发动机试验台设备结构描述

目录

一1100KW柴油机试验台 (2)

1、设备结构概述 (2)

2、试车中间底座 (2)

3、试验小车 (3)

4、精定位导轨及压紧机构 (4)

5、接送机构 (6)

6、挠性传动轴 (7)

7、发动机起动装置 (8)

8、急停装置 (8)

9、液压系统 (8)

10、水力测功器 (9)

11、油门执行器及油门联接 (10)

12、NCK2000发动机测试控制台 (10)

12.1、系统组成： (10)

12.2、测量控制系统的主要功能 (11)

12.3、控制柜 (14)

13、HZB2000油耗仪 (14)

14、大屏幕显示仪 (15)

15、传感器及集线箱 (15)

16.电气控制系统 (16)

二．试验台结构系统 (17)

1、试验台大底板及减震器 (17)

2、发动机三维支架及专用支架 (17)

3、试验台传动轴及防护罩 (18)

4、发动机起动装置及启动电源 (19)

5、测功器 (19)

6、测量控制系统 (21)

设备结构描述

一1100KW柴油机试验台

1、设备结构概述

快装试验台架由试车底座、精定位导轨、压紧机构、接送机构、试验小车、水油气管道快接、扰性传动轴及联接机构、液压系统、烟度仪、油门执行器及油门联接、水力测功器、安全防护罩、PLC电气控制系统、NCK2000测试控制系统等组成，设备布置见附图所示。

2、试车中间底座

采用钢结构焊接箱式结构，外形全封闭.其上装有测功器和扰性传

动轴。前左右两侧设有检修窗，侧装有液压控制分站，底座后端集中布管，底座内装有小车接送油缸和线管等，箱内走线整齐，所有线集中于底座后侧线盒内。

底座内所有管路严格按长寿命标准设计选材:

发动机循环水管采用钢质扰性管,不仅耐高温而且又具有补偿位置度能力,改进以往采用易老化橡胶管的做法。

机油、出水温度等管路采用钢丝编织的耐油扣压胶管。

底座内电器线缆全部布置在镀锌线槽中,接口处采用防水接头和热缩管保护.强弱电分开布置，接线盒布置在底座后端。

所有管路的布置在试验台格栅网以下,整体布置整齐美观。

3、试验小车

试验小车为发动机的承载体，设计载重量大于5T，小车体为钢结构焊接件，能满足各种变型发动机安装测试需要,不同机型采用更换发动机工艺支脚和工艺联接盘方式来实现定位和联接。

发动机定位采用飞轮壳工艺支脚定位方式

小车体上设前后定位支承，后定位支承上定位销为精定位，前定位支承定位销为导向用；不同机型采用更换发动机工艺支脚，以定位销为定位元件,发动机的前后轴向变化通过调节定位支承轴向位置,每种机型对应一种位置并标记,在小车体上设置相应的定位孔.更换快速方便，对轴向变化不大的机型不采用调整定位支承位置，而直接采用

工艺支脚实现。

发动机前定位支脚采用发动机本身的自带支承进行定位和支承，为方便不同机型更换安装，小车体上的支承座设计成多副式能方便快捷进行更换。

试验小车和试验台的初定位采用现有台架T型槽内侧面为定位面，预埋轨道的外侧面T型槽内侧面对应，试验小车体底部内侧装有免润滑车轮，与轨道接触，两侧间隙控制在3~4mm,实现小车进出台架输送，其对称中心与发动机曲轴轴线中心在同一条线上，重合误差小于1 mm。发动机对接时的小车精定位以底部外侧平导轨和V型导轨来实现，具有较高的定位精度。小车和台架对接精定位后，小车车轮和轨道的脱离间隙保证在3~5 mm内。

在预装工位上，发动机吊装到小车上，操作工完成工艺接头同发动机相应接口的联接。

4、精定位导轨及压紧机构

精定位导轨组件在发动机与测试台架对接时，实现对小车及发动机与台架的精确定位，一侧为平导轨副，另一侧为90°V形导轨副，该导轨副表面高频淬火，硬度达HRC55-60；长时间使用不影响定位精度，导轨座采用钢结构焊接，刚性好，承载能力大。在压紧力和发动机负荷作用下不变形。小车由人工推入台架，按动接送按钮,小车在接送机构作用爬上V形导轨，使小车脱离轨道，实现精定位。小车送回轨道动作相反.该导轨定位精度高，小车进出台架方便，使用

