CN112362364A - 基于测功机的反拖起动装置及其反拖控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于测功机的反拖起动装置及其控制方法，该装置包括测功机（1）、从动轮（6）、皮带（7）、主动轮（8）、电机（9）、变频器（10）、主轴（21）、反拖离合器（3）、起动离合器（4）、超越离合器（5）及电磁控制组件；超越离合器包括同轴连接的外圈（51）和内圈（55）及在内外圈间自转的楔块（53）；测功机、反拖离合器、主轴、超越离合器和起动离合器在发动机（20）与从动轮间形成反拖传动轴；电机通过传动结构经反拖传动轴反拖发动机。本发明能通过对电机的转速控制实现电机对发动机的不点火反拖和点火起动功能，无需电力测功机即可实现噪声振动试验和机械损失功率试验等发动机试验，降低试验成本。

Description

基于测功机的反拖起动装置及其反拖控制方法

技术领域

本发明涉及一种发动机试验装置及方法，尤其涉及一种基于测功机的反拖起动装置及其控制方法。

背景技术

发动机是汽车的核心部件，在开发设计阶段需要对发动机进行大量的试验，例如发动机机械损失功率试验、发动机反拖噪声振动试验等，以确保发动机的性能符合设计要求。

在发动机试验过程中，必须使用测功机测量发动机的输出扭矩，通过输出扭矩和转速计算获得发动机的输出功率，用以检测发动机是否符合设计要求。目前，常用的测功机包括：电力测功机、电涡流测功机、水力测功机。其中，电力测功机与发动机输出轴连接后，可以如发电机一样吸收发动机的输出功率，并反馈到电网中，还可以如起动机一样反拖发动机运行，是较为先进的一种测功机，但价格较为昂贵，试验成本高。而电涡流测功机和水力测功机在与发动机输出轴连接后，可将发动机输出功率经机械能转成热能，由冷却水带走，其结构简单，且价格相对于电力测功机更便宜，仍普遍应用于发动机试验中。

现有技术的电涡流测功机和水力测功机只能吸收发动机功率，其没有反拖发动机的功能。根据《GBT 18297-2001 汽车发动机性能试验方法》等标准对发动机性能的测试规定中，在发动机的机械损失功率试验中，由于电涡流测功机和水力测功机不具备反拖功能无法进行此项试验，只能在电力测功机上进行。在进行噪声振动试验中，也有要求测功机对发动机进行反拖的需求，此试验也无法在电涡流测功机和水力测功机上进行，导致发动机试验的成本大大提高。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于测功机的反拖起动装置，能使电涡流测功机或水力测功机具有反拖功能，以满足发动机试验中对电机反拖发动机的试验要求，降低试验成本。

本发明的目的之二在于提供一种基于测功机的反拖起动装置的反拖控制方法，能在使用电涡流测功机或水力测功机进行发动机试验时，通过对电机的转速调节实现对发动机不点火反拖和点火起动功能，满足试验要求，降低试验成本。

本发明是这样实现的：

一种基于测功机的反拖起动装置，包括测功机、从动轮、皮带、主动轮、电机和变频器；测功机与发动机连接，皮带连接在从动轮与主动轮之间形成传动结构，传动结构的一端通过主动轮同轴连接至电机的输出轴，变频器与电机电连接；

所述的反拖起动装置还包括主轴、反拖离合器、起动离合器、超越离合器及电磁控制组件；超越离合器包括同轴连接的外圈和内圈、以及安装在内圈与外圈之间并能自转的楔块；反拖离合器包括反拖从动端和反拖主动端，起动离合器包括起动从动端和起动主动端；反拖从动端与测功机连接，反拖主动端、主轴、起动主动端及内圈同轴固定连接且同步转动，外圈、起动从动端及从动轮同轴固定连接且同步转动；电磁控制组件控制反拖离合器和起动离合器吸合，使测功机、反拖离合器、主轴、超越离合器和起动离合器在发动机与从动轮之间形成反拖传动轴；电磁控制组件控制反拖离合器吸合，电磁控制组件控制起动离合器释放，且外圈转速大于等于内圈转速时，超越离合器的外圈和内圈通过楔块锁紧，使测功机、反拖离合器、主轴、超越离合器和起动离合器在发动机与从动轮之间形成反拖传动轴；电机通过传动结构经反拖传动轴反拖发动机转动。

所述的电磁控制组件包括电流输出模块、继电器输出模块、电源变压器、第一气动电磁控制阀、第二气动电磁控制阀和气动三联件；电流输出模块的输出端与变频器的输入端连接，继电器输出模块的第三组继电器与变频器的输入端连接；继电器输出模块的第一组继电器串接在电源变压器与第一气动电磁控制阀之间，第一气动电磁控制阀的压缩空气入口与气动三联件的压缩空气出口连接，第一气动电磁控制阀的压缩空气出口与反拖离合器连接，使反拖从动端与反拖主动端吸合或释放；继电器输出模块的第二组继电器串接在电源变压器与第二气动电磁控制阀之间，第二气动电磁控制阀的压缩空气入口与气动三联件的压缩空气出口连接，第二气动电磁控制阀的压缩空气出口与起动离合器连接，使起动从动端与起动主动端吸合或释放。

所述的反拖起动装置还包括控制器、运行指示灯和故障指示灯；控制器与电磁控制组件连接；变频器的输出端连接运行指示灯和故障指示灯。

一种基于测功机的反拖起动装置的反拖控制方法，包括以下步骤：

步骤1：起动发动机试验；

步骤2：判断发动机的转速是否小于设定转速，若是，则执行步骤3，若否，则执行步骤9；

步骤3：判断是否允许电机反拖发动机，若是，则执行步骤4，若否，则执行步骤9；

步骤4：电磁控制组件控制反拖离合器的反拖从动端与反拖主动端吸合；

步骤5：电磁控制组件控制起动离合器的起动从动端与起动主动端吸合或释放；若发动机未点火，起动从动端与起动主动端吸合，并执行步骤6；若发动机点火，起动从动端与起动主动端释放，并执行步骤7；

