基于PLC的发动机止推瓦加载与温度测控试验系统.pdf

基于 P L C的发动机止推瓦加载与温度测控试验系统 王建华 吴娟娟 费明德 东风商用车 技术中心， 十 堰 4 4 2 0 0 1 【 摘要】 为适应发动机止推瓦的温升测试， 开发出一套止推瓦推拉力加载装置， 并具体介绍用热电耦丝 制作温度传感器及其安装方法。通过试验表明该试验装置工作可靠， 测试精度高， 能够满足试验要求。 【 A b s t r a c t 】 I n o r d e r t o a d a p t t h e e n g in e t h r u s t b e a r i n g te m p e r a t u r e r i s e t e s t ， a s e t o f t h r u s t b e a r i n g pu s h i n g a n d p u l l i n g l o a d d e v i c e i s d e v e l o pe d，a n d t he ma k i n g me t h o d a n d fix i n g me t h o d o f t h e r mo e o u p l e a s a t e s t i n g s e n s o r i s i n t r o d u c e d i n d e t a i l ．T h i s t e s t d e v i c e wo r k s r e l i a b l y a n d h a s h i g h t e s t pr e c i s i o n，a n d me e t s t he t e s t r e q u i r e me n t ． 【 关键词】 止推瓦热电偶发动机汽车 d o i 1 0 ． a 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 O O 7 - 4 5 5 4 ． 2 o 1 4 ． O 1 ． 0 4 0 引言 在考核止推 瓦止推耐磨性 能试验 中， 需要在 前后止推面施加轴向推力 ， 在稳定工况 、 带负荷起 动正常润滑、 带负 荷起动边缘润滑 3种工况下记 录止推瓦最高温度， 并检查止推瓦擦伤痕迹以判 定止推瓦失效与否。基于试验要求 ， 开发 出止推 瓦加载与温度测试 的试 验系统 ， 它主要包括 止推 瓦轴 向推拉力加载 及气路装置 ， 止推瓦温度传感 器的筛选 制作 与安装 、 P L C及触摸屏 组成 的电气 控制系统 ， 实现对发动机止推瓦的轴 向加载、 测量 轴向加载力大小及止推瓦温度 ， 对 比在不同工况 、 不同载荷下 的止推 瓦磨损及温升 ， 对止推 瓦材 料 及可靠性评测提供数据支撑 。 1 止推瓦轴向推拉力加载及气路装置 曲轴端面轴向推拉力加载装置如图 1 所示。 收稿 日期 2 0 1 2一l O一1 5 上海汽车2 0 1 4 ． 0 1 拉 压 力 传 感 器 润 滑 油 加 油 嘴 推 毒 连接杆 一 安装支架 曲轴加载杆 气缸活塞杆 加载支撑卡 千 ， 推力球轴承 曲轴法兰 可调节支撑座 图 1 轴 向推拉力加载装置 气缸支架、 可调节支撑座安装于试验 间铁 地 板上。连接杆及 曲轴加载杆将气缸 、 拉压力传 感 器 、 推力球轴承连接在一 起， 推力球轴承装配在推 力球轴承套座 内， 推力球轴承套 座同曲轴法 兰用 螺栓固定在一起 。