合理可靠。

合理控制好车轮脱离轨道间隙能有效防止小车进出台架对轨道的冲击。

在导轨端部进行倒锥角处理，防止小车在轻轨上进入试验台时和精定位导轨干涉。

压紧机构采用液压驱动斜楔自锁型机构，分别安装于导轨支座内，通过“T”拉杆将小车压紧。该结构紧凑，使用安全可靠。压紧和松开位置上均装有无触点接近开关，向控制系统发送压紧和松开状态信号。该机构设有多种自锁保护措施:

压紧控制阀选用双电控自锁阀,在意外失电的情况下保持原位

压紧机构采用液压驱动斜楔机构, 该斜楔具有自锁角

压紧机构中“T”拉杆,确保压紧机构万无一失

主要技术指标:

1）精定位精度±0.25 mm

2）压紧速度小于1S

3）单杆压紧力> 800 Kg 四杆合力>3200Kg

5、接送机构

接送机构采用油缸驱动接送小车实现试验小车在精定位导轨上的滑移和管路及传动系统的自动对接。

油缸为双作用液压活塞油缸，活塞杆端装有关节头，和接送小车摆动联接，油路配双向节流调速阀，可自由调节接、送速度，确保小车平稳输送，无卡阻爬行现象。

油缸座出厂时直接安装固定在试车中间底座上，有利于保证安装精度。

接送小车轮采用免润滑轴承，接送小车导轨表面高频淬火处理，确保使用精度和寿命。

主要技术指标:

1）接送行程480 mm

2）接送速度5~15m/mim

3）最大拉力2500 Kg

4）最大推力3000 Kg

6、挠性传动轴

挠性传动轴挠性结构上采用高弹性联轴器，高弹性联轴器内设花键套，可在轴上滑动，在试验小车拉到位后，人工可将弹性联轴器向发动机侧滑移，可轻松实现联接。

轴系旋转件均设钢质安全防护罩。在中间防护罩易观察处设置观察孔，用以定期观察联轴器的运行情况。

高弹联轴器其吸振、缓冲效果好。测功器与辅助支承之间采用梅花型弹性联轴器。

试验台传动轴技术指标:

轴向最大伸缩量为：40mm

最大径向位移：3.5mm

最大角位移：1°

不同轴度许用范围±2.5 mm

最大额定传递扭矩:8000N.m

最大许用转速: 2600r/min

7、发动机起动装置

发动机起动采用直流电机方式, 台架提供硅整流启动电源。

8、急停装置

操作间设置急停按钮，通过控制燃油电磁阀切断燃油供应实现紧急停车。

9、液压系统

液压系统采用总站蓄能保压供油方式，一个试验台用一个液压总站，总站输出压力具有上下限自动控制、超压安全保护、蓄能缓冲和内泄漏补偿功能。

总站输出压力上下限自动控制采用压力变送器实现。

泵站采用立卧式电机,高压油泵设在油箱上,便于维护和调试。

畜能器和总站一体安装。

分站安装于试车中间底座侧部，采用品牌液压叠加阀集成安装,根据试验台功能分别实现小车的接送、小车的压紧、辅助对接、轨道交换台换向（预留位置）的控制等功能。

主要技术指标:

系统最高压力10 MPa

工作压力上限范围4~8 MPa

最大流量16 L/min

3）油箱容积不小于180L

4) 液压油牌号N46号抗磨液压油

5) 使用油温不超过55℃

10、水力测功器

为确保增压中冷发动机功率覆盖范围，根据试验台的要求，试验台采用Y1900水涡流测功器。该测功器引进德国策尔纳公司先进技术，具有控制稳定性好、响应速度快、测量精度高及结构紧凑等优点。测功器安装上采用低中心距大底座直接安装。排水执行器采用第四代更新型，选用脉宽调制稀土直流力矩电机作控制电机，合理的结构设计确保其高可靠性。

排水阀门的响应速度应小于2秒（阀门从全开到全闭的时间）。测功机和发动机之间应有中间支承座以保护测功机的精度不易受到损害。

考虑到长期在高温环境使用,测功器内部不可避免存在积水垢的情况,测功器运动密封零件已按照改进设计制作,可保证测功器长期运行免维护.

