（车辆工程专业论文）机油泵性能试验台的研制及机理研究.pdf

南京理l ：人学i - 仔i ? 硕十学位论文机油泵性能试验台的研制及机理研究 摘要 y 6 2 4 8 42 机油泵是发动机内部关键部件之，其压力特性、转速特性、流量特性将直接影 响发动机的基本性能。课题以南京菲亚特发动机机油泵为对象，开发了一套检测机油 泵基本性能的试验台。 论文在分析了试验台的研制目的、依据以及国内外研究现状后，根据f i a t 7 a 2 0 5 0 0 1 机油泵性能试验和寿命试验标准，首先确定了试验装置原理，进行了机械 装置的设计，包括机械动力设计、传动装置设计、系统管路设计、油箱设计等；在此 基础卜，对系统测试所需的各种传感器进行了合理的选择，包括种类、型号、技术参 数、数量等；根据项目要求，对电气系统进行了合理设计，包括电控柜设计、电气元 件选择、控制系统设计、工控机选择、各种数据采集及数据输出板卡的选择等：为r 对整个试验台的运行进行控制，并对采集到的数据进行处理，编制了系统管理控制软 件，通过该软件能够生成用户所需的各种图表、报表。经委托厂家的实际运行，系统 达到了原设计指标要求。 关键词：机油泵，试验台，研制，机理 南京理 天学下程颈+ 学位论文税浦聚性能试验台盼研制及枫理研究 a b s t r a c t o i lp u m pi so n eo ft h ek e yp a r t si ne n g i n e ；i t sc h a r a c t e r i s t i c so fp r e s s u r e ，r e va n df l u x w i l lh a v eg r e a te f f e c to nt h eb a s i cp e r f o r m a n c eo fe n g i n ed i r e c t l y b yp u t t i n gt h eo i lp u m po f n a n j i n g - f i a t a sa no b j e c t ，as e to ft e s tb e dw a s d e v e l o p e df o rt e s t i n gi t sp e r f o r m a n c e a f t e rt h er e s e a r c hg o a l ，s t a n d a r d sa n da c t u a l i t yo ft h et e s tb e dw e r ea n a l y z e d ，i nt h i s d i s s e r t a t i o n ，t h ep r i n c i p l eo f t h i se q u i p m e n t w a sd e f i n e df i r s t l y ，a n di t sm e c h a n i c a lp a r tw a s d e s i g n e d ，b a s e do r lt h ec r i t e r i o no fn a n j i n g f i a t7 ，a 2 0 5 0 0 la b o u t o i lp u m p p e r f o r m a n c e t h e d e s i g no f m e c h a n i c a lp a r t si n c l u d e s t h ed e s i g no f p o w e r , g e a r i n g ，p i p e l i n e ，o i lt r u n ke t c b a s e do nt h i s ，a l lk i n d so fs e n s o r st h a tu s e dd u r i n gt e s t i n gw e r es e l e c t e dr i g h t l y , i n c l u d i n g i t st y p e s ，m o d e l s ，t e c h n i c a lp a r a m e t e r s ，q u a n t i t ye t c 。a n da c c o r d i n gt ot h ed e m a n d so f t h i s i t e m ，ar a t i o n a ld e s i g n w a sm a d eo ne l e c t r i c a ls y s t e m ，w h i c hi n c l u d e st h ed e s i g no f c o n t r o l l e rc a b i n e t ，t h es e l e c t i o no fe l e c t r i c c o m p o n e n t s ，t h ed e s i g n o fc o n t r o l l e r , t h e s e l e c t i o no fi n d u s t r i a lc o n t r o lc o m p u t e r , t h ec o l l e c t i o no fa t