柴油機測試技術

柴油機測試技術第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是柴油機最重要的性能參數之一,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速,則有效功率:Me－柴油機的輸出扭矩，Nmn－柴油機輸出軸的轉速，r／min

測量輸出軸扭矩設備:1、吸收功率型(測功器):

吸收柴油機發(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,此時測功器作為負載,并通過測功器對測定工況進行調節(jié).結構:

測功器由制動器、測力機構和測速裝置等部分組成.

制動器調節(jié)柴油機的負載,并同時把所吸收的柴油機功率轉化為熱能或電能.

測力機構和測速裝置則分別測量柴油機輸出扭矩及其相應的輸出軸轉速.現(xiàn)代測功器還有一套自動調節(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而產生制動力矩以測量功率的裝置.1、結構和工作原理

主體為水力制動器,由轉盤和外殼組成.

外殼用滾動軸承支撐在支架上,可自由擺動;

轉盤被封閉在外殼內,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:

利用在水中旋轉的物體,是水產生渦流運動,形成摩擦阻力矩,將內燃機的輸出功率轉變?yōu)闊崃肯牡?同時完成扭矩測量.

工作時水由轉盤帶動而獲得動量矩并傳遞給外殼.由柴油機驅動轉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換為力而作用于測力機構.

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節(jié)進、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為測功器在最大負荷調節(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(受轉動部件的強度限制).提高轉速來增加吸收功率,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為最高轉速線,受轉動部件離心力負荷的限制.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,阻力矩由轉子與空氣的阻力和軸承的摩擦而產生.

柴油機的外特性曲線位于測功器的工作范圍內.第6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電渦流測功器1、結構與工作原理主要由定子、轉子、水冷卻系統(tǒng)、力矩測量機構組成,

定子裝勵磁線圈和渦流環(huán)；轉子由帶齒輪狀凹凸形的感應子和轉軸構成.

勵磁線圈通電,周圍產生磁場,感應子齒頂空氣間隙小,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燃機的輸出功率。轉子旋轉時,穿過渦流環(huán)的磁通密度產生增減變化,在渦流環(huán)中產生感應電勢而形成電渦流,力圖阻止磁通變化,引起對感應子的制動作用,使定子繞自身擺動軸承發(fā)生偏轉并帶動測力機構.

制動力矩的大小可以通過改變勵磁線圈的電流來調節(jié).

測功器吸收的功率完全轉化為熱能,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的扭矩特性曲線.0-1:激磁電流增到最大,吸收功率隨轉速的增長線,達到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,扭矩儀是主要的測扭矩設備。工作原理：彈性軸在扭矩作用下的扭轉變形量用相鄰兩截面的相對扭轉角來表示，

L兩截面的距離；G剪切彈性模數；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變形,由變形的大小來確定扭矩值。測量輸出軸扭轉角的方法:

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。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：利用電磁感應原理測量定長扭力軸兩截面上所產生的扭轉角的相位差來計算扭矩.

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

轉輪旋轉時,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)生器產生一個電磁感應脈沖信號.

軸未受扭矩作用時,兩轉輪相對扭轉角為零,兩信號發(fā)生器輸出的脈沖信號相位相同；軸受扭矩作用時,軸兩端截面間產生相對扭轉角,兩感應式信號發(fā)生器輸出的脈沖信號間出現(xiàn)與扭轉角成比例的相位差,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,穩(wěn)定性好,測量精度高,在試驗中得到了廣泛的應用.安裝要求:

由于扭矩儀是安裝在柴油機與負載之間的儀器設備,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軸心及負載軸心同軸.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,扭矩儀的安裝應嚴格遵照說明書的要求并由熟練的技術人員進行.第14頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)、轉速測量

基本概念轉速:

單位時間內轉軸旋轉的圈數,r/min,轉速表(計).轉數:

在一定時間間隔內,被測軸旋轉的總圈數.轉數計.平均轉速:

指被測軸在某一時間間隔內轉速的平均值。平均轉速的測量:

柴油機轉速測量多是指測量在某一穩(wěn)定工況下的平均轉速。轉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、接觸式轉速表大都結構簡單，精度較差。1.離心式轉速表利用重錘在旋轉后產生離心力,克服彈簧的反作用力,推動指示機構來工作.

結構簡單,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.定時轉速表在一定時間間隔內通過累計轉數來測量轉速的.

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

測量精度不高,但結構簡單,對振動的敏感小,可測高、中、低轉速,量程可根據需要選擇.第17頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二、非接觸式轉速表大都結構復雜,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,當閃光頻率調整到與被測軸轉速相等時,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,直接讀出轉速,測速上限20000轉/分以上,精度1%,能用來測量柴油機和增壓器的轉速.第18頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.電子數字轉速表轉速測量儀表進入到現(xiàn)代化、電子化，接觸式轉速表受到冷落,閃光測速儀雖屬非接觸式轉速表,也退居次要地位。代之是電子與數字化的測速儀表,這類儀表大都體積小、重量輕、讀數準確、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)反映轉速變化,既能測平均轉速,也能測瞬時轉速。電子數字轉速表主要由測速傳感器和電子計數器等組成。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

齒輪由導磁材料做成,齒數為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),齒輪轉一圈,發(fā)出Z個電脈沖信號。將電子計數器的計數時間取1S時,計數器指示的數值等于平均轉速.第20頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月特點:

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

但由于電磁感應產生的波形不規(guī)整、易產生干擾信號(通過整形放大電路變換為標準方波,再送到計數電路).傳感器必須靠近被測軸,被測轉速不能過低.第21頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)光電式轉速傳感器利用光電變換原理將被測軸的轉速轉換為電脈沖信號.結構形式：

透射式和反射式。透射式光電轉速傳感器:組成:

帶缺口的旋轉輪、投光器、受光器。

旋轉輪與被測軸連接,投光器、受光器配置在旋轉輪的兩側。受光器為光電變換元件,在投光器的光源所發(fā)射的光束照射下產生一個電脈沖信號,若旋轉輪上孔的數目為Z,每轉一周,輸出Z個電脈沖信號.

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

將反光材料粘貼于被測軸的測量部位上構成反射面,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配置;將反射面轉到某一特定角度時,由投光器發(fā)射光束經反射面反射后恰好達到受光器,受光器為光電變換元件,在光束照射下產生一個電脈沖信號,由電子計數器記錄電脈沖信號的數目便可指示出平均轉速。反射式光電轉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）電子計數器

計量測速傳感器產生的電脈沖信號的數目.

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

是柴油機運行狀態(tài)的綜合體現(xiàn),是氣體力矩、摩擦力矩、慣性力矩、負荷力矩共同作用的結果。為減小瞬時轉速波動,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速波動。柴油機診斷在許多方面與瞬時轉速相關,如無外載測功、評價起動及工作穩(wěn)定性、判定多缸工作不