CN102494896B - 发动机前端轮系综合模拟实验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了发动机前端轮系综合模拟实验系统及方法，实验系统包括发动机前端轮系综合模拟实验系统试验台和发动机前端轮系综合模拟实验系统控制台，发动机前端轮系综合模拟实验系统试验台包括固定面板（21），固定面板（21）上安装有发动机前端轮系，发动机带轮轴后端连接有主电机（24），负载带轮轴的后端连接有功率模拟机（25），发动机前端轮系综合模拟实验系统控制台包括机箱（1）和控制系统，机箱（1）的正面包括一个控制面板，控制系统包括一台PC主机和一个控制器。本发明的有益效果是：能够获得汽车发动机前端轮系在工作状态下的各种性能参数，测量参数全面，测量精度高；且该试验台集成性好，安装维护方便。
Description
技术领域
本发明涉及发动机前端轮系检测技术领域，特别是发动机前端轮系综合模拟实验系统及方法。
背景技术
当前，在检测汽车发动机前端轮系性能参数时，只能单独检测轮系中各个部件的性能参数，或只能简单检查前端轮系中各个皮带轮是否共面，无法准确获得各部件在工作状态下的性能参数和配合性能参数，无法判断整个前端轮系中各个部件及部件间的配合参数是否在合格值范围内，当前端轮系运转出现问题时，不能及时确定存在问题的具体部件。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种能够检测发动机前端轮系在工作状态下运行参数的综合模拟实验系统及方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
发动机前端轮系综合模拟实验系统，它包括发动机前端轮系综合模拟实验系统试验台和发动机前端轮系综合模拟实验系统控制台；
所述的发动机前端轮系综合模拟实验系统试验台包括固定面板，固定面板上安装有发动机前端轮系，所述发动机前端轮系包括发动机带轮、自动张紧轮、负载带轮和惰轮，发动机前端轮系在固定面板上的分布位置与其在汽车上的实际安装位置相同，各个带轮通过带轮轴安装于固定面板上，且由皮带连接，发动机带轮轴后端连接有主电机，负载带轮轴的后端连接有功率模拟机；试验台还包括数据采集系统，所述数据采集系统包括温度传感器、皮带抖动传感器、自动张紧轮偏摆传感器、转矩/转速传感器，所述的温度传感器、皮带抖动传感器、自动张紧轮偏摆传感器分别通过支架设置于固定面板上，所述的转矩/转速传感器设置于带轮轴上，固定面板上还设置有加热装置；
所述的发动机前端轮系综合模拟实验系统控制台包括机箱和置于机箱内部的控制系统，所述的机箱的正面包括一个控制面板，控制面板的中下部设有电源指示灯、手动指示灯、自动指示灯、加热指示灯、变频器指示灯、工作指示灯、故障指示灯、电源开关、手动/自动切换开关、加热开关、变频器启动开关、启动按钮、停止按钮和急停按钮，控制面板的中上部设有显示屏、转矩转速控制仪表、发动机加载控制仪表、空调加载控制仪表和水泵加载控制仪表；
所述的控制系统包括一台PC主机和一个控制器，所述的控制器主要由微处理器、I/O模块、A/D转换模块组和D/A转换模块组构成，微处理器通过总线与A/D转换模块组以及D/A转换模块组连接，A/D转换模块组的每一个A/D转换模块分别与自动张紧轮偏摆传感器、皮带抖动传感器、转矩/转速传感器和温度传感器连接，D/A转换模块组的每一个D/A转换模块分别与加载控制系统、加热控制系统和转速控制系统连接，转矩转速控制仪表与转速控制系统连接，发动机加载控制仪表、空调加载控制仪表和水泵加载控制仪表与加载控制系统连接，加载控制系统与功率模拟机连接，转速控制系统与主电机连接，加热控制系统与加热装置连接；微处理器通过其I/O模块与控制面板上的手动指示灯、自动指示灯、加热指示灯、变频器指示灯、工作指示灯、故障指示灯、手动/自动切换开关、加热开关、变频器启动开关、启动按钮、停止按钮和急停按钮连接；显示屏连接于PC机上，PC机与微处理器连接；所述的PC机还外接有输入设备和打印机。
