发动机试验台架方案文档格式.docx
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01
转速
0-7000r/min
±
1rpm
02
扭矩
0-999N.m
0.5%
03
功率
计算
04
燃油消耗量
油耗仪
05
外循环进水温度
0-200C
1%
06
外循环出水温度
07
测功机出水温度
08
发动机进水温度
09
发动机出水温度
10
进气温度
11
排气温度
0-1000C
K热电偶
12
机油温度
13
燃油温度
14
排气背压
0-300kPa
2%
15
进气阻力
-100-100kPa
16
机油压力
0-1000kPa
17
主油道压力
0-1MP
18
大气温度
0-100C
19
相对湿度
0—100RH
20
大气压力
21
烟度
烟度仪
22
发动机的转速、扭矩、油耗、温度、压力等参数的测量精度不低于标准中规定的要求试验台一体原则，能完成多功能的整体试验。
2.2依据标准
《发动机性能试验方法》GB/T18297-2001
《发动机可靠性试验方法》GB/T19055-2003
《工业自动化仪表工程施工及验收规范》（GBT93-86）
《自动化仪表安装工程质量检验标准》（GBJ132-90）
《电器装置安装工程电缆线路施工及验收规范》（GB50168-92）
《大楼通用综合布线系统》（YD/T925.1-97）
《电气装置安装工程施工及验收规范》（GB50254-50259-96）
5/26
三、试验室布置
发动机试验间与台架控制室隔离，台架控制室安装双层消音玻璃窗用于发动机的人工监控，发动机试验间与台架控制室间由两道安全通道门相通。
试验间与台架控制室采用一下两种方式之一：
1、有摄像图像监控情况，发动机、测功机纵向布置，安全性更高
2、无摄像图像监控情况，发动机、测功机横向布置，便于观察
试验台基础用于安装测功机和发动机，由于发动机在运转试验时会产生较大的震动，基础设计的好坏将直接影响到试验质量和测试精度。
台架基础设计时，考虑了以下原则：
1基础应有足够的质量，以使发动机试验时的振动降到最低限度。
2试验台基础及其上的结构件有足够的刚性，在强烈的振动下不会产生扰性变形。
结构件的谐振频率避开发动机运行时产生的震动频率。
3试验台采取有效的隔振措施，减小试验台振动能量向外界传递。
试验台基础由以下部分组成：
水泥基础：
根据发动机功率确定基础质量；
铁地板（T型槽板）：
根据发动机功率确定尺寸；
连轴器或万向轴：
用于连接发动机与测功机并传递动力；
支架：
用于安装发动机。
四、供电（气）系统完成对发动机测试台架供电供气，包括以下试验间及控制间的照明回路控制系统用电（送排风，水泵），控制间供电仪器仪表
气动工具，气动仪表
发动机启动发动机启动可采用2种模式：
1电瓶启动：
优点是安装移动方便；
缺点是需要定期更换、维护和保养，需充电设备；
台架不可共用，。
2变压器整流：
优点是维护量小，台架可以共用一套整流启动设备。
缺点是一次性投入高。
五、水系统由于采用水力测功机，发动机水系统分为冷却水系统和测功机进回水系统。
5.1发动机冷却水系统为保障发动机稳定长时间运行而设计。
整个系统由流量调节阀、气动球阀、热交换器、膨胀水箱、自动排气阀、磁翻版液位计、冷却液储液箱、加注水泵、气动隔膜泵及控制等组成。
通过对外循环水的自动控制，利用热交换器换热，保证动机内循环水温度稳定。
发动机在测试过程中水消耗的内循环水，通过自动补水功能完成。
测试前，第一次补水完成后即可进入自动状态，直至试验结束，如无其它故障，水系统不需人工干预，完成自动补水，控温，监视，报警等。
具体如下：
①温控阀采用气动调节阀，自带PID调节模块，闭环自动控制，通过采集的温度反馈自动调节冷却液的流量开度，使冷却液温度始终保持在设定值控制精度范围内。
2膨胀水箱容量50L（初步按照50L设计），液位有效容积30L,采用液位传感器控制水泵和电磁阀开关来自动补水。
膨胀水箱设有限压放气阀和自控排气阀，限压放气阀可控制循环密闭管路和膨胀水箱的压力（103kPa）；
