開展​部件​測試​傳感器​制作步入式高低

　　發(fā)動機部件測試，需要創(chuàng)建測試方法、開發(fā)測試平臺，解決常規(guī)測試方法無法實施的測量項目。目前可供發(fā)動機部件測試借鑒的試驗方法和測試技術(shù)，不能完全滿足部件商品改進和產(chǎn)品開發(fā)需求，存在的主要問題： ①重視整車、整機測試，輕視部件測試。部件測試技術(shù)前期開發(fā)不足，構(gòu)建測試系統(tǒng)應(yīng)付了事。測試功能由商定義的菜單式儀器，不具二次開發(fā)特性，設(shè)資源利用率低。②測試數(shù)據(jù)重復(fù)性差。導(dǎo)致部件同一測量部位，同一測試工況測量數(shù)據(jù)比對一致性差。③測試效率低。存在數(shù)據(jù)采集與計算存儲速率匹配矛盾，高頻采樣與冗余數(shù)據(jù)產(chǎn)生矛盾。④部件測試核心技術(shù)儲不足。急需開展的部件測試因存在技術(shù)瓶頸無法實施，開發(fā)測試方法面臨一無經(jīng)驗二無專項測試技術(shù)傳承，存在應(yīng)用空白。

　　創(chuàng)建基于cDAQ 平臺的發(fā)動機部件測試系統(tǒng)，開發(fā)用戶軟件自定義、以LabVIEW 軟件為核心的自動化測試系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，設(shè)計研制測試機械裝置，開展部件測試傳感器制作。在一個開放式的cDAQ平臺上集成多種I/O 模塊和測試功能，創(chuàng)建測試方法、設(shè)計控制算法、編程測控軟件，為發(fā)動機部件測試復(fù)雜技術(shù)問題提供軟件自定義的靈活解決方案。項目實施過程中，應(yīng)用基于cDAQ 平臺的發(fā)動機部件測試系統(tǒng)，開展中型柴油發(fā)動機主軸承座及端蓋應(yīng)力、中型和重型柴油發(fā)動機高壓油管應(yīng)力測試，中重型柴油發(fā)動機軸向負荷加載止推片溫度、缸蓋溫度、渦輪增壓器壓力溫度測試，拓展應(yīng)用于整車車架應(yīng)力測試，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的一整套從發(fā)動機部件測試系統(tǒng)開發(fā)、測量方法創(chuàng)建到測試應(yīng)用評價體系建立，項目綜合體現(xiàn)了發(fā)動機部件測試系統(tǒng)測控技術(shù)的實際應(yīng)用。

　　發(fā)動機質(zhì)量水平依賴于各個部件質(zhì)量優(yōu)劣，部件測試越深入，整機可靠性耐久性暴露問題越少。隨著商品發(fā)動機改進、新品發(fā)動機開發(fā)和競品發(fā)動機分析的測試需求增加，發(fā)動機部件測試的作用日趨凸顯。這給傳統(tǒng)的發(fā)動機部件測試帶來了的挑戰(zhàn)，發(fā)動機部件測試必須與時俱進、拓展新功能和進行方法的創(chuàng)新。

　　發(fā)動機部件測試，一種是使用菜單式儀器拿來即用，無需編程、使用簡單。第二種需要構(gòu)建測試平臺，根據(jù)控制對象靈活組合測控模塊，在同一平臺實現(xiàn)軟件自定義的多參數(shù)測量控制和不同采樣率設(shè)置、可定義的分析、可視化和文件I/O，該方式代表了當(dāng)今國內(nèi)外發(fā)動機部件測試的主流技術(shù)。