所述的发动机前端轮系综合模拟实验系统试验台还包括平台底座，所述固定面板和功率模拟机均设置于平台底座上，平台底座内设有循环水夹层，所述循环水夹层与功率模拟机的降温夹层相连通；所述的带轮轴通过轴承安装于轴承座上，轴承座固定于固定面板上，带轮轴的前端设置带轮；所述的主电机的电机轴连接有转速/转矩测量仪，转速/转矩测量仪表的另一端的与发动机带轮轴连接；所述的主电机下方设有滑移底座，主电机固定于滑移底座上，滑移底座设置于位于平台底座下方的机架上；所述的平台底座循环水夹层的入水口处设有冷却水压力传感器，平台底座循环水夹层的出水口处设有回水温度传感器。
发动机前端轮系综合模拟实验系统的实验方法，包括以下步骤：
A、在固定面板安装发动机前端轮系，其分布位置与轮系在汽车上的实际安装位置相同，发动机带轮轴后端连接有主电机，负载带轮轴后端连接功率模拟机；
B、在固定面板上和带轮轴上安装传感器，校准传感器安装位置；
C、启动控制台，进行测试实验，控制器收集传感器发送的信号，并将信号传递至PC主机，PC主机将检测结果显示于显示屏上。
本发明具有以下优点：
1、本发明能够获得汽车发动机前端轮系在工作状态下的各种性能参数，可在线实时采集并存储试验的环境温度﹑张紧轮的温度﹑张紧轮的转速﹑张紧轮的扭矩﹑张紧轮的摆动角度﹑皮带的张力等各项试验数据，测量参数全面，测量精度高。
2、试验过程完全自动化，能对试验数据进行分析并打印，保证了试验数据的真实性和可靠性。
3、本发明适用于各类发动机轮系相关部件的寿命及性能试验，可为轮系相关部件的研发提供准确可靠的数据，采用工业控制计算机对试验过程进行自动控制，控制精度高。
4、本发明可模拟发动机的实际工况，轮系转速可变化、可控制、可测量。
附图说明
图1 为本发明的试验台的结构示意图
图2 为本发明的试验台的另一角度视图
图3 为本发明的控制台的结构示意图
图4 为本发明的控制台的硬件连接示意框图
图5 为本发明的控制台的PC主机软件流程图
图6 为本发明的控制台的软件框图
图中，1-机箱，2-电源指示灯，3-手动指示灯，4-自动指示灯，5-加热指示灯，6-变频器指示灯，7-工作指示灯，8-故障指示灯，9-电源开关，10-手动/自动切换开关，11-加热开关，12-变频器启动开关，13-启动按钮，14-停止按钮，15-急停按钮，16-显示屏，17-转矩转速控制仪表，18-发动机加载控制仪表，19-空调加载控制仪表，20-水泵加载控制仪表，21-固定面板，22-发动机带轮，23-皮带，24-主电机，25-功率模拟机，26-水泵负载带轮，27-空调机负载带轮，28-发电机负载带轮，29-自动张紧轮，30-惰轮A，31-惰轮B，32-皮带抖动传感器A，33-皮带抖动传感器B，34-自动张紧轮偏摆传感器，35-温度传感器，36-平台底座，37-转速/转矩测量仪表，38-滑移底座，39-机架，40-冷却水压力传感器，41-回水温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述：
发动机前端轮系综合模拟实验系统，它包括发动机前端轮系综合模拟实验系统试验台和发动机前端轮系综合模拟实验系统控制台；
所述的发动机前端轮系综合模拟实验系统试验台包括固定面板21，固定面板21上安装有发动机前端轮系，所述发动机前端轮系包括发动机带轮22、自动张紧轮29、负载带轮和惰轮，发动机前端轮系在固定面板21上的分布位置与其在汽车上的实际安装位置相同，各个带轮通过带轮轴安装于固定面板21上，且由皮带23连接，发动机带轮轴后端连接有主电机24，负载带轮轴的后端连接有功率模拟机25，功率模拟机25的主要功用是模拟发动机轮系的负载，给负载带轮施加一个旋转转矩，消耗皮带23传递的功率，消耗掉的功将以热能的形式对外界输出；
所述的负载带轮包括水泵负载带轮26、空调机负载带轮27、发电机负载带轮28，发动机带轮22与水泵负载带轮26之间设有自动张紧轮29，水泵负载带轮26与空调机负载带轮27之间设有惰轮A30，发电机负载带轮28与发动机带轮22之间设有惰轮B31。
试验台还包括数据采集系统，所述数据采集系统包括温度传感器35、皮带抖动传感器、自动张紧轮偏摆传感器33、转矩/转速传感器，所述的温度传感器35、皮带抖动传感器、自动张紧轮偏摆传感器33分别通过支架设置于固定面板21上，所述的转矩/转速传感器设置于带轮轴上。