气缸通过连接杆给 曲轴施加轴 向载荷 ， 在曲轴连接法兰处设置一对推力球轴承 ， 通过推力球轴承可 以实现 曲轴和推力球轴承套座 旋转而曲轴加载杆不旋转 ， 完成发动机运转时 向 止推瓦轴向力的缓慢匀速加载。在推力球轴承套 l 5 座 内灌注航空耐高温润 滑脂 ， 曲轴加载杆在 推力 球轴承套座 内的端面直径 比推力球轴承套座 内径 小 4 m m， 在推拉运动 时， 方便润滑脂在腔体 内流 动 ， 减 少磨损 ， 防止推力球轴 承因高温出现烧蚀 、 烧结现象。在 夏季 自然通风条件下 ， 发 动机 按额 定转速全负荷运行 ， 轴 向加载力为8 5 0 0 N， 长时间 运 行 时 ， 监 测 到 的 推 力 球 轴 承 座 最 高 温 度 为 1 3 5℃； 在试验间强制通风条件下 ， 监测到的推力 球轴承座最高温度为 1 1 0 q C， 充分验证 了轴 向加 载的推力球轴 承设计先进性与实用性 ， 且推力球 轴承套座无需额外降温措施。 P L C控制 4路进气 2位 2通阀及气缸行程换 向的3位 5通阀。气缸选用 S MC生产的 C Q 2 B 1 0 0 2 0 0 D C M的带缓 冲垫双作用气缸 ， 缸径 1 0 0 mm， 有效行程 2 0 0 m m。通过手动组合调节气 缸 的减 压阀压力大小 ， 可 实现气 缸对 止推瓦 的轴 向力值 的精确加载。其气路控制原理如 图2所示 。 气 图 2 气路原理图 2 止推 瓦温度传感器 的筛选制作与 安装 由于止推瓦的厚度仅为 2 ． 9 mm， 而常规 K型 热电耦测温圆柱头直径达 3 r n m， 根本不可能将它 直接埋人止 推瓦 中来测试温度。同时 ， 为保证试 验中数据的可靠性 、 一致性及测试精度需求 ， 埋 入 的热 电耦需经过以下环节进行筛选、 制作和安装 ， 才能顺利地进行止推瓦的温度的测试 。 1 初步筛选。将一组热 电耦放人标准温度 箱中， 在 3 0 0 o C 下， 筛选出温度误差不超过 O ． 5℃ l 6 的一组热电耦。 2 将筛选 出的热 电耦 ， 裁剪成长 度一致的 热电耦丝， 用点焊机点焊， 筛选出焊点光洁平整且 成水滴状的热电耦。 3 将点焊好 的热 电耦放人标 准温度箱 中， 在 3 0 0 o C下 ， 再次筛选 出温度误差不超过 4 - 0 ． 5 ℃ 的一组热电耦。 4 沿止推 瓦圆周 3 0 。 、 9 0 。 、 1 5 0 。 处 ， 在壁厚 中间位置各钻 1 ． 0 mm、 深 8 m m的小孑 L 3个 ； 将 止推瓦安装于分度盘 中， 用线 切割钼丝在壁厚 圆 弧面线切割出宽 1 m m、 深 1 ． 21 ． 5 m m 的沟槽。 不要用铣床铣 出沟槽 ， 以免夹具夹持时对止推 瓦 形变 。在小孔 内埋设筛选 出的热电耦 ， 3个热电耦 的导线沿沟槽引 出， 并用耐 高温、 耐腐蚀、 抗脆性 好的密封胶 填充 固定。安装热 电耦 时 ， 要注 意热 电耦要紧贴止推瓦 ， 以保 证热 电耦能准确反 映止 推瓦的温度变化。 5 将制作并安装好热 电耦的止推瓦放人标 准温度箱 中， 在 3 0 0 下 ， 放置 3 0 m i n ， 温度误 差 不超过 - t- O ． 2 o C的止推瓦才可在试验中使用。 6 筛选 出安装好热 电耦 的止推瓦 ， 用 清洗 剂反复清洗热电耦丝 ， 同时反复捋直 ， 不得有热 电 耦丝起皱或扭结现象 ， 以防试验过程 中热 电耦 丝 被旋转件打断。 7 每个止推瓦安装 3个温度传感器 ， 在轴 承座前后端面上下各安装 2个止推瓦 ， 计有 1 2路 温度传感器。