理中，由于其主要對(duì)規(guī)定轉(zhuǎn)速下進(jìn)行負(fù)荷特性處理，在實(shí)際的測(cè)量過程中，由于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的煙油消耗量與有效功率關(guān)系進(jìn)行有效分析，其智能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失值進(jìn)行近似求解，無法對(duì)于機(jī)械損失量進(jìn)行準(zhǔn)確的處理。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失測(cè)量中，運(yùn)用臺(tái)架測(cè)量方法，重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分類與分析上，通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的理論推理與實(shí)際推力進(jìn)行計(jì)算，借助數(shù)據(jù)分析的優(yōu)勢(shì)來進(jìn)行擬合計(jì)算，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失近計(jì)算。相對(duì)于到拖法與油耗法，臺(tái)架測(cè)量法在機(jī)械損耗數(shù)字測(cè)量上更加精準(zhǔn)，從而為發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化提供保障[1]。

2? 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失臺(tái)架測(cè)量

在臺(tái)架測(cè)量方法運(yùn)用到發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失值測(cè)量中，需要在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油管上，采集燃油流量信號(hào)，以脈沖方式送給單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器或者計(jì)數(shù)器計(jì)量脈沖數(shù)，根據(jù)脈沖數(shù)和單位脈沖的燃油量，可確定某段時(shí)間流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油管的燃油量，借助相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算從而得到獲取的機(jī)械能數(shù)值。同樣在測(cè)量中單片機(jī)中的另一個(gè)定時(shí)器或者計(jì)數(shù)器用于計(jì)時(shí)，根據(jù)某段時(shí)間流過發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油管的燃油量，即可測(cè)量該時(shí)段的平均進(jìn)油量，當(dāng)該段時(shí)間趨于無窮小時(shí)，則為瞬時(shí)進(jìn)油量。在發(fā)動(dòng)機(jī)回油管上安裝一個(gè)活塞式流量傳感器，可得到該段時(shí)間的回油量，用進(jìn)油量減去回油量，從而計(jì)算其實(shí)際的機(jī)械能損失量。

3? 臺(tái)架測(cè)量法的具體開展方案

3.1 測(cè)試臺(tái)架構(gòu)建

在發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失的臺(tái)架測(cè)量上，需要重視物理層測(cè)試臺(tái)架的構(gòu)建。搭建的物理層測(cè)試臺(tái)架系統(tǒng)測(cè)試主要工具為直流電源、信號(hào)發(fā)生器、示波器和萬用表等。根據(jù)臺(tái)架測(cè)試的分層結(jié)構(gòu)，其物理層的主要作用是信號(hào)電平表示，以及為數(shù)據(jù)鏈路層提供傳輸數(shù)據(jù)的物理連接。在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失的臺(tái)架測(cè)試總線系統(tǒng)，測(cè)試項(xiàng)目主要是油耗損失和信號(hào)電平兩項(xiàng)。這兩個(gè)測(cè)試項(xiàng)目直接反映了物理層的特征參數(shù)，同時(shí)測(cè)試結(jié)果的好壞也直接反映了臺(tái)架測(cè)試下的CNA總線設(shè)計(jì)的可行性[2]?；贑NA總線的臺(tái)架機(jī)械損失測(cè)試對(duì)照如表1所示。