ld a t ac a r d se t c 1 no r d e rt o c o n t r o li t sr u n n i n go ft h et e s tb e da n dm a n a g et h ec o l l e c t e dd a t a ，am a n a g e m e n t a n dc o n t r o l s o f ts y s t e mw a sd e s i g n e d ，a n db yw h i c ha l lc h a r t sa n dr e p o r tf o r m sc a nb ec r e a t e d a f t e r 1 2 1 np r a c t i c a l l y , t h es y s t e mw a s p r o v e na c h i e v i n g a l lo f t h e o r i g i n a ld e s i g ng u i d e l i n e s k e y w o r d s ：o i lp u m p ，t e s tb e d ，d e v e l o p m e n t ，m e c h a n i s m 声暖 本学位论文憋我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学俊论文孛，除了麓潋标浚霹致谢酶都分魏，不包含萁稳入魏经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历瑟锭餍过鲢奉葶料。与我一阉工作薛嗣攀对本学键论文骰塞懿羹献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：神呻年7 月日 学经论文使蔫授权声明 窝京理工大学有权保存本学谴论文静电子帮鳋貘文档，霹潋借阕 或上网公布本学饿论文的全部或部分内容，可以向脊关部门或机构送 交并授权其保存、僭溷或上怒公毒本学缀论文魏全郝或蠡分内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 磅究生签名：围耋熊知孵年7 月“日 南京理r 人学r 群硕十学位论文机油泵性能试验台的研制及机理研究 1 绪论 1 1 论文选题背景 随着市场竞争的同益激烈，企业对产品的质量提出了更高的要求，特别是加入w t o 后，企、【上直接参与全球化的竞争，要想在竞争中取得优势，首先必须向用户提供高质量的 产品。 1 1 1 企业质量管理的要求 “向用户提供高质量的产品”本身并不仅仅是一句口号，必须有相应的手段才能保证。 作为制造企业，除了在零件的生产过程及装配过程中进行主动的质量控制外，还需对最终 的成品进行各种测试以确保产品符合相应的国家标准和行业标准。同时，通过对各种测试 数据进行分析，反过来控制包括制造工艺在内的制造过程中的种种不足，形成理想的负反 馈，将质量稳定在较高的水平。 同时，面对越来越激烈的市场竞争，各制造企业均需通过i s 0 9 0 0 0 或q s 9 0 0 0 的质量 体系认证，作为质量的重要控制点，试验设备是企业生产中的重要的一环。 1 1 2 上游生产企业的要求 作为汽车生产企业，为了维护消费者利益及避免经济或法律上可能的纠纷，在本企业 全面实施i s 0 9 0 0 0 或q s 9 0 0 0 质量管理体系以确保产品质量的同时，也对外采外购外协生 产企业提出了相应的要求，明确要求产品供应企业必须通过i s 0 9 0 0 0 或q s 9 0 0 0 质量体系 认证、对其提供的产品必须提供产品合格证及相关的各种检测数据和图表、定期对其产品 进行抽捡和批量的检查以确保产品质量的稳定性。1 2 j 为了向上游生产企业提供各种检测数据和图表，试验设备也是不可或缺的。 1 2 试验对象 本课题研制的机油泵性能试验台是针对南京菲亚特发动机( 简称南亚发动机) 机油泵 ( 件号：5 5 18 1 8 9 1 4 6 7 9 4 8 1 2 ) 开发，由于其试验方法完全符合国家机械行业标准j b t 8 8 8 6 1 9 9 9 ( j b t8 8 8 6 1 9 9 9 标准是对n j4 3 2 8 6 内燃机机油泵试验方法的修订) ，在 对其装火部分改造后能适用于其它汽车发动机机油泵的性能测试。 南业发动机机油泵为引进意大利产品。 13 机油泵性能试验的目的 南京理l ：人学抖硕十学位论文 机油泵性能试验台的研制及机理研究 作为质量管理体系中的重要一环，机油泵性能试验的目的是全面检测机油泵的各种性 能、提供各种检测数据和图表、评定机油泵的各种参数是否在国家及行业标准的合格范围 内，并对其可靠性进行考核、指导和控制机油泵的整个制造过程。 14 机油泵性能试验依据 作为引进意大利的南亚发动机机油泵，需同时满足国家机械行业标准和意大利汽车油 泵试验标准。 1 4 1 国家机械行业标准 j b t8 8 8 6 1 9 9 9 中华人民共和国机械行业标准内燃机机油泵试验方法。 本标准规定了内燃机机油泵( 简称机油泵) 常用的外啮合渐开线齿轮泵( 简称齿轮泵) 和内啮合摆线齿轮泵( 简称转子泵) 及其它容积式机油泵的试验项目、试验条件、试验装 置、性能试验规范及试验结果的整理。 