上海頡琛新一代JC-ET200發動機測試臺架設計技術

引言：

       上海頡琛汽車技術有限公司作為一家專業從事發動機測試臺架設計的高科技企業，其開發的新一代發動機測試臺架JC-ET200試驗室，以先進的設計理念滿足國內目前越來越苛刻的發動機測試要求。

JC-ET200試驗室規劃：

      ▲試驗室的布置（平面、立體）

      ▲供電

      ▲冷卻水（測功器、發動機的冷卻等）

      ▲通風

      ▲內燃機的進排氣

      ▲消聲與隔振

      ▲燃油供給

JC-ET200試驗臺架的設計：

重點：

     ▲臺架的隔振
     ▲測功器的種類與選用
     ▲聯軸器選用與設計

要求：

       具備通用性、先進性、快速裝拆和組合。

                          圖：位于上海頡琛汽車技術中心的發動機臺架正在試驗中

JC-ET200試驗臺架分類（根據任務和設備的要求）：

       ▲測試臺架(開發試驗臺架)

       ▲耐久性測試臺架

       ▲檢查與驗收臺架

測試臺架(開發試驗臺架)：

       用途最廣，實現內燃機運行工況的靈活調節。測量：流量、壓力、溫度、力、位移、速度、廢氣。

耐久性測試臺架：

       測功機可以采用較簡單的形式。測量值可以局限于測試的主要特征數據，如轉速、扭矩和用于調節和監控的量，如溫度和壓力等。

檢查與驗收臺架：

       根據用途來設計,上海頡琛可以提供比較簡單的系統,也可以是比較復雜的系統。

JC-ET200試驗臺架的布局選擇：

 橫向布置：

該布局獲得最寬廣的視野，有利于觀察臺架及內燃機的運行狀態, 但人員安全性受到影響。

縱向布置：

該布局安全性提高，但不利于觀察。

斜向布置：

該布局具有兩種方式的優點，但發動機上下臺架不方便。

JC-ET200試驗臺架隔振設計：

        設計的重點是減振和隔振的設計。

(1)受迫振動(由于內燃機各缸周期性的慣性力和力矩引起);

(2)由于脈沖和地基引起的沖擊;

(3)從固體表面擴散出去的固體聲的作用,因而產生振動和噪聲。

        因此,臺架應采取隔振措施,即將臺架基礎與地基基礎隔開。隔振避免共振。

激振頻率:激振體(內燃機、測功機）來計算，JC-ET200臺架的固有頻率：

ωn--固有圓頻率

Σk--中間體剛度

Σm--臺架基礎上設備質量和基礎質量總和

設系統激振頻率feer，固有頻率fe

頻率比：λ=feer/fe

阻尼比D

       λ<1時，不能隔振；λ=1產生共振，當λ〉時，可以隔振，隔振效率取決于頻率比λ。頻率比越高，隔振效果越好，同時也與阻尼系數有關，阻尼系數增大，降低了隔振效果。放大系數=振幅B/靜力偏移Bo。

隔振效率：

       對臺架的振幅和隔振效率有一定的要求

美國規定振幅為：0.003～0.01mm

日本要求隔振效率為94.7%。

JC-ET200試驗室使用的隔振措施：空氣彈簧

JC-ET200臺架空氣彈簧選型：

       橡膠空氣彈簧工作時，內腔充入壓　縮空氣，形成一個壓縮空氣氣柱。隨著振動載荷量的增加，彈簧的高度降低，內腔容積減小，彈簧的剛度增加，內腔空氣柱的有效承載面積加大，此時彈簧的承載能力增加。這樣，空氣彈簧在有效的行程內，空氣彈簧的高度、內腔容積、承載能力隨著振動載荷的遞增與減小發生了平穩的柔性傳遞、振幅與震動載荷的高效控制。

      空氣彈簧之間互相聯通,從而保持基礎的平衡。剛度與材料、形狀、氣壓等有關。其剛度隨充氣壓力呈非線性變化，囊內的工作氣壓在0.1～0.5MPa時, 剛度為1000～9000N/cm根據總質量和激勵力的變化頻率選定空氣彈簧的工作氣壓。改變空氣彈簧的剛度，達到隔振與減振的效果?？諝鈴椈傻臋M向剛度由其結構設計保證。

                     JC-ET200臺架所選用的高性能空氣彈簧

特點：彈簧高度可調，剛度可變，自振動頻率低，承載能力大，有良好的減震、緩沖和高頻隔振作用，側向柔軟性能優良。

JC-ET200臺架振幅計算簡介：

基礎數據
       a）動力系統質量及質心位置
       b）動力設備轉速及所產生的干擾力（往復慣性力、顛覆力矩、離心力等）
       c）被隔振設備的振幅允許值
假設
       a）基礎支承結構的剛度為無限大
       b）減震器只考慮剛度和阻尼，剛度為常量，不考慮質量
       c）臺座和設備只計質量，不計彈性

        如果空氣彈簧的剛度小,固有頻率遠離激振頻率,可以避免臺架基礎的共振，但這會引起臺架振幅的增大；而剛度大,又容易引起共振。在基礎的設計過程中還應考慮水平方向的移動,可以采用橡膠擋塊。 

JC-ET200臺架的測功機選型：

        測功機的調節形式：

▲“轉速恒定”調節形式：通過調節測功機的扭矩來保持轉速不變。

▲“平方特性線調節”調節形式：測功機可在平方(Me-n2)的特性線情況下運動。測功機的扭矩接近于在道路上汽車的空氣阻力，扭矩與轉速的平方成正比。

▲“扭矩恒定”調節形式：測功機的扭矩不變，轉速可調。

▲“外部調節”調節形式：通過外設的接口來操作。

        不同類型測功機的比較分析：

水力測功機可應用：

    (1)內燃機出廠檢驗 

    (2)內燃機的耐久性試驗

    (3)新的和已修復的內燃機修復后的運行

電渦流測功機具有低慣量、高精度、高穩定、控制的自動化等優點。可應用：

    (1)各種型式內燃機的開發與試驗;

    (2)高速內燃機質量監控、在線試驗和疲勞試驗;

    (3) 噴油泵、點火裝置、調節器、活塞和密封等零部件試驗

    (4)內燃機燃油試驗和潤滑油試驗;(5)汽車風阻、變速箱、后輪軸等模擬試驗

電力測功機可應用：

    (1)摩擦功率(倒拖)測量;

    (2)噪聲試驗研究; 

    (3)在瞬態試驗臺架上進行內燃機、零部件的試驗;

    (4)配上相應的軟件,在高動態試驗臺架上進行變速箱、傳動系、動力系的性能測試,整套行駛程序如經濟性行駛模態、廢氣排放測試等。

                     圖：上海頡琛技術中心中JC-ET200臺架所用的電力測功機

測功機功率根據試驗室所承擔的任務，主要包括：功率、轉速、扭矩。內燃機的功率通常為測功機75～80%，國外短期內可以超載。

                 圖：電力測功機特性曲線

OA-最大吸收能力線（最小負載電阻）
AB-最大制動轉矩時，所能吸收的功率
BC-最大功率線（電力測功機與電樞電流有關）
CD-最高轉速線，與強度有關
DO-空載線。

       電力測功機一次投資大，但性能優，可進行倒拖、轉動系統試驗、能量回收。

       測功機的響應速度為包含了控制和執行部分以及電路的信號處理部分的總的響應速度,就目前的技術水平而言后者所占用的時間極短。主要考慮測功器機械部分的響應速度。

測動機的響應速度及動態特性：