自控排气阀用于在向发动机注水时和抽水时通大气作用，确保液位控制的可靠性，确保抽水干净。
3系统自带电控柜，内设PLC和PID控制线路。
面板上设有控制电源、液位指示、注水按钮、排水按钮、控制温度显示窗。
电控柜独立于管路布置到试验控制室，操作按钮可布置到台架上。
4试验结束后，从发动机水泵口采用外置气动隔膜泵将发动机内的循环水抽入冷却液储液箱内，回收内循环水，同时保证拆卸操作人员不被烫伤。
5发动机的注水采用管道泵压力注水，同时将发动机内的空气强制排出。
6系统在冷却液储液箱的液位低于下限时自动打开补液电磁阀从高位储液箱重力补液。
7发动机内、外循环水管道设有过滤器等装置。
5.1测功机水系统保证测功机用水，设置进回水气动球阀，手动闸阀。
六、试验间通风系统
为保证试验间试验过程中的试验环境，发动机能达到最佳功率输出，试验间的送风和抽风也是很重要的一环。
试验间设置4套抽风机，可单独启动。
七、发动机进气与排气系统
发动机进气管道与排烟管道按满足出厂试验制作，进气安装空气滤清器；
对排气系统的要求应尽量把全部废气排出室外，并且应有良好的消音系统，减少噪音和废气对发动机测功的影响及对人身健康的危害。
八、消声与隔振试验台架基础建设，内部装修，充分考虑消声隔振，设独立式基础。
墙面装
饰吸音材料等
九、燃油，机油供给系统
提供发动机所需燃油，机油系统。
十、水力测功机
十一、油耗仪
十二、烟度仪
十三、视频监控系统
十四、测控系统
系统组成及性能
实验室柴油发动机试验台架主要由发动机试验台架、发动机、电涡流测功机、发
动机自动测试控制系统组成。
发动机自动测试控制系统包含：
测控仪、智能油耗仪、油门执行器、数据采集系统、转速传感器、温度传感器、压力传感器、尾气排放分析仪、工控机及测控系统软件等。
该系统具有如下先进特性：
采用了先进的SMART-3000开放型现场总线控制技术，系统具有网络特性；
采用模块化设计技术，保证维护的方便、快捷；
采用了数字增量控制方式，保证了无扰动切换；
采用全数字PID调节方式，提高了控制稳定性；
采用全数字标定方式，软件线性化处理，减小了人为的标定误差；
异常情况下的报警、保护处理和人为干预，保护功能完善的报警系统；
系统错误的自诊断功能；
功能完善的测控软件；
性能完善的试验保障系统。
系统框图
1、发动机安装支架发动机安装支架按照用户方需求设计制造设计，以适应不同型号的发动机试验。
2、测控仪测控仪用于实现测量和控制发动机的转速、扭矩，该测控仪与传统的控制仪相比具有下列特点：
液晶显示发动机转速、扭矩、功率、油门开度、水门开度（励磁电流）、油耗、进水温度、出水温度、机油压力、排气温度。
采用数字PID控制，转速、扭矩，控制稳定、快速。
具有多种控制方式，各种控制方式切换完全无扰动。
高精度数字电位器及数字增量方式调整，电位器无磨损，控制设定快捷自如。
采用数字标定和自稳零技术，使数据测量更加稳定、可靠。
所有测量参数具有三级报警（报警、保护、紧急处理），各级报警值可任意设定。
采用总线通信技术，使它与上位机或网络上的其他节点的数据传输更加方便、快捷、可靠。
3、数据采集系统
使用LWN-E系列智能节点进行数据采集和控制。
能够将所有采集的数据处理后，通过通讯适配器传送给上位机显示、存盘、打印、报警、测试过程控制设置等。
采用数字化技术，简单、快捷。
高智能化，丰富的自检、提示和参数设置功能，模块化设计使结构简化，可靠性提高，可维护性好。
4、油门、励磁驱动单元该单元由油门、励磁两个驱动模块组成，可与各种电涡流测功机、油门执行器配套使用，能方便地实现对测功机，发动机的油门的手动（或程控）加载或卸载，采用PWM
输出，输入、输出光电隔离。
面板上安排有模拟表头，利用面板上的开关切换可以看到测功机的励磁电流和给定励磁电流（或油门位置和给定油门位置）的开度，面板上还安排有“程控/手动”切换开关，可以对测功机的励磁（或油门执行器的开度）实现程控或手动控制。
5、智能油耗仪简介
智能油耗仪主要用于测量各种汽油机，柴油机的燃油消耗。
它采用一体化设计技术，油耗测量变送器和显示仪表集于一体，可以独立的完成发动机燃油消耗的测量。