本标准适用于内燃机用齿轮泵和转子泵及其它容积式机油泵总成性能试验。 同时本标准同时引用了如下标准的条文，构成本标准的条文： ( 1 ) g b1 l1 2 2 1 9 9 7 柴油机油 ( 2 ) j b t6 0 0 5 1 9 9 2 内燃机机油泵转予系列参数 ( 3 ) j b t8 4 13 1 9 9 6 内燃机机油泵技术条件 ( 4 ) j b t5 1 0 5 1 1 9 9 9 内燃机机油泵产品可靠性考核 1 4 _ 2 意大利标准 f i a t7 a 2 0 5 0 0 1 汽车发动机机油泵性能试验和寿命试验。 本标准定义了汽车发动机机油泵性能试验和寿命试验的试验方法和试验设备。 同时，南京菲亚特公司根据f i a t7 a 2 0 5 0 0 1 标准翻译制订了n j y 7 a 2 0 5 0 0 i 标准 此标准等同于f i a f7 a 2 0 5 0 0 1 标准。 1 5 关于机油泵试验的目前国内外状况 日前，国内外在机油泵性能试验方面的研究较多，但关于检测设备的详细性能及研制 过程的介绍很少，国外关于这方面的报道就更少，从检索的几篇国内文献中，仅发现青岛 笫一仪器，“、济南泰成科技有限公司等几家企业生产并销售机油泵试验台，其中前者生产 的机油泵综合性能测试系统曾获得1 9 9 7 年中国汽车工业科学进步奖三等奖( 见图】1 ) 。 但由于涉及技术壁垒，到日前为止仍然没有这方面的详细介绍，因此，本课题的研究仪仪 依掘本f 一现有的技术能力和技术储备，借鉴相关试验台研制过程经验，j r 发符合集团需求 的机油泵性能试验台。 南京理r 人学程硕+ 学位论文 机油泵性能试验台的研制及机理研究 图1 1 国内研制的机油泵性能试验台 1 6 本课题的主要研究内容 本课题的主要研究内容如下： ( 1 ) 机械装置设计 根据f i a t7 a 2 0 5 0 0 1 汽车发动机机油泵性能试验和寿命试验标准所确定的试验装置 原理图，进行机械装置的设计，主要包括： 机械动力设计，提供试验设备模拟实际工作状况。 传动装置设计。 系统管路设计。 油箱设训。 ( 2 ) 传感器选择 选择系统测试所需的各种传感器，包括种类、型号、参数、数量等。 ( 3 ) 电气系统设计 根据项目要求，进行电气设计，包括电控柜设计、电气元件选择、控制系统设计、工 控机选择、各种数据采集及数据输出板乍的选择、系统软件的选择等。 ( 4 ) 软件编制 根据项目要求，编制控制及管理软件，对整个试验台进行控制并对采集到的数据进行 处理，生成所需的各种图表、报表。 ( 5 ) 数据分析 对试验结果进行分析。 南京理l 人学r 程硕十学位论文机油泵性能试验台的研制及机理研究 2 机油泵性能试验系统的总体方案设计 2 。1 机油泵性能试验台开发的可行性分析 任何项目的实施之前必然要进行必要的可行性分析，本课题也不例外。可行性分析一 般分为技术可行性分析、组织可行性分析、经济可行性分析和法律可行性分析等1 4 1 ，至于 法律可行性问题，由于涉及的合作对象、合作内容、合作方式等均较明确，这里就不再进 行具体分析。 2 1 1 技术可行性分析 现刘该项目功能、性能等从技术上进行分析： ( 1 ) 硬件分析 对于本测试装置，所需的硬件主要有动力装置及各种传感器、工控机、数据采集卡等。 本试验装置所需转速的变频电机、满足测试精度及量程要求的温度传感器、压力传感器、 流量传感器、转速传感器、功能强大的工业控制计算机及各种板卡等在市场上均有销售， 所以在硬件卜- 已经没有任何障碍。 f 2 ) 软件分析 自上世纪9 0 年代以来，随着i t 产业的飞速发展，市场上出现的系统开发工具相当丰 富，对于本系统可采用g e n i d a q 、组态王等各种工控组态软件，利用这些工具可以较为轻 松完成系统所需的各种功能。 ( 3 1 技术贮各 本单位曾经开发过类似的试验台，如发动机水泵的相关测试设备，测试项目及原理与 本试验系统类似，本项目可以借鉴原有技术，增设计算机自动控制及数据的自动处理、报 表，卜成及打印等功能，所以说在技术上具有相当的贮备。 ( 4 ) 丌发队伍 尽管完成该系统的工作量非常大，如机械结构设计、电气设计、编程及界面设计等， 但难度适中，日前的丌发队伍和丌发能力完全能胜任系统开发的要求。 基于上述分析，从技术可行性角度上来讲，该项目的实施是可行的。 2 12 组织可行性分析 针对本项日本单位曾进行过相关的调研工作，该项目由该厂主要领导人提出，并亲自 叻卅d 并组织实施，这为该项目的没计、制造以及后期的调试、运行提供，强有力的支持。 因此，从组织可行性角度上来讲，该项目的开发能得到有效的保障，凶此丌发该项目 4 南京理l ：人学l ：程硕士学位论文 机油泵性能试验台的研制及机理研究 是可行的。 2 1 _ 3 经济可行性分析 由于本单位曾进行过类似的设计、制造以及调试工作，开发费用比较有限，而且本项 目所需的硬件及软件系统都是市场比较成熟的，相关的采购费用也较低，在经济上二也完全 在能够承受的范围内。并且在该项目开发完成后，能够控制产品的质量，提高量产，产生 较高的经济效益。 