步骤6：电机通过传动结构经反拖传动轴反拖发动机转动，转至步骤8；

步骤7：在电机的转速大于发动机的转速时，电机通过传动结构经反拖传动轴反拖发动机转动，并起动发动机；

步骤8：电磁控制组件调整变频器内的电机转速设定值，并起动变频器，使变频器控制电机转动；

步骤9：结束发动机试验过程。

所述的步骤4还包括：

步骤4.1：切换测功机的控制模式；

所述的测功机包括水力测功机或电涡流测功机，测功机的控制模式切换为P/P模式，并将水门和油门均设置为0，即反拖过程不对发动机进行加载；若测功机为水力测功机，先关闭水力测功机的供水；

步骤4.2：通过控制器控制继电器输出模块的第一路继电器吸合；

步骤4.3：电源变压器将电源经继电器输出模块的第一路继电器输出到第一气动电磁控制阀，切换第一气动电磁控制阀的气路方向；

步骤4.4：气动三联件将压缩空气过滤后通过第一气动电磁控制阀输送至反拖离合器，使反拖离合器的反拖从动端与反拖主动端吸合；

步骤4.5：延时第一延时时间阈，使继电器输出模块的第一路继电器及其所驱动的反拖离合器完全吸合。

在所述的步骤5中，电磁控制组件控制起动离合器的起动从动端与起动主动端吸合的分步骤包括：

步骤5.11：通过控制器控制继电器输出模块的第二路继电器吸合；

步骤5.12：电源变压器将电源经继电器输出模块的第二路继电器输出到第二气动电磁控制阀，切换第二气动电磁控制阀的气路方向；

步骤5.13：气动三联件将压缩空气过滤后通过第二气动电磁控制阀输送至起动离合器，使起动离合器的起动从动端与起动主动端吸合；

在所述的步骤5中，电磁控制组件控制起动离合器的起动从动端与起动主动端释放的分步骤包括：

步骤5.21：通过控制器控制继电器输出模块的第二路继电器释放；

步骤5.22：第二气动电磁控制阀释放，使其气路方向切换为释放压缩空气压力，使起动从动端与起动主动端释放。

所述的步骤6还包括：

步骤6.1：起动从动端与起动主动端吸合后，超越离合器被锁止在从动轮、起动离合器和主轴之间；

步骤6.2：超越离合器和主轴通过吸合的反拖离合器和起动离合器形成反拖传动轴，反拖传动轴的一端与从动轮同轴连接，反拖传动轴的另一端连接至测功机。

所述的步骤7包括：

步骤7.1：起动从动端与起动主动端释放后，超越离合器的内圈和外圈能相对独立转动；

在超越离合器起动的瞬间，若内圈的转速小于外圈的转速，则执行步骤7.2，若内圈的转速大于等于外圈的转速，则执行步骤7.4；

步骤7.2：当内圈的转速小于外圈的转速时，即发动机的转速小于电机的转速，楔块的两端与内圈和外圈接触，使内圈与外圈锁止并同步转动；

步骤7.3：超越离合器和主轴通过吸合的反拖离合器形成反拖传动轴，反拖传动轴的一端与从动轮同轴连接，反拖传动轴的另一端连接至测功机，转至步骤8；

步骤7.4：当内圈的转速大于等于外圈的转速时，即发动机的转速大于等于电机的转速，楔块的两端与内圈和外圈脱离，使内圈与外圈相互独立转动，电机不反拖发动机，发动机自转。

所述的步骤9还包括：

步骤9.1：通过控制器经串口控制电流输出模块的第一路电流输出端向变频器输出电流值，调整变频器内的电机转速设定值为0；

步骤9.2：延时第三延时时间阈，使电机缓慢停机；

步骤9.3：通过控制器控制继电器输出模块的第三组继电器释放，使变频器停机；

步骤9.4：通过控制器控制继电器输出模块的第一组继电器释放，使反拖离合器释放；

步骤9.5：通过控制器控制继电器输出模块的第二组继电器释放，使起动离合器释放；

步骤9.6：试验结束。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明的装置由于设有反拖离合器、起动离合器和超越离合器，在电磁控制组件的控制下与主轴形成反拖传动轴，能在发动机不点火时通过电机反拖发动机，或在发动机点火时通过电机反拖并起动发动机，以弥补采用电涡流测功机和水力测功机的发动机试验中电机无法反拖发动机的试验空缺。

2、本发明的装置由于设有起动离合器和超越离合器，在起动离合器吸合后，力由超越离合器外圈传递到内圈，再传递到主轴，能防止高速大扭矩工况下可能出现的超越离合器长时间运转导致的过早损坏问题。

3、本发明的方法在反拖离合器和起动离合器吸合的状态下，通过电磁控制组件对电机转速的设置，实现电机对未点火发动机的反拖功能；同时在反拖离合器吸合的状态下，通过电磁控制组件对电机转速的设置，在电机转速大于等于发动机转速时实现电机对点火发动机的反拖起动功能，满足采用电涡流测功机或水力测功机进行发动机试验时的各种试验要求，确保发动机的试验结果准确、有效、完整。

本发明能通过对电机的转速控制实现电机对发动机的不点火反拖和点火起动功能，使电机反拖发动机功能不受电涡流测功机或水力测功机的限制，无需使用电力测功机即可实现噪声振动试验和机械损失功率试验，在满足发动机试验要求的基础上大大降低了试验成本。