3.2 實(shí)施數(shù)據(jù)修正

通過收集發(fā)動(dòng)機(jī)在所有最大狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)性能參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類分析和總結(jié)，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、推力和油管壓力與溫度的變化關(guān)系繪制成曲線，分析和研究發(fā)動(dòng)機(jī)在各穩(wěn)定狀態(tài)下，主要參數(shù)隨油變溫度的變化規(guī)律。發(fā)動(dòng)機(jī)在室內(nèi)試車臺(tái)架上進(jìn)行機(jī)械損失測(cè)量時(shí)，通過發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油系統(tǒng)時(shí)有壓力損失，并且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有一定的迎面速度產(chǎn)生進(jìn)沖壓，使其地面靜止條件未得到滿足，外流沿發(fā)動(dòng)機(jī)的靜壓變化和摩擦阻力會(huì)引起測(cè)量機(jī)械損失，發(fā)動(dòng)機(jī)本身的排氣系統(tǒng)造成的環(huán)境靜壓降，對(duì)測(cè)量數(shù)值造成應(yīng)得損失影響。因此，需要對(duì)臺(tái)架發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，通過對(duì)燃油溫度、分析儀精準(zhǔn)度以及存儲(chǔ)油路等研究內(nèi)容進(jìn)行參數(shù)修正，從而保障機(jī)械損失的測(cè)量準(zhǔn)確性[3]。

3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失測(cè)量

在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失的臺(tái)架測(cè)量中，借助臺(tái)架測(cè)試臺(tái)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械能供給系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。同樣在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失測(cè)量上，往往需要借助臺(tái)架測(cè)量法進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，通過在規(guī)定的條件下，臺(tái)架測(cè)量接入形同的數(shù)據(jù)，通過測(cè)量出數(shù)據(jù)進(jìn)行有效計(jì)算。多次測(cè)試的開展，能夠減少偶然誤差對(duì)于機(jī)械損失量的影響，通過多次重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，消除誤差較大的數(shù)據(jù)。同樣在臺(tái)架測(cè)量法對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失測(cè)量中，由于臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)本身的誤差問題，例如油溫溫度變化會(huì)對(duì)機(jī)械損失的測(cè)量影響較大，因此在實(shí)際的測(cè)量材料管理中，需要對(duì)干擾因素進(jìn)行優(yōu)化處理。例如，針對(duì)臺(tái)架測(cè)量系統(tǒng)本身，由于油量傳感器和密度傳感器測(cè)量設(shè)備本身的誤差問題，需要考查國際市場上，存在的所有測(cè)量原理的分析儀分別作對(duì)比，找出適合試驗(yàn)臺(tái)架測(cè)量需求的分析儀類型。同樣在精確分析發(fā)動(dòng)機(jī)燃油溫度變化，引起燃油能量變化系數(shù)中，需要對(duì)溫度變化帶來的能量沖擊進(jìn)行分析，通過可采用高精度燃油溫控設(shè)備來控制，確保溫差問題的有效規(guī)避。在機(jī)械損失的臺(tái)架測(cè)量中，對(duì)于分析儀設(shè)備到發(fā)動(dòng)機(jī)這段存儲(chǔ)油路帶來的機(jī)械能消耗測(cè)量誤差原因，利用管路建設(shè)和壓力、溫度傳感器的布置等技術(shù)方法來分析控制[4]。

3.4 測(cè)量影響因素控制策略

在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失臺(tái)架測(cè)試中，主要的處理影響因素涉及到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油溫度、分析儀精準(zhǔn)度以及存儲(chǔ)油路等的影響。在燃油溫度策略控制中，由于很小的溫度變化，往往對(duì)臺(tái)架測(cè)量造成較大的影響，因此在實(shí)際的處理過程中，需要借助控制系統(tǒng)保障發(fā)動(dòng)機(jī)良好的流量測(cè)量管控，確保溫度的變化越小越好。在分析儀精準(zhǔn)度控制上，為了降低伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶來的測(cè)量壓力損失，在實(shí)際的分析儀器選擇上，需要選擇貼近臺(tái)架測(cè)試方法的分析儀器。在存儲(chǔ)油路的控制策略上，需要盡可能的降低存儲(chǔ)油路燃油的液體流動(dòng)體積變化，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失臺(tái)架測(cè)量的精準(zhǔn)度影響[5]。