可以看出从经济可行性角度分析，该项目也是可行并且必须的。 22 机油泵性能试验台的设计原理 根据试验要求及相关的技术标准，设计本性能试验台的原理如图2 1 、图2 2 及图2 _ 3 所示： 图2 1 机油泵驱动轴难直安装原理图 南京理t 1 人! 学。i 。稃硕+ 学位论文 机油泵性能试验台的研制及机理研究 图2 2 机油泵驱动轴水平安装原理图 d v d a ) 机油泵驱动轴垂亩安装b ) 机油泵驱动轴水平安装 图2 3 测试装置局部详图 图中代号：1 试验机油泵 2 电动机并带有调节转速装置 3 转速计 4 带有电加热器的机油箱 5 温度传感器 6 南京理l 人学i ：程硕士学位论文机油泵性能试验台的研制及机理研究 6 接有热电偶或热电敏电阻的p i d 机油温度控制仪 7 三通阀 8 调节输油压力的调节阀 9 压力传感器和调节开关( 量程为l o b a r 一读数误差0 1 ) 1 0 体积流量计( 量程为5 0 0 0 l h ) l l 储油箱并带有机油泵和储油箱的整个连接管路，储油箱容积为o 5 o 0 1 0 d m 3 1 2 储油箱容积校正装置 l3 量孔巾1 5 2 m m 1 4 搅拌器( 应保证在油泵没有引起机油循环条件下，整个油箱内的机 油温度均匀) 。在油泵集油器区域，油温的最大波动值1 ) 。 15 扭矩传感器 16 扭矩显示仪 1 7 机油旁通开关( 仅用于装有液压挺杆的发动机机油泵) 试验台工作原理如下： 由动力装置( 包括变频电机、弹性联轴器、扭矩传感器等) 带动试验泵将油箱中己加 热的试验油带到系统管路，经系统管路流回油箱形成封闭系统。在此过程中，由计算机自 动采集各种传感器数据( 包括温度传感器、压力传感器、速度传感器、流量传感器、扭矩 传感器等) ，经工控机计算得出各种试验数据，并实时显示各种数据曲线。 2 3 机油泵性能检测标准 2 3 1 定义 23 1 1 排量q 按设讨。数据计算得出的机油泵在每一转所排出的液体体积，l ，r 。 ( 1 ) 理论供油量吼 根据排量计算得出的机油泵在给定转速下的供油量，l r a i n 。 ( 2 ) 标定供油量函 设计图样上标出的机油泵在给定泵出压力、丁作转速及试验油粘度工况卜的供油量， i 。m i n 。 ( 3 ) 实际供油量9 机油泵工作时，在单位时间内从机油泵的出口处输出的流量，简称供油量或流量， 一7 南京理l ：人学l ：挥硕十学位论文 机油泵性能试验台的研制及机理研究 ( 4 ) 泄漏量b 机油泵限压阀溢流孔所泄出的流量，l r a i n 。 23 1 3 油压 ( 1 ) 吸油压力p ， 机油泵工作时在进口处的吸力，又称吸油真空度，m p a 。 ( 2 ) 泵出压力只 机油泵出口处的压力，m p a 。 ( 3 ) 标定油压p 加只6 设计图样上所规定的机油泵吸油压力或泵出压力的值，m p a 。 ( 4 ) 全压力p 泵出压力和吸油压力的差值，m p a 。 ( 5 ) 限压阀开启压力n 当限压前期溢油口开始喷油时的压力值，m p a 。 ( 6 ) 限压阀截目压力b 当机油泵出口处流量为零时的压力值，m p a 。 f 1 ) 标定转速t b 设计图样上所规定的机油泵工作转速，r m i n 。 ( 2 ) 实际转速 机油泵工作或试验时，实测的转速( 简称转速) ，r m i n 。 231 5 吸油高度h 油箱液面至主动齿轮( 或内转子) 中心的距离，m m 。 ( 1 ) 机械功率， 驱动机油泵主动轴所需的功率称机械功率，又称轴功率，k w 。 ( 2 ) 液压功率虬 流动液体所具有的功率称液压功率，町用实际供油量和泵出压力的乘积表示，即 ：q p m , ，k w 。 壹塞堡! ：叁堂! ：堡堕主鲎堡笙奎 2 3 17 效率 机油象性能试验台的磷翻及辊理磷究 ( 1 ) 宾积效率簟v 实际供油量与理论供涵量的眈镳， ( 2 ) 总效率日 泵的液压功率与桃械功率的比傻， 2 3 1 8 工作特性 郦q = n ，n | 。 f ”转速特性 在残定试验淫结浚窝溪定泵蠢纛力露，表示裘潼量与转速豹丞数关系，瑟 f ( 辨) e ( 2 ) 愿力特性 在舰定试验油粘度和规定转速时，表示供油缀与泵出压力的函数关系，即q ：f ( 协) 。 f 3 透溺蟪性 存规定试验油耥艘时，表示机油泵在允许工作转速、泵出压力范围肉豹全性能，却 q = f ( n 、p ，、，7 ) 。 2 。3 。2 浚验瑷嚣 汽车机油泵的试验共有出厂试验、型式试验、性能试验和可靠性试验四种，本课题研 究的主嚣是性能试验，共有如下项目： ( 1 ) 压力特注 ( 2 ) 转速特性 ( 3 ) 通用特性 2 3 3 试竣条 牛 2 3 3 1 试验油 搀荐使蠲幸毒= 合g b l l l 2 2 燕定鹣l - e c e 3 0 装濑撬、弦，试验攘湿为8 5 4 c 2 时，涵豹运 动粘度为( 1 6 5 o 8 ) l y l m 2 s 。 2 。3 3 。2 暖、 _ _ 油管 暇、出油管内径应为机油泵进、出油孔肯径的1 1 ，5 倍。 2 33 3 吸油高度 ( 1 ) i 殴油高度h 应不小于1 0 0 r a m 。 