附图说明

图1是本发明基于测功机的反拖起动装置的控制原理图；

图2是本发明基于测功机的反拖起动装置中反拖传动轴的剖视图；

图3是本发明基于测功机的反拖起动装置中超越离合器的内圈与外圈锁止的剖面图；

图4是本发明基于测功机的反拖起动装置中超越离合器的内圈与外圈脱离的剖面图；

图5是本发明实施例1的反拖控制方法的流程图；

图6是本发明实施例2的反拖控制方法的流程图。

图中，1测功机，2扭矩传感器，3反拖离合器，31反拖从动端，32反拖主动端，4起动离合器，41起动从动端，42起动主动端，5超越离合器，51外圈，52挡销，53楔块，54弹簧，55内圈，6从动轮，7皮带，8主动轮，9电机，10变频器，11控制器，12电流输出模块，13继电器输出模块，14电源变压器，15第一气动电磁控制阀，16第二气动电磁控制阀，17气动三联件，18运行指示灯，19故障指示灯，20发动机，21主轴，211轴承，212支撑座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图1，一种基于测功机的反拖起动装置，包括测功机1、扭矩传感器2、从动轮6、皮带7、主动轮8、电机9和变频器10；测功机1与发动机20连接，且测功机1与发动机20之间设有扭矩传感器2；皮带7连接在从动轮6与主动轮8之间形成传动结构，传动结构的一端通过主动轮8同轴连接至电机9的输出轴，变频器10与电机9电连接。

请参见附图1和附图2，所述的反拖起动装置还包括主轴21、反拖离合器3、起动离合器4、超越离合器5及电磁控制组件；主轴21通过轴承211安装在支撑座212上，超越离合器5包括同轴连接的外圈51和内圈55、以及安装在内圈55与外圈51之间并能自转的楔块53；反拖离合器3包括反拖从动端31和反拖主动端32，起动离合器4包括起动从动端41和起动主动端42；反拖从动端31与测功机1连接，反拖主动端32、主轴21、起动主动端42及内圈55同轴固定连接且同步转动，外圈51、起动从动端41及从动轮6同轴固定连接且同步转动；电磁控制组件控制反拖离合器3和起动离合器4吸合，使测功机1、反拖离合器3、主轴21、超越离合器5和起动离合器4在发动机20与从动轮6之间形成反拖传动轴；电磁控制组件控制反拖离合器3吸合，电磁控制组件控制起动离合器4释放，且外圈51转速大于等于内圈55转速时，超越离合器5的外圈51和内圈55通过楔块53锁紧，使测功机1、反拖离合器3、主轴21、超越离合器5和起动离合器4在发动机20与从动轮6之间形成反拖传动轴；电机9通过传动结构经反拖传动轴反拖发动机20转动。

请参见附图3和附图4，所述的楔块53通过弹簧54安装在内圈55与外圈51之间，且楔块53能在弹簧54的弹力作用下绕弹簧54的轴心自转；内圈55与外圈51之间设有若干根挡销52，楔块53能在若干根挡销52之间通过弹簧54自转，使楔块53的两端与内圈55和外圈51接触或脱离。当楔块53的两端与内圈55和外圈51接触时，在摩擦力的作用下，内圈55与外圈51锁止且能同步转动，使超越离合器5处于接合状态，即形成一个能传力的整体结构。当楔块53的两端与内圈55和外圈51脱离时，使超越离合器5处于超越状态，即内圈55与外圈51相对转动。

所述的电磁控制组件包括电流输出模块12、继电器输出模块13、电源变压器14、第一气动电磁控制阀15、第二气动电磁控制阀16和气动三联件17；电流输出模块12的第一路电流输出端与变频器10的模拟量控制输入端连接，继电器输出模块13内设有至少三组继电器，继电器输出模块13的第三组继电器即第三路输出端与变频器10的第一路I/O输入端连接；继电器输出模块13的第一组继电器串接在电源变压器14与第一气动电磁控制阀15之间，第一气动电磁控制阀15的压缩空气入口与气动三联件17的压缩空气出口连接，第一气动电磁控制阀15的压缩空气出口与反拖离合器3连接，使反拖从动端31与反拖主动端32吸合或释放；继电器输出模块13的第二组继电器串接在电源变压器14与第二气动电磁控制阀16之间，第二气动电磁控制阀16的压缩空气入口与气动三联件17的压缩空气出口连接，第二气动电磁控制阀16的压缩空气出口与起动离合器4连接，使起动从动端41与起动主动端42吸合或释放。

所述的反拖起动装置还包括控制器11，控制器11通过串口分别与电磁控制组件的电流输出模块12和继电器输出模块13连接，控制器11可采用现有技术的计算机设备，控制准确性更高且更自动化、智能化。从而通过控制器11控制电流输出模块12的电流大小，用于调整变频器10内的电机转速设定值，以及继电器输出模块13的至少三组继电器的吸合或释放。

所述的变频器10的第一路I/O输出端连接运行指示灯18，用于显示变频器10的运行状态。

所述的变频器10的第二路I/O输出端连接故障指示灯19，用于显示变频器10的故障状态。

一种基于测功机的反拖起动装置的反拖控制方法，包括以下步骤：

步骤1：通过控制器11和发动机试验台架的按钮起动发动机试验。

步骤2：判断发动机20的转速是否小于设定转速，若是，则执行步骤3，若否，则执行步骤9。所述的设定转速优选为50r/min，设定转速的值可根据被测发动机性能等因素确定，用于确保发动机20处于可被安全反拖的试验状态。

步骤3：判断是否允许电机9反拖发动机20，若是，则执行步骤4，若否，则执行步骤9。是否允许电机9反拖发动机20由各项发动机试验中的具体要求确定，如水温、机油温度、机油压力、燃油温度等，确保发动机20能被安全进行反拖。。

步骤4：电磁控制组件控制反拖离合器3的反拖从动端31与反拖主动端32吸合。

步骤4.1：切换测功机1的控制模式。

所述的测功机1包括水力测功机或电涡流测功机，测功机1的控制模式切换为P/P模式（即测功机水门和发动机油门控制模式），并将水门和油门均设置为0，即反拖过程不对发动机20进行加载。

若所述的测功机1为水力测功机，应先关闭水力测功机的供水，使水力测功机在反拖发动机20的试验过程中不加载扭矩。

步骤4.2：通过控制器11经串口控制继电器输出模块13的第一路继电器吸合。

步骤4.3：电源变压器14将220V电源转换成24V电源后经继电器输出模块13的第一路继电器输出到第一气动电磁控制阀15，切换第一气动电磁控制阀15的气路方向。

步骤4.4：气动三联件17将压缩空气过滤后从6bar调压至3bar，并通过第一气动电磁控制阀15输送至反拖离合器3，使反拖离合器3的反拖从动端31与反拖主动端32吸合。反拖离合器3吸合后，反拖从动端31和反拖主动端32锁紧成一体结构用于力的传递。

