柴油機(jī)測試技術(shù)

柴油機(jī)測試技術(shù)第1頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)功率測量有效功率Pe是柴油機(jī)最重要的性能參數(shù)之一,有效功率的測定屬于間接測量。如測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，r／min

測量輸出軸扭矩設(shè)備:1、吸收功率型(測功器):

吸收柴油機(jī)發(fā)出的全部功率,如水力測功器、電力測功器,用于臺架試驗。2、不吸收功率型(扭矩儀)：利用輸出軸扭轉(zhuǎn)變形來測量扭矩,也稱傳遞式測功器,如鋼弦式扭矩儀、電阻應(yīng)變式扭矩儀。第2頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月測功器功能:

柴油機(jī)在臺架試驗中用測功器來測量輸出扭矩,此時測功器作為負(fù)載,并通過測功器對測定工況進(jìn)行調(diào)節(jié).結(jié)構(gòu):

測功器由制動器、測力機(jī)構(gòu)和測速裝置等部分組成.

制動器調(diào)節(jié)柴油機(jī)的負(fù)載,并同時把所吸收的柴油機(jī)功率轉(zhuǎn)化為熱能或電能.

測力機(jī)構(gòu)和測速裝置則分別測量柴油機(jī)輸出扭矩及其相應(yīng)的輸出軸轉(zhuǎn)速.現(xiàn)代測功器還有一套自動調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng).類型:

測功器通常按制動器工作原理的不同來分類,水力測功器和電渦流測功器是目前用得最多的兩類測功器.第3頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月一、水力測功器用水作為工作介質(zhì)而產(chǎn)生制動力矩以測量功率的裝置.1、結(jié)構(gòu)和工作原理

主體為水力制動器,由轉(zhuǎn)盤和外殼組成.

外殼用滾動軸承支撐在支架上,可自由擺動;

轉(zhuǎn)盤被封閉在外殼內(nèi),其間充以水.

第4頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月工作原理:

利用在水中旋轉(zhuǎn)的物體,是水產(chǎn)生渦流運動,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?同時完成扭矩測量.

工作時水由轉(zhuǎn)盤帶動而獲得動量矩并傳遞給外殼.由柴油機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)子的扭矩以一個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器.

阻力矩的大小可通過調(diào)節(jié)進(jìn)、出水量來控制.第5頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2、水力測功器的特性曲線特性曲線表明了工作范圍,5段線:線段A為測功器在最大負(fù)荷調(diào)節(jié)位置(最大水層厚度)時的性能曲線.線段B為最大制動扭矩限制線(受轉(zhuǎn)動部件的強(qiáng)度限制).提高轉(zhuǎn)速來增加吸收功率,此時需減少水層厚度.線段C為測功器出水溫度達(dá)到最大允許值的功率限制線,即測功器所能吸收的最大功率.線段D為最高轉(zhuǎn)速線,受轉(zhuǎn)動部件離心力負(fù)荷的限制.線段E為空載線,測功器沒有充水時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功器的工作范圍內(nèi).第6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電渦流測功器1、結(jié)構(gòu)與工作原理主要由定子、轉(zhuǎn)子、水冷卻系統(tǒng)、力矩測量機(jī)構(gòu)組成,

定子裝勵磁線圈和渦流環(huán)；轉(zhuǎn)子由帶齒輪狀凹凸形的感應(yīng)子和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成.

勵磁線圈通電,周圍產(chǎn)生磁場,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，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月工作原理：

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,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)電勢而形成電渦流,力圖阻止磁通變化,引起對感應(yīng)子的制動作用,使定子繞自身擺動軸承發(fā)生偏轉(zhuǎn)并帶動測力機(jī)構(gòu).

制動力矩的大小可以通過改變勵磁線圈的電流來調(diào)節(jié).

