上海颉琛新一代JC-ET200发动机测试台架设计技术

引言：

       上海颉琛汽车技术有限公司作为一家专业从事发动机测试台架设计的高科技企业，其开发的新一代发动机测试台架JC-ET200试验室，以先进的设计理念满足国内目前越来越苛刻的发动机测试要求。

JC-ET200试验室规划：

      ▲试验室的布置（平面、立体）

      ▲供电

      ▲冷却水（测功器、发动机的冷却等）

      ▲通风

      ▲内燃机的进排气

      ▲消声与隔振

      ▲燃油供给

JC-ET200试验台架的设计：

重点：

     ▲台架的隔振
     ▲测功器的种类与选用
     ▲联轴器选用与设计

要求：

       具备通用性、先进性、快速装拆和组合。

                          图：位于上海颉琛汽车技术中心的发动机台架正在试验中

JC-ET200试验台架分类（根据任务和设备的要求）：

       ▲测试台架(开发试验台架)

       ▲耐久性测试台架

       ▲检查与验收台架

测试台架(开发试验台架)：

       用途最广，实现内燃机运行工况的灵活调节。测量：流量、压力、温度、力、位移、速度、废气。

耐久性测试台架：

       测功机可以采用较简单的形式。测量值可以局限于测试的主要特征数据，如转速、扭矩和用于调节和监控的量，如温度和压力等。

检查与验收台架：

       根据用途来设计,上海颉琛可以提供比较简单的系统,也可以是比较复杂的系统。

JC-ET200试验台架的布局选择：

 横向布置：

该布局获得最宽广的视野，有利于观察台架及内燃机的运行状态, 但人员安全性受到影响。

纵向布置：

该布局安全性提高，但不利于观察。

斜向布置：

该布局具有两种方式的优点，但发动机上下台架不方便。

JC-ET200试验台架隔振设计：

        设计的重点是减振和隔振的设计。

(1)受迫振动(由于内燃机各缸周期性的惯性力和力矩引起);

(2)由于脉冲和地基引起的冲击;

(3)从固体表面扩散出去的固体声的作用,因而产生振动和噪声。

        因此,台架应采取隔振措施,即将台架基础与地基基础隔开。隔振避免共振。

激振频率:激振体(内燃机、测功机）来计算，JC-ET200台架的固有频率：

ωn--固有圆频率

Σk--中间体刚度

Σm--台架基础上设备质量和基础质量总和

设系统激振频率feer，固有频率fe

频率比：λ=feer/fe

阻尼比D

       λ<1时，不能隔振；λ=1产生共振，当λ〉时，可以隔振，隔振效率取决于频率比λ。频率比越高，隔振效果越好，同时也与阻尼系数有关，阻尼系数增大，降低了隔振效果。放大系数=振幅B/静力偏移Bo。

隔振效率：

       对台架的振幅和隔振效率有一定的要求

美国规定振幅为：0.003～0.01mm

日本要求隔振效率为94.7%。

JC-ET200试验室使用的隔振措施：空气弹簧

JC-ET200台架空气弹簧选型：

       橡胶空气弹簧工作时，内腔充入压　缩空气，形成一个压缩空气气柱。随着振动载荷量的增加，弹簧的高度降低，内腔容积减小，弹簧的刚度增加，内腔空气柱的有效承载面积加大，此时弹簧的承载能力增加。这样，空气弹簧在有效的行程内，空气弹簧的高度、内腔容积、承载能力随着振动载荷的递增与减小发生了平稳的柔性传递、振幅与震动载荷的高效控制。

      空气弹簧之间互相联通,从而保持基础的平衡。刚度与材料、形状、气压等有关。其刚度随充气压力呈非线性变化，囊内的工作气压在0.1～0.5MPa时, 刚度为1000～9000N/cm根据总质量和激励力的变化频率选定空气弹簧的工作气压。改变空气弹簧的刚度，达到隔振与减振的效果。空气弹簧的横向刚度由其结构设计保证。

                     JC-ET200台架所选用的高性能空气弹簧

特点：弹簧高度可调，刚度可变，自振动频率低，承载能力大，有良好的减震、缓冲和高频隔振作用，侧向柔软性能优良。

JC-ET200台架振幅计算简介：

基础数据
       a）动力系统质量及质心位置
       b）动力设备转速及所产生的干扰力（往复惯性力、颠覆力矩、离心力等）
       c）被隔振设备的振幅允许值
假设
       a）基础支承结构的刚度为无限大
       b）减震器只考虑刚度和阻尼，刚度为常量，不考虑质量
       c）台座和设备只计质量，不计弹性

        如果空气弹簧的刚度小,固有频率远离激振频率,可以避免台架基础的共振，但这会引起台架振幅的增大；而刚度大,又容易引起共振。在基础的设计过程中还应考虑水平方向的移动,可以采用橡胶挡块。 

JC-ET200台架的测功机选型：

        测功机的调节形式：

▲“转速恒定”调节形式：通过调节测功机的扭矩来保持转速不变。

▲“平方特性线调节”调节形式：测功机可在平方(Me-n2)的特性线情况下运动。测功机的扭矩接近于在道路上汽车的空气阻力，扭矩与转速的平方成正比。

▲“扭矩恒定”调节形式：测功机的扭矩不变，转速可调。

▲“外部调节”调节形式：通过外设的接口来操作。

        不同类型测功机的比较分析：

水力测功机可应用：

    (1)内燃机出厂检验 

    (2)内燃机的耐久性试验

    (3)新的和已修复的内燃机修复后的运行

电涡流测功机具有低惯量、高精度、高稳定、控制的自动化等优点。可应用：

    (1)各种型式内燃机的开发与试验;

    (2)高速内燃机质量监控、在线试验和疲劳试验;

    (3) 喷油泵、点火装置、调节器、活塞和密封等零部件试验

    (4)内燃机燃油试验和润滑油试验;(5)汽车风阻、变速箱、后轮轴等模拟试验

电力测功机可应用：

    (1)摩擦功率(倒拖)测量;

    (2)噪声试验研究; 

    (3)在瞬态试验台架上进行内燃机、零部件的试验;

    (4)配上相应的软件,在高动态试验台架上进行变速箱、传动系、动力系的性能测试,整套行驶程序如经济性行驶模态、废气排放测试等。

                     图：上海颉琛技术中心中JC-ET200台架所用的电力测功机

测功机功率根据试验室所承担的任务，主要包括：功率、转速、扭矩。内燃机的功率通常为测功机75～80%，国外短期内可以超载。

                 图：电力测功机特性曲线

OA-最大吸收能力线（最小负载电阻）
AB-最大制动转矩时，所能吸收的功率
BC-最大功率线（电力测功机与电枢电流有关）
CD-最高转速线，与强度有关
DO-空载线。

       电力测功机一次投资大，但性能优，可进行倒拖、转动系统试验、能量回收。

       测功机的响应速度为包含了控制和执行部分以及电路的信号处理部分的总的响应速度,就目前的技术水平而言后者所占用的时间极短。主要考虑测功器机械部分的响应速度。

测动机的响应速度及动态特性：