Y1900技术指标：

最大吸收功率：1900Kw；

最大测量扭矩：17200N.m

最高许用转速：3000rpm

扭矩测量精度：±0.2%FS

转速测量精度: ±0.05%

11、油门执行器及油门联接

油门执行器是NCK2000控制系统用于隔室控制油门的主要执行机构。

主要特点：适用于油门开环及闭环控制，具有响应速度快，控制精度高特点。

性能指标：

角行程0-90度

最大输出扭矩25Nm

全行程响应时间：< 2s

定位精度：优于0.2%FS

驱动电源：±24V/3A

油门联接可采用钢丝绳或二端带关节轴承的刚性调节杆。

12、NCK2000发动机测试控制台

12.1、系统组成：

我公司优化开发成功的发动机测试控制系统，由发动机测量控制仪、数据采集系统、上位计算机系统，系统含测量控制系统软件，各测量传感器。采用17英寸显示器，所有显示操作在计算机屏幕上进行，配置工业控制计算机。如下图所示：

12.2、测量控制系统的主要功能1 )测量参数及精度

基本测量参数:

软件预留6通道参数的显示，硬件预留安装位置。只要配上模块和传感器就能使用。

所有的测量参数均可同时在计算机屏幕上显示。显示方式：数字显示和曲线显示。扭矩、功率和油耗可以由计算机自动校正，校正公式可以按机型自动选择（按国标GB/T18297-2001）。

2）控制功能

●控制器类型：测功器及发动机油门双回路直接数字PID控

制；

●控制方式：测功器：恒位置、恒扭矩、恒转速；发动机：

恒位置、恒扭矩、恒转速；

●控制方式切换：无扰动随机动态切换；

●工况改变方式：虚拟仪器界面操作；自动程序控制。

3）控制精度

●控制精度：转速控制精度：±2r/min；

●扭矩控制精度：±0.2% FS；

●过渡时间：≤30S；

●转速控制超调量：≤阶跃量的0.5%；

●扭矩控制超调量：≤阶跃量的1%；

●执行器定位精度：≤0.1%。

4）记录功能

自动保存数据到网络数据库，在网络数据库故障时暂时保存数据到本地数据库，在适当的时候再转储到网络数据库

5）报警保护功能:

测量控制系统具有三级报警和保护功能，每个测量参数均可由用户在计算机设定每级报警的动作方式（一级报警：声光报警，系统不动作，由人工进行干预；二级报警：声光报警，系统动作，发动机工况自动降至怠速；三级报警：声光报警，系统动作，通过紧急停车机构使发动机停车。

6）测量控制系统的特点：

●上位机选用研华工业控制计算机，P4 CPU 2.4G ，80G硬盘，

17寸液晶显示器，10-100M网卡，支持双显示器的双端口显

示卡。

●软件环境：Windows 2000或XP；编程语言：LabView，VC++。

●测功器和油门的控制板采用四层线路板，贴片机器焊接形

式；

●温度和压力的采集板采用进口模块（台湾威达），每个模板

采用RS485总线通信；

●所有的线路板的连接采用接线端子，接线端子采用进口品牌

（魏德密勒或町洋）；

●线路板的集成电路插座采用镀金的插座；

12.3、控制柜

控制柜采用琴台式结构，其外形尺寸为：

长1500

高1150、台面高700

宽580和1110。

外装饰采用质量较高的烤漆，颜色由供方提供色板需方根据色板确定。

13、HZB2000油耗仪

油耗测量仪采用一体化设计技术，油耗测量和显示仪表集于一体，可以独立完成油耗测量。结构上采用全密封的油路设计，可有效地防止因特殊原因引起的溢油。

功能和性能指标：

●平均油耗时间、耗油重量可任意设置，并有掉电保护功能；

●可进行瞬时测量，每秒刷新一次；

●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；

●测量范围0~10000g ；

●测量精度±0.2%FS;

●流量≥250kg/h;