步骤4.5：延时第一延时时间阈，以确保继电器输出模块13的第一路继电器及其所驱动的反拖离合器3已经完全吸合。第一延时阈可根据继电器输出模块13的性能确定，优选为2s。

步骤5：电磁控制组件控制起动离合器4的起动从动端41与起动主动端42吸合或释放；若发动机未点火，起动从动端41与起动主动端42吸合，并执行步骤6；若发动机点火，起动从动端41与起动主动端42释放，并执行步骤7。

所述的电磁控制组件控制起动离合器4的起动从动端41与起动主动端42吸合的分步骤包括：

步骤5.11：通过控制器11经串口控制继电器输出模块13的第二路继电器吸合。

步骤5.12：电源变压器14将220V电源转换成24V电源后经继电器输出模块13的第二路继电器输出到第二气动电磁控制阀16，切换第二气动电磁控制阀16的气路方向。

步骤5.13：气动三联件17将压缩空气过滤后从6bar调压至3bar，并通过第二气动电磁控制阀16输送至起动离合器4，使起动离合器4的起动从动端41与起动主动端42吸合。起动离合器4吸合后，起动从动端41和起动主动端42锁紧成一体结构用于力的传递。

所述的电磁控制组件控制起动离合器4的起动从动端41与起动主动端42释放的分步骤包括：

步骤5.21：通过控制器11经串口控制继电器输出模块13的第二路继电器释放。

步骤5.22：第二气动电磁控制阀16释放，使其气路方向切换为释放压缩空气压力，使起动从动端41与起动主动端42释放。

步骤6：电机9通过传动结构经反拖传动轴反拖发动机20转动，转至步骤8。

步骤6.1：起动从动端41与起动主动端42吸合后，超越离合器5被锁止在从动轮6、起动离合器4和主轴21之间，即超越离合器5的内圈55和外圈51不起作用，仅作为一个整体的传力结构。由于内圈55与主轴21和从动轮6固定连接，外圈51与起动从动端41固定连接，起动主动端42与主轴21固定连接，在起动从动端41与起动主动端42吸合后，能使内圈55和外圈51锁止在主轴21上并在从动轮6的带动下同步转动。

步骤6.2：超越离合器5和主轴21通过吸合的反拖离合器3和起动离合器4形成反拖传动轴，反拖传动轴的一端与从动轮6同轴连接，反拖传动轴的另一端连接至测功机1。

步骤7：在电机9的转速大于发动机20的转速时，电机9通过传动结构经反拖传动轴反拖发动机20转动，并起动发动机20。

步骤7.1：起动从动端41与起动主动端42释放后，超越离合器5的内圈55和外圈51能相对独立转动，即超越离合器5起作用。

在超越离合器5起动的瞬间，若内圈55的转速小于外圈51的转速，则执行步骤7.2，若内圈55的转速大于等于外圈51的转速，则执行步骤7.4。

步骤7.2：当内圈55的转速小于外圈51的转速时，即发动机20的转速小于电机9的转速，楔块53的两端与内圈55和外圈51接触，使内圈55与外圈51锁止并同步转动。

步骤7.3：超越离合器5和主轴21通过吸合的反拖离合器3形成反拖传动轴，反拖传动轴的一端与从动轮6同轴连接，反拖传动轴的另一端连接至测功机1，转至步骤8。

步骤7.4：当内圈55的转速大于等于外圈51的转速时，即发动机20的转速大于等于电机9的转速，楔块53的两端与内圈55和外圈51脱离，使内圈55与外圈51相互独立转动，电机9不反拖发动机20，发动机20自转。

步骤8：电磁控制组件调整变频器10内的电机转速设定值，并起动变频器10，使变频器10控制电机9转动。

步骤8.1：通过控制器11经串口控制电流输出模块12的第一路电流输出端向变频器10输出电流值，调整变频器10内的电机转速设定值。

优选的，电流输出模块12输出的电流值范围为4-20mA，其对应的变频器10内的电机转速设定值为0-3000r/min。

在电流输出模块12的第一路电流输出端输出电流值后，可延时第二延时时间阈，以确保变频器10将电机转速设定值写入控制面板中，用于控制电机9的运行。第二延时时间阈可根据变频器10的性能确定，优选为2-3s。

步骤8.2：通过控制器11经串口控制继电器输出模块13的第三路继电器吸合，使变频器10起动。

步骤9：结束发动机20试验过程。

步骤9.1：通过控制器11经串口控制电流输出模块12的第一路电流输出端向变频器10输出电流值，调整变频器10内的电机转速设定值为0。

步骤9.2：延时第三延时时间阈，使电机9的转速缓慢下降至0r/min，即等待变频器10驱动高速转动的电机9停机。第三延时时间阈可根据电机9的转速确定，确保高速转动的电机9能安全、缓慢的停机即可，优选为5s。

步骤9.3：通过控制器11经串口控制继电器输出模块13的第三组继电器释放，使变频器10停止。

在继电器输出模块13的第三组继电器释放后可延时第四延时时间阈，确保变频器10停止。第四延时时间阈可根据变频器10的性能确定，优选为2s。

步骤9.4：通过控制器11经串口控制继电器输出模块13的第一组继电器释放，使反拖离合器3释放。

控制器11经串口控制继电器输出模块13时，可延时第五延时时间阈，确保继电器输出模块13的第一组继电器及其所驱动的反拖离合器3已经完全释放。

步骤9.5：通过控制器11经串口控制继电器输出模块13的第二组继电器释放，使起动离合器4释放，若起动离合器4原本就处于释放状态，通过继电器输出模块13第二组继电器的释放来确保起动离合器4的可靠释放，防止意外发生。

