防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力檢測(cè)原理與結(jié)構(gòu)分析概述目錄TOC\o"1-3"\h\u23340防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力檢測(cè)原理與結(jié)構(gòu)分析概述 1107061.1發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力檢測(cè)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)、項(xiàng)目、設(shè)備及配套設(shè)備 121471.2發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 3215201.3發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性檢測(cè)方法 697511.3.1發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力檢測(cè)方法 639171.3.2測(cè)量項(xiàng)目及數(shù)據(jù)整理 7313591.3.3對(duì)試驗(yàn)條件的一般控制 71.1發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力檢測(cè)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)、項(xiàng)目、設(shè)備及配套設(shè)備1.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力檢測(cè)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)目前國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力檢測(cè)可依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)有：GB/T19055-2003《國(guó)家發(fā)動(dòng)機(jī)性能檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》；GB/T18297-2001《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法》；GB/T4793.2-2008《測(cè)量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)備的安全要求》；GB/T18459-2001《傳感器主要靜態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算方法》；GB/T15746.2-1995《汽車修理質(zhì)量檢查評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)--發(fā)動(dòng)機(jī)大修》；MT989-2006.《礦用防爆柴油機(jī)無(wú)軌膠輪車通用技術(shù)條件》；MT990-2006.《礦用防爆柴油機(jī)通用技術(shù)條件》等?！镀嚢l(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法》（GB/T18297-2001）中規(guī)定了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能檢測(cè)試驗(yàn)方法并且制定了相關(guān)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，包括在各種工況下的性能、燃油經(jīng)濟(jì)性和密封性，無(wú)載氣缸運(yùn)動(dòng)特性的試驗(yàn)方法及試驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為特性曲線的方法及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)不僅可以用于普通車輛的檢測(cè)，也可以用于陸地車輛的內(nèi)燃機(jī)的檢測(cè)，所以檢測(cè)方法參照本標(biāo)準(zhǔn)。1.1.2發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力檢測(cè)項(xiàng)目發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)項(xiàng)目主要有功率檢測(cè)、扭矩檢測(cè)、轉(zhuǎn)速檢測(cè)燃油消耗量檢測(cè)、排放檢測(cè)、溫度檢測(cè)等多項(xiàng)檢測(cè)。在進(jìn)行檢測(cè)的試驗(yàn)過(guò)程中需待發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并且運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后從無(wú)負(fù)載狀態(tài)調(diào)制到全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣研究，以此來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。1.1.3發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力檢測(cè)設(shè)備及配套設(shè)備為了適應(yīng)現(xiàn)在日益進(jìn)步的汽車產(chǎn)業(yè)及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，只是進(jìn)行穩(wěn)定工況試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)架已經(jīng)不再滿足目前的需求，能夠同時(shí)進(jìn)行功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、油耗和排放試驗(yàn)以及具有多種工況可選擇的多功能發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)已成為了未來(lái)的發(fā)展潮流。發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架的組成除了有測(cè)功機(jī)和智能化的測(cè)控系統(tǒng)，還有各種傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)功率、扭矩、轉(zhuǎn)速及各部分溫度等各種試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。礦用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)主要是對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、油耗、煙度及各種溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)礦用發(fā)動(dòng)機(jī)的油門、燃油溫度、冷卻液溫度及空氣中的溫度進(jìn)行控制。