试验设备与安全管理浅谈-王力超

试验设备与安全管理浅谈—试验科王力超摘要：发动机作为汽车的心脏，其性能直接影响到车辆的动力性、经济性和排放性能，因此发动机台架性能试验，是衡量发动机动力性、经济性等的必要手段。测功机则是整个试验过程中最重要关键设备，本文简述了几种测功机的原理。主要讲述电涡流测功机和电力测功机（交流电）区别及经济性分析。在整个试验过程中安全管理工作十分重要，试验中容易出现的安全隐患及解决方法关键词：电涡流测功机、交流电力测功机、安全、管理前言随着社会的发展、时代的进步，汽车已经成为经济建设、国防建设和人们日常生活等领域中不可缺少的交通运输工具，在社会发展中发挥着越来越重要的作用。发动机作为汽车的心脏，其性能直接影响到车辆的动力性、经济性和排放性能。不断研究和改善发动机的设计和制造水平、提高发动机制造质量、维护保持发动机使用性能。对提高汽车整体技术水平和质量至关重要。为了科学准确的评价发动机质量，必须进行可靠的发动机动力性、经济性和排放性能等进行必要的台架性能测试。测功机是与动力机械设备同时发明并长期使用的最基本的试验设备之一。随着技术的进步与发展,测功机技术也从最早的水力和机械式测功机发展到现代的电力测功机。常用的测功机有水力(制动)测功机、电涡流测功机、磁粉测功机、直流(电机)测功机和交流(电机)测功机。直流测功机和交流测功机在我国又称之为电力测功机。（图1为发动机试验台架简图）一、测功机的类型及原理1、水力测功机水力测功机因其单位转动惯量的扭矩吸收能力强,长期以来成为大功率内燃机试验优先采用的设备。目前主要有定充量水力测功机和变充量水力测功机。定充量水力测功机的吸收腔内始终充满具有一定压力的水,通过调节测功机的闸套开合位置(即调节测功机转子与定子间的工作面积)来改变测功扭矩大小,这类测功机稳定性好,但结构复杂。变充量水力测功机又称水涡流测功机。它是通过进、出水阀来调节水力测功机吸功腔内水量的多少,以达到改变其制动扭矩大小的目的。变充量水力测功机工作时水压高,噪声大,而且在转速高、制动扭矩小的区段几乎不能稳定工作。目前,主要采取如下措施解决其工作不稳定的问题:①采用闭环控制发动机的油门或风门来控制发动机的转速;②采用闭环控制测功机水门来控制测功机的制动扭矩;③采用水力测功机的工作介质与冷却介质分离的方法(双介质法)。结合前两种方法,采用双闭环控制测功系统的转速和扭矩是当今世界水力测功机的先进控制方法。2、电涡流测功机电涡流测功机利用涡电流效应吸收发动机输出转矩和功率,具有低惯量、高精度、高稳定性、结构简单等特点,适用于操作控制的自动化,并且功率范围也较宽,转速较高,响应速度较快,测试工艺比较成熟,是目前各内燃机制造厂主要使用的测功机之一。基于其良好的控制性、可调性以及负载稳定性,电涡流测功机较合适用于发动机的开发和试验。此外,它也适用于发动机零部件的开发研究试验,汽车风阻、变速器、后轮轴的模拟试验及完整的传动系统模拟实验等。但是,传统的电涡流测功器吸收功率较小,技术水平偏低,自动调节系统动态结构中“恒流控制”和“恒速控制”两个调节闭环共用一只调节器,导致恒转矩控制和恒转速控制达不到精度要求。3电力测功机3.1、直流测功机直流测功机采用它激励磁的直流电机,利用电枢绕组切割磁力线而产生感应电动势的原理根据在不同电磁力作用下所产生大小不同、与转向相反的制动力矩来控制测功机的运行状态。直流测功电机由于控制简单、调速平滑,性能良好一直占据主导地位。