　　開發(fā)基于 cDAQ 平臺的發(fā)動機部件測試系統(tǒng)，首先一個通用平臺滿足各種測試需求。用戶根據(jù)測試對象組合測控模塊，進行各種測試的控制程序開發(fā)，開展發(fā)動機部件測試方法創(chuàng)新。其次解決測試數(shù)據(jù)重復(fù)性差的問題。應(yīng)用比值測量消除A/D 量化誤差、比值計算增加測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定，提高測量精度。第三解決如何提高測量效率的問題。創(chuàng)建基于隊列的數(shù)據(jù)采集和計算存儲方法，隊列的緩沖作用，兼顧數(shù)據(jù)采集與計算存儲的速率匹配矛盾，采集、計算存儲并行進行。創(chuàng)建自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集頻率設(shè)置測量方法，設(shè)置高頻采樣和降頻采樣頻率，進行傅里葉功率譜密度函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)、相關(guān)系數(shù)、均方差計算，開展頻域時域相關(guān)性分析。相關(guān)性吻合采用降頻采樣頻率，減少無謂的冗余數(shù)據(jù)海量計算存儲。第四應(yīng)用于技術(shù)難度大過去無法實施的測試項目。發(fā)動機軸向負荷加載測試打破技術(shù)壁壘封鎖，攻克部件傳感器制作瓶頸開拓測試新功能，部分項目填補了發(fā)動機部件測試的應(yīng)用空白，是面向特殊測試的創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用范例。

　　基于 cDAQ 平臺的發(fā)動機部件測試系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，解決由使用固定軟件且功能商定義的測試平臺無法完成的測試難題，開展發(fā)動機部件測試系統(tǒng)開發(fā)、測試方法創(chuàng)建和測試應(yīng)用評價體系的建立。

　　NI C 系列50 多種熱插撥I/O 模塊，BNC 接口或螺絲端子接口直接連接傳感器，模塊內(nèi)置抗混疊濾波器、信號調(diào)理和A/D 轉(zhuǎn)換器，通道間隔離或組隔離、帶有終端連接器，測量信號包括溫度、負荷、壓力、應(yīng)力、扭矩、加速度、數(shù)字I/O、計數(shù)和定時、CAN 通訊等，適應(yīng)不同類型的物理信號測試系統(tǒng)要求。

　　cDAQ 平臺需要根據(jù)控制對象和檢測功能積木式組合I/O 接口模塊，測試效率取決于測試方法創(chuàng)建、LabVIEW 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計和編程技巧。

　　應(yīng)用美國國家儀器NI cDAQ 開放式模塊化數(shù)據(jù)采集硬件平臺和LabVIEW 圖形化編程軟件，開發(fā)用戶軟件自定義的發(fā)動機部件測試系統(tǒng)，見圖2.2。該系統(tǒng)體現(xiàn)以LabVIEW 圖形化編程軟件為核心的自動化測試系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，在cDAQ 平臺上根據(jù)部件測控參數(shù)組合接口模塊，用戶只做部件測試方法、控制算法和控制程序的頂層設(shè)計，以及部件測試機械裝置開發(fā)和測試傳感器制作的底層設(shè)計，為發(fā)動機部件測試復(fù)雜技術(shù)問題提供解決方案。應(yīng)用創(chuàng)新技術(shù)實現(xiàn)部件產(chǎn)品應(yīng)力、壓力、負荷、溫度、轉(zhuǎn)速、扭矩、數(shù)字I/O、振動和加速度等性能參數(shù)測試考核，解決由使用固定軟件且功能由商定義的傳統(tǒng)測試平臺無法完成的測試難題。

　　發(fā)動機臺架試驗扭矩及壓力測量、軸向負荷加載測量、主軸承座及端蓋應(yīng)力測量、共軌壓力測量和燃油消耗量稱重測量，以及整車車架應(yīng)力測量，所用傳感器由四個橋臂的惠斯通電橋組成。根據(jù)檢測組件配置的單橋臂、雙橋臂或四橋臂電阻應(yīng)變片，構(gòu)成1/4 橋、半橋或全橋電路，目前存在的問題：

　�、贉y量接口模塊與測點應(yīng)變傳感器之間導(dǎo)線壓降，導(dǎo)致應(yīng)變傳感器激勵電壓和A/D 轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓非等電位，A/D 轉(zhuǎn)換量化結(jié)果引入測量誤差。