●通讯口RS232

14、大屏幕显示仪

大屏幕显示使用高亮度红色2.3英寸LED显示，用于发动机测试房现场显示功率、扭矩、转速、油耗率等主要参数的大型挂壁式显示屏。大屏幕显示器与控制系统之间采用CAN总线通讯，确保大屏幕显示器与控制系统显示数值的一致性。

位置居中放置在观察窗上方区域。

15、传感器及集线箱

1．为方便发动机试车时发动机上各压力传感器的安装、连接，将各压力传感器接线集中于传感器集线箱中，温度传感器布置在管路上。

16.电气控制系统

16.1 发动机试验台架控制

主要功能：采用西门子S7_200 PLC可编程控制器，选用德国巴鲁夫无接触接近开关，感应发信指示。所有低压电器选用西门子，按钮均选用德国施耐德防水产品。

功能描述：

1. 系统可运行在自动和手动两种方式。在正常状态，台架系统运行在自动态，在试验小车送到位后，自动完成发动机的上下机。在调试、维修和紧急情况下，可以由手动控制发动机的上下机；

2. 各动作按钮互锁，各动作执行时和发动机运转时按钮锁定，有效地防止误操作；

3. 实现油泵的开关、油压上下限、小车输送、压紧与松开。控制按钮盒可以单独设置在台架发动机旁便于操作，也可按要求设置于进门右侧墙上。

16.2硬件配置：

接近开关选用施耐德，

可编程控制器采用西门子公司S7-200系列；

低压电器选用施耐德产品，所有电机均带电机保护断路。

二．试验台结构系统 1、试验台大底板及减震器

试验台大底板采用铸铁平板，中间设置T 型截面,规格4000 mm ×1500 mm ×200mm ，上设T 型槽方便于测功器等部件安装。底板与地面之间设置专用高弹阻尼低频弹簧减振器，减振器共10只 。 2、发动机三维支架及专用支架

发动机定位支承采用三维可调支承来满足多种机型的台架试机安装。支承三维调整简单方便，其刚性好，减振效果理想。见下图：

Y

Z

三维运动调整方向：x 轴向运动通过台架纵底板T 型槽调整，y 轴向运动通过横向底板T 型槽调整，Z 轴向运动通过T 螺杆调整后锁紧。

3、试验台传动轴及防护罩

传动轴由二部分组成，一部分为高弹性联轴器，另一部分为万向联轴器，高弹性联轴器吸收扭转振动，万向联轴器补偿发动机和测功器之间的位置度误差。高弹性联轴器选用进口德国产品，传动系统按使用的最高转速进行动平衡。

在传动轴外侧布置防护罩，防护罩采用哈夫翻转式，具有到位保护开关。

具体结构见下图所示：

试验台传动轴技术指标：

额定传递扭矩： 3000N．m（一般按发动机扭矩的1.5倍安全系数选型）

最大扭矩： 6000N．m

最大许用转速： 3600r/min

允许功耗： 400W

橡胶表面允许温度范围： -40～90℃

4、发动机起动装置及启动电源

发动机起动采用自带直流起动电机方式，直流电源采用硅整流全波整流电源。起动系统由起动电流控制系统及电缆线束组成。

主要技术指标：

直流容载电压： DC24V

最大起动电源： 2000A

最大连续起动时间： 45S

5、测功器

试验台架根据发动机试验特点可分别选用如下类型的测功器：

1、对一般检测、耐久、可靠性试验台选用Y660水涡流测功器，其主要技术指标：

?最大吸收功率：660KW

?最大测量扭矩：2950N.m

?最高许用转速：5000rpm

?扭矩测量精度：±0.2%

?转速测量精度：±0.05%

?最大耗水量： 13.2T/h

2、对响应速度有一定要求的性能试验台选用DW800电涡流测功器，其主要技术指标：

?最大吸收功率：600KW

?最大测量扭矩：3580N.m

?最高许用转速：5000rpm

?扭矩测量精度：±0.2%

?转速测量精度：±0.05%

?最大耗水量： 13T/h

3、对要求快速响应性能试验台选用JDC-500交流电力测功器，其主要技术指标：

?最大吸收功率：500KW

?最大测量扭矩：2387N.m

?最高许用转速：3500rpm

?扭矩测量精度：±0.2%

?转速测量精度：±0.05%