该油耗仪采用先进的总线技术，可使多台测试仪器联网，同时保留了标准的RS232/485串行接口，可方便的与通用微型计算机或其它智能仪表组成更高级的测试系统，或实现远程控制。
是一个独立而完整的油耗测量
缩短了测量准备时间，减少了
采用一体化设计技术，集传感器和二次仪表于一体，仪器，并可根据用户要求配置隔室测量、控制仪表。
兼有平均油耗和瞬时油耗测量的双重功能；
平均油耗时间可任意设置，并有掉电保护功能；
任何油面都可进入测量，而不必每次测量前先充油，电磁阀动作次数，从而延长了电磁阀使用寿命；
可保存前十次平均油耗量测量数据，用键盘可方便的翻阅，便于对照；
采用先进的数字标定技术，使仪器的标定十分方便而简单；
设有标定密码，在无授权的情况下不能任意修改，保证参数的准确性；
全密封设计，燃油不会溢出，保证使用的安全性。
6、电喷回油处理器
在电喷柴油发动机研制和生产的过程中，燃油消耗的经济性是一项至关重要的指标，用传统的重量法油耗仪测量电喷柴油发动机的油耗时，由于气泡过多，测量数据不准确，重复性能差，难以衡量电喷发动机的燃油经济性能。
电喷发动机回油处理器与油耗测量仪配套使用测量油耗，油耗测试精度高，重复性能好，且工作安全可靠，经久耐用，稳定性好，维护方便。
电喷发动机回油处理器工作的基本原理是：
来自电喷发动机回油管道内的高温回油，经过电喷发动机回油处理器内置冷凝器冷却，使高温回油降温，从而保障了燃油温度的稳定性。
当电喷发动机回油处理器内的传感器一旦检测到回油内有微小的油气泡时，便自动打开阀门，及时释放油气泡，油气泡释放完后关闭阀门，这样就及时地排放掉回油内的气泡。
柴油控制范围：
38±
5C。
7、油门执行器
油门执行器是发动机自动测试控制系统中的一个执行机构，它的主要用途是与测控
仪或普联测器开发的其它型号的发动机自动控制仪器，水力、电涡流测功机配套，用于
控制发动机的油门开度，完成发动机的各种特性试验。
油门执行器与它的同类产品相比较具有以下优
占：
八、、♦
信号传输速度快，距离远，便于隔室控制；
动作灵敏度高，伺服精度也高；
输出力矩大；
动态反应速度快，满量程动作时间0.4秒；
全密封设计可适应恶劣的现场环境。
8、压力变送器
压力传感器主要用于检测气缸负压、大气压、涡轮发动机的升压比、气缸内压、油压等。
吸气负压式传感器主要用于吸气压、负压、油压检测。
汽车用压力传感器应用较
多的有电容式、压阻式、差动变压器式（LVDT、表面弹性波式（SAV）
电容式压力传感器主要用于检测负压、液压、气压，测量范围20〜100kPa，具有输入能
量高，动态响应特性好、环境适应性好等特点；
压阻式压力传感器受温度影响较大，需要另设温度补偿电路，但适应于大量生产；
LVDT式压力传感器有较大的输出，易于数字
输出，但抗干扰性差；
SAW式压力传感器具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性高、灵
敏度高、分辨率高、数字输出等特点，用于汽车吸气阀压力检测，能在高温下稳定地工作，是一种较为理想的传感器。
试验台架用压力变送器一般采用硅压阻变送器，该类型的变送器（如5700系列）一
般采用全不锈钢结构，先进的硅技术隔离部件与数字补偿技术，全范围进行温度补偿与线性校正，产品工作稳定可靠，可广泛地应用于发动机机油压力，进气压力、增压器压力、大气压力、排气压力、曲轴箱压力等的测量。
如果是燃气发动机，这种类型的变送器还可用于对气体压力的测量，比如减压阀的几级压力等。
需要说明的是，大气压力变送器和排气压力变送器均要求为绝对压力变送器；
排气压力变送器需要采用高温型的，并在变送器接口部分做降温处理（就变送器的温度范围而言，目前最高的承受温度均低于250C，而发动机的排气温度最高可达到800C左右）；
9、电涡流测功机
电涡流测功机主要用于测量各种动力旋转机械的性能和特性。
经过二十多年的技术
消化、发展和改进，产品已日臻完善，非常适合各种中小功率型电机、汽车、内燃机、工程机械等动力设备的性能试验，也可作为其它动力设备的吸功装置。