　　② 應(yīng)變傳感器測量值計算，取激勵電壓設(shè)定常數(shù)，激勵電壓波動變化引入計算誤差。

　　上述因素，導(dǎo)致部件同一測量部位，同一測試工況測量數(shù)據(jù)比對一致性差。

　　比值測量計算方法，見圖3.1。比值測量，根據(jù)運算放大器輸入阻抗高輸入電流為零致使傳輸導(dǎo)線不產(chǎn)生壓降特點、應(yīng)用基準(zhǔn)電壓檢測器檢測應(yīng)變傳感器激勵電壓Vcc，檢測值實時跟蹤激勵電壓波動其輸出驅(qū)動作為A/D 轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓Vref。Vcc 等于Vref，A/D 轉(zhuǎn)換補償激勵電壓至應(yīng)變傳感器導(dǎo)線電阻Rlead 產(chǎn)生的壓降引起的增益誤差，消除激勵電壓變化和溫度飄移對A/D 量化結(jié)果的誤差影響。

　　比值測量方法的優(yōu)勢增加測量穩(wěn)定性。激勵電壓變化，激勵電壓被檢測并反饋到A/D 轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓端，激勵電壓Vcc 與A/D 基準(zhǔn)電壓Vref 等電位，A/D 量化精度不受激勵電壓變化影響。

　　應(yīng)用 Vin/Vcc 比值計算方法，計算車架應(yīng)力、發(fā)動機扭矩、軸向負荷、缸體應(yīng)力和高壓油管應(yīng)力，將傳感器輸出電壓對應(yīng)的各種物理參數(shù)替換成比值對應(yīng)，其線性表達式：

　　式中，y 為測量物理值，x 為應(yīng)變傳感器輸出比值Vin/Vcc，k 為增益系數(shù)，b 為應(yīng)變傳感器零點失調(diào)物理值。

　　比值計算方法的優(yōu)勢標(biāo)定測量數(shù)據(jù)重復(fù)一致性好。對應(yīng) A/D 模擬輸入，比值計算與傳感器激勵電壓Vcc 變化無關(guān)，對應(yīng)N、Nm、lb、kg、Pa 及Psi 各種物理量的檢測計算穩(wěn)定，減少重復(fù)標(biāo)定次數(shù)或分段標(biāo)定區(qū)域。

　　發(fā)動機部件應(yīng)變應(yīng)力測量，應(yīng)用 NI 9237 模塊比值測量和LabVIEW 測控程序比值計算算法，提高測量數(shù)據(jù)重復(fù)一致性和度。

　　發(fā)動機部件測試，在數(shù)據(jù)采集和計算存儲并行執(zhí)行的程序結(jié)構(gòu)中，通過局部變量傳遞數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集速率大于數(shù)據(jù)計算存儲速率，產(chǎn)生遺漏計算采集數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集速率小于數(shù)據(jù)計算存儲速率，產(chǎn)生重復(fù)計算采集數(shù)據(jù)。由于存在數(shù)據(jù)采集與實時計算存儲的速度匹配瓶頸，導(dǎo)致測試效率降低。

　　設(shè)計基于隊列的數(shù)據(jù)采集和計算存儲方法，見圖3.2。生產(chǎn)者主循環(huán)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)放入隊列；消費者從循環(huán)依次從隊列中取出數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)計算存儲。聯(lián)接兩個循環(huán)的是基于隊列的數(shù)據(jù)管道，主循環(huán)數(shù)據(jù)通過隊列傳遞給從循環(huán)，主循環(huán)與從循環(huán)并行執(zhí)行。

　　基于隊列的 LabVIEW 生產(chǎn)者 /消費者循環(huán)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，利用隊列構(gòu)建的FIFO（先入先出）將數(shù)據(jù)進行緩存，當(dāng)消費者的計算存儲執(zhí)行速率小于生產(chǎn)者數(shù)據(jù)采集速率，隊列長度將不斷增加，不會遺漏讀取采集數(shù)據(jù)。當(dāng)消費者的計算存儲執(zhí)行速率大于生產(chǎn)者數(shù)據(jù)采集速率，從隊列中每取完一組數(shù)據(jù)隊列長度即為空，不會重復(fù)讀取采集數(shù)據(jù)。由于隊列的緩存作用，不管消費者模式的計算存儲運行速率如何，生產(chǎn)者消費者模式始終保證消費者循環(huán)處理的是正確的數(shù)據(jù)。

