試驗(yàn)設(shè)備與安全管理淺談-王力超

1、試驗(yàn)設(shè)備與安全管理淺談試驗(yàn)科王力超摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的心臟，其性能直接影響到車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能, 因此發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架性能試驗(yàn)，是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等的必要手段。測(cè)功機(jī)則是整個(gè)試 驗(yàn)過(guò)程中最重要關(guān)鍵設(shè)備，本文簡(jiǎn)述了幾種測(cè)功機(jī)的原理。主要講述電渦流測(cè)功機(jī)和電力測(cè) 功機(jī)（交流電）區(qū)別及經(jīng)濟(jì)性分析。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中安全管理工作十分重要，試驗(yàn)中容易 出現(xiàn)的安全隱患及解決方法 關(guān)鍵詞：電渦流測(cè)功機(jī)、交流電力測(cè)功機(jī)、安全、管理前言隨著社會(huì)的發(fā)展、時(shí)代的進(jìn)步，汽午己經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和人們?nèi)粘Ｉ畹?領(lǐng)域中不可缺少的交通運(yùn)輸工具，在社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車 的心臟

2、，其性能直接影響到車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能。不斷研究和改善發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè) 計(jì)和制造水平、提高發(fā)動(dòng)機(jī)制造質(zhì)量、維護(hù)保持發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能。對(duì)提高汽車整體技術(shù)水平 和質(zhì)量至關(guān)重要。為了科學(xué)準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量，必須進(jìn)行可靠的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性 和排放性能等進(jìn)行必要的臺(tái)架性能測(cè)試。測(cè)功機(jī)是與動(dòng)力機(jī)械設(shè)備同時(shí)發(fā)明并長(zhǎng)期使用的最 基本的試驗(yàn)設(shè)備隨著技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，測(cè)功機(jī)技術(shù)也從最早的水力和機(jī)械式測(cè)功機(jī) 發(fā)展到現(xiàn)代的電力測(cè)功機(jī)。常用的測(cè)功機(jī)有水力（制動(dòng)）測(cè)功機(jī)、電渦流測(cè)功機(jī)、磁粉測(cè)功機(jī)、 直流（電機(jī)）測(cè)功機(jī)和交流（電機(jī)）測(cè)功機(jī)。直流測(cè)功機(jī)和交流測(cè)功機(jī)在我國(guó)又稱之為電力測(cè)功 機(jī)。（圖1為發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架簡(jiǎn)圖

3、）參數(shù)和警報(bào)一給油圖1發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)一、測(cè)功機(jī)的類型及原理1、水力測(cè)功機(jī)水力測(cè)功機(jī)因其單位轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的扭矩吸收能力強(qiáng)，長(zhǎng)期以來(lái)成為大功率內(nèi)燃機(jī)試驗(yàn)優(yōu)先采用 的設(shè)備。忖前主要有定充量水力測(cè)功機(jī)和變充量水力測(cè)功機(jī)。定充量水力測(cè)功機(jī)的吸收腔內(nèi) 始終充滿具有一定壓力的水，通過(guò)調(diào)節(jié)測(cè)功機(jī)的閘套開合位置（即調(diào)節(jié)測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)子與定子間 的工作面積）來(lái)改變測(cè)功扭矩大小，這類測(cè)功機(jī)穩(wěn)定性好,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。變充量水力測(cè)功機(jī)又 稱水渦流測(cè)功機(jī)。它是通過(guò)進(jìn)、出水閥來(lái)調(diào)節(jié)水力測(cè)功機(jī)吸功腔內(nèi)水量的多少，以達(dá)到改變 其制動(dòng)扭矩大小的目的。變充量水力測(cè)功機(jī)工作吋水壓高,噪聲大，而且在轉(zhuǎn)速高、制動(dòng)扭矩 小的區(qū)段幾乎不能穩(wěn)定工作。目前，主

4、要采取如下措施解決其工作不穩(wěn)定的問(wèn)題:采用閉環(huán) 控制發(fā)動(dòng)機(jī)的油門或風(fēng)門來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速;采用閉環(huán)控制測(cè)功機(jī)水門來(lái)控制測(cè)功機(jī)的 制動(dòng)扭矩;采用水力測(cè)功機(jī)的工作介質(zhì)與冷卻介質(zhì)分離的方法（雙介質(zhì)法）。結(jié)合前兩種方 法，釆用雙閉環(huán)控制測(cè)功系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速和扭矩是當(dāng)今世界水力測(cè)功機(jī)的先進(jìn)控制方法。2、電渦流測(cè)功機(jī)電渦流測(cè)功機(jī)利用渦電流效應(yīng)吸收發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和功率,具有低慣量、高精度、高穩(wěn) 定性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，適用于操作控制的自動(dòng)化，并且功率范圍也較寬，轉(zhuǎn)速較高，響應(yīng)速度 較快，測(cè)試工藝比較成熟，是目前各內(nèi)燃機(jī)制造廠主要使用的測(cè)功機(jī)之一?；谄淞己玫目刂?性、可調(diào)性以及負(fù)載穩(wěn)定性，電渦流測(cè)功機(jī)較合適用于發(fā)動(dòng)