步骤9.6：试验结束。

请参见附图5，实施例1：采用本发明基于测功机的反拖起动装置反拖未点火的发动机20至需要的转速。

在本实施例中，控制器11可采用现有技术的计算机设备，并配置与发动机试验台架相应的控制软件，控制软件可采用奕科发动机台架测控软件，继电器输出模块13的型号为泓格I-7060D，电流输出模块12的型号为泓格I-7024，电机9的型号为1PH7224-2MF00-0AA3，变频器10的型号为ASC8000-17-0140-3+N671+L502+K458，气动三联件17的型号为AC2000-02，扭矩传感器2的型号为KISTLER 4542AN1C，起动离合器4的型号为QLY02，反拖离合器3的型号为QLY01，超越离合器5的型号为CKA140，测功机1的型号为奕科WE51水力测功机。

具体试验过程如下：

第1步，按下控制器11的计算机中的反拖发动机按钮。

第2步，发动机点火为0，即通过发动机试验台架切断对发动机20的供电，保证发动机20只能被动反拖，不会点火运行。

第3步，控制器11中的程序判断发动机20的转速是否小于50r/min，若否，则直接跳转至第14步，结束试验过程，以防止在发动机20运转过程中起动反拖起动装置。若是，则进入第4步。

第4步，控制器11中的程序判断允许反拖是否为1，若否，则直接跳转至第14步，结束试验过程，说明当前程序判断有其它状态没有达到允许反拖的条件。若是，则进入第5步。

第5步，关闭水力测功机（即测功机1）的供水，使其在反拖发动机20的过程中不加载扭矩。

第6步，将水力测功机的控制模式切换为P/P模式（即测功机水门和发动机油门控制模式），并将水门和油门均设置为0，即反拖过程不对发动机20进行加载。

第7步，通过控制器11控制继电器输出模块13的第1通道为1，即继电器输出模块13的第一路继电器吸合，最终使反拖离合器3吸合。

具体流程如下：电源变压器14将220V电压转换成24V后输出，通过继电器输出模块13的第一路继电器到第一气动电磁控制阀15，使其切换气路方向。压缩空气经气动三联件17进行过滤调压，由6bar调整至3bar，调压后的压缩空气经第一气动电磁控制阀15送至反拖离合器3使其吸合，反拖离合器3的输出端与输入端锁紧，形成一个整体，可将输入端与输出端之间形成力传递。

第8步，延时2秒，可保证继电器输出模块13的第一路继电器及其所驱动的反拖离合器3已完全吸合。

第9步，通过控制器11控制继电器输出模块13的第2通道为1，即继电器输出模块13的第二路继电器吸合，电源变压器14将220V电压转换成24V后输出，通过继电器输出模块13的第二路继电器到第二气动电磁控制阀16，使其切换气路方向。压缩空气经气动三联件17进行过滤调压，由6bar调整至3bar，调压后的压缩空气经第二气动电磁控制阀16送至起动离合器4使其吸合。

第10步，延时2秒，可保证继电器输出模块13的第二路继电器及其所驱动的起动离合器4已完全吸合；超越离合器5的外圈51同时与起动离合器4的起动从动端41、从动轮6相连，超越离合器5的内圈55与主轴21相连，主轴21同时与起动离合器4的起动主动端42、反拖离合器3的反拖主动端31相连。当起动离合器4吸合后，可以锁止超越离合器5的内圈55和外圈。超越离合器5和主轴21通过吸合的反拖离合器3和起动离合器4形成反拖传动轴，反拖传动轴的一端与从动轮6同轴连接，反拖传动轴的另一端连接至测功机1。

第11步，通过控制器11控制电流输出模块12的第一路电流输出端向变频器10的第1路模拟量输入端输出电流值为7.2mA，即控制变频器10内的电机转速设定值为600r/min，电流值与电机转速设定值的对应关系为：4-20mA对应0-3000r/min，换算过程为：(3000-0)/(20-4)*(7.2-4)=600r/min。

第12步，延时2秒，可保证变频器10已将电机转速设定值正确写入控制面板中，等待下一步控制指令。

第13步，通过控制器11控制继电器输出模块13的第3通道为1，即继电器输出模块13的第三路继电器吸合，变频器10的第一路I/O输入端与继电器输出模块13的第3路输出端相连，使变频器10起动并驱动电机9至设定的转速。

电机9运转后，依次驱动主动轮7、皮带8、从动轮6、起动离合器4、主轴21、反拖离合器3、测功机1、扭矩传感器2、发动机20。最终发动机20受电机9反拖，发动机20转速与电机9同步，通过控制器11中的软件程序可更改变频器10的电机转速设定值，从而更改发动机20的转速，即可对发动机20进行机械损失功率试验和噪声振动试验。

第14步，结束试验过程。

第14.1步，按下控制器11中的停机按钮。

第14.2步，控制器11控制电流输出模块12的第1路为4mA，即控制变频器10的电机转速设定值等于0r/min，换算过程为：(3000-0)/(20-4)*(4-4)= 0r/min。

第14.3步，延时5秒，可保证变频器10驱动电机9由原来的高速运转缓慢下降至0r/min，即停机。

第14.4步，控制器11控制继电器输出模块13的第3通道等于0，即继电器输出模块13的第三路继电器释放，最终使变频器10停止。

第14.5步，延时2秒，可保证变频器10已完成停止动作。

第14.6步，控制器11控制继电器输出模块13的第1通道为0，即继电器输出模块13的第一路继电器释放，最终使反拖离合器3释放。

第14.7步，延时2秒，可保证继电器输出模块13的第一路继电器及其所驱动的反拖离合器3已完全释放。

第14.8步，控制器11控制继电器输出模块13的第2通道为0，即继电器输出模块13的第二路继电器释放，最终使起动离合器4释放。

第14.9步，结束整个试验过程。

请参见附图6，实施例2：采用本发明基于测功机的反拖起动装置起动已点火的发动机20，不使用发动机20原有的起动机。

在本实施例中，控制器11可采用现有技术的计算机设备，并配置与发动机试验台架相应的控制软件，控制软件可采用奕科发动机台架测控软件，继电器输出模块13的型号为泓格I-7060D，电流输出模块12的型号为泓格I-7024，电机9的型号为1PH7224-2MF00-0AA3，变频器10的型号为ASC8000-17-0140-3+N671+L502+K458，气动三联件17的型号为AC2000-02，扭矩传感器2的型号为KISTLER 4542AN1C，起动离合器4的型号为QLY02，反拖离合器3的型号为QLY01，超越离合器5的型号为CKA140，测功机1的型号为奕科WE51水力测功机。

