CN105424348A - 一种自适应张紧的机械增压器试验装置 - Google Patents

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程振宇
王振彪
田彩霞
田伟
李欣
张艳丽
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Abstract

本发明的一种自适应张紧的机械增压器试验装置，解决了皮带张紧不合理的问题，在低转速下，皮带所需的张紧力小，此时机械增压器压气机出口的压力较小，作用于自适应张紧皮带的压力也较小；在高转速下，皮带所需的张紧力增大，此时机械增压器压气机出口的压力由于转速的提高也相应增加，通过自适应张紧皮带装置作用于皮带的压力也增大，保证了避免皮带打滑所需的压力，提高传动稳定性和传动效率；另外，通过本发明的试验装置，可以满足机械增压器在全工况下的试验需求，深入研究机械增压器气动性能，机械效率，为机械增压研究提供试验保障。

Description

一种自适应张紧的机械增压器试验装置
技术领域
本发明属于机电技术领域，具体涉及一种自适应张紧的机械增压器试验装置。
背景技术
与涡轮增压相比，机械增压可以在发动机较低转速时就可以介入，没有涡轮增压的涡轮迟滞，可以使发动机在较低的转速上面就可以爆发出大扭矩。而且由于机械增压是靠皮带进行传动，所以使动力输出相对来说比较平顺，更适合日常驾驶习惯，机械增压器作为改善发动机低速性能和瞬态响应的重要手段受到越来越多重视。
因此，对机械增压器性能进行可靠和及时准确的测试，是机械增压发动机实现良好匹配设计的重要环节和保障。
在机械增压器性能试验过程中，一般使用高速电机作为动力源，通过皮带驱动机械增压器转动，进行机械增压器性能试验。在试验中机械增压器皮带轮处的转速可以高达20000r/min以上。当试验转速升高到一定程度时，机械增压器皮带传动装置容易发生打滑，甚至皮带严重磨损或脱落等现象。
上述情况的发生主要是由传动皮带未张紧或张紧装置失效，这会导致在试验工况发性变化时，皮带张紧力也发生改变，进而发生皮带打滑，影响传动稳定性和传动效率。
因此需要一种能够自适应地调节传动皮带张紧力，确保在任何试验转速下，机械增压器皮带的张紧力都不发生变化，避免机械增压器在高速性能试验中发生打滑。
发明内容
本发明的目的正是为了解决现有技术的不足，而提供一种自适应张紧的机械增压器试验装置，该试验装置既能满足机械增压器高速工况下的压气机性能和不同转速功率消耗特性的准确测试，又能有效防止试验过程中皮带打滑、偏磨甚至脱落等现象的发生，提高试验系统的可靠性。
本发明的技术方案是：一种自适应张紧的机械增压器试验装置，包括空气流量计、第一温度传感器、第一压力传感器、机械增压器、转速传感器、第二温度传感器、第二压力传感器、压气机背压阀、机械增压器带轮、皮带、自适应张紧装置、高速电机带轮、扭矩传感器、高速电机、高速电机底座、高速电机控制器以及相应的连接管路；
所述空气流量计进口与大气相通，空气流量计出口连接机械增压器压气机进口，空气流量计出口与机械增压器压气机进口的连接管路上分别安装第一温度传感器与第一压力传感器，机械增压器上安装转速传感器，机械增压器压气机出口连接压气机背压阀，机械增压器压气机出口与压气机背压阀的连接管路上分别安装第二温度传感器与第二压力传感器，机械增压器带轮连接机械增压器转轴，机械增压器带轮通过皮带与高速电机带轮连接，机械增压器带轮与高速电机带轮间设有自适应张紧装置，高速电机带轮连接扭矩传感器，扭矩传感器连接高速电机，高速电机连接高速电机控制器。
进一步，自适应张紧装置包括自适应张紧装置气缸、活塞连杆、张紧轮、高速电机带轮，机械增压器压气机出口连接自适应张紧装置气缸，自适应张紧装置气缸通过活塞连杆连接张紧轮，张紧轮连接皮带，皮带连接高速电机带轮。
进一步，高速电机由螺栓通过定位孔安装在高速电机底座上。
本发明的有益效果：