9 ， 南京理 ：天学 ：释颈士学镑论文撬滴泵缝麓试验台麓研制及梳理研究 ( 2 ) 带集滤器的机油泵，使集滤器浸入油箱油面即可。 2 3 3 4 测量震的仪器、仪表 测羹用的仪器、仪表的精度应符合下表( 袭1 ) 的规定 簌1 部分仪器精度指标 i 仪器、仪表类墼转速表疆力表滋囊表漉羹诗转矩搜诗时秽表| i精度 出o 5 不低予1 5 级士1 o s 土i 5 1 s 1 0 0 2 3 4 试验装置及参数测量 2 ，3 4 l 试验装置 试验装罱应满足机油泵性能试验和流量、转速、压力、油温、功率等参数测量。其试 验装置觅强2 。l 、圈2 2 及銎2 1 3 ( 簇理嚣) 。 2 3 4 2 参数测量 ( 1 ) 擞渡量 供泊量测量采用容积式流量计。 ( 2 ) 油压 测量点的选择 a ) 测匿点应分爨位于机漓浆瓣避油孔帮出漓孔2 售壹经处；测珏氟的中心线应与滚 体流动方向垂直； b ) 连接长度应大于或等于各自内径的4 倍； e ) 溺受疑涵泵静大小或试验装餮戆羧裁，不麓安装4 穆瘫径长度警镣时，允诲潮 个弯头引出。 测压孔和连接管 秘灏压魏应按爨2 4 赝示静要求割造，莫孑l 径d 应为2 6 m m ，藐豹深菠己应大予2 倍孔径。 。l o 南京理r 人学r 稃硕士学位论文机油泵性能试验台的研制及机理研究 a ) 在弯曲管道上的安装法b ) 在直管道上的安装法 图2 4 测压孔制造要求 b 1 测压孔与管道的内表面应光滑，孔与管的边缘不允许有毛刺； c 1 测压孔与测压表连接系统要严密不漏。 ( 3 ) 油温 测点应设在距机油泵出口小于或等于出油孔2 倍直径处，温度传感器的安装按图2 5 所示。 a ) 厚晕 d i i b ) 薄壁 图2 5 湍度传感器的安装 f 4 ) 转速 测量转速可采用机械式转速表或电子数字计数仪。 ( 5 1 轴功率 llirll11tl【一0 南京理1 人学一| = 稗硕+ 学位论文 机油泵性能试验台的研制及机理研究 用转速一扭矩仪测量或其它测量方法。 2 3 5 性能试验规范 2 3 5 1般要求 f 1 ) 每一性能曲线应测试六个以上工况点。 f 2 ) 测试点应均匀分布在整个性能曲线上。 f 3 1 测量数掘时，对所有仪表的读数应同时读出。 2 352 转速特性 在规定的试验油粘度和规定的泵出压力时，对包括标定转速和1 1 0 标定转速在内的 六个以上不同转速，运转3 0 s 后测量各工况时的供油量、油温、转速、泵出压力及轴功率 等有关参数，并做记录。 2 35 3 压力特性 在规定的试验油粘度和标定转速( 或规定某一转速) 时，对包括标定泵出压力在内的 六个以上不同的油压、运转3 0 s 后测量各工况时的供油量、油温、转速、泵出压力及轴功 率等有关参数，并做记录。 23 54 通用特性 在变速、变载和变油温工况下，测量各工况的供油量、泵出压力、油温及转速等有关 参数，并记录。试验前应预先备有试验油的粘温性资料，测量工况最少点可按表2 选取。 表2 测量工况点的选取 泵出压力 油温 转速”，转速 2转速n j转速n 4转速 j r m l nr m l nr n l i n“m 1 1 3r ，m l n np p 3p 5p ，p 3p 5p ，p 3p 5 乃p ? p 4 p 2p 4 乃p ip 3p 5p ，p 3p 5p 1 p 3 p 5 乃 p 2 p 4p 2 p 4 7 jp ，p 3p 5p 1p 3p 5p i p 3p 5 2 3 6 试验结粱的整理 2 3 6 。l 瞧麓试验溅量戆参数，痤壤入橡雄试验记录衷糟，觅表3 。 南京理i 。人学l 程硕十学位论文机油泵性能试验台的研制及机理研究 幞 兀j ， 襄 $ 体 墨 秘 恒 料 凝 硇 斛 较 器 删 谗 蜮 斛 盎 蚤 出蟹 楚 腓 霄 鼙叫 嚣 壤g 更z 剥g 吕 粹t 趔 捌s 栅 墓耋 释 r 叠 丑茎 燃 譬u 妊帝 蹯 皿 蟠 目 蜒 证 1 4 留蟮噪 n 样 南京理一人学i 稃硕十学位论文 机油泵性能试验台的研制及机理研究 23 6 2 参数的计算 ( 1 ) 供油量 用容积式流量计和计时秒表配用时，按公式( 2 - 1 ) 计算： q ：= 6 0 g 式中：9 一实际供油量，l m i r a e 一测量前后所设定的液体量，l ； f 流量g 所需的时间，s 。 ( 2 ) 全压力 全压力可以按公式( 2 - 2 ) 计算： pp s - p j 式中： p 全压力，m p a ： b 泵出压力，m p a ； p 广吸油压力，m p a 。 ( 3 ) 功率 机械功率 用转速一扭矩仪可直接测得，并可按公式( 2 - 3 ) 计算机械效率 - 2 7 9 m ，杀1 0 1 脚) 式中： m 泵的传动轴上的旋转扭矩( 拖动扭矩) ，n m ： 行一泵的驱动轴的角速度，r m i n 。 液压功率 液压功率按公式( 2 - 4 ) 计算： - 一：丝 6 0 式中：m 液压功率，k w 。 ( 4 ) 效率 容1 i 效率 存积效率按公式( 2 - 5 ) 计算： 办= 百q 式中：口厂容积效率； q l 理论供油量，l r a i n 。 