根據(jù)試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)要檢查所有部件是否按照要求連接且連接是否緊密，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作所需附件是否已經(jīng)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上，例如進(jìn)排氣歧管、燃油泵、增壓器、以及液冷設(shè)備是否可以正常工作，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的外加附件可根據(jù)試驗(yàn)的要求進(jìn)行調(diào)整可參考，有些不易拆裝的附件需要在實(shí)驗(yàn)中加以測(cè)算計(jì)量其消耗的功率然后從模型計(jì)算中去除。如圖2-1所示為典型的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架的結(jié)構(gòu)及簡(jiǎn)圖。圖2-1典型的內(nèi)燃機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架裝置簡(jiǎn)圖測(cè)功機(jī)是發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)架的重要組成部分，其主要用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。根據(jù)功率傳遞介質(zhì)的不同，可將現(xiàn)在的測(cè)功機(jī)分為水力測(cè)功機(jī)、電渦流測(cè)功機(jī)和電力測(cè)功機(jī)三大類。水力測(cè)功機(jī)水力測(cè)功機(jī)是早期用來(lái)測(cè)試大功率機(jī)械性能的設(shè)備，屬于功率吸收測(cè)功機(jī)。該測(cè)功機(jī)測(cè)量范圍廣，主要用來(lái)檢測(cè)各種柴油機(jī)、汽油機(jī)、電動(dòng)機(jī)等動(dòng)力機(jī)的有效功率，是動(dòng)力性能試驗(yàn)及機(jī)械效率試驗(yàn)中必不可少的測(cè)試設(shè)備，且輸出穩(wěn)定。由于該測(cè)功機(jī)低負(fù)荷時(shí)工作平穩(wěn)，適應(yīng)于低轉(zhuǎn)速、大扭矩、大功率的試驗(yàn)，所以特別適用于低速大功率柴油機(jī)的試驗(yàn)，目前已廣泛應(yīng)用于大功率的航空航海原動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)。但是其工作效率較低，在中低扭矩工作中輸出較不穩(wěn)定，需要較大的空間。電渦流測(cè)功機(jī)電渦流測(cè)功機(jī)能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)輸出的電渦流轉(zhuǎn)化為熱能，經(jīng)由空氣或水散失。電渦流測(cè)功機(jī)的測(cè)試范圍較廣，適用于高轉(zhuǎn)速、廣功率范圍的性能測(cè)試，可以用來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)特性，適用于各種電動(dòng)機(jī)、汽油機(jī)、柴油機(jī)、齒輪箱等動(dòng)力機(jī)械的性能檢測(cè)，屬于功率吸收測(cè)功機(jī)。該測(cè)功機(jī)具有穩(wěn)定性高、精度高及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，還可以測(cè)量轉(zhuǎn)速較高的對(duì)象。適用于測(cè)功機(jī)操作過(guò)程的自動(dòng)化，是一種較先進(jìn)的測(cè)功設(shè)備。電力測(cè)功機(jī)交流電力測(cè)功機(jī)是目前最先進(jìn)的加載測(cè)功設(shè)備，其主要用來(lái)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)性能、出廠試驗(yàn)及汽車傳動(dòng)部件的性能檢測(cè)，屬于功率傳遞測(cè)功機(jī)。電力測(cè)功機(jī)加載性能很好，不論是再高轉(zhuǎn)速還是低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下都可以穩(wěn)定加載，而且加載也特別穩(wěn)定，同時(shí)也具有節(jié)能、瞬間加載特性、反拖特性、可靠性、可維護(hù)性、基建費(fèi)用低及緊急保護(hù)特性的優(yōu)點(diǎn)。上述三類測(cè)功機(jī)中，電力測(cè)功機(jī)近幾年來(lái)得到了發(fā)展，但電渦流測(cè)功機(jī)一如既往的強(qiáng)穩(wěn)定性和強(qiáng)可調(diào)性，使其更適合于進(jìn)行動(dòng)力性能測(cè)試的試驗(yàn)，因此本試驗(yàn)臺(tái)選用電渦流測(cè)功機(jī)。1.2發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能評(píng)價(jià)指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)用來(lái)表示發(fā)動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)，并且作為各種發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)劣的依據(jù)。發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)包括：動(dòng)力性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)、可靠性指標(biāo)和耐久性指標(biāo)。與此同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)促進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的研究領(lǐng)域的不斷突破。1.1.1動(dòng)力性能指標(biāo)動(dòng)力性能指標(biāo)是表征發(fā)動(dòng)機(jī)做功能力大小的指標(biāo)。在進(jìn)行防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的過(guò)程中，采集到傳感器的數(shù)據(jù)輸入到測(cè)控系統(tǒng)模型中得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果用作評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的依據(jù)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能指標(biāo)包括轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、燃油消耗率等等。