所述固定面板21上设置有皮带抖动传感器A32和皮带抖动传感器B33，所述皮带抖动传感器A32设置于水泵负载带轮26与空调机负载带轮27之间，所述皮带抖动传感器B33设置于空调机负载带轮27与发电机负载带轮28之间。
所述的自动张紧轮偏摆传感器33设置于自动张紧轮29的一侧，包括一个激光距离传感器和一个反光板，反光板固定于自动张紧轮29上。
所述的自动张紧轮29、惰轮A30和惰轮B31上均安装有一个温度传感器35。
固定面板21上还设置有加热装置，用于对前端轮系整体加热，以模拟检测前端轮系在不同温度下的工作性能；
试验台还包括平台底座36，所述固定面板21和功率模拟机25均设置于平台底座36上，平台底座36内设有循环水夹层，所述循环水夹层与功率模拟机25的降温夹层相连通，夹层内的冷却水及时带走功率模拟机25所产生的热量。
所述的带轮轴通过轴承安装于轴承座上，轴承座固定于固定面板21上，带轮轴的前端设置带轮。
所述的主电机24的电机轴连接有转速/转矩测量仪37，转速/转矩测量仪37的另一端的与发动机带轮轴连接；所述的主电机24下方设有滑移底座38，主电机24固定于滑移底座38上，滑移底座38设置于位于平台底座36下方的机架39上；所述的平台底座36循环水夹层的入水口处设有冷却水压力传感器40，平台底座36循环水夹层的出水口处设有回水温度传感器41。
如图3所示，所述的发动机前端轮系综合模拟实验系统控制台包括机箱1和置于机箱1内部的控制系统，所述的机箱1的正面包括一个控制面板，控制面板的中下部设有电源指示灯2、手动指示灯3、自动指示灯4、加热指示灯5、变频器指示灯6、工作指示灯7、故障指示灯8、电源开关9、手动/自动切换开关10、加热开关11、变频器启动开关12、启动按钮13、停止按钮14和急停按钮15，控制面板的中上部设有显示屏16、转矩转速控制仪表17、发动机加载控制仪表18、空调加载控制仪表19和水泵加载控制仪表20；
如图4所示，所述的控制系统包括一台PC主机和一个控制器，所述的控制器主要由微处理器、I/O模块、A/D转换模块组和D/A转换模块组构成，微处理器通过总线与A/D转换模块组以及D/A转换模块组连接，A/D转换模块组的每一个A/D转换模块分别与自动张紧轮偏摆传感器33、皮带抖动传感器、转矩/转速传感器和温度传感器35连接，D/A转换模块组的每一个D/A转换模块分别与加载控制系统、加热控制系统和转速控制系统连接，转矩转速控制仪表17与转速控制系统连接，发动机加载控制仪表18、空调加载控制仪表19和水泵加载控制仪表20与加载控制系统连接，加载控制系统与功率模拟机25连接，转速控制系统与主电机24连接，加热控制系统与加热装置连接；微处理器通过其I/O模块与控制面板上的手动指示灯3、自动指示灯4、加热指示灯5、变频器指示灯6、工作指示灯7、故障指示灯8、手动/自动切换开关10、加热开关11、变频器启动开关12、启动按钮13、停止按钮14和急停按钮15连接；显示屏16连接于PC机上，PC机与微处理器连接；所述的PC机还外接有输入设备和打印机。
如图6所示，本发明的软件内设有自动循环实验模块、锯齿循环模块、偏摆实验模块、手动循环模块，主程序开始后，程序初始化，检测传感器是否正常，若不正常则设备报警，若正常则进入模块选择，选择其中一个模块后，则调用对应模块子程序进行相应试验，试验完成后将信号输出，检验输入输出信号是否正常，若正常则结束程序，若不正常则设备报警。如图5所示，PC主机开机后系统初始化，然后向控制器发送地址等待响应，响应正确后像控制器发送命令，然后收发数据，处理数据。
发动机前端轮系综合模拟实验系统的实验方法，包括以下步骤：
A、在固定面板21安装发动机前端轮系，其分布位置与轮系在汽车上的实际安装位置相同，发动机带轮轴后端连接有主电机24，负载带轮轴后端连接功率模拟机25；
B、在固定面板21上和带轮轴上安装传感器，校准传感器安装位置；
C、启动控制台，进行测试实验，控制器收集传感器发送的信号，并将信号传递至PC主机，PC主机将检测结果显示于显示屏上。
电动机带动发动机带轮22转动，进而通过皮带23带动发动机带轮22、水泵负载带轮26、空调机负载带轮27、发电机负载带轮28、惰轮A30、惰轮B31、自动张紧轮29旋转，固定面板21上安装的传感器和带轮轴上安装的转矩/转速传感器将各个测量参数发送至控制台，从而可获得发动机前端轮系在运行状态下的各个参数，为产品设计、故障诊断提供参考数据。