　　高速數(shù)據(jù)采集，導(dǎo)致大量冗余數(shù)據(jù)涌入。海量數(shù)據(jù)計算和冗余數(shù)據(jù)存儲，增加數(shù)據(jù)處理計算負荷。必須杜絕發(fā)動機部件采樣頻率僅憑經(jīng)驗或靠感覺確定的弊端，減少冗余數(shù)據(jù)量無謂計算、節(jié)省存儲空間并提高數(shù)據(jù)處理分析效率。

　　設(shè)計自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集頻率設(shè)置測量方法，見圖 3.3，應(yīng)用傅立葉功率譜函數(shù)和相關(guān)性函數(shù)分析，確定測量信號頻率。根據(jù)信號頻率設(shè)置采樣率，達到試驗研究和測試結(jié)果所需精度要求。

　　信號參數(shù)的頻率響應(yīng)范圍，設(shè)定高頻采樣 X0（t）和第二降頻采樣X1（t），作時域、頻域分析。首先應(yīng)用FFT 傅立葉功率譜密度函數(shù)進行頻率響應(yīng)分析計算，求出被測參數(shù)信號響應(yīng)頻率，以重型柴油發(fā)動機高壓油管應(yīng)力測試為例，設(shè)定采集頻率5KHz，發(fā)動機轉(zhuǎn)速1900r/min，外特性試驗的采集數(shù)據(jù)，進行傅立葉功率譜密度函數(shù)頻率響應(yīng)計算分析，見圖3.4，應(yīng)變信號響應(yīng)頻率16Hz。若不同采樣頻率的信號可以互換，等價條件為功率譜圖相鄰大幅值間的頻率相同。

　　其次進行相關(guān)性判斷，互相關(guān)函數(shù)反映兩個樣本在不同時刻之間的相互依存關(guān)系。運用互相關(guān)函數(shù)、相關(guān)系數(shù)、均方差計算兩種信號波形在不同時刻的相似性和關(guān)聯(lián)性，判斷是否具有互換性。如果高頻采樣X0（t）和降頻采樣X1（t）二者具有極高相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)和均方差值計算沒有超出門檻值，應(yīng)用降頻采樣。

　　如果在某些特征參量上差異超出設(shè)定門檻值，使用原頻率采樣。

　　以中型柴油發(fā)動機主軸承座應(yīng)力測量為例，兩組不同采樣頻率的主軸承座應(yīng)力信號波形互相關(guān)分析，見圖3.5。圖3.5a 兩組應(yīng)力信號采樣頻率同為10kHz，相關(guān)系數(shù)計算等于1，均方差計算等于零，信號波形完全相同。圖3.5b 為高頻10kHz 采樣和第二降頻9kHz 采樣的信號波形互相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)＜1，均方差計算＞0，兩組信號波形高度吻合。圖3.5c 為高頻10kHz 采樣和第二降頻40Hz 采樣的信號波形互相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)計算近似等于零，均方差計算誤差超出門檻值出現(xiàn)錯誤警示，兩組信號波形風(fēng)馬牛不相及、毫不相關(guān)。

　　自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集頻率設(shè)置測量方法，根據(jù)LabVIEW 信號處理、數(shù)據(jù)分析軟件FFT 傅立葉頻譜分析和相關(guān)函數(shù)計算，尋找采樣頻率，使采樣頻率真實接近測試參數(shù)響應(yīng)頻率的整數(shù)倍。即真實反映信號，又不出現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余。

