测量柴油发动机当量转动惯量的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于测量柴油发动机当量转动惯量的系统及方法，系统包括传动设备、小型调速电机、电机控制模块、转速测量模块、轴功测量模块和数据处理模块；传动设备两端分别与柴油发动机输出轴和小型调速电机转轴相连；电机控制模块根据传动设备的传动比和转速测量模块反馈的转速驱动电机平稳起动、调速和制动；轴功测量模块对柴油机被电机加速拖动过程中其运动总成接受的动能进行测量；数据处理模块根据加速过程起止转速值和轴功值计算柴油发动机当量转动惯量；本发明专利技术采用调速电机倒拖柴油发动机的方式，通过测量加速时间段内柴油机运动总成接受的动能，准确测算柴油发动机的当量转动惯量，具有测量精度高、设备便携、易操作等优点。

【技术实现步骤摘要】
测量柴油发动机当量转动惯量的系统及方法
本专利技术涉及一种柴油发动机当量转动惯量测量系统及方法，尤其涉及一种用于精确测量工业现场柴油发动机当量转动惯量的系统及方法，属于机电一体化

技术介绍
在柴油发动机功率测试方法中，有一种通过测量空载柴油发动机加速功率来表征输出功率的方法，即无负荷测功法，因其设备体积小携带方便，能够用于现场柴油发动机功率测试。该方法在测量过程中，需要准确测定柴油发动机的当量转动惯量，以此推算出其最大输出功率。但是，在实际运用过程中发现，运用该方法测定的当量转动惯量的随机性误差较大，严重影响功率评定结果的准确性，因而并未得到推广应用。柴油发动机当量转动惯量是指柴油发动机内部的曲柄连杆机构、配气机构及其他运动件对输出轴中心线的转动惯量的总和，通常柴油发动机使用说明书中没有包含这个参数。由于柴油发动机内部各运动件形状及运动规律复杂，若是分别计算各有关运动件转动惯量，再求和得出总转动惯量，计算起来非常困难繁琐且精度不高。国内、外发表了一些关于柴油发动机当量转动惯量的测量方法，但均存在一定的局限性。吉林工业大学刘仪《用附加质量法确定发动机运动件的总转动惯量》文章中的附加质量法是以“有无附加转动惯量时平均机械损失扭矩相同”为前提，这种假设的正确性及稳定性实际上很难保证，测量精度和重复性都不高；山东工业大学吴波《内燃机转动惯量试验推算方法的研究》和天津大学胡玉平《一种确定内燃机的总转动惯量的试验方法》两篇文章中的瞬时转速法是以平均机械损失扭矩代替瞬时机械损失扭矩，测试精度受转速高低影响较大，且操作繁琐，可实现性差；专利“柴油发电机组运动件转动惯量的测试设备及方法”，申请号201010529442.7，仅仅适用于柴油发电机组，对柴油发动机单机的情况并不适用。因此，现有的几种测量方法均不能满足工业现场柴油发动机当量转动惯量测量的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种用于测量柴油发动机当量转动惯量的系统及方法。本专利技术通过电机拖动柴油机至某一恒定转速，测量加速时间段内柴油机运动总成接受的动能，准确测算出柴油发动机的当量转动惯量，从而实现了不同类型柴油发动机当量转动惯量的准确、快速测定，为柴油机最大功率的现场测试提供了技术手段。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种用于测量柴油发动机当量转动惯量的系统，其特征在于：包括传动设备、调速电机、电机控制模块、转速测量模块、轴功测量模块和数据处理模块；传动设备两端分别与待测柴油发动机输出轴和调速电机转轴进行机械连接，将调速电机产生的动力和运动传递给柴油发动机；电机控制模块用于控制调速电机工作参数，在待测柴油发动机当量转动惯量测量过程中驱动调速电机工作；转速测量模块用于实时检测待测柴油发动机输出轴端转速信号并传输给电机控制模块，电机控制模块根据传动设备的传动比和转速反馈信号纠正反馈量与输入量之间的偏差；轴功测量模块用于测量柴油发动机在调速电机拖动下，加速旋转过程中其运动总成接受的动能；数据处理模块用于获取、记录待测柴油发动机每次加速过程中的起止转速值和轴功值，并根据每次记录的数据计算分析柴油发动机的当量转动惯量。