具体试验过程如下：

第1步，按下控制器11的计算机中的起动发动机按钮。

第2步，发动机点火为1，即通过发动机试验台架为发动机20供电。

第3步，控制器11中的程序判断发动机20的转速是否小于50r/min，若否，则直接跳转至第14步，结束试验过程，以防止在发动机20运转过程中起动反拖起动装置。若是，则进入第4步。

第4步，控制器11中的程序判断允许反拖是否为1，若否，则直接跳转至第14步，结束试验过程，说明当前程序判断有其它状态没有达到允许反拖的条件。若是，则进入第5步。

第5步，关闭水力测功机（即测功机1）的供水，使其在反拖发动机20的过程中不加载扭矩。

第6步，将水力测功机的控制模式切换为P/P模式（即测功机水门和发动机油门控制模式），并将水门和油门均设置为0，即反拖过程不对发动机20进行加载。

第7步，通过控制器11控制继电器输出模块13的第1通道为1，即继电器输出模块13的第一路继电器吸合，最终使反拖离合器3吸合。

具体流程如下：电源变压器14将220V电压转换成24V后输出，通过继电器输出模块13的第一路继电器到第一气动电磁控制阀15，使其切换气路方向。压缩空气经气动三联件17进行过滤调压，由6bar调整至3bar，调压后的压缩空气经第一气动电磁控制阀15送至反拖离合器3使其吸合，反拖离合器3的输出端与输入端锁紧，形成一个整体，可将输入端与输出端之间形成力传递。

第8步，延时2秒，可保证继电器输出模块13的第一路继电器及其所驱动的反拖离合器3已完全吸合。

第9步，通过控制器11控制继电器输出模块13的第2通道为0，即继电器输出模块13的第二路继电器释放，电源变压器14将220V电压转换成24V后输出，通过继电器输出模块13的第二路继电器到第二气动电磁控制阀16，使其切换气路方向，使起动离合器4释放。

第10步，延时2秒，可保证继电器输出模块13的第二路继电器及其所驱动的起动离合器4已完全释放。

超越离合器5的外圈51同时与起动离合器4的起动从动端41、从动轮6相连，超越离合器5的内圈55与主轴21相连，主轴21同时与起动离合器4的起动主动端42、反拖离合器3的反拖主动端32相连。当起动离合器4释放后，超越离合器5将起作用，在超越离合器5起动的瞬间，外圈51的转速大于等于内圈55的转速时，楔块53自动锁住内圈55和外圈51，可将力由外圈51传至内圈55。

第11步，通过控制器11控制电流输出模块12的第一路电流输出端向变频器10的第1路模拟量输入端输出电流值为7.2mA，即控制变频器10内的电机转速设定值为600r/min，电流值与电机转速设定值的对应关系为：4-20mA对应0-3000r/min，换算过程为：(3000-0)/(20-4)*(7.2-4)=600r/min。

第12步，延时3秒，可保证变频器10已将电机转速设定值正确写入控制面板中，等待下一步控制指令。

第13步，通过控制器11控制继电器输出模块13的第3通道为1，即继电器输出模块13的第三路继电器吸合，变频器10的第一路I/O输入端与继电器输出模块13的第3路输出端相连，使变频器10起动并驱动电机9至设定的转速。

电机9运转后，依次驱动主动轮7、皮带8、从动轮6、超越离合器5、起动离合器4、主轴21、反拖离合器3、测功机1、扭矩传感器2、发动机20。最终发动机20受电机9反拖，发动机20自身点火运转，通过控制器11中的软件程序可更改变频器10的电机转速设定值，从而更改发动机20的转速，即可对发动机20进行机械损失功率试验和噪声振动试验。

第14步，结束试验过程。

第14.1步，按下控制器11中的停机按钮。

第14.2步，控制器11控制电流输出模块12的第1路为4mA，即控制变频器10的电机转速设定值等于0r/min，换算过程为：(3000-0)/(20-4)*(4-4)= 0r/min。

第14.3步，延时5秒，可保证变频器10驱动电机9由原来的高速运转缓慢下降至0r/min，即停机。

第14.4步，控制器11控制继电器输出模块13的第3通道等于0，即继电器输出模块13的第三路继电器释放，最终使变频器10停止。

第14.5步，延时2秒，可保证变频器10已完成停止动作。

第14.6步，控制器11控制继电器输出模块13的第1通道为0，即继电器输出模块13的第一路继电器释放，最终使反拖离合器3释放。

第14.7步，延时2秒，可保证继电器输出模块13的第一路继电器及其所驱动的反拖离合器3已完全释放。

第14.8步，结束整个试验过程。

实施例3：采用本发明基于测功机的反拖起动装置起动已点火的发动机20，不使用发动机20原有的起动机。

在本实施例中，控制器11可采用现有技术的计算机设备，并配置与发动机试验台架相应的控制软件，控制软件可采用奕科发动机台架测控软件，继电器输出模块13的型号为泓格I-7060D，电流输出模块13的型号为泓格I-7024，电机9的型号为1PH7224-2MF00-0AA3，变频器10的型号为ASC8000-17-0140-3+N671+L502+K458，气动三联件17的型号为AC2000-02，扭矩传感器2的型号为KISTLER 4542AN1C，起动离合器4的型号为QLY02，反拖离合器3的型号为QLY01，超越离合器5的型号为CKA140，测功机1的型号为奕科WE51水力测功机。

具体试验过程如下：

第1步，按下控制器11的计算机中的起动发动机按钮。

第2步，发动机点火为1，即通过发动机试验台架为发动机20供电。

第3步，控制器11中的程序判断发动机20的转速是否小于50r/min，若否，则直接跳转至第11步，结束试验过程，以防止在发动机20运转过程中起动反拖起动装置。若是，则进入第4步。