用清洗剂反 复清洗缸体 内壁 ， 去除 油污； 将安装 了热 电耦 的止推瓦嵌入发动机轴 承 座， 热电耦的引出线沿发动机缸体边缘与油底壳 平面结合处引出； 引出线在缸体 内走线时 ， 先用磁 铁将引出线 固定在缸体 内壁上 ， 以免在涂抹 密封 胶时导线散乱 ； 走线要成 S形 ， 以使高温膨胀时引 出线有伸缩余地； 再用耐高温、 耐腐蚀的化工密封 胶固定 ， 待密封胶 固化后 ， 取 出磁铁 ； 热 电耦 引出 壳体外的引线加补偿导线引至信号调理模块 A D ． A M3 0 1 1 输人端 。 3 P L C可编程控制器 的软硬件设计 P L C具有体积小、 功能强、 可靠性高和较强 上海汽车2 0 1 4 ． 0 1 适应恶劣环境的能力等一系列特 点 ， 并 可以有效 地减少继 电器 的使用 ，能 大大 地提 高 系统 的可 靠性。为此， 研制了基于 P L C的止推瓦加载与 温度测试的试验系统 ， 其 中 P L C是整个 系统的控 制 核 心 ， 选 用 S I E ME N S S 7 2 O 0系 列 C P U 2 2 6 型 ， 它带有 D C ／ D C 2 4路数字量输 入和 1 6路数字 量输出 ， 触摸屏选用 T P 1 7 7 B型 ， 模拟量扩展模块 选用4路模拟量输入 E M 2 3 1 订货号 6 E S 7 2 3 1 0 HC 2 2 - - O X A 0 ， 用 以采集拉压力和位移 ， 热 电耦 采集模块选用 4路热电耦输入模块 E M2 3 1 订货 号 6 E S 7 2 3 1 _ _ 7 P D 2 2 - 一 0 XA 0 。P L C的输出点控 制 固态继电器 ， 固态继 电器 驱动 电磁 阀 ， 实现气 缸对 止推瓦推拉 动作 进行 加载 。由于 电磁 阀线 圈是感性 负载 ， 为避免反 电势对 数据采集造成干 扰 ， 在 电磁 阀线 圈两端 加有 续流 二极 管 ， 消除反 电势的影 响。 拉压力传感器选用 1 0 1 B H型拉压力传感器， 其量程范 围为 01 0 0 0 k g ， 符合试验要求 。温度 信号调理模块采用 A D A M 3 0 1 1 ， 拉压力传感器信 号调理模块采用 A D A M 3 0 1 6 ， 拉索式位移传感器 采用 A D A M3 0 1 4 。 软件采用 梯形 图编写控 制开关 量 的输人 输 出及模拟 量 的采 集 。主要 功 能控 制 电源 、 气 路 通断 ； 推拉力 、 位 移 、 温度的采集 及显示 ； 报 警模 块在气缸 位移 、 加 载力 超过 设 定值 时 进行 声 光 报警。同时按试验要求 ， 在稳定工况下 ， 止推瓦 温度超 过 1 5 0℃ 此 温 度 下 ， 油膜 可 能 已经 破 坏 ， 自动终止试 验 。在带负荷起 动下正 常润滑 试验 和 边 缘 润 滑 试 验 时 ， 止 推 面 温 度 超 过 2 6 0 o C 止推 瓦此 种情 况 下 可 能损 坏 ， 自动终 I 试 验 4 试验过程及试验装置评价 此试验装置在东风商用车技术 中心发动机试 验室进行了多型号 、 多轮次止推瓦温升认证试验。 在进 行认证 试验前 ， 必须 保证止 推瓦 已经磨 合。 在稳定工况试 验下 ， 发动机 以额定转速和负荷运 行 3 0 mi n ， 轴 向施加力 分别按 2 5 ％、 5 0 ％、 7 5 ％、 1 0 0 ％最大轴 向推力加载 ， 待 止推瓦温度稳定 后 ， 继续运行 5 m i n ， 记录最 高和稳 定 时的止推 瓦温 度 。