3.5 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失臺(tái)架測(cè)試結(jié)果分析

在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失臺(tái)架測(cè)量的結(jié)構(gòu)分析中，需要對(duì)現(xiàn)有機(jī)械損失修正系數(shù)統(tǒng)計(jì)，借助多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失計(jì)算，通過加權(quán)平均計(jì)算出修正參數(shù)，從而為發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失計(jì)算提供數(shù)據(jù)支撐。將發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失測(cè)量數(shù)值乘以修正系數(shù)，可以對(duì)臺(tái)架測(cè)量法下的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失關(guān)系變化進(jìn)行計(jì)算，從而在發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出狀態(tài)下進(jìn)行機(jī)械能損失測(cè)量，確保測(cè)試結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。通過對(duì)多次發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試值金統(tǒng)計(jì)、分類和歸納，分析出發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械能損失與油溫的變化曲線。將在各溫度下，所統(tǒng)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量機(jī)械能損失，繪制成理論范圍曲線，可計(jì)算得到各發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失油溫修正系數(shù)。同時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失測(cè)量的過程中，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架存儲(chǔ)油管、油溫等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，可以分析得出室內(nèi)臺(tái)架發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失原因，從而為優(yōu)化策略提供重要的理論支撐[6]。

3.6 臺(tái)架試驗(yàn)策略方案的優(yōu)化策略

在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失臺(tái)架測(cè)試中，針對(duì)當(dāng)前現(xiàn)有的問題，其優(yōu)化策略主要涉及到以下幾點(diǎn)：其一，分析儀優(yōu)化。采用移動(dòng)式分析儀，將分析儀直接放置在發(fā)動(dòng)機(jī)邊上，且靠近發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油口的位置，盡量的減少分析儀到發(fā)動(dòng)機(jī)之間的儲(chǔ)油管路距離。其二，存儲(chǔ)油管優(yōu)化。儲(chǔ)油管路采用統(tǒng)一口徑大小的不銹鋼管，不使用轉(zhuǎn)接頭來進(jìn)行存儲(chǔ)管拐彎，盡量避免直角拐彎，采用平順的方式進(jìn)行存儲(chǔ)。其三，油溫控制。儲(chǔ)油管路會(huì)接有燃油壓力調(diào)節(jié)閥和壓力傳感器，并且在存儲(chǔ)油管周圍包裹保溫材料，以此避免外界溫差對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失測(cè)量造成的影響，同樣也可以借助延長測(cè)量時(shí)間，來降低氣泡的測(cè)量精度影響問題[7]。

在發(fā)動(dòng)機(jī)性能評(píng)價(jià)上，由于氣缸的壓縮氣體溫度與壓力的恒定，導(dǎo)致其大小都在規(guī)定的負(fù)荷工作范圍內(nèi)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作參數(shù)相適應(yīng)。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失的臺(tái)架測(cè)量中，需要對(duì)于可計(jì)算指示功率與有效功率進(jìn)行比較，進(jìn)而確定實(shí)際的機(jī)械損失計(jì)算。在機(jī)械損失的臺(tái)架策略下，著重于溫度與存儲(chǔ)油管的優(yōu)化控制，在越接近恒值的情況下，其測(cè)量越準(zhǔn)確，越能夠?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的性能設(shè)計(jì)與維護(hù)提供準(zhǔn)確的數(shù)值，以此優(yōu)化工程發(fā)動(dòng)機(jī)的管控質(zhì)量[8]。

4?; 結(jié)束語

由此可見，在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失臺(tái)架測(cè)量中，由于機(jī)械能無法直接測(cè)試的限制，導(dǎo)致需要借助臺(tái)架測(cè)試實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算分析。同樣在實(shí)際的測(cè)量中，需要與傳統(tǒng)的測(cè)量方法進(jìn)行優(yōu)劣對(duì)比，從而在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上，確保相應(yīng)的影響因素得到有效修正，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失臺(tái)架測(cè)量的不穩(wěn)定情況，為發(fā)動(dòng)機(jī)的性能檢測(cè)提供重要的技術(shù)保障。

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