Claims (2)
1.发动机前端轮系综合模拟实验系统，其特征在于：它包括发动机前端轮系综合模拟实验系统试验台和发动机前端轮系综合模拟实验系统控制台，
所述的发动机前端轮系综合模拟实验系统试验台包括固定面板（21）和平台底座（36），固定面板（21）和功率模拟机（25）均设置于平台底座（36）上，平台底座（36）内设有循环水夹层，循环水夹层与功率模拟机（25）的降温夹层相连通，循环水夹层的入水口处设有冷却水压力传感器（40），循环水夹层的出水口处设有回水温度传感器（41），固定面板（21）上安装有发动机前端轮系，所述发动机前端轮系包括发动机带轮（22）、自动张紧轮（29）、负载带轮和惰轮，发动机前端轮系在固定面板（21）上的分布位置与其在汽车上的实际安装位置相同，各个带轮通过带轮轴安装于固定面板（21）上，且由皮带（23）连接，发动机带轮轴后端连接有主电机（24），主电机（24）的电机轴连接有转速/转矩测量仪（37），主电机（24）下方设有滑移底座（38），主电机（24）固定于滑移底座（38）上，滑移底座（38）设置于位于平台底座（36）下方的机架（39）上，转速/转矩测量仪表（37）的另一端的与发动机带轮轴连接，负载带轮轴的后端连接有功率模拟机（25）；试验台还包括数据采集系统，所述数据采集系统包括温度传感器（35）、皮带抖动传感器、自动张紧轮偏摆传感器（33）、转矩/转速传感器，所述的温度传感器（35）、皮带抖动传感器、自动张紧轮偏摆传感器（33）分别通过支架设置于固定面板（21）上，所述的转矩/转速传感器设置于带轮轴上，固定面板（21）上还设置有加热装置；
所述的发动机前端轮系综合模拟实验系统控制台包括机箱（1）和置于机箱（1）内部的控制系统，所述的机箱（1）的正面包括一个控制面板，控制面板的中下部设有电源指示灯（2）、手动指示灯（3）、自动指示灯（4）、加热指示灯（5）、变频器指示灯（6）、工作指示灯（7）、故障指示灯（8）、电源开关（9）、手动/自动切换开关（10）、加热开关（11）、变频器启动开关（12）、启动按钮（13）、停止按钮（14）和急停按钮（15），控制面板的中上部设有显示屏（16）、转矩转速控制仪表（17）、发动机加载控制仪表（18）、空调加载控制仪表（19）和水泵加载控制仪表（20）；
所述的控制系统包括一台PC主机和一个控制器，所述的控制器主要由微处理器、I/O模块、A/D转换模块组和D/A转换模块组构成，微处理器通过总线与A/D转换模块组以及D/A转换模块组连接，A/D转换模块组的每一个A/D转换模块分别与自动张紧轮偏摆传感器（33）、皮带抖动传感器、转矩/转速传感器和温度传感器（35）连接，D/A转换模块组的每一个D/A转换模块分别与加载控制系统、加热控制系统和转速控制系统连接，转矩转速控制仪表（17）与转速控制系统连接，发动机加载控制仪表（18）、空调加载控制仪表（19）和水泵加载控制仪表（20）与加载控制系统连接，加载控制系统与功率模拟机（25）连接，转速控制系统与主电机（24）连接，加热控制系统与加热装置连接；微处理器通过其I/O模块与控制面板上的手动指示灯（3）、自动指示灯（4）、加热指示灯（5）、变频器指示灯（6）、工作指示灯（7）、故障指示灯（8）、手动/自动切换开关（10）、加热开关（11）、变频器启动开关（12）、启动按钮（13）、停止按钮（14）和急停按钮（15）连接；显示屏（16）连接于PC机上，PC机与微处理器连接。
2.根据权利要求1所述的发动机前端轮系综合模拟实验系统的实验方法，其特征在于：它包括以下步骤：
A、在固定面板（21）安装发动机前端轮系，其分布位置与轮系在汽车上的实际安装位置相同，发动机带轮轴后端连接有主电机（24），负载带轮轴后端连接功率模拟机（25）；
B、在固定面板（21）上和带轮轴上安装传感器，校准传感器安装位置；
C、启动控制台，进行测试实验，控制器收集传感器发送的信号，并将信号传递至PC主机，PC主机将检测结果显示于显示屏上。
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