測功器吸收的功率完全轉(zhuǎn)化為熱能,要對渦流環(huán)和勵磁線圈周圍通入水冷卻.第8頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2、測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)速的增長線,達(dá)到1點時,由于勵磁線圈額定值的限制不再增長。1-2:受限于渦流環(huán)的發(fā)熱.2-3:受限于轉(zhuǎn)速.第9頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)、扭矩儀實際運行中的柴油機(jī),扭矩儀是主要的測扭矩設(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扭轉(zhuǎn)角來表示，

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

對某一扭軸,其基長、幾何形狀、材料、尺寸確定后,與Me呈線性關(guān)系:

通過測量輸出軸、中間軸、特制的聯(lián)軸節(jié)在扭矩作用下的扭轉(zhuǎn)變形,由變形的大小來確定扭矩值。測量輸出軸扭轉(zhuǎn)角的方法:

鋼弦式、電阻式、光電式、磁電式、電感式等。

第10頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月1、鋼弦式扭矩儀原理:

利用鋼弦振動頻率的平方變化與鋼弦兩端受力成正比特點,通過測量鋼弦振動頻率變化來顯示被測軸的扭矩.

兩只卡盤固定在被測彈性扭軸上,每只盤上有一凸臂,鋼弦兩端分別安裝在兩個凸臂上,鋼弦與扭轉(zhuǎn)軸被相對固定。在扭矩作用下軸發(fā)生彈性變形,兩卡盤間產(chǎn)生相對角位移,固定在凸臂上的鋼弦長度發(fā)生變化,改變了鋼弦的固有頻率.

第11頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月

彈性軸自由狀態(tài)時測得鋼弦固有頻率為f0,受扭矩作用時的頻率為f,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，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2、相位差式扭矩儀原理：利用電磁感應(yīng)原理測量定長扭力軸兩截面上所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角的相位差來計算扭矩.

被測軸相距L的兩截面,裝相同的齒形轉(zhuǎn)輪及徑向上安裝感應(yīng)式脈沖信號發(fā)生器.

轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)時,每個齒頂和齒谷引起信號發(fā)生器磁路的磁通變化,使信號發(fā)生器產(chǎn)生一個電磁感應(yīng)脈沖信號.

軸未受扭矩作用時,兩轉(zhuǎn)輪相對扭轉(zhuǎn)角為零,兩信號發(fā)生器輸出的脈沖信號相位相同；軸受扭矩作用時,軸兩端截面間產(chǎn)生相對扭轉(zhuǎn)角,兩感應(yīng)式信號發(fā)生器輸出的脈沖信號間出現(xiàn)與扭轉(zhuǎn)角成比例的相位差,測量電路測定出相位差可求得扭矩.第13頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月特點:

扭矩儀工作可靠,抗干擾能力強(qiáng),穩(wěn)定性好,測量精度高,在試驗中得到了廣泛的應(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,扭矩儀的軸心線要絕對保證同原動機(jī)軸心及負(fù)載軸心同軸.這就要求對各軸間的同心度、平行度、軸端面的垂直度均有很高的要求;

還要考慮振動對扭矩儀的影響,否則,扭矩儀的扭力軸會產(chǎn)生附加力矩,不僅會影響測量精度,還會造成軸的疲勞損傷.

因此,扭矩儀的安裝應(yīng)嚴(yán)格遵照說明書的要求并由熟練的技術(shù)人員進(jìn)行.第14頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)、轉(zhuǎn)速測量

基本概念轉(zhuǎn)速:

單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的圈數(shù),r/min,轉(zhuǎn)速表(計).轉(zhuǎn)數(shù):

在一定時間間隔內(nèi),被測軸旋轉(zhuǎn)的總?cè)?shù).轉(zhuǎn)數(shù)計.平均轉(zhuǎn)速:

指被測軸在某一時間間隔內(nèi)轉(zhuǎn)速的平均值。平均轉(zhuǎn)速的測量:

柴油機(jī)轉(zhuǎn)速測量多是指測量在某一穩(wěn)定工況下的平均轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速表按與被測軸是否接觸分為:

接觸式與非接觸式.第15頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月一、接觸式轉(zhuǎn)速表大都結(jié)構(gòu)簡單，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,推動指示機(jī)構(gòu)來工作.

結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,精度較差,相對誤差1~8%.

定期校驗(長時間使用后彈簧剛度系數(shù)將發(fā)生變化).第16頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.定時轉(zhuǎn)速表在一定時間間隔內(nèi)通過累計轉(zhuǎn)數(shù)來測量轉(zhuǎn)速的.