　　發(fā)動機部件測試，除需建立測試平臺外、還需研制測試裝置、制作部件傳感器，遠比具有現(xiàn)成檢測設(shè)的整機臺架測試準(zhǔn)工作復(fù)雜的多。部件測試開發(fā)，沒有現(xiàn)成的技術(shù)方法可以借鑒，沒有全套齊全的設(shè)能夠買到，部件測試裝置的開發(fā)源于創(chuàng)新。

　　發(fā)動機軸向加載測試裝置設(shè)計，見圖 3.6。氣缸支架、聯(lián)接桿支座安裝在發(fā)動機試驗室鐵地板上，止推軸承裝配在止推軸承套座內(nèi)，止推軸承套座用螺栓固定在發(fā)動機曲軸法蘭盤前端。通過cDAQ 平臺NI9477 控制氣缸氣壓壓力實現(xiàn)軸向推拉力雙向加載、NI 9237 檢測軸向加載負荷，拉壓力傳感器承載氣缸活塞直線行程的推拉力，并將力矩傳遞給聯(lián)接桿。止推軸承承載聯(lián)接桿直線行程的推拉力，并將力矩作用至旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機曲軸法蘭盤端面，完成發(fā)動機運轉(zhuǎn)時軸向負荷推拉力加載的試驗考核。

　　發(fā)動機軸向負荷加載測試，應(yīng)用于發(fā)動機曲軸端面、氣缸體端面、軸瓦端面、飛輪端面、變速箱端面施加軸向負荷推拉力加載，考核發(fā)動機部件產(chǎn)品耐久性能的專項測試。

　　發(fā)動機部件測試，除應(yīng)用傳統(tǒng)的商品傳感器外，亦需要專項制作部件傳感器。部件傳感器制作缺陷，往往導(dǎo)致部件測試系統(tǒng)的應(yīng)用功虧一簣。

　　共軌柴油發(fā)動機燃油供給“大動脈”高壓油管，使用過程中若出現(xiàn)斷裂或漏油等失效故障，不僅影響發(fā)動機可靠性，而且直接關(guān)系人身和車輛安全。在發(fā)動機高壓油管應(yīng)變測試實踐中，如何選型應(yīng)變片和制作應(yīng)變傳感器，是保障測試成功的關(guān)鍵。

　　應(yīng)變片選擇，采用輸出阻抗120Ω兩軸90°垂直應(yīng)變花，測量高壓油管軸向和徑向應(yīng)變，計算應(yīng)變合力。根據(jù)高壓油管管徑與長度，選擇敏感柵長度3mm 以上、自我溫度補償（敏感柵材料與被測物材料熱膨脹系數(shù)相對應(yīng)）的3 線制金屬箔式應(yīng)變片，消除應(yīng)變片阻值和引線電阻隨溫度變化的影響。

　　高壓油管應(yīng)變片粘貼部位，選擇能感受油管應(yīng)力的管件端頭部位，其中兩軸90°應(yīng)變花粘貼位置，距高壓油管端頭距離20mm，見圖3.7a。針對細徑圓管和不規(guī)則彎曲形狀，為真實檢測應(yīng)力和防止應(yīng)變片粘貼不實振動脫落，設(shè)計了應(yīng)變傳感器制作方法。①檢查分選；②管件打磨；③劃線定位；④貼面清洗；⑤涂劑粘片；⑥加壓固定；⑦質(zhì)量檢查；⑧防護處理。制作完成的高壓油管應(yīng)變傳感器，見圖3.7b 和3.7c。

　　發(fā)動機止推片表面磨損，導(dǎo)致發(fā)動機曲軸竄動、活塞拉缸、離合器掛檔分離困難和運轉(zhuǎn)異響，止推片磨損過程中溫度異常上升還會產(chǎn)生嚴重?zé)�蝕或抱軸；造成曲軸止推面和缸體軸承座側(cè)面摩擦磨損、缸體和曲軸報廢的嚴重故障。在考核止推片材料的止推耐磨性能試驗中，如何向發(fā)動機曲軸端面施加軸向負荷加載，怎樣制作和安裝止推片溫度傳感器，如何準(zhǔn)確檢測止推片溫度，是實現(xiàn)止推片性能測試的關(guān)鍵技術(shù)。