第4步，控制器11中的程序判断允许反拖是否为1，若否，则直接跳转至第11步，结束试验过程，说明当前程序判断有其它状态没有达到允许反拖的条件。若是，则进入第5步。

第5步，关闭水力测功机（即测功机1）的供水，使其在反拖发动机20的过程中不加载扭矩。

第6步，将水力测功机的控制模式切换为P/P模式（即测功机水门和发动机油门控制模式），并将水门和油门均设置为0，即反拖过程不对发动机20进行加载。

第7步，通过控制器11控制继电器输出模块13的第1通道为1，即继电器输出模块13的第一路继电器吸合，最终使反拖离合器3吸合。

具体流程如下：电源变压器14将220V电压转换成24V后输出，通过继电器输出模块13的第一路继电器到第一气动电磁控制阀15，使其切换气路方向。压缩空气经气动三联件17进行过滤调压，由6bar调整至3bar，调压后的压缩空气经第一气动电磁控制阀15送至反拖离合器3使其吸合，反拖离合器3的输出端与输入端锁紧，形成一个整体，可将输入端与输出端之间形成力传递。

第8步，延时2秒，可保证继电器输出模块13的第一路继电器及其所驱动的反拖离合器3已完全吸合。

第9步，通过控制器11控制继电器输出模块13的第2通道为0，即继电器输出模块13的第二路继电器释放，电源变压器14将220V电压转换成24V后输出，通过继电器输出模块13的第二路继电器到第二气动电磁控制阀16，使其切换气路方向，使起动离合器4释放。

第10步，延时2秒，可保证继电器输出模块13的第二路继电器及其所驱动的起动离合器4已完全释放。

超越离合器5的外圈51同时与起动离合器4的起动从动端41、从动轮6相连，超越离合器5的内圈55与主轴21相连，主轴21同时与起动离合器4的起动主动端42、反拖离合器3的反拖主动端32相连。当起动离合器4释放后，超越离合器5将起作用，在超越离合器5起动的瞬间，当超越离合器5的外圈51的转速小于内圈55的转速时，楔块53不与内圈55和外圈51接触，内圈55和外圈51独立运转，外圈51与内圈55不传递力。发动机20独立运转，不受电机9拖动，可对发动机20进行相关性能试验。

第11步，结束试验过程。

第11.1步，按下控制器11中的停机按钮。

第11.2步，控制器11控制继电器输出模块13的第1通道为0，即继电器输出模块13的第一路继电器释放，最终使反拖离合器3释放。

第11.3步，延时2秒，可保证继电器输出模块13的第一路继电器及其所驱动的反拖离合器3已完全释放。

第11.4步，结束整个试验过程。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于测功机的反拖起动装置，包括测功机（1）、从动轮（6）、皮带（7）、主动轮（8）、电机（9）和变频器（10）；测功机（1）与发动机（20）连接，皮带（7）连接在从动轮（6）与主动轮（8）之间形成传动结构，传动结构的一端通过主动轮（8）同轴连接至电机（9）的输出轴，变频器（10）与电机（9）电连接；

其特征是：所述的反拖起动装置还包括主轴（21）、反拖离合器（3）、起动离合器（4）、超越离合器（5）及电磁控制组件；超越离合器（5）包括同轴连接的外圈（51）和内圈（55）、以及安装在内圈（55）与外圈（51）之间并能自转的楔块（53）；反拖离合器（3）包括反拖从动端（31）和反拖主动端（32），起动离合器（4）包括起动从动端（41）和起动主动端（42）；反拖从动端（31）与测功机（1）连接，反拖主动端（32）、主轴（21）、起动主动端（42）及内圈（55）同轴固定连接且同步转动，外圈（51）、起动从动端（41）及从动轮（6）同轴固定连接且同步转动；电磁控制组件控制反拖离合器（3）和起动离合器（4）吸合，使测功机（1）、反拖离合器（3）、主轴（21）、超越离合器（5）和起动离合器（4）在发动机（20）与从动轮（6）之间形成反拖传动轴；电磁控制组件控制反拖离合器（3）吸合，电磁控制组件控制起动离合器（4）释放，且外圈（51）转速大于等于内圈（55）转速时，超越离合器（5）的外圈（51）和内圈（55）通过楔块（53）锁紧，使测功机（1）、反拖离合器（3）、主轴（21）、超越离合器（5）和起动离合器（4）在发动机（20）与从动轮（6）之间形成反拖传动轴；电机（9）通过传动结构经反拖传动轴反拖发动机（20）转动。

2.根据权利要求1所述的基于测功机的反拖起动装置，其特征是：电磁控制组件包括电流输出模块（12）、继电器输出模块（13）、电源变压器（14）、第一气动电磁控制阀（15）、第二气动电磁控制阀（16）和气动三联件（17）；电流输出模块（12）的输出端与变频器（10）的输入端连接，继电器输出模块（13）的第三组继电器与变频器（10）的输入端连接；继电器输出模块（13）的第一组继电器串接在电源变压器（14）与第一气动电磁控制阀（15）之间，第一气动电磁控制阀（15）的压缩空气入口与气动三联件（17）的压缩空气出口连接，第一气动电磁控制阀（15）的压缩空气出口与反拖离合器（3）连接，使反拖从动端（31）与反拖主动端（32）吸合或释放；继电器输出模块（13）的第二组继电器串接在电源变压器（14）与第二气动电磁控制阀（16）之间，第二气动电磁控制阀（16）的压缩空气入口与气动三联件（17）的压缩空气出口连接，第二气动电磁控制阀（16）的压缩空气出口与起动离合器（4）连接，使起动从动端（41）与起动主动端（42）吸合或释放。

3.根据权利要求1或2所述的基于测功机的反拖起动装置，其特征是：所述的反拖起动装置还包括控制器（11）、运行指示灯（18）和故障指示灯（19）；控制器（11）与电磁控制组件连接；变频器（10）的输出端连接运行指示灯（18）和故障指示灯（19）。