然而,直流测功电机的结构上存在机械换向器和电刷,因此具有一些无法克服的固有缺点,如造价偏高、维护困难、寿命短、单机容量以及最高电压和最高转速都受到一定的限制等,导致直流电力测功电机在大容量、高速测功系统中难以广泛应用。3.2交流测功机交流测功机按照交流电动机的种类分为异步测功机和同步测功机两种,按照所使用的变频器的控制技术,有直接转矩控制和磁通矢量控制两种交流测功机。由于同步测功机受同步电动机性能与价格的限制,推广应用较少,主要用于高精度小功率的零部件测试。测功机是动力试验的重要设备,作为测试系统中的加载和能量吸收装置,它不仅单纯的用来吸收被测设备输出的功率和转矩,而是通过对测功机的控制来可以改变被测设备的转矩、转速及功率,形成所需要的测试工况,以测定动力机械设备在各种运行状态下的性能指标和特性曲线。二、电涡流测功机与交流电测功机区别1、电涡流与交流电力测功器的特点电涡流测功器具有控制稳定性好、响应速度快、测量精度高及结构紧凑等优点。转子结构上采用鼓式结构或盘式结构，利用电涡流效应吸收发动机输出转矩和功率，再通过涡流环用冷却水将产生的热量带走，所以需要一套供给循环水系统并且有冷却装置。交流电力测功机是当前技术最为先进的一种测功机，这种测功机以其技术的先进性、工作的可靠性和运行成本的经济性已越来越成为发动机试验台架的优选型式。结构简单、维护方便，节能环保。下面表格就是交流电测功机与电涡流测功机的技术水平、运行可靠性、运行经济性等方面的比较。测功机类型扭矩测量精度响应速度能量反馈稳态试验瞬态试验倒拖试验冷却方式电涡流测功机0.2%F.S快不能能差不能水冷交流电力测功机0.1%F.S极快能能优能风冷2、运行经济性比较电涡流测功机利用涡电流效应吸收发动机输出转矩和功率，产生大量的热能，但能量不能得到有效合理的利用，只能通过冷却水将热量带走，白白浪费了能量。交流电力测功机试验台架作为功率吸收单元，将所吸收的发动机输出轴功率高效能地转变为电功率，向电网回馈符合并网质量的交流电能量。能量转变和回馈的效率达80%以上。此外，运行维护费低，节约能源。将燃油—发动机—机械能—电能—实现再利用的过程，完全符合循环经济、节能环保的要求，在内燃机测试领域，交流电力测功机当然成为未来首选的测功机品种。以发动机可靠性试验台架按标准试验运行为例进行计算。以中等功率水平的被试发动机为例,假设其额定功率为100kW。可靠性试验应进行全速全负荷试验。发电量计算----回收能量收益比较计算结果如下:�全速全负荷试验:全速全负荷试验为在额定功率下运行300h,每1小时试验的发电量为80kW.h合计24000kW.h如此,可靠性试验合计发电量为24000度,折合人民币2.4万元(每度电以一元计)。根据以上计算，使用交流电力测功器对100kW的发动机进行性能试验时将会节省大量的试验成本。如果台架正常使用，每年完成相当于两台耐久试验,节省试验成本在4.8万元以上。3、运行成本比较�节省了大量冷却水。电涡流测功器均使用大量的冷却，不仅需要循环供水、冷却等、设备投资，还消耗宝贵的水资源。�可靠性高，维护费用低。由于设备长期在有水环境下使用，电涡流测功器设备损坏概率较高，产生大量热量需要冷却水带走，导致测功机涡流环产生水垢，散热效果不好，这就需要用除垢剂定期或及时清洗，这样交流电力测功器使用三相异步变频电机，运行可靠，维护方便，费用较低。�交流电力测功器设备使用寿命长。4、投资成本分析目前，交流电力测功机投资成本高于电涡流测功机。国内的交流电力测功机的投资成本已远远低于国外同类产品。但国内的交流电力测功机的主要精密零部件还需要进口，这样就存在一个问题，如果交流电力测功机的进口零部件一旦出现故障，维修的成本一定会很高，维修周期也会很长。