本发明解决了皮带张紧不合理的问题，在低转速下，皮带所需的张紧力小，此时机械增压器压气机出口的压力较小，作用于自适应张紧皮带的压力也较小；在高转速下，皮带所需的张紧力增大，此时机械增压器压气机出口的压力由于转速的提高也相应增加，通过自适应张紧皮带装置作用于皮带的压力也增大，保证了避免皮带打滑所需的压力，提高传动稳定性和传动效率；另外，通过本发明的试验装置，可以满足机械增压器在全工况下的试验需求，深入研究机械增压器气动性能，机械效率，为机械增压研究提供试验保障。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的自适应张紧装置工作原理示意图。
1、空气流量计，2、第一温度传感器，3、第一压力传感器，4、机械增压器，5、转速传感器，6、第二温度传感器，7、第二压力传感器，8、压气机背压阀，9、机械增压器带轮，10、皮带，11、自适应张紧装置，11-1、自适应张紧装置气缸，11-2、活塞连杆，11-3、张紧轮，12、高速电机带轮，13、扭矩传感器，14、高速电机，15、高速电机底座，18、高速电机控制器，19丝杠。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。
如图1-2所示，一种自适应张紧的机械增压器试验装置，包括空气流量计1、第一温度传感器2、第一压力传感器3、机械增压器4、转速传感器5、第二温度传感器6、第二压力传感器7、压气机背压阀8、机械增压器带轮9、皮带10、自适应张紧装置11、高速电机带轮12、扭矩传感器13、高速电机14、高速电机底座15、高速电机控制器18以及相应的连接管路；
空气流量计1进口与大气相通，空气流量计1出口连接机械增压器4压气机进口，空气流量计1出口与机械增压器4压气机进口的连接管路上分别安装第一温度传感器2与第一压力传感器3，机械增压器4上安装转速传感器5，机械增压器4压气机出口连接压气机背压阀8，机械增压器4压气机出口与压气机背压阀8的连接管路上分别安装第二温度传感器6与第二压力传感器7，机械增压器带轮9连接机械增压器4转轴，机械增压器带轮9通过皮带10与高速电机带轮12连接，机械增压器带轮9与高速电机带轮12间设有自适应张紧装置11，高速电机带轮12连接扭矩传感器13，扭矩传感器13连接高速电机14，高速电机14连接高速电机控制器18，高速电机14由螺栓17通过定位孔16安装在高速电机底座15上。
其中，自适应张紧装置包括自适应张紧装置气缸11-1、活塞连杆11-2、张紧轮11-3、高速电机带轮11-4，机械增压器4压气机出口连接自适应张紧装置气缸11-1，自适应张紧装置气缸11-1通过活塞连杆11-2连接张紧轮11-3，张紧轮11-3连接皮带10，皮带10连接高速电机带轮12。
工作过程：
首先调节4个丝杠19，使得机械增压器4与高速电机带轮12端面基本相平，然后启动高速电机控制器18，高速电机14带动高速电机带轮12在指定转速下工作，高速电机带轮12通过皮带10带动机械增压器带轮9同步转动，从而带动机械增压器4工作，在工作过程中，机械增压器4从压气机进口吸入大气，机械增压器4压气机出口的气体通过管路进入自适应张紧装置11，在不同的机械增压器4转速情况下，自适应张紧装置气缸11-1带动活塞连杆11-2上下移动，进而增加或减少张紧轮11-3的压力，从而增加或减少作用于皮带10上压力，即提供自适应皮带装置11不同的压力，避免低速皮带摩擦力过大，高速皮带打滑的情况，达到调节皮带的张紧力的作用，保证皮带轮的稳定工作。
在上述状态下进行试验，在试验中，通过测试机械增压器进、出口的压力、温度以及进口处的空气质量流量，计算机械增压器压比、进气流量与绝热压缩功，并根据压气机效率计算得到动力涡轮有效功率，从而研究机械增压器在不同工况下的气动性能，机械效率等。
以下实施例1、2为利用本发明的试验装置所做的测试，试验过程及试验结果如下：
实施例1
