论文:汽车用机油泵综合性能测试技术的研究和测试系统的开发.pdf
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1、汽车用机油泵综合性能测试技术的研究和测试系统的开发摘要机油泵是汽车的重要零部件,目前国内制造商对其进行质量检测 的标准和手段相比欧美等国家还有一定差距,突出表现在检测设备不 够自动化,检测精度低。为适应我国汽车工业的迅速发展,迫切需要 研究开发汽车用机油泵自动化的、高精度的检测设备。本文结合上海 交通大学和中国第一汽车集团公司长春富奥制泵有限公司合作的课 题w汽车用机油泵综合性能测试系统的研制A分析了机油泵综合性 能测试中的有关技术和方法,进行了控制系统的设计和关键参数的优 化选择,研究了系统设计中的电磁兼容问题,开发了基于网络的远程 监控和维护子系统。参照我国和欧美等国的有关标准,本文首先确
2、定了汽车用机油泵 综合性能测试的具体内容。汽车用机油泵综合性能测试分为性能试验 和可靠性试验两大类,每一类又包括若干测试项目。对于每一个测试 项目,本文均给出了具体的测试方法和数据处理方法。控制系统是汽车用机油泵综合性能测试系统的关键部分,在确定 控制系统的总体方案时,本文采用了 RAPLC构成的集散控制系统方 案。PC作为上位机,负责机油泵试验的管理;PLC作为下位机,负责 数据的采集。在控制系统的硬件设计部分,本文着重分析了硬件的选 型、PC与PLC之间的通讯;在控制系统的软件设计部分,着重分析T PC监控程序的设计和PLC程序的设计等。温度和压力的控制是本文研究中的一个重点和难点。在分析
3、了机 油特性的基础上,本文给出了建立温度控制的方案,设计了温度控制 算法。本文采用PID控制方法来保证试验过程中温度和压力的控制精 度,编写了温度PID和压力PID控制程序。电磁兼容设计是控制系统设计中的重要一环。本文分析了机油泵 综合性能测试系统的干扰源,并从硬件选择、屏蔽、接地、滤波、布 线等方面采取了抗干扰措施。利用INTER亚T这个现代信息的载体,对异地设备进行远程监控 和维护,对于企业提高生产效率,降低维护成本意义重大。本文开发 了基于网络的机油泵测试台远程监控和维护子系统,实现了对远端设 备的状态监测、信息获取以及故障诊断等功能。关键词;机油泵,PLG PID集散控制系统,电磁兼容
4、,远程监控和 维护THE RESEARCH OF TEST METHOD AND DEVELOPMENTOF TEST SYSTEM OF THE INTEGRATED PERFORMANCETEST FOR LUBRICATING OIL PUMPS OF AOTUMOBILE8ABSTRACTThe l ubr icat ing o il pump is an impo r t ant par t o f aut o mo bil es.Ther e is much differ ence in it s qual it y t est in China,co mpar ed wit h
5、Eur o pe and Amer ica.The pr o minent aspect s ar e t hat t he t est equipment is no t co mpl et el y aut o mo t ive and t he t est pr ecisio n is r el at ivel y l o w.So it is necessar y t o devel o p t he aut o mo t ive and pr ecise t est equipment fo r l ubr icat ing o il pumps.This paper is base
6、d o n t he pr o ject The Devel o pment o f The Int egr at ed Per fo r mance Test Syst em fo r Lubr icat ing Oil Pumps.This pr o ject is co o per at ed by Shanghai Jiao l o ng Univer sit y and t he Fir st Aut o mo bil e Co mpany.The paper mainl y anal yzed t he t est t echno l o gy and met ho d,desig
7、ned t he co nt r o l l ing syst em,o pt imized t he key par amet er s,r esear ched t he pr o bl em o f EMC and devel o ped t he r emo t e mo nit o r ing and maint enance syst em.The paper est abl ished t he t est t er ms and designed co r r espo nding t est met ho ds.The t est incl uded per fo r man
8、ce t est and r el iabil it y t est.Fo r each t est t er m,t his paper pr o vided t he t est met ho d and dat a pr o cess met ho d.The co nt r o l l ing syst em is t he key par t o f t he who l e syst em.It is based o n PC-PLC net wo r k.This is o ne kind o f To t al Dist r ibut ed Co nt r o l Syst e
9、m.PC is t he upper machine and is used t o manage t he who l e syst em.PLC is co nnect ed t o t he senso r s and used t o gat her t he dat a.This paper anal yzed ho w t o design t he co nt r o l l ing syst em,cho o se and co nfigur e t he har dwar e,devel o p t he PC mo nit o r ing pr o gr am and PL
10、C pr o gr am.The pr ecise co nt r o l o f t emper at ur e and pr essur e has much difficul t y in t he syst em.This paper designed t he t emper at ur e co nt r o l l ing ar it hmet ic acco r ding t o t he pr o per t y o f o il.PID met ho d is used t o meet t he co nt r o l l ing pr ecisio n o f t em