5、機(jī)的開發(fā)和試驗(yàn)。此外，它也適用 于發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的開發(fā)研究試驗(yàn)，汽午風(fēng)阻、變速器、后輪軸的模擬試驗(yàn)及完整的傳動(dòng)系統(tǒng) 模擬實(shí)驗(yàn)等。但是,傳統(tǒng)的電渦流測(cè)功器吸收功率較小，技術(shù)水平偏低，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié) 構(gòu)中“恒流控制”和“恒速控制”兩個(gè)調(diào)節(jié)閉壞共用一只調(diào)節(jié)器，導(dǎo)致恒轉(zhuǎn)矩控制和恒轉(zhuǎn)速 控制達(dá)不到精度要求。3電力測(cè)功機(jī)3. 1、直流測(cè)功機(jī)直流測(cè)功機(jī)采用它激勵(lì)磁的直流電機(jī)，利用電樞繞組切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的原理 根據(jù)在不同電磁力作用下所產(chǎn)生大小不同、與轉(zhuǎn)向相反的制動(dòng)力矩來(lái)控制測(cè)功機(jī)的運(yùn)行狀 態(tài)。直流測(cè)功電機(jī)由于控制簡(jiǎn)單、調(diào)速平滑，性能良好一直占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，直流測(cè)功電 機(jī)的結(jié)構(gòu)上存在機(jī)械換向器

6、和電刷，因此具有一些無(wú)法克服的固冇缺點(diǎn)，如造價(jià)偏高、維護(hù)困 難、壽命短、單機(jī)容量以及最高電壓和最高轉(zhuǎn)速都受到一定的限制等，導(dǎo)致直流電力測(cè)功電 機(jī)在大容量、高速測(cè)功系統(tǒng)中難以廣泛應(yīng)用。3. 2交流測(cè)功機(jī)交流測(cè)功機(jī)按照交流電動(dòng)機(jī)的種類分為異步測(cè)功機(jī)和同步測(cè)功機(jī)兩種，按照所使用的變頻 器的控制技術(shù)，有直接轉(zhuǎn)矩控制和磁通矢量控制兩種交流測(cè)功機(jī)。由于同步測(cè)功機(jī)受同步電 動(dòng)機(jī)性能與價(jià)格的限制,推廣應(yīng)用較少，主要用于高精度小功率的零部件測(cè)試。測(cè)功機(jī)是動(dòng)力 試驗(yàn)的重要設(shè)備，作為測(cè)試系統(tǒng)中的加載和能量吸收裝置，它不僅單純的用來(lái)吸收被測(cè)設(shè)備 輸出的功率和轉(zhuǎn)矩，而是通過(guò)對(duì)測(cè)功機(jī)的控制來(lái)對(duì)以改變被測(cè)設(shè)備的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及

7、功率，形成 所需要的測(cè)試工況，以測(cè)定動(dòng)力機(jī)械設(shè)備在各種運(yùn)行狀態(tài)下的性能指標(biāo)和特性曲線。二、電渦流測(cè)功機(jī)與交流電測(cè)功機(jī)區(qū)別1、電渦流與交流電力測(cè)功器的特點(diǎn)電渦流測(cè)功器具有控制穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快、測(cè)暈精度高及結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上 采用鼓式結(jié)構(gòu)或盤式結(jié)構(gòu)，利用電渦流效應(yīng)吸收發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和功率，再通過(guò)渦流環(huán)用冷 卻水將產(chǎn)生的熱量帶走，所以需要一套供給循環(huán)水系統(tǒng)并且有冷卻裝置。交流電力測(cè)功機(jī) 是當(dāng)前技術(shù)最為先進(jìn)的一種測(cè)功機(jī)，這種測(cè)功機(jī)以其技術(shù)的先進(jìn)性、工作的可靠性和運(yùn)行成 本的經(jīng)濟(jì)性己越來(lái)越成為發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架的優(yōu)選型式。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，節(jié)能環(huán)保。下面表格就是交流電測(cè)功機(jī)與電渦流測(cè)功機(jī)的技術(shù)