在机械增压器试验中，采用机械增压器，当高速电机转速为10000r/min时，压气机进口流量为0.23kg/s，压气机进口温度实测25℃，压气机出口温度实测75℃，压气机出口压力实测50kPa(表压)，机械增压器压比1.5，皮带无打滑现象，机械增压器工作正常。
实施例2
在机械增压器试验中，采用机械增压器，当高速电机转速为20000r/min时，压气机进口流量为0.41kg/s，压气机进口温度实测25℃，压气机出口温度实测120℃，压气机出口压力实测122kPa(表压)，机械增压器压比2.2、皮带无打滑现象，机械增压器工作正常。
对比例1
在无自适应张紧装置情况下，当高速电机转速达到10000r/min时，皮带发生打滑现象，高速电机无法保持机械增压器正常运行，无法继续进行机械增压器试验。
通过上述实施例和对比例，本发明的试验装置存在以下优点：
(1)本发明的试验装置能够保证在高速电机高速运行情况下(20000r/min)，皮带无打滑现象，机械增压器能够正常运行，保证了机械增压器试验的可靠性和稳定性，能够完成机械增压器100％全工况下(1000r/min-20000r/min)的试验测试工作，而现有技术中的试验装置的只能完成50％的工况试验(1000r/min-10000r/min)；
(2)本发明的试验装置无需额外提供压力，利用机械增压器工作过程中，压气机出口产生的压力，动态的调整皮带上的压力，使皮带保持合理的张紧力；
(3)本发明的试验装置避免了皮带打滑现象，提高机械增压器试验的稳定性，减少了皮带打滑产生的摩擦损耗，延长了皮带的使用寿命。
上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改变、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种自适应张紧的机械增压器试验装置，其特征在于，包括空气流量计(1)、第一温度传感器(2)、第一压力传感器(3)、机械增压器(4)、转速传感器(5)、第二温度传感器(6)、第二压力传感器(7)、压气机背压阀(8)、机械增压器带轮(9)、皮带(10)、自适应张紧装置(11)、高速电机带轮(12)、扭矩传感器(13)、高速电机(14)、高速电机底座(15)、高速电机控制器(18)以及相应的连接管路；
空气流量计(1)进口与大气相通，空气流量计(1)出口连接机械增压器(4)压气机进口，空气流量计(1)出口与机械增压器(4)压气机进口的连接管路上分别安装第一温度传感器(2)与第一压力传感器(3)，机械增压器(4)上安装转速传感器(5)，机械增压器(4)压气机出口连接压气机背压阀(8)，机械增压器(4)压气机出口与压气机背压阀(8)的连接管路上分别安装第二温度传感器(6)与第二压力传感器(7)，机械增压器带轮(9)连接机械增压器(4)转轴，机械增压器带轮(9)通过皮带(10)与高速电机带轮(12)连接，机械增压器带轮(9)与高速电机带轮(12)间设有自适应张紧装置(11)，高速电机带轮(12)连接扭矩传感器(13)，扭矩传感器(13)连接高速电机(14)，高速电机(14)连接高速电机控制器(18)。
2.如权利要求1所述的一种自适应张紧的机械增压器试验装置，其特征在于：自适应张紧装置包括自适应张紧装置气缸(11-1)、活塞连杆(11-2)、张紧轮(11-3)、高速电机带轮(12)，机械增压器(4)压气机出口连接自适应张紧装置气缸(11-1)，自适应张紧装置气缸(11-1)通过活塞连杆(11-2)连接张紧轮(11-3)，张紧轮(11-3)连接皮带(10)，皮带(10)连接高速电机带轮(12)。
3.如权利要求1所述的一种自适应张紧的机械增压器试验装置，其特征在于：高速电机(14)由螺栓(17)通过定位孔(16)安装在高速电机底座(15)上。
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