有效轉(zhuǎn)矩在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，通過(guò)飛輪對(duì)外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩，記作TeTe其中：F-驅(qū)動(dòng)力，單位為N；S-力臂，單位為m。有效功率發(fā)動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)度外輸出的有效功稱為有效功率，記作Pe，單位是KWPe=其中：Pen—轉(zhuǎn)速，r/min。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)稱為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，記作n，單位是r/min。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低，直接影響著單位時(shí)間內(nèi)做功的多少或發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的大小，即發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速必須同時(shí)指明出來(lái)。發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速的工作狀況成為標(biāo)定工況。標(biāo)定功率并不是發(fā)動(dòng)機(jī)的對(duì)打功率，它是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)用途而制定的有效功率最大使用限度。即同一型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，用途不一樣時(shí)其標(biāo)定功率值并不相同。有效轉(zhuǎn)矩也隨之變化。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)以其能輸出的最大轉(zhuǎn)矩及相應(yīng)的轉(zhuǎn)速作為評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的一個(gè)指標(biāo)。平均有效壓力單位氣缸工作容積發(fā)出的有效功稱為平均有效壓力，記作pme，單位為MPa。平均有效壓力越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的做功能力就越強(qiáng)。Pme=W燃油消耗率發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率可分為指示燃油消耗率和有效燃油消耗率。發(fā)動(dòng)機(jī)每輸出1kW·?的有效功所消耗的燃油量成為有效燃油消耗率，記作be，單位為kW·?。其中指示燃油消耗率是指單位指示功的耗油量，通常用kW·?只是功率的耗油量克數(shù)來(lái)表示。有效燃油消耗率是指單位有效功的耗油量，通常用單位kW·?有效功所消耗的燃料克數(shù)來(lái)表示。be=1000B/peg/（kW·?）（1.4）式中：B-每小時(shí)的燃油消耗量，kg/h；Pe-有效功率，kW。顯然，有效燃油消耗率越低，經(jīng)濟(jì)性越好。1.1.2扭矩計(jì)算公式1.圓柱環(huán)電渦流計(jì)算電渦流在磁線圈外側(cè)的分布居多，根據(jù)集膚效應(yīng)可知，電渦流隨著滲入的深度變深呈指數(shù)衰弱，并且還隨著渦流頻率的提高而減小，集膚效應(yīng)滲入深度的計(jì)算式為：δ=2ρ其中：δ?等效透入深度，單位為m；ρ?運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體的電阻率，單位為Ω?m；μ0μ1ω?磁場(chǎng)變化角速度，單位為rad?s磁通量變化的表達(dá)式為：

Φ=BScosωt（1.6）ω=2πn其中：B?氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位為T；S?渦流圓環(huán)面積，單位為m2ω?磁場(chǎng)變化角速度，單位為rad?sn?感應(yīng)子轉(zhuǎn)速，單位為r?min因此產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：ε=?dΦdt=dR=2πrρδdr由式1.8和式1.9可得閉合圓環(huán)上的電流為：di則整個(gè)區(qū)域內(nèi)的電流為：i=0D因此電流的有效值為：Ie由式1.8和式1.9得渦電流圓柱環(huán)上的瞬時(shí)功率為：dp=則整個(gè)圓柱區(qū)域內(nèi)的瞬時(shí)功率為：p=每個(gè)圓柱區(qū)域內(nèi)的有效功率為：p=由于電渦流測(cè)功機(jī)符合能量守恒定律。感應(yīng)子上的動(dòng)能的大小等于渦電流產(chǎn)生的總熱能，即渦電流的熱功率大小等于測(cè)功機(jī)制動(dòng)功率的大小。因此電渦流測(cè)功機(jī)可作為能耗吸收裝置?？倻u流制動(dòng)力為：T=1.3發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性檢測(cè)方法1.3.1發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力檢測(cè)方法為了評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷工況下的動(dòng)力性進(jìn)行總功率和凈功率試驗(yàn)。試驗(yàn)方法：將油門全開(kāi)，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，依次改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，并適當(dāng)選擇8個(gè)以上的測(cè)量點(diǎn)。1.3.2測(cè)量項(xiàng)目及數(shù)據(jù)整理在進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中，需要記錄的參數(shù)有：轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、燃油消耗量、進(jìn)氣及排氣溫度等。將以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并計(jì)算，參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)繪制功率特性曲線圖。1.3.3對(duì)試驗(yàn)條件的一般控制采用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的性能試驗(yàn)控制條件再結(jié)合礦用防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，一般按下列要求對(duì)性能試驗(yàn)條件進(jìn)行控制，必要時(shí)可適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整。燃油系統(tǒng)