注：的计算公式见j b t8 4 1 3 1 9 9 6 中附录a 2 、 ( 2 1 ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) 附录c 和附录d ( 系列转子可 15 南京理1 人学t 程硕 ：学位论文机油泵性能试验台的研制及机理研究 参见j b t6 0 0 5 1 9 9 2 表1 中的单位排量) 。 总效率 总效率按公式( 2 - 6 ) 计算： 叩= 等 式中：目总效率。 2 3 6 3 数据整理及特性曲线的绘制 ( 2 6 ) ( 1 ) 转速特性 _ = | 2 3 5 2 测得的参数包括供油量q 、转速n 等值，用最小二乘法进行数据处理，回归 拟台。其结果要使相关系数r 大于o 9 9 。回归后所绘制的特性曲线如图2 6 。 回归式按公式( 2 - 7 ) ： q = a + b n 式中：“6 回归系数。 ( 2 ) 压力特性 图2 6 速度特性 ( 2 7 ) 1 6 南京理1 人学i 稗硕十学位论文 机油泵性能试验台的研制及机理研究 由2 3 5 3 测得的参数，用最小二乘法进行数据处理，回归拟合。其结果要使相关系数 r 大于0 9 8 。回归后所绘制的特性曲线如图2 7 、图2 8 。 生 u ：毒 暮 型 一 才 图2 7 压力特性 p ，( m p a ) 阁28 压力特性( 有限乐阀) 回归式按公式( 2 - 8 ) 、公式( 2 - 9 ) q = n + 幼。 ( 2 - 8 ) 1 7 南京理小人学川鼙硕士学位论文机油泵性能试验台的研制及机理研究 n j 2 c + d p s 式中：日、b ，c 、才回归系数。 ( 3 ) 通用特性 ( 2 9 ) 山2 3 5 4 测得的参数：供油量q 、转速l l 、泵出压力胁及油温t 等参数，根据试验油 的粘温特性、机油泵供油规律进行数据处理，回归计算。最后得关系式( 2 - 1 0 ) ： q = f ( h 、s 、v ) ( 2 - 1 0 ) 式中：r 运动粘度，m m 2 s 。 此时，复相关系数r 应大于o 9 9 7 ，回归平均相对误差应在5 以下。 在一定的试验油温即油的粘度时，以压力协为横坐标，供油量q 为纵坐标，绘出等容 积效率和转速特性曲线，如图2 9 。 图2 9 通川特性 ( 4 ) 当试验受条件限制或调整时不能满足预定的转速、压力时，可p a , f 艮据转速特性、 压力特性所得的回归式进行计算。转速、压力值增加不得超过试验极限值的1 5 。 2 3 6 4 试验报告 试验报告应包括下列内容： f 1 ) 机油泵制造厂、制造r 期； ( 2 ) 机油泵规格( 包括齿轮或转子的结构参数、限压阀型式) ( 3 1 机油泵性能要求； 南京理r 人学。：群硕十学位论文机油泵性能试验台的研制及机理研究 ( 4 ) 试验同期、地点； f 5 1 试验项目； ( 6 ) 试验条件( 包括试验油牌号、粘度、吸油高度、主要检测设备) f 7 ) 试验依据： f 8 ) 试验结果； ( 9 ) 性能曲线； ( 1 0 )试验人员、报告整理者、审核等人员签署。 2 4 试验台开发的总体思路 没计方案符合意大利标准f i a t7 a 2 0 5 0 0 l 中附录e 1 试验台架原理示意图，仪器、 仪表精度等级及安装方法符合国家机械行业标准j b t8 8 8 6 1 9 9 9 。 机械设计采用整体式结构，设计动力传动装置、机架、试验油箱及各种管路，提供试 验工件的安装、试验所需的动力、储油装置、以及各种测试仪器的安装。要求工件装夹拆 卸方便、各传感器安装调试方便，符合各种试验规范并具有相当的可靠性。 电气元件选型合理，精度等级及量程应能满足试验要求，并具有一定的储备以适应各 种偶然事件。 电气控制整机采用工控机控制，对设备运行进行自动控制、实现各种模拟量及数字量 的自动采集、编制相应程序实现各种数据、图形的处理等，并能打印出相关表格、图形。 要求数据采集f 确，程序控制合理，使用方便。 具备必要的安全措施和手段，具备机械故障急停、报警安全保护等功能。 2 5 试验台总体方案设计 机油泵性能试验台是用于测试汽车发动机机油泵综合性能的一种专用测试设备；试验 时机油泵通过连接装置安装在试验台上，进油口浸没在油箱机油里，出油口经试验台及管 路再回油箱构成流体闭环回路，由计算机控制电机驱动油泵旋转，在管路中形成机油流体， 通过设在回油管路的流量传感器、温度传感器、压力传感器和驱动台体上的转速转距传感 器对流量、油温、出口压力、输入扭矩进行测量，出口通过阀门调节机油流体压力，并通 过设定点对机油泵的转速流量进行调节控制，同时通过加热系统对油箱机油进行加温( 自 然冷却) 并进行实时控制，实现机油泵性能试验的自动化。 2 51 硬件系统布置 试验台硬件系统布置方案框图如图2 1 0 所示。 ，1 9 南京理l ：人学r 氍硕十学位论文 机油泵性能试验台的研制及机理研究 圆一 团 回一 回 2 52 主要元器件型号设计 图2 1 0 总体方案布置 电机作为本系统的关键元器件，其f 确选择是至关重要的。 ( 1 ) 转速 本试验台需要检测被测试泵在不同转速下的性能数据，其测试转速在7 0 0 6 0 0 0 r m i n 之问。 ( 2 ) 功率及扭矩 根据被试验泵的相关参数可见本试验台所需功率及扭矩均较小，但考虑到系统的平稳 性，功率需有较大的储备。 通过以上考虑以及查相应的技术手册，最终选定电机型号为y v p l l 2 m ，2 8 3 ，其主要 技术参数如下 电压：3 8 0 v ： 功率：4 k w ； 额定电流：9 a ： 转速o 7 5 0 0 r p m 。 并根据变频电机选择相应的适配变频器，根据用户使用习惯选用三菱变频器，其技术 可靠，性能稳定。根摒容大f i 容小的原则，选驳5 5 k w 的三菱变频器，具体型号为 f r ，e 5 4 0 5 ，5 k ，额定电流为12 a 。 2 0 南京理l 。人学l ：群硕+ 学位论文 机油泵性能试验台的研制及机理研究 3 试验系统机械部分方案设计 31 机械部分设计原则 机油泵性能试验台就是测试机油泵在一定油温、油压及额定转速下，其流量是否符合 设计要求的试验设备，测试温度、压力、流量、扭矩、转速之间的特性关系，要求测试结 果必须能真实反映被测试机油泵的实现性能。作为机械设计必须掌握如下原则： ( 1 ) 模拟工作状态 为了尽量保证试验所得数据与被测试机油泵在实际工作状况下的性能数据一致，试验 装置必须模拟被测试件在发动机上的实际状态，包括安装方式、动力传递方式以及负载状 况等。 ( 2 ) 具备足够的剐性 动力传递必须平稳，系统必须具备足够的刚性。由于试验中机油泵转速范围在 7 0 0 6 0 0 0 r m i n 之间，在这样的转速范围内特别是在高速时，如果动力传递不平稳或者由于 系统刚性不足造成发震将会严重影响最终测试结果，并有发生危险的可能。 ( 3 ) 管路布置合理 管路的布置必须合理，除保证各传感器安装必须符合试验规范外，还应做到布线布管 方便，便于调整。管路必须圆滑过渡，不得出现直角变化，以避免流量及压力的损失。 32 机械部分总体布置 根据总体方案设计所需实现的功能及机械部分设计原则，设计出机械部分总体布置如 图3 1 所示，本方案经用户会审认为能满足试验要求。 ( 1 ) 试件 被测试机油泵。 ( 2 ) 传感器安装座 用于安装温度传感器及压力传感器，应满足图2 4 和图2 5 所示的要求。 f 3 1 压力传感器 安装于传感器安装座上，用于测量泵出压力。 ( 4 ) 温度传感器 安装于传感器安装庵上，用于测量油温。 f 5 ) 电加热器 用于加热油温，满足试验温度要求。 ( 6 1 油箱 2 1 南京理1 人学i 稗硕士学位论文机油泵性能试验台的研制及机理研究 毫、 黧强 一0 二一二一：鞭# 一 ；：掌! 警i 略【产讯i ：_。跨1 畦颦 蝗剖弛划h 量，1 = = 兰笠! 二二_ 三if i 二一 。475 n 1 3 6 8 - h 图3 1 机械部分总体布置图 贮存试验过程中的循环油，同时也是加热油温的地方。 ( 7 ) 系统管路 ( 8 1 流量传感器 ( 9 1 锚流阀 ( 1 0 )机油滤油器总成 使用发动机配套产品 f 1 1 )传动箱 提供动力传送，并做试件安装用。 ( 12 )弹性联轴器 ( 13 1扭矩传感器 ( 1 4 )变频电机 ( 15 1机架 f 16 1防护装置 7 l j 量 粤 2 2 南京理小人学j 程硕十学位论文 机油泵性能试验台的研制及机理研究 33 动力部分的设计 动力装置的作用是模拟发动机曲轴，提供机油泵运转所需的动力。 动力装置是机械部分的主要组成部分，本试验台动力部分主要由变频电机、弹性联轴 器、扭矩传感器( 扭矩仪) 、传动箱等组成，见图3 2 。 图3 2 动力装置 ( 1 ) 变频电机 根据转速范围在7 0 0 6 0 0 0 r r a i n 的试验要求，以及考虑到该机油泵在实际工作中的功 率消耗情况，选用电机型号为y v p l l 2 m 一2 8 3 ，主要技术参数为：功率4 k w 、额定电流9 a 、 转速0 7 5 0 0 r p m ，电气配相应的变频器。 ( 2 ) 弹性联轴器 为了保持平稳的传递，在变频电机和扭矩传感器之间以及扭矩仪和传动箱之间加装弹 性联轴器，选用合资品牌泰克曼弹性联轴器，具有传递平衡、噪声小等特点。 ( 3 ) 扭矩仪 由于测量机油泵j “作扭矩的需要，扭矩仪也作为动力传递的一部分。 ( 4 ) 传动箱 传动箱是动力装置的最后端，由传动箱体、角接触球轴承、传动箱以及轴承盖等组成。 其作用足向机油泵输出稳定的动力，同时也作为机油泵的安装台，端面加工有安装机油泵 所需的安装螺孔及销轴。 34 油箱部分设计 油箱是储存试验过程巾流动液体( 试验油) 的装置，也足该试验装置的重要部分，见 图3 3 。 一2 3 南京理l ，人学i 科硕十学位论文 机油泵性能试验台的研制及机理研究 图3 3 油箱 油箱的设计相对简单，由于在试验过程中需将油温加热并保持在特定温度，在油箱上 安装有加热装置，在本系统中使用了2 根2 - s r y 2 2 2 0 2 ( 2 k w ) ；f 1 11 根1 - s r y 2 2 2 0 2 ( i k w ) 的电加热器。 考虑到加 ：工艺及整个系统的刚性问题，油箱和机架设计为一个整体。 