所述电机控制模块包括电源电路、控制电路和驱动电路，控制电路控制调速电机工作参数，驱动电路在待测柴油发动机当量转动惯量测量过程中驱动调速电机工作。所述转速测量模块包括转速传感器和比较放大电路，转速传感器实时检测待测柴油发动机输出轴端实际转速，经比较放大电路放大后传输给电机控制模块。一种用于测量柴油发动机当量转动惯量的方法，其特征在于：采用调速电机倒拖待测柴油发动机加速运动的方式，基于能量守恒定律，通过测量加速时间段内待测柴油发动机运动总成接受的动能，测算出待测柴油发动机的当量转动惯量。所述方法具体包括如下步骤：(1)拆卸待测柴油发动机输出端与作业现场工作负载相连的万向轴；(2)启动待测柴油发动机，怠速稳定运行，当冷却水温度和机油温度达到正常值时，切断对柴油发动机的供油，并在柴油发动机当量转动惯量整个测量过程中维持柴油发动机冷却水和机油温度不变；(3)待柴油发动机输出轴停止旋转后，将传动设备一端与柴油发动机输出轴相连，再将调速电机转轴与传动设备另一端相连；(4)通过电机控制模块起动、调节调速电机，当电机电磁转矩与负载转矩大小相等时，柴油发动机以特定的转速n1稳定旋转，达到动态平衡；(5)通过电机控制模块改变调速电机机械特性，使柴油发动机从转速n1加速至某一转速n2，随即又从转速n2恢复到原来的动态平衡转速n1，与此同时，轴功测量模块测出从转速n1加速至n2时段内轴功的大小W；数据处理模块记录柴油发动机加速过程的起止转速值n1、n2和轴功值W，并根据能量守恒定律计算出该待测柴油发动机的当量转动惯量J；(6)改变转速n2的大小，重复步骤(5)数次，记录整理多次测得的当量转动惯量值，得到待测柴油发动机当量转动惯量的准确值。所述步骤(2)中，对待测柴油发动机进行“热车”使机油温度升高，形成润滑油膜，充分润滑活塞、连杆及输出轴。所述步骤(3)中，传动设备的传动比为1:n，即测量过程中调速电机与待测柴油发动机转速根据实际情况，选择不同的减速机构进行调整。所述步骤(4)中，负载转矩为待测柴油发动机回转运动轴系零部件换算到输出轴中心线上的运动总成惯量。所述步骤(5)中，加速过程起止角速度计算公式为其中ω1、ω2分别为加速过程起止角速度，rad/s；按能量守恒定律其中W为测得的轴功值，J；J为待测柴油发动机当量转动惯量，kg·m2；结合上述公式可得：所述步骤(6)中，通过改变加速终点值n2的大小，测得多个当量转动惯量数据，经过筛选和平均，得到待测柴油发动机当量转动惯量的准确值。采用本专利技术的优点在于：1、本专利技术解决了目前工业现场柴油发动机当量转动惯量无法精确测量的问题，针对现场结构紧凑空间狭小的限制，提出一种基于能量守恒定律通过小型调速电机倒拖柴油发动机的当量转动惯量测量方法及系统，结合电机良好精确的调速性能，测量精度高，可操作性强。2、本专利技术采用小型调速电机倒拖柴油发动机的方式，通过测量加速时间段内柴油机运动总成接受的动能，基于能量守恒定律准确测算柴油发动机的当量转动惯量，具有测量精度高、设备便携、易操作等优点。3、本专利技术综合利用可调速电机、转速测量、轴功测量等机电一体化技术，通过测量加速时间段内柴油机运动总成接受的动能，基于能量守恒定律准确测算出柴油发动机的当量转动惯量，从而实现了不同类型柴油发动机当量转动惯量的准确、快速测定，为柴油机最大功率的现场测试提供了技术手段。4、本专利技术可以直接应用于各类型柴油发动机的当量转动惯量测量，为柴油发动机的最大功率测试提供技术支撑。