手持式定時轉(zhuǎn)速表完全采用鐘表式傳動結(jié)構(gòu),測量精度高,測量范圍0~10000轉(zhuǎn)/分,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不能連續(xù)測量.3、磁性轉(zhuǎn)速表利用圓盤在旋轉(zhuǎn)磁場中由于感應(yīng)出電渦流而產(chǎn)生的扭矩變化,以帶動指針偏轉(zhuǎn)來測量轉(zhuǎn)速.

測量精度不高,但結(jié)構(gòu)簡單,對振動的敏感小,可測高、中、低轉(zhuǎn)速,量程可根據(jù)需要選擇.第17頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二、非接觸式轉(zhuǎn)速表大都結(jié)構(gòu)復(fù)雜,但精度較高。1、閃光測速儀利用已知頻率的閃光與被測軸轉(zhuǎn)速同步的方法來測速的.

測量時,在軸上做一個記號,用儀表的脈沖光源照亮該記號,當(dāng)閃光頻率調(diào)整到與被測軸轉(zhuǎn)速相等時,得到被測軸靜止不動的虛像,且始終在一個地方看到軸上這個記號.

閃光測速儀使用方便,直接讀出轉(zhuǎn)速,測速上限20000轉(zhuǎn)/分以上,精度1%,能用來測量柴油機(jī)和增壓器的轉(zhuǎn)速.第18頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.電子數(shù)字轉(zhuǎn)速表轉(zhuǎn)速測量儀表進(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,既能測平均轉(zhuǎn)速,也能測瞬時轉(zhuǎn)速。電子數(shù)字轉(zhuǎn)速表主要由測速傳感器和電子計數(shù)器等組成。1)測速傳感器:

主要有磁電式和光電式.第19頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)磁電式測速傳感器組成: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個電脈沖信號。將電子計數(shù)器的計數(shù)時間取1S時,計數(shù)器指示的數(shù)值等于平均轉(zhuǎn)速.第20頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月特點:

結(jié)構(gòu)簡單,制作安裝方便,發(fā)出電脈沖信號無需放大器,且脈沖信號不因轉(zhuǎn)速過高而減弱,測速范圍廣;

但由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生的波形不規(guī)整、易產(chǎn)生干擾信號(通過整形放大電路變換為標(biāo)準(zhǔn)方波,再送到計數(shù)電路).傳感器必須靠近被測軸,被測轉(zhuǎn)速不能過低.第21頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)光電式轉(zhuǎn)速傳感器利用光電變換原理將被測軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電脈沖信號.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)生一個電脈沖信號,若旋轉(zhuǎn)輪上孔的數(shù)目為Z,每轉(zhuǎn)一周,輸出Z個電脈沖信號.

若脈沖的頻率為f,則轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速n為,第22頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器:

將反光材料粘貼于被測軸的測量部位上構(gòu)成反射面,常用的反光材料為專用測速反射紙帶。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,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)生一個電脈沖信號,由電子計數(shù)器記錄電脈沖信號的數(shù)目便可指示出平均轉(zhuǎn)速。反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器與被測軸之間無須連接,因此使用方便。第23頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2）電子計數(shù)器

計量測速傳感器產(chǎn)生的電脈沖信號的數(shù)目.

測量在一定時間間隔內(nèi)來自于測速傳感器的電脈沖信號數(shù)目,再除以時間間隔,便可得到被測軸在該時間間隔內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速。數(shù)字轉(zhuǎn)速表的電子計數(shù)器通常由5位數(shù)字構(gòu)成,最高測量轉(zhuǎn)速99999rpm。第24頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月瞬時轉(zhuǎn)速的測量:

是柴油機(jī)運行狀態(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。為減小瞬時轉(zhuǎn)速波動,安裝一定慣量的飛輪,利用飛輪加速時儲存能量和減速時釋放作用來減小轉(zhuǎn)速波動。柴油機(jī)診斷在許多方面與瞬時轉(zhuǎn)速相關(guān),如無外載測功、評價起動及工作穩(wěn)定性、判定多缸工作不