3 5 管路设计 管路部分的设计主要考虑被测试泵及各传感器的安装，管路的布置必须合理。除保证 各传感器安装必须符合试验规范外，还应做到布线布管方便，便于调整。管路必须圆滑过 渡，不得出现直角变化，以避免流量及压力的损失。 管路部分除管道的技术要求和各传感器安装位置在设计时明确规定外，其余在现场安 装时布置，设计人员在现场指导具体走向。 36 关于系统安全 系统安全有效地运行是一个系统的必备条件，对于本系统而占，除了在电气上应具备 机械故障急停、报警安全保护外，还有以下两个方面需要认真对待：【2 0 】 f 1 ) 旋转防护 本试验台动力部分为变频电机带动弹性联轴器传递动力，为了防止调试及f 常运行时 一2 4 南京理l ：入学| ：程颈士学谴论文瓿涵裂性能试验台鹣研翻蕴据理研究 对人体的伤害，必须对旋转部分进行可靠的防护。 ( 2 ) 温度伤害 试验时震漶蘧瀵最离热热蜀 l ，为了耱杰工 乍天爨豹误烫痿，必矮霹涵耱、管鼹 等高温部分进行可靠的防护。 。2 s ， 南京理_ ：人学1 ：群硕十学位论文机油泵性能试验台的研制及机理研究 4 试验系统电气部分方案设计 4 1 电气部分设计原则 机油泵试验台就是测试机油泵在一定油温、油压及额定转速下，其流量是否符合设计 要求的试验设备，找出温度、压力、流量、扭矩、转速之间的关系，因此试验系统的电气 部分必须保证具有足够的工作精度和可靠性。【8 】【9 o 】f 1 2 m 】 机油泵试验台利用工控机来控制系统动作，并实时对采集的数据进行处理。该系统由 数据采集系统、计算机动态仿真显示系统、设备控制处理系统等三大子系统组成，并由 ： 控机实现各子系统之间的通讯、管理、数据采集、处理，完成各项试验并取得试验结果。 使系统融先进性、实时性、准确性、安全性为一体。 4 1 1 数据采集系统 本机油泵试验台采用研华工控机为核心，配以高增益、高性能的数据采集卡。如何采 集信号以及如何转换成所要的数值，是处理的关键过程。 实时采集温度、压力、流量、扭矩、转速等传感器输出信号作为模拟量输入信号，送 往工控机，通过程序处理进行标度变换，转换成试验要求的标准数值，并在工控机相应画 面实时显示。 数字量分为数字量输入和数字量输出。数字量输入，主要采集外部的按钮、丁i = 关等元 器件的离散信号，按照试验要求编制程序实现对电机、加热器及信号灯等数字量输出进 行控制。 4 1 2 计算机控制显示系统 利用研华驱动软件获耿地址，将组态王工控软件开发的新工程与数据采集卡相连，在 新工程中将模拟量及数字量定义成相应的变量，在新工程的命令语言罩进行编程控制变 量，从而控制相应模拟量及数字量，达到试验的要求。 利用工控软件玎发、设计界面，开发数据报表、性能曲线、仿真试验台等多个画面， 动态模拟机油泵试验台。数据报表用来实现记录、保存及打印试验数据。性能曲线用来描 绘在不同的试验要求下，转速、压力、流量之间的特性关系。 4 13 设备控制处理系统 殴备控制处理系统包含变频调速控制系统及p c 控制系统。 变频调速控制系统是通过改变给定变频器的调速信号，改变电机转速。给定调速信号 2 6 南京理i 人学i 一释硕士学位论文机油泵性能试验台的研制及机理研究 是使用数据采集卡的模拟量输出信号，这一信号作为变量在组态王开发系统中设定，按照 试验的要求可以在可选范围内改变信号大小。 对电机、加热器及信号灯等外部元器件被当着数字量输出进行变量定义，按照试验要 求通过软件编程控制。 4 2 电气部分基本结构及布置 4 2 1 电气系统结构 电气系统结构组成如图4 1 所示 4 22 电气装置 4 2 2 1 调速 圈41 电气系统结构组成 试验台由4 k w 变频电机拖动，采用三菱变频器进行变频调速，电机转速在o 7 2 0 0 r p m 的范围内调整，以满足不同机油泵的试验要求。调速信号是输出采集卡输出的给定信号， 根掘试验要求，改变模拟量输出的大小，即可改变速度大小。 4 222 扭矩及转速 用联轴器将转速扭矩传感器装在电机轴上，测量电机转速及扭矩。传感器输出的转速 以及扭矩信号为电流信号，将电流信号变换成1 5 v 的电压信号，送至数据采集号，通过 2 7 堕至些丛! ! ；兰l ：型堡堂笪堡壅一 塑垫翌些堂堕鉴鱼堕婴型丝塑堡堕塞 工控机处理变换成以n m 为单位的扭矩及r p m 为单位的转速数据。 在距机油泵出油孔2 倍直径处装有压力传感器，用来测量机油泵出口油压。压力传感 器输出1 5 v 的电压信号，送至数据采集卡，经工控机处理变换成以b a r 为单位的数值。 在距机油泵出油孔2 倍直径处装有温度传感器，用来测量出油口温度，用于温度控制 叩参数记录。 在油箱上加一温度传感器用于监测油箱油温，作为加热控制的依据，在进行试验时也 用于安全监控。 温度传感器输出1 5 v 的电压信号，送至数据采集卡，经工控机处理变换成以“度” 为单位的数值。 42 2 5 流量 在管路上装上流量传感器，测量在单位时间内从机油泵的出1 ：3 输出的流量。温度传感 器输出的是电流信号，将其变换成1 5 v 的电压信号，经工控机处理变换成以l m i n 为单 位的数值。 油箱内装有加热器，用来加热试验油并保温在一定的范围内，以达到试验的要求。 4