　�。╝）兩種采樣信號波形相關(guān) （b）兩種采樣信號波形高度近似相關(guān) （c）兩種采樣信號波形不相關(guān)

　　沿發(fā)動機曲軸縱向方向，在發(fā)動機主軸承座和主軸承座端蓋前后各有2 片上、下止推片。發(fā)動機止推片傳感器制作，見圖3.8。沿止推片圓周30º、90º、150º處，在上、下止推片壁厚2.5mm 中線 個，沿壁厚圓弧面加工寬1mm、深4mm 溝槽，在小孔內(nèi)安裝點焊后的鎳鉻鎳硅K型熱電偶絲，沿溝槽引出并用密封膠填充固定。止推片溫度傳感器篩選，設(shè)定測量誤差≤±2℃，合格產(chǎn)品作為發(fā)動機止推片試驗樣品。

　　圖 3.7 高壓油管應(yīng)變傳感器制作 （b）泵至軌油管應(yīng)變傳感器

　　圖 3.7 高壓油管應(yīng)變傳感器制作 （c）軌至嘴油管應(yīng)變傳感器

　　止推片溫度傳感器安裝，見圖 4.2。首先在發(fā)動機主軸承座安裝上止推片，裝入曲軸，安裝主軸承座端蓋的同時裝入下止推片。

　　發(fā)動機軸向負荷加載測量，采用電阻應(yīng)變橋式拉壓力傳感器。應(yīng)用Vin/Vcc 比值測量計算方法，見圖4.4。拉壓力傳感器激勵電壓變化時，接口模塊A/D 轉(zhuǎn)換器參考電壓同步變化，A/D 轉(zhuǎn)換器模擬輸入與激勵電壓的比值Vin/Vcc 保持恒定，測量精度不受激勵電壓波動的影響。

　　應(yīng)用基于 cDAQ 平臺的發(fā)動機部件測試系統(tǒng)，止推片可靠性測試界面見圖4.5。開展發(fā)動機穩(wěn)定工況、帶負荷起動正常潤滑工況和邊緣潤滑工況軸向負荷加載12 通道止推片溫度測試，考核發(fā)動機止推片受軸向負荷作用下的溫升及磨損，對止推片可靠性進行判斷。

　　發(fā)動機軸向負荷加載止推片溫度測試，穩(wěn)定工況下止推片溫度為131.90℃，見表4.1。穩(wěn)定工況試驗，止推片表面未出現(xiàn)擦傷痕跡，亦未出現(xiàn)明顯的摩擦痕跡。

　　本項目開發(fā)與應(yīng)用，攻克發(fā)動機止推片性能測試軸向負荷加載控制、止推片溫度傳感器制作和安裝的技術(shù)瓶頸，填補發(fā)動機部件專項測試的應(yīng)用空白，是面向特殊測試的創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用范例。

　　發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性和降低排放的整體性能指標(biāo)提升，要求發(fā)動機缸內(nèi)燃燒壓力隨之增加，缸內(nèi)爆發(fā)壓力導(dǎo)致發(fā)動機疲勞應(yīng)力分布主要集中在主軸承座區(qū)域。

　　為考核發(fā)動機缸體軸承座所承受的應(yīng)力，開展臺架試驗中型柴油發(fā)動機主軸承座及端蓋應(yīng)力測試。發(fā)動機主軸承座1 缸側(cè)粘貼1/4 橋120Ω電阻應(yīng)變片，主軸承端蓋粘貼1/4 橋120Ω電阻應(yīng)變片及90°電阻應(yīng)變花，見圖4.6。

　　應(yīng)用基于 cDAQ 平臺的發(fā)動機主軸承座應(yīng)變應(yīng)力測試系統(tǒng)，見圖4.7，NI 9219、NI 9237 和NI 9944組成1/4 橋應(yīng)變測量接口模塊。建立臺架試驗工況主軸承座應(yīng)力分析、主軸承座應(yīng)力隨爆壓變化規(guī)律分析的測試應(yīng)用評價體系。開展主軸承座端蓋螺栓安裝應(yīng)力，外特性工況主軸承座應(yīng)力，負荷特性工況主軸承座應(yīng)力測量。