国内交流电力测功机市场价格大概是电涡流测功机的2-3倍左右,从眼前看交流电力测功机投资成本高，但长远考虑交流电力测功机优势大于是电涡流测功机，节能环保，符合时代进步需求。还可节省下列设备投资：�供水及冷却系统�电起动装置�反拖装置三、试验室容易出现的安全隐患就解决办法：发动机试验是一项高危险性的工作，因为伴随着有高速旋转运动，有各种高温气体，有毒气体，易燃气体，高压液体产生，及各类电器设备带来的漏电触电等危险，因此，发动机试验室的安全隐患相当广泛，对发动机试验的工作人员，安全意识则尤为重要。1有毒气体发动机试验会产生大量的有毒气体，如CO，HC、NOx等，这些有害气体会导致人体不适，症状为眩晕、恶心、虚脱，因此保证排气系统正常工作是发动机试验的前提条件，此外保持试验室空气流通，在做试验过程中，至少有两人在同时工作是必要的，易避免意外的情况发生。2火灾的危险汽油是极危险的试验用品，着火点非常低，易燃。在试验过程中发动机运转时产生大量的排气高温，如果试验中出现汽油泄露的情况，容易引起火灾。因此，平常应对燃油执行严格的管理制度，每天应有专人对燃油箱及其管路进行必要检查防患于未然。试验过程中一旦出现泄露，应立即停止试验，及时解决泄露问题。试验人员应掌握消防安全常识。3高速旋转物体的伤害发动机在试验过程中，由于经常对发动机新开发相关零件进行不同方式的可靠性试验，因此，发动机基本都在高转速大负荷的工况下运行，发动机产生的动力及振动，容易造成高速旋转的零部件、传动轴等，固定不牢或松脱，导致甩出的物体伤害试验人员。所以每班试验人员都应对旋转零部件传动轴进行必要紧固，防止松脱造成伤害。试验过程中必须进入试验间观察时，应戴好耳塞面对发动机斜45度角观察，观察后立即离开。4机械件的伤害发动机试验需要很多辅助设备协同工作，因此试验间有各种各样的仪器，而同时我们的试验人员经常在试验间安装和卸载发动机，需要试验人员互相协作共同完成，稍不留神就容易被设备的棱角,锐边部分撞伤，划伤。所以试验人员提高自我安全防范意识，做到不伤害他人，不被他热人害，不伤害自己。5触电的危险试验室内有各种电器设备，复杂的线路，而电气短路会引起火灾。所以试验人员应正确使用各种用电设备，发现有裸漏的电线及时更换，防止电击伤人事故。只有把隐患扼杀在摇篮中，才能够最安全地进行工作。6过热零件的伤害在进行发动机故障分析时，发动机过热的零件表面往往对不小心的试验人员造成伤害，这也是应该引起重视的。综合上述各项分析结果,交流电力测功机一次性投资的采购成本高于电涡流测功机，但回收能量的效果非常明显。从长期投资效益的角度分析，交流电力测功机台架投资高于电涡流测功机的费用，但一般地在连续运行几年后这种投资差价就会收回。继续使用所取得的经济效益就是投资方的纯效益,随着时间的延长，交流电力测功机台架的这种经济性会越来越明显,就像水电站一样一次性投入后期的经济效益是人所共知的.目前，国内的交流电力测功机的的技术水平远远低于国外同类产品，其主要零部件还需要进口，但随着技术研发和完善，相信国内交流电力测功机会更加稳定成熟。由此可见交流电力测功机是一种新型的、具有高经济效益、符合节能、清洁、节约的社会发展国策的测功机产品。以上还讲述了一些试验室日常较易引起注意的安全事项，事实上，试验室还有很多隐藏着的问题，诸如此类的隐患，都需要特别引起我们的重视。在工作中我们不要放过任何一个小小的异常，不做任何一次小小的违章，重视安全工作，扎扎实实做好每一项安全工作。参考：测功机厂商相关资料安全管理手册