4.一种权利要求1所述的基于测功机的反拖起动装置的反拖控制方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：起动发动机试验；

步骤2：判断发动机（20）的转速是否小于设定转速，若是，则执行步骤3，若否，则执行步骤9；

步骤3：判断是否允许电机（9）反拖发动机（20），若是，则执行步骤4，若否，则执行步骤9；

步骤4：电磁控制组件控制反拖离合器（3）的反拖从动端（31）与反拖主动端（32）吸合；

步骤5：电磁控制组件控制起动离合器（4）的起动从动端（41）与起动主动端（42）吸合或释放；若发动机未点火，起动从动端（41）与起动主动端（42）吸合，并执行步骤6；若发动机点火，起动从动端（41）与起动主动端（42）释放，并执行步骤7；

步骤6：电机（9）通过传动结构经反拖传动轴反拖发动机（20）转动，转至步骤8；

步骤7：在电机（9）的转速大于发动机（20）的转速时，电机（9）通过传动结构经反拖传动轴反拖发动机（20）转动，并起动发动机（20）；

步骤8：电磁控制组件调整变频器（10）内的电机转速设定值，并起动变频器（10），使变频器（10）控制电机（9）转动；

步骤9：结束发动机（20）试验过程。

5.根据权利要求4所述的反拖控制方法，其特征是：所述的步骤4还包括：

步骤4.1：切换测功机（1）的控制模式；

所述的测功机（1）包括水力测功机或电涡流测功机，测功机（1）的控制模式切换为P/P模式，并将水门和油门均设置为0，即反拖过程不对发动机（20）进行加载；若测功机（1）为水力测功机，先关闭水力测功机的供水；

步骤4.2：通过控制器（11）控制继电器输出模块（13）的第一路继电器吸合；

步骤4.3：电源变压器（14）将电源经继电器输出模块（13）的第一路继电器输出到第一气动电磁控制阀（15），切换第一气动电磁控制阀（15）的气路方向；

步骤4.4：气动三联件（17）将压缩空气过滤后通过第一气动电磁控制阀（15）输送至反拖离合器（3），使反拖离合器（3）的反拖从动端（31）与反拖主动端（32）吸合；

步骤4.5：延时第一延时时间阈，使继电器输出模块（13）的第一路继电器及其所驱动的反拖离合器（3）完全吸合。

6.根据权利要求4所述的反拖控制方法，其特征是：在所述的步骤5中，电磁控制组件控制起动离合器（4）的起动从动端（41）与起动主动端（42）吸合的分步骤包括：

步骤5.11：通过控制器（11）控制继电器输出模块（13）的第二路继电器吸合；

步骤5.12：电源变压器（14）将电源经继电器输出模块（13）的第二路继电器输出到第二气动电磁控制阀（16），切换第二气动电磁控制阀（16）的气路方向；

步骤5.13：气动三联件（17）将压缩空气过滤后通过第二气动电磁控制阀（16）输送至起动离合器（4），使起动离合器（4）的起动从动端（41）与起动主动端（42）吸合。

7.根据权利要求4所述的反拖控制方法，其特征是：在所述的步骤5中，电磁控制组件控制起动离合器（4）的起动从动端（41）与起动主动端（42）释放的分步骤包括：

步骤5.21：通过控制器（11）控制继电器输出模块（13）的第二路继电器释放；

步骤5.22：第二气动电磁控制阀（16）释放，使其气路方向切换为释放压缩空气压力，使起动从动端（41）与起动主动端（42）释放。

8.根据权利要求4所述的反拖控制方法，其特征是：所述的步骤6还包括：

步骤6.1：起动从动端（41）与起动主动端（42）吸合后，超越离合器（5）被锁止在从动轮（6）、起动离合器（4）和主轴（21）之间；

步骤6.2：超越离合器（5）和主轴（21）通过吸合的反拖离合器（3）和起动离合器（4）形成反拖传动轴，反拖传动轴的一端与从动轮（6）同轴连接，反拖传动轴的另一端连接至测功机（1）。

9.根据权利要求4所述的反拖控制方法，其特征是：所述的步骤7包括：

步骤7.1：起动从动端（41）与起动主动端（42）释放后，超越离合器（5）的内圈（55）和外圈（51）能相对独立转动；

在超越离合器（5）起动的瞬间，若内圈（55）的转速小于外圈（51）的转速，则执行步骤7.2，若内圈（55）的转速大于等于外圈（51）的转速，则执行步骤7.4；

步骤7.2：当内圈（55）的转速小于外圈（51）的转速时，即发动机（20）的转速小于电机（9）的转速，楔块（53）的两端与内圈（55）和外圈（51）接触，使内圈（55）与外圈（51）锁止并同步转动；

步骤7.3：超越离合器（5）和主轴（21）通过吸合的反拖离合器（3）形成反拖传动轴，反拖传动轴的一端与从动轮（6）同轴连接，反拖传动轴的另一端连接至测功机（1），转至步骤8；

步骤7.4：当内圈（55）的转速大于等于外圈（51）的转速时，即发动机（20）的转速大于等于电机（9）的转速，楔块（53）的两端与内圈（55）和外圈（51）脱离，使内圈（55）与外圈（51）相互独立转动，电机（9）不反拖发动机（20），发动机（20）自转。

10.根据权利要求4所述的反拖控制方法，其特征是：所述的步骤9还包括：

步骤9.1：通过控制器（11）经串口控制电流输出模块（12）的第一路电流输出端向变频器（10）输出电流值，调整变频器（10）内的电机转速设定值为0；

步骤9.2：延时第三延时时间阈，使电机（9）缓慢停机；

步骤9.3：通过控制器（11）控制继电器输出模块（13）的第三组继电器释放，使变频器（10）停机；

步骤9.4：通过控制器（11）控制继电器输出模块（13）的第一组继电器释放，使反拖离合器（3）释放；

步骤9.5：通过控制器（11）控制继电器输出模块（13）的第二组继电器释放，使起动离合器（4）释放；

步骤9.6：试验结束。

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