　　圖 3.8 發(fā)動機止推片傳感器制作 （b）止推片K 型熱電偶傳感器

　　發(fā)動機轉(zhuǎn)速 2r/min 負荷特性工況，主軸承座應(yīng)力峰值測量，見圖4.8。發(fā)動機主軸承座應(yīng)力響應(yīng)主要由缸壓作用產(chǎn)生，應(yīng)力峰值的大小與爆壓壓力大小有關(guān)。

　　高壓油管產(chǎn)品設(shè)計、材料選型、仿真計算、可靠性評價，需要進行應(yīng)力測試驗證。而對這方面的測試技術(shù)、試驗方法、數(shù)據(jù)分析過去往往缺乏認識，具體測試過程出現(xiàn)的問題未能解決。為此，進行共軌柴油發(fā)動機高壓油管應(yīng)力測試系統(tǒng)的開發(fā)，開展測試技術(shù)創(chuàng)新和試驗方法研究，解決多通道數(shù)據(jù)采集與實時計算存儲的速度匹配瓶頸、高速數(shù)據(jù)采集與冗余數(shù)據(jù)產(chǎn)生導(dǎo)致測試效率低下問題。

　　建立高壓油管應(yīng)力測試評價體系，開展安裝強度應(yīng)力和運行疲勞應(yīng)力測試。數(shù)據(jù)分析，應(yīng)用Goodman曲線進行產(chǎn)品強度應(yīng)力和疲勞應(yīng)力可靠性評價。同時對運行應(yīng)力測試數(shù)據(jù)開展頻譜分析，分析疲勞應(yīng)力產(chǎn)生原因及確定自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集頻率。重型柴油發(fā)動機高壓油管應(yīng)力測試部位，見圖4.10、4.11。

　　高壓油管運行應(yīng)力測試頻譜分析表明，發(fā)動機軌壓建立過程，油管工作時受到的周期應(yīng)力、以及發(fā)動機運行振動導(dǎo)致的油管應(yīng)力幅值變化，是產(chǎn)生油管疲勞失效的主要原因。疲勞應(yīng)力一方面受到管內(nèi)軌壓的作用，另一方面亦受到噴油、供油壓力波動的作用。在疲勞應(yīng)力的基礎(chǔ)上，還有與發(fā)動機轉(zhuǎn)速基頻對應(yīng)的周期性應(yīng)力響應(yīng)。

　　多通道數(shù)據(jù)采集和存儲計算，設(shè)計基于隊列的數(shù)據(jù)采集和計算存儲方法，見圖4.13。首先對cDAQ 平臺接口模塊設(shè)置初始化，創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集任務(wù)、設(shè)定采樣頻率、啟動定時采集，循環(huán)讀取采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集結(jié)束刪除任務(wù)釋放資源。多任務(wù)并行處理采用LabVIEW 生產(chǎn)者 /消費者循環(huán)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)者循環(huán)使用“元素入隊列”函數(shù)向數(shù)據(jù)簇隊列中添加采集數(shù)據(jù)，消費者循環(huán)使用“元素出隊列”函數(shù)從數(shù)據(jù)簇隊列中取出數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)采集速率快于數(shù)據(jù)計算存儲速率，來不及處理的數(shù)據(jù)緩存于隊列中，保證采集數(shù)據(jù)不丟失�；�于隊列的循環(huán)間數(shù)據(jù)傳輸，采集、計算、存儲多個任務(wù)并行執(zhí)行，消除后續(xù)離線數(shù)據(jù)處理分析，具有更高測試吞吐量，提高程序效率。運籌于帷幄之中，決勝于千里之外。

　　重型發(fā)動機高壓油管應(yīng)力測量值分布在 0.1%失效的疲勞極限線以下，測量應(yīng)力滿足Goodman 曲線材料強度與疲勞強度限值要求。

　　應(yīng)用 cDAQ 平臺和LabVIEW 測控程序，開展高壓共軌中型柴油發(fā)動機泵至軌高壓油管安裝應(yīng)力和運行應(yīng)力測試，見圖4.15。