8、水平、運(yùn)行可靠性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等方面的 比較。測(cè)功機(jī)類型扭矩測(cè)量精度響應(yīng)速度能量反饋穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)瞬態(tài)試驗(yàn)倒拖試驗(yàn)冷卻方式電渦流測(cè)功機(jī)0. 2%f. s快不能能差不能水冷交流電力測(cè)功機(jī)0. 1%f. s極快能能優(yōu)能風(fēng)冷2、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性比較電渦流測(cè)功機(jī)利川渦電流效應(yīng)吸收發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和功率，產(chǎn)牛大量的熱能，但能量不能得 到有效合理的利用，只能通過(guò)冷卻水將熱量帶走，白白浪費(fèi)了能量。交流電力測(cè)功機(jī)試驗(yàn)臺(tái) 架作為功率吸收單元，將所吸收的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸功率高效能地轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β?，向電網(wǎng)回饋符 合并網(wǎng)質(zhì)量的交流電能量。能量轉(zhuǎn)變和冋饋的效率達(dá)80%以上。此外，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)低，節(jié)約 能源。將燃油一發(fā)動(dòng)機(jī)一機(jī)械能一電能一實(shí)現(xiàn)再

9、利用的過(guò)程，完全符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保 的要求，在內(nèi)燃機(jī)測(cè)試領(lǐng)域，交流電力測(cè)功機(jī)當(dāng)然成為未來(lái)首選的測(cè)功機(jī)品種。以發(fā)動(dòng)機(jī)町靠性試驗(yàn)臺(tái)架按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)運(yùn)行為例進(jìn)行計(jì)算。以中等功率水平的被試發(fā)動(dòng)機(jī)為例，假設(shè)其額定功率為lookwo可靠性試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行全速全負(fù)荷試驗(yàn)。發(fā)電量計(jì)算一一冋收能量收益比較計(jì)算結(jié)果如下：全速全負(fù)荷試驗(yàn)：全速全負(fù)荷試驗(yàn)為在額定功率下運(yùn)行300h,每1小時(shí)試驗(yàn)的發(fā)電量為8 0 kw. h 合計(jì) 24000kw. h如此，可靠性試驗(yàn)合計(jì)發(fā)電量為24000度，折合人民幣2. 4萬(wàn)元（每度電以一元計(jì)）。根據(jù)以上計(jì)算，使用交流電力測(cè)功器對(duì)100rw的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn)時(shí)將會(huì)節(jié)省大暈的試 驗(yàn)成本。如

10、果臺(tái)架正常使用，每年完成相當(dāng)于兩臺(tái)耐久試驗(yàn)，節(jié)省試驗(yàn)成本在4. 8萬(wàn)元以上。運(yùn)行成本比較節(jié)省了大量冷卻水。電渦流測(cè)功器均使用大量的冷卻，不僅需要循環(huán)供水、冷卻等、設(shè) 備投資，還消耗寶貴的水資源°可靠性高，維護(hù)費(fèi)用低。由于設(shè)備長(zhǎng)期在有水環(huán)境下使用，電渦流測(cè)功器設(shè)備損壞概率較高，產(chǎn)生大量熱量需要冷卻 水帶走，導(dǎo)致測(cè)功機(jī)渦流環(huán)產(chǎn)生水垢，散熱效果不好，這就需要用除垢劑定期或及時(shí)清洗, 這樣交流電力測(cè)功器使用三相異步變頻電機(jī)，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，費(fèi)用較低。交流電力測(cè)功器設(shè)備使用壽命長(zhǎng)。4、投資成本分析目前，交流電力測(cè)功機(jī)投資成本高于電渦流測(cè)功機(jī)。國(guó)內(nèi)的交流電力測(cè)功機(jī)的投資成本已遠(yuǎn) 遠(yuǎn)低于國(guó)外同

11、類產(chǎn)品。但國(guó)內(nèi)的交流電力測(cè)功機(jī)的主要精密零部件還需要進(jìn)口，這樣就存在 一個(gè)問(wèn)題，如果交流電力測(cè)功機(jī)的進(jìn)口零部件一旦出現(xiàn)故障，維修的成本一定會(huì)很高，維修 周期也會(huì)很長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)交流電力測(cè)功機(jī)市場(chǎng)價(jià)格人概是電渦流測(cè)功機(jī)的2-3倍左右，從眼前看 交流電力測(cè)功機(jī)投資成本高，但長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮交流電力測(cè)功機(jī)優(yōu)勢(shì)大于是電渦流測(cè)功機(jī)，節(jié)能環(huán) 保，符合時(shí)代進(jìn)步需求。還可節(jié)省下列設(shè)備投資：供水及冷卻系統(tǒng)電起動(dòng)裝置反拖裝置三、試驗(yàn)室容易出現(xiàn)的安全隱患就解決辦法：發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)是一項(xiàng)高危險(xiǎn)性的工作，因?yàn)榘殡S著有高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，有各種高溫氣體，有毒 氣體，易燃?xì)怏w，高壓液體產(chǎn)生，及各類電器設(shè)備帶來(lái)的漏電觸電等危險(xiǎn)，因此，發(fā)動(dòng)機(jī) 試驗(yàn)室

