一种柴油机调速器波动负载模拟测试台设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于柴油机领域，涉及一种用于柴油机中调速器波动负载模拟测试台设计 方法。
【背景技术】
[0002] 在柴油机，尤其是大功率柴油机的机械式燃料供给与调节系统中，调速器是必不 可少的组件。调速器通过调节柱塞螺旋槽转角，进而实现柴油机油量的供给与调节功能。目 前的调速器主要包括机械调速器，液压调速器、电液调速器和电子调速器。其中新型的电液 调速器与电子调速器采用了内部位置闭环与速度外环相结合的控制方法，实现了对柴油机 更加灵敏、精确的转速控制。这两类调速器的选配一方面依赖于经验，另一方面往往需要配 机试运行以确定控制参数范围进而确定控制参数，即把调速器直接安装在选配的柴油机上 测试。这样的选配方式使得选配风险提高，时间和资金成本增加，效率降低。
【发明内容】
[0003] 有鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种不依赖于配机运 行的模拟测试台，以获得调速器的控制参数范围进而确定控制参数，以此降低选配风险和 时间、资金成本。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供了一种柴油机调速器波动负载模拟测试台设计方 法，具体地，本发明提供的技术方案如下：
[0005] -种柴油机调速器波动负载模拟测试台的设计方法，所针对的柴油机调速器波动 负载为拨叉式油量调节机构的拨叉端负载，其特征在于包括如下步骤：
[0006] a、分析拨叉端负载并得到负载扭矩的组成；
[0007] b、建立调速器输出端到柱塞端由于连杆机构摆动产生的调速器输出端扭矩T。与 拨叉端负载扭矩Tt的关系；
[0008] c、根据一般柴油机的喷油规律得到η缸机在喷射过程中凸轮转角范围为Θ时的压 力以及调速器负载扭矩分别与Θ的关系；
[0009] d、根据以上步骤的规律设计测试台的组件，用于模拟拨叉端负载。
[0010]进一步地，步骤a中负载扭矩的组成为：
[0011] Tt * Td = Tf+Ti
[0012] 其中Tt表示拨叉端负载扭矩;Td表示柴油机工作时的铸锻动态扭矩，由液压力造成 的摩擦力矩Tf以及运动时的惯性力矩Ti组成。
[0013] 进一步地，步骤b中调速器输出端扭矩T。与拨叉端负载扭矩Tt的关系为：
[0014] T〇 = K · Tt
[0015] 其中K表示连杆机构折算系数。
[0016] 进一步地，步骤a中摩擦力矩Tf为：
[0017] Tr=^d-AP-S-p
[0018] 其中d为柱塞直径，Δ P为柱塞上下端压差，S为柱塞截面积，μ为柱塞与齿条间的动 摩擦系数。
[0019] 进一步地，步骤a中惯性力矩Ti为：
[0020]
[0021] 其中J为柱塞的转动惯量，ω为齿条带动柱塞旋转的角速度。
[0022] 进一步地，在步骤d中，用磁粉制动器模拟拨叉端负载，用扭矩传感器监测待测调 速器与磁粉制动器之间的动态扭矩，用角度传感器监测齿条的转角。
[0023] 进一步地，在步骤d中，测试台的组件包括支撑台架、扭矩传感器、磁粉制动器、角 度传感器、信号发生器、示波器、电感和数据处理装置，信号发生器、电感与磁粉制动器电连 接，磁粉制动器的两端分别与扭矩传感器和角度传感器用联轴器连接，并固定在支撑台架 上，扭矩传感器的另一端通过联轴器连接待测调速器，示波器与扭矩传感器连接，用于显示 扭矩传感器得到的动态扭矩，数据处理装置分别与角度传感器和待测调速器连接。
[0024] 进一步地，步骤d中，测试台的组件还包括用联轴器连接在扭矩传感器和磁粉制动 器之间的模拟惯量件，用于模拟连杆结构的惯量。
[0025] 进一步地，步骤d中，信号发生器是由控制器和放大器组成，用于产生周期方波信 号，并通过控制器来控制磁粉制动器中的电流大小，进而控制磁粉制动器产生的负载扭矩。 [0026]进一步地，步骤d中，信号发生器是PLC。
[0027] 本发明根据机械式燃料供给与调节系统的工作特点给出了调速器波动负载模拟 测试台设计方法。该方法根据柴油机燃油供给与调节系统的原理得到工作过程中拨叉扭矩 的变化规律，并换算出调速器输出端扭矩的变化规律。通过试验台模拟该扭矩的变化从而 实现对扭矩负载特性的测试，从而为大功率柴油机调速器的选配提供了试验测试依据，使 得调速器的选配不依赖于配机运行，缩小了控制参数的选择范围，降低选配风险、成本并提 高效率，并且对机械调速器，液压调速器、电液调速器和电子调速器都可适用。
[0028] 以下将结合附图对本发明的方法及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解 本发明的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0029] 图1所示为柱塞栗调节机构的主要结构形式；
[0030] 图2所示为柱塞栗的工作过程；
[0031] 图3所示为多缸机的拨叉式油量调节机构；
[0032] 图4所示为η · θ<360°时柱塞栗压力示意图；
[0033] 图5所示为η · Θ>360°时柱塞栗压力示意图；
[0034]图6所示为η · Θ<360°时调速器负载扭矩示意图；
[0035] 图7所示为η · Θ>360°时调速器负载扭矩示意图；
[0036] 图8所示为本发明的实施例的模拟测试台结构示意图；
[0037] 图9所示为本发明的实施例的测试台的模拟负载示意图。
【具体实施方式】
[0038] 在机械式燃料供给与调节系统中，以柱塞栗为例，图1所示为柱塞栗调节机构的主 要结构形式，主要包括齿条1、柱塞套2、可调齿圈3、紧固螺钉4、柱塞5、套筒6,其中柱塞依靠 凸轮来驱动，并根据凸轮形线来调节喷油正时。图2所示为柱塞栗的工作过程，可以看到柱 塞5侧壁开有斜槽，油量调节时通过齿条1带动柱塞5转动至某一角度，可以控制一个喷射周 期内的喷射持续期。当柱塞向下运动在下止点，即柱塞上端面在进油口下端平齐点下时吸 油；当柱塞向上运动至上止点，即斜槽左边最低点与进油口上端平齐点以下过程中喷油；当 柱塞在上止点以上部分过程中回油。多缸机的拨叉式油量调节机构如图3所示，主要包括供 油拉杆7、拨叉8、调节臂9、调速器10。其中供油拉杆7、拨叉8和调节臂9组成连杆机构，调速 器10的输出扭矩通过对连杆机构作用，最终由调节臂9通过齿条调节柱塞5的旋转角度，以 此控制实现柴油机油量的供给与调节。即若要实现不依赖配机运行的调速器负载测试，那 么我们需要模拟调速器输出端的负载扭矩变化，以此来获得调速器的控制参数范围。
[0039] 本发明的柴油机调速器波动负载模拟测试台设计方法是根据柴油机燃油供给与 调节系统的原理得到工作过程中拨叉扭矩的变化规律，并换算出调速器输出端扭矩的变化 规律。通过试验台模拟该扭矩的变化从而实现对扭矩负载特性的测试，具体步骤如下：
[0040] 根据大功率柴油机燃油供给与调节系统的原理分析，调速器输出端的主要负载包 括：
[0041] Tt = Ts+Td*Td = Tf+Ti (1)
[0