而各类型柴油发动机在工业现场的使用量十分庞大，且随着节能减排、降本增效、精细化管理、设备安全管理等要求越来越高，本专利技术涉及的技术成果具有良好的应用前景。附图说明图1是本专利技术的测量系统模块框图；图2是本专利技术中调速电机的调速原理示意图；图3是本专利技术的轴功测量模块采用扭矩测量模块时的测量系统模块框图；图4是本专利技术的轴功测量模块采用直流电能表时的测量系统模块框图；图5是本专利技术中轴功测量模块采用扭矩测量模块时的结构示意图。图中标记为：1、电阻应变片，2、无线扭矩节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量柴油发动机当量转动惯量的系统，其特征在于：包括传动设备、调速电机、电机控制模块、转速测量模块、轴功测量模块和数据处理模块；传动设备两端分别与待测柴油发动机输出轴和调速电机转轴进行机械连接，将调速电机产生的动力和运动传递给柴油发动机；电机控制模块用于控制调速电机工作参数，在待测柴油发动机当量转动惯量测量过程中驱动调速电机工作；转速测量模块用于实时检测待测柴油发动机输出轴端转速信号并传输给电机控制模块，电机控制模块根据传动设备的传动比和转速反馈信号纠正反馈量与输入量之间的偏差；轴功测量模块用于测量柴油发动机在调速电机拖动下，加速旋转过程中其运动总成接受的动能；数据处理模块用于获取、记录待测柴油发动机每次加速过程中的起止转速值和轴功值，并根据每次记录的数据计算分析柴油发动机的当量转动惯量。

【技术特征摘要】
1.一种用于测量柴油发动机当量转动惯量的系统，其特征在于：包括传动设备、调速电机、电机控制模块、转速测量模块、轴功测量模块和数据处理模块；传动设备两端分别与待测柴油发动机输出轴和调速电机转轴进行机械连接，将调速电机产生的动力和运动传递给柴油发动机；电机控制模块用于控制调速电机工作参数，在待测柴油发动机当量转动惯量测量过程中驱动调速电机工作；转速测量模块用于实时检测待测柴油发动机输出轴端转速信号并传输给电机控制模块，电机控制模块根据传动设备的传动比和转速反馈信号纠正反馈量与输入量之间的偏差；轴功测量模块用于测量柴油发动机在调速电机拖动下，加速旋转过程中其运动总成接受的动能；数据处理模块用于获取、记录待测柴油发动机每次加速过程中的起止转速值和轴功值，并根据每次记录的数据计算分析柴油发动机的当量转动惯量。2.根据权利要求1所述的用于测量柴油发动机当量转动惯量的系统，其特征在于：所述电机控制模块包括电源电路、控制电路和驱动电路，控制电路控制调速电机工作参数，驱动电路在待测柴油发动机当量转动惯量测量过程中驱动调速电机工作。3.根据权利要求1或2所述的用于测量柴油发动机当量转动惯量的系统，其特征在于：所述转速测量模块包括转速传感器和比较放大电路，转速传感器实时检测待测柴油发动机输出轴端实际转速，经比较放大电路放大后传输给电机控制模块。4.一种用于测量柴油发动机当量转动惯量的方法，其特征在于：采用调速电机倒拖待测柴油发动机加速运动的方式，基于能量守恒定律，通过测量加速时间段内待测柴油发动机运动总成接受的动能，测算出待测柴油发动机的当量转动惯量。5.根据权利要求4所述的用于测量柴油发动机当量转动惯量的方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：(1)拆卸待测柴油发动机输出端与作业现场工作负载相连的万向轴；(2)启动待测柴油发动机，怠速稳定运行，当冷却水温度和机油温度达到正常值时，切断对柴油发动机的供油，并在柴油发动机当量转动惯量整个测量过程中维持柴油发动机冷却水和机油温度不变；(3)待柴...

【专利技术属性】
技术研发人员：敬佳佳，李玉恒，张志东，邓勇刚，张祥来，徐冀林，王文权，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51