12、的安全隱患相當(dāng)廣泛，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的工作人員，安全意識(shí)則尤為重要。1有毒氣體發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生大量的有毒氣體，如co, hc、nox等，這些有害氣體會(huì)導(dǎo)致人體不適, 癥狀為眩暈、惡心、虛脫，因此保證排氣系統(tǒng)正常工作是發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的前提條件，此外保持 試驗(yàn)室空氣流通，在做試驗(yàn)過(guò)程中，至少有兩人在同時(shí)工作是必要的，易避免意外的情況發(fā) 生。2火災(zāi)的危險(xiǎn)汽油是極危險(xiǎn)的試驗(yàn)用品，著火點(diǎn)非常低，易燃。在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)吋產(chǎn)生大量 的排氣高溫，如果試驗(yàn)中出現(xiàn)汽汕泄露的情況，容易引起火災(zāi)。因此，平常應(yīng)對(duì)燃汕執(zhí)行嚴(yán) 格的管理制度，每天應(yīng)有專人對(duì)燃汕箱及其管路進(jìn)行必要檢查防患于未然。試驗(yàn)過(guò)程中一旦 出現(xiàn)泄露，應(yīng)立即

13、停止試驗(yàn)，及時(shí)解決泄露問(wèn)題。試驗(yàn)人員應(yīng)掌握消防安全常識(shí)。3高速旋轉(zhuǎn)物體的傷害發(fā)動(dòng)機(jī)在試驗(yàn)過(guò)程中，由于經(jīng)常對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)新幵發(fā)相關(guān)零件進(jìn)行不同方式的可靠性試驗(yàn), 因此，發(fā)動(dòng)機(jī)基本都在高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷的工況下運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力及振動(dòng)，容易造成高 速旋轉(zhuǎn)的零部件、傳動(dòng)軸等，固定不牢或松脫，導(dǎo)致甩出的物體傷害試驗(yàn)人員。所以每班試 驗(yàn)人員都應(yīng)對(duì)旋轉(zhuǎn)零部件傳動(dòng)軸進(jìn)行必要緊固，防止松脫造成傷害。試驗(yàn)過(guò)程中必須進(jìn)入試 驗(yàn)間觀察時(shí)，應(yīng)戴好耳塞面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)斜45度角觀察，觀察后立即離開。4機(jī)械件的傷害發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)需要很多輔助設(shè)備協(xié)同工作，因此試驗(yàn)間有各種各樣的儀器，而同時(shí)我們的 試驗(yàn)人員經(jīng)常在試驗(yàn)間安裝和卸載發(fā)動(dòng)機(jī)，需要試

14、驗(yàn)人員互相協(xié)作共同完成，稍不留神就容 易被設(shè)備的棱角，銳邊部分撞傷，劃傷。所以試驗(yàn)人員提高自我安全防范意識(shí)，做到不傷害 他人，不被他熱人害，不傷害自己。5觸電的危險(xiǎn)試驗(yàn)室內(nèi)有各種電器設(shè)備，復(fù)雜的線路，而電氣短路會(huì)引起火災(zāi)。所以試驗(yàn)人員應(yīng)止確 使用各種用電設(shè)備，發(fā)現(xiàn)有裸漏的電線及時(shí)更換，防止電擊傷人事故。只有把隱患扼殺在搖 籃中，才能夠最安全地進(jìn)行工作。6過(guò)熱零件的傷害在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)故障分析時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱的零件表面往往對(duì)不小心的試驗(yàn)人員造成傷害， 這也是應(yīng)該引起重視的。綜合上述各項(xiàng)分析結(jié)果，交流電力測(cè)功機(jī)一次性投資的采購(gòu)成本高于電渦流測(cè)功機(jī)，但 回收能量的效果非常明顯。從長(zhǎng)期投資效益的角度分析，交流電力測(cè)功機(jī)臺(tái)架投資高于電渦 流測(cè)功機(jī)的費(fèi)用，但一般地在連續(xù)運(yùn)行幾年后這種投資差價(jià)就會(huì)收回。繼續(xù)使用所取得的經(jīng) 濟(jì)效益就是投資方的純效益，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，交流電力測(cè)功機(jī)臺(tái)架的這種經(jīng)濟(jì)性會(huì)越來(lái)越 明顯，就像水電站一樣一次性投入后期的經(jīng)濟(jì)效益是人所共知的.目前，國(guó)內(nèi)的交流電力測(cè) 功機(jī)的的技術(shù)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)外同類產(chǎn)品，其主要零部