拆机检查止推瓦 ， 止推瓦有轻微擦伤痕迹 ， 但 不应失其主要功能。在带负荷起动正常润滑试验 中， 预热发动机后按额定转速全负荷运行 ， 对 曲轴 前止推面施加 最大轴 向力 ， 再逐 步减 少转速和负 荷至停机 ， 停机 3 0 m i n后 ， 按额定转速和负荷运行 保持最大轴 向推力不变 ， 温度值稳定后 ， 记录最 高和稳定时的止推瓦温度 。带负荷起动边缘润滑 试验 时， 全 负荷预热 加载后 ， 停机 取下机油 滤清 器 ， 倒空机油 ， 冷却 3 0 m i n ， 保持轴向力不变 ， 再按 额定转速和负荷 ， 起动发动机 ， 记 录最高和稳定时 的止推瓦温度。表 1列举 了某一型号止推瓦 最 大轴向推力为 8 5 0 0 N 性能试验数据。 在以上多轮次的止推瓦性能试验 中， 充分验证 了该试验装置的高可靠性。轴向加载部分设计简 单实用， 力值加载方便可调， 无加载卡死爬行现象； 止推瓦温度传感器制作精良、 安装规范， 其引出导线 无一例被打断的情况出现； 试验数据精确可靠 ， 为止 推瓦的认证试验提供了准确的试验数据。 参考文献 [ 1 ] 周 跃刚 ， 陈小迅 ， 王建华．发动机止 推片轴 向加载测试 装置的开发『 J ] ．汽车工程 ， 2 0 0 7 8 7 2 3 _ 7 2 5 ． 表 1 某型止推 瓦温度测量 前上止推 瓦／ ℃ 前下止推瓦／ ℃ 后上止推瓦／ ℃ 后下止推瓦／ * C 工况 l 2 3 l 2 3 l 2 3 l 2 3 轴向力 2 5 ％ 1 1 6 ． 2 1 1 5 ． 7 1 1 2 ． 8 1 l 3 ． 5 1 1 2 ． 7 l l 2 ． 3 1 1 3 ． 3 l 1 4 ． 0 1 1 5 ． 7 1 1 3 ． 0 l l 5 ． 6 1 1 6 ． 7 稳定 轴向力 5 0 ％ l 2 O ． 4 1 2 0 ． 0 I 1 8 ． 6 l 1 8 ． 2 l l 9 ． 5 1 2 0 ． 7 1 1 1 ． 2 1 1 2 ． 4 l 1 2 ． 1 l l 1 ． 9 1 2 2 ． 3 1 l 2 ． 4 工 况 轴向力 7 5 ％ l 2 3 ． 0 1 2 3 ． 6 1 2 2 ． 0 1 2 1 ． 0 1 2 2 ． 1 1 2 4 ． 1 l 1 1 ． 5 1 1 2 ． 8 l l 2 ． 4 l 1 1 ． 8 l l 1 ． 2 l l O ． 9 轴向力 1 0 0 ％ 1 2 5 ． 3 l 2 6 ． 7 l 2 6 ． 1 1 2 4 ． 6 l 2 6 ． 7 1 2 8 ． 7 l l 1 ． 3 I l 3 ． 0 l 1 2 ． 3 l 1 2 ． 2 1 l 1 ． 8 l l 1 ． 1 正常润滑 1 2 6 ． 7 l 2 4 ． 3 l 2 3 ． 5 l 2 9 ． 3 1 2 9 ． 6 1 3 0 ． 5 l 1 2 ． 7 l 1 3 ． 5 1 1 2 ． 7 l 1 0 ． 0 1 1 1 ． 7 1 1 0 ． 3 边缘 润滑 l 3 0 ． 9 1 2 8 ． 0 l 2 4 ． 8 l 2 9 ． 6 1 2 9 ． 8 l 3 O ． 3 l 1 8 ． 1 l 1 9 ． 4 1 1 7 ． 7 1 1 0 ． 9 1 1 2 ． 8 l l 1 ． 0 上海汽车2 0 1 4 ． 0 1 l 7