它具有测试精度高、动态反映快、制动力矩大、稳定性好等特点，并能符合自动、半自动隔室操作控制的需要，是国内外普遍推广使用的先进的测功设备。
与其它类型的电涡流测功机相比，它的冷却水道设计的比较大，因而冷却面积较大，冷却效果好，在同等的使用环境下，使用时间较长,而且即使在轻微结垢的情况下也可以正常使用，对水质要求不高等显著优点。
由于使用脂润滑，使用和维护都非常方便。
技术参数和指标：
本软件运行于win98-win2000平台，适用于发动机台架性能试验。
可由操作人员设置测量参数的名称、单位、量程、报警值等内容。
实时显示各项测量参数值；
启动油耗测量，测量结束后显示油耗量和油耗率。
技术参数和指标:
1、产品使用的工作条件和环境条件：
测功机励磁电源：
DC0---180V测功机励磁电流：
DC0---10A测功机冷却水：
淡水
冷却水压：
0.04----O.IMpa环境温度：
0----40C
相对湿度：
20----90%RH
2、主要技术参数
额定吸收功率：
400kW、630kW额定扭矩转速：
2000-2800主机允许最高转速：
11000rpm
额定制动力矩：
2200N.m、3600N.m最大励磁电源：
DC100V
最大励磁电流：
DC5A
0.04----0.1Mpa，根据测功机出水温度调节，当出水温度升高时,必须加大水压使出水温度永远低于55C。
工作方向：
左旋或右旋连续工作长期稳定工作时间：
9000小时以上
10、发动机机油温度控制系统
发动机开机前由来自高温水箱的水对热交换器中的机油进行加热，使交换器内机油保持-
定的温度，减少发动机预热时间。
待发动机机油温度达到设定值后温控系统将自动关闭加热水。
机油循环泵从发动机油底壳抽取高温机油，经恒温冷却器冷却后送回油底壳。
恒温冷却器的冷却介质为常温的自来水。
温控系统根据发动机油底壳的机油温度控制电动调节阀开度，改变冷却水的流量，从而达到对机油温度恒温控制的目的。
当循环冷却水入口在常温W35C时，发动机机油温度控制调节范围在70-130C,机油温
度控制精度土2C
11、发动机冷却液温度控制、冷热冲击系统
在作冷热冲击试验时，气动三通阀、气动比例阀和温控仪均接受计算机的指令工作，所
有试验工况都受到计算机的控制，包括发动机的启动、运行工况、停车。
试验时系统阀门1关闭，阀门2开启，系统冷却水选择7C冷却水，当然，如果要求的冷却水温度高于常温5C,也可以选择常温冷却水，此时阀门1开启，阀门2关闭。
在试验工况1时系统自动启动发动机通过控制系统将发动机的工况控制到需要的额定转
速（全负荷），此时，发动机在最大净功率的转速下运行。
发动机出水经膨胀水箱和管道泵加压后，通过三通换向阀直接回到发动机（相当于系统小循环），发动机冷却液温度迅速上升到378K-385K，冷却液沸腾并产生大量的水蒸气，冷却系统内压力急剧上升，当其压力上升至150KPa-190KPa（该控制值可人工设定），安装在膨胀水箱上的电接点压力表信号输出控制到排气电磁阀，系统自动开启排气通道。
当然，你也可以使用手动漏斗下的阀门来排气（在运行热冲击工况时请注意安全）。
在温度到达指定的设定值时，系统进入第二工况，计算机自动控制发动机，使其在5S内均匀回到怠速并运行10S;
系统进入第三工况，发动机自动停车，时间15S在23工况时，发动机冷却液温度自然上升。
在第三工况结束后，发动机进入第四工况，计算机自动启动发动机，切换发动机冷却液到换热器，并将温度控制值写入温度控制仪的控制内存;
然后，均匀的控制发动机的转速到高怠速（或额定转速，0负荷），此时，安装
在发动机出口处温度传感器将信号传输给温度调节仪，温度调节仪根据测量的温度与设定温度放入偏差自动调节气动比例阀开度，使其降温达到工况4所需温度311K-315K。
整个循环四
个工况总的运行时间为360S。
在第四工况运行结束后，计算机将控制发动机直接运行到第一工况，进行下一个循环，循环次数，冷热冲击温度、运行时间、转速、负荷等在试验开始运行均可人工设定。
当冷却水常温在w35C时，发动机冷却液温度控制范围在30~125C，冷却液温度控制精度
2C,响应速度w10s。