　　發(fā)動機缸蓋設(shè)計，鼻梁區(qū)熱應(yīng)力情況、水流場工作情況、材料選型等基礎(chǔ)工作和仿真計算，需要開展缸蓋溫度測試，以適應(yīng)發(fā)動機功率提升的高爆壓要求。

　　應(yīng)用基于 cDAQ 平臺的發(fā)動機部件測試系統(tǒng)，開展中重型柴油發(fā)動機缸蓋溫度測試，見圖4.17。缸蓋溫度K 型熱電偶傳感器，安裝在缸蓋進、排氣道的鼻梁區(qū)間，K 型熱電偶溫度測量模塊NI 9219。

　　外特性工況下控制發(fā)動機出水溫度 88℃，開展缸蓋溫度測量、缸蓋溫度梯度計算，以及全負荷工況下改變出水溫進行缸蓋測溫，數(shù)據(jù)采集頻率1Hz。

　　高壓共軌柴油發(fā)動機，使用渦輪增壓器回收發(fā)動機排氣能量，驅(qū)動排氣管道的渦輪帶動同軸的進氣管道的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道吸進的空氣，使之增壓進入氣缸。提高發(fā)動機升功率和燃油經(jīng)濟性，降低發(fā)動機油耗和排放，提供高原功率補償。渦輪增壓器出口與發(fā)動機進氣管之間的中冷器，對進入氣缸的空氣進行冷卻。整車道路試驗，發(fā)動機電控單元EECU 的軌壓、主噴、預(yù)噴和后噴、渦輪增壓器限熱模式參數(shù)調(diào)整，需要監(jiān)測渦輪增壓器相關(guān)參數(shù)驗證。中重型柴油發(fā)動機渦輪增壓器壓力溫度測試部位，見圖4.19。

　　發(fā)動機渦輪增壓器壓力、溫度測試數(shù)據(jù)采集控制程序，見圖 4.21。

　　車架大梁 6 組應(yīng)變測量數(shù)據(jù)曲線。根據(jù)測點的數(shù)據(jù)分析對比，車架的應(yīng)力分布從前端至后端呈現(xiàn)“前拉后壓”的分布趨勢。

　　開發(fā)基于 cDAQ 平臺的發(fā)動機部件測試系統(tǒng)，應(yīng)用美國國家儀器NI cDAQ 平臺和圖形化編程語言LabVIEW 開發(fā)軟件，開展發(fā)動機部件測試方法的基礎(chǔ)技術(shù)研究和技術(shù)創(chuàng)新，應(yīng)用比值測量消除A/D 量化誤差、比值計算增加測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定，創(chuàng)建基于隊列的數(shù)據(jù)采集和計算存儲方法以及自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集頻率設(shè)置方法提高測試效率，創(chuàng)建發(fā)動機軸向負荷加載控制方法攻克技術(shù)瓶頸，創(chuàng)建部件傳感器制作方法完成以往無法實施的測量項目，應(yīng)用創(chuàng)新技術(shù)實現(xiàn)發(fā)動機部件產(chǎn)品性能的測試考核，項目成果可以拓展到整車、變速箱、底盤傳動系部件測試。

　　本項目應(yīng)用 NI cDAQ9172 平臺，經(jīng)受了發(fā)動機臺架試驗、整車道路試驗嚴酷的電磁環(huán)境干擾、高原、高溫和振動考核。臺架試驗cDAQ 平臺與運轉(zhuǎn)的發(fā)動機近在咫尺，通過10～15m 功率放大的USB 傳輸線連接控制室的電腦，發(fā)送指令接收數(shù)據(jù)傳輸不中斷。cDAQ 平臺的高性價比、高性能、物盡其用、易于上手的品質(zhì)特點，在發(fā)動機部件測試中充分體現(xiàn)了其應(yīng)用效果。
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