其性能与特点：
精度高，响应快，稳定性好;
外形美观，体积小，可移动，安装使用方便;
管路排气方便;
具备自动故障报警功能;
高的可靠性；
可作发动机冷热冲击试验系统；
温度设定简单方便，可与测控仪同步显示
1、平板式换热器
2、气动三通阀
3、气动比例调节阀
4、水泵
5、电接点压力表
6、排气电磁阀
7、多个阀门
8、膨胀水箱
9、PHD温控表
10、控制箱
11、温度传感器PT100
12、机架、管道
系统设计了紧急停车保护系统，在出现异常时切断发动机的点火电源以保护发动机和测功机不被损坏。
紧急停车系统包含人工控制和自动控制：
人工控制：
通过人工按下紧急停车开关实现紧停；
紧急停车开关可根据需要布置在测试台架的每一个角落，以方便操作人员在任何时候都能以最快的速度进行控制，避免造成发动机和测功机的损坏。
自动控制：
系统根据采集的数据进行控制，一旦有需要保护的参数达到保护条件（包括机油温度、出水温度、转速超过设定值，机油压力低于设定值等），系统将自动切断发动机和测功机的电源，以实现保护功能。
12、发动机中冷器中冷器控制装置的工作原理是：
来自发动机增压器出口的高温压缩气体，通过
AT2900-ZL中冷器控制装置内的空冷器内的管道时，与管道外的水流进行热交换，使高温压缩气体降温，通过控制冷却水的流量，来控制中冷后的空气温度。
实现对高温气体的温度调节。
1．温度测量
1测量范围：
0~150C
2测量精度：
土1%F.S
3传感器类型：
PT100
4显示分辨率：
0.5C
2.温度控制
1给定精度：
2控制精度：
土4C
3过渡时间：
10S
温度控制图
13、测控软件
本软件运行于WIN2000-WINXP平台，适用于发动机台架性能试验，可由操作人员设置测量参数的名称、单位、量程、报警值等内容。
实时显示各项测量参数值；
起动油耗测量，测量结束后显示油耗量和油耗率。
自动测试控制系统采用SMART-3000开放性的架构，整合功
能强大，如总线方式遵循开放的标准MODBU协议。
系统组网灵活，在现场资料采集方面，
可以采用不同的通讯模块搭建远程从站，又可通过以太网控制总线构建大型的集散控制系统。
编程语言丰富，完全符合IEC61131-3的国际标准，有6种编程语言，均可个别使用或
相互调用，方便用户选择。
测控软件系统包含参数设置模块、实时测控模块、数据处理模块共3个部分。
系统使用
组态王软件编写，具有简单组态特性，可由用户自行增添和删除测试参数，可以满足大多数
用户的测试要求。
其主要功能和技术特点包括:
采用动态数据交换技术，实现软件与硬件的模块化分离；
利用基于元件开发的技术，实现由用户增删测量参数、编辑测量参数、调整参数显
示界面等功能；
实时采集并显示扭矩、转速、功率、温度、压力等各项测量参数值；
可进行油耗测量和烟度测量；
可实时绘制转速、扭矩、功率和排温的变化趋势曲线；
具有单点控制功能，按设定的控制方式和设定值控制发动机工况；
具有程序控制功能，按预设的步骤自动完成负荷特性、速度特性等试验；
参数越限时报警并保护，记录报警保护的时间和状态；
按国标规定的修正算法公式进行修正运算；
对试验数据可进行查阅、修改；
可灵活生成和打印试验数据报表，报表分标准和自定义两种；
自动生成各种试验特性曲线并打印输出；
可灵活绘制并打印万有特性曲线；
对重要操作进行了授权处理，保证了软件的安全性。
本系统软件实现的主要功能是通过对动力——发动机和负载——测功机以及对发动机油温、水温的控制，对发动机各种经济性参数（油耗）机械参数（转速、扭矩、功率、压力、流量）、热工参数（各种温度）的测量来考核发动机的各种工作状况和性能指标；
围绕着完成这些功能还需提供报警、保护、数据处理、数据存储等辅助功能。
14、参数设置模块
参数设置模块主要是设置用户需要显示测试参数的相关参数，包括建立（或删除）显示参数和数据库参数；
调整显示参数的显示位置；
调整显示参数显示框的大小；
调整显示字符的字体、字号、字体颜色、背景颜
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