11、per at ur e and pr essur e.The EMC design is ver y impo r t ant t o ensur e t he who l e syst em t o wo r k effect ivel y and must be st ar t ed in t he ear l ier pr o cess o f t he pr o ject.This paper po int ed t he pr incipl e o f EMC,anal yzed t he int er fer e so ur ces in and o ut o f t he co
12、nt r o l l ing syst em and l ist ed t he ado pt ed measur es.In t he end,t his paper devel o ped t he r emo t e mo nit o r ing and maint enance syst em based o n INTERNET It can acquir e t he dat a o f t he equipment in t he o t her sit e and make t he diagno sis using t he dat a.This can pr o vide
13、t echnical suppo r t fo r t he t r o ubl e sho o t ing in t he o t her pl ace.KEY WORDS:Lubr icat ing o il pumps,PLC,PID,To t al dist r ibut ed co nt r o l syst em,EMC(el ect r o magnet ic co mpat ibil it y),Remo t e mo nit o r ing and maint enance上海交通大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1.1 机油泵简介机油泵是液压泵的一种,液压泵是把原动机的机
14、械能转换成液体能量的机 器。液压泵可以分为两大类:(1)动力式泵,在这种泵中,能量连续地施加于液体,以便使机器内液体的速度增加到超过泵出口的速度值,随后,速度在泵内或泵外 降低,因而压力增高;容积式泵,在这种泵中,通过施加于若干封闭的、充满 液体的空间内的一个或儿个运动边界,周期性地将能量施加于液体,使压力直接 增加到所需要的数值,以便通过阀或孔口把液体排到输出管路中去。动力式泵可 以进一步分为若干种离心泵和其它特殊用途的泵。容积式泵根据增压元件的运动 特点,基本上可分为往复式和转子式两类。机油泵属于容积式泵。常见的机油泵 有齿轮式、螺杆式、叶片式和柱塞式等类型国。机油泵是汽车的重要零部件,是
15、发动机的润滑油泵,它的作用是使机油压力 升高和保证一定油压,向各摩擦副连续不断地供给润滑油,减少零件的摩擦磨损,使发动机得到可靠的润滑。机油泵工作状况好坏,对于发动机润滑系统能否正常 工作至关重要。随着汽车行驶里程的增加,机油泵各啮合部位会发生磨损,间隙 增大,流量将会减少。当机油泵在额定压力下的流量低于最小值时,将直接影响 流体润滑油膜的形成和摩擦副的散热,使发动机异常磨损,甚至抱轴烧瓦。1.2 课题的来源及研究意义机油泵的测试是一项复杂的工程。机油泵产品外形迥异,差别较大,而且机 油泵的测试项目众多,测试难度和数据处理量都很大。目前,国外一些著名公司 如宝马公司已经采用了自动化测试装置来测
16、试机油泵的各项性能。在国内,大多 数制泵企业仍然沿用传统的测试方法,不仅测试的标准相对较低,而且测试装置 的自动化程度和测试精度均较低,测试的项目也不完整。改革开放以来,我国的汽车工业发展迅速,已成为我国的支柱产业之一,我 国汽车消费的热点正在逐步形成,汽车有望在未来5年左右的时间成为我国居民 的消费热点,在未来10年成为我国最大的经济增长点。汽车工业的增长带动 了相关配套产业的迅速发展,也对这些产业的生产制造水平提出了更高要求。为 了应对我国加入W IO后的激烈的国际巾场竞争,提高我国制泵业的技术水平和汽 车的国产化水平,迫切需要开发研制机油泵产品的自动化综合性能测试装置。近年来,自动化测试
17、技术在国内外引起了极大重视,并获得了迅速发展。自 动化测试成为新产品研制、试验、使用、评价与维护过程中必不可少的手段,特 别是引入反映产品内部特性的状态变量的实时数据采集与处理,使得我们可以 通过得到的测试数据了解影响产品性能的主要原因,从而提高产品研制的速度-2-上海交通大学硕士学位论文 第一章绪论和精度,科学评价产品的相关性能。随着电子技术和计算机技术的飞速发展,自 动化实时测试所具有的自动、快速、可靠、准确、高效、方便、灵活、功能丰富 等优点越来越引起人们的重视与认可。自动化测试系统是“一个在人工最少的情 况下,能够进行测量及处理数据,并以适当的方式,显示或输出结果的测量系 统。”国它通
18、常是一种计算机自动测量与控制系统。对汽车用机油泵的综合性能 测试是一个快速动态过程,多变量、相关性强,要求快速、准确、实时、多路、大量的测量以及进行数据处理和控制,只有自动化测试才能满足这种要求。一汽集团富奥制泵有限公司是我国机油泵制造的骨干企业,科研和制造水平 均居国内前列.上海交通大学与富奥制泵有限公司合作,瞄准世界先进水平,针 对汽车用机油泵的测试要求及信号特点开发了两套实时自动化测试系统,一套是 性能测试系统,另一套是可靠性测试系统。这两套系统可对目前国内外市场上所 有型号和系列的机油泵产品进行实时动态和多路信号的高精度测试,而且测试项 目齐全,测试标准不低于目前的美国和欧洲标准,两套
19、测试系统的夹具调整范围 均涵盖了轻、轿、中、重等车用机油泵产品。该系统的 用监控程序采用组态王 软件设计,具有完美的图形界面、方便的人机对话以及数据的存储和处理,报表 打印等功能。图1T可靠性试验系统图12性能试验系统Fig 11 Th e r el iabil ity test systan Fig 12Th e p er fo r mance test systan1.3 汽车用机油泵综合性能测试的主要内容根据中国机械行业标准JB/T 8886-199、讷燃机机油泵试验方法和JB/T 51051199三内燃机 机油泵产品可靠性考核)的要求,参照德、英、美等欧美国家的相关标准,确定了汽车用机
20、油泵综合性能测试的主要内容。汽车 用机油泵综合性能测试包括性能试验和可靠性试验两部分。性能试验主要用检测机油泵的各种性能,试验项目包括:(1)转速特性试验用于评价机油泵的转速和流量的关系。-3-上海交通大学硕士学位论文 第一章绪论压力特性试验用于评价机油泵的泵出压力和流量、泵出压力和轴功率的关系,分为 有限压阀的机油泵压力特性试验和无限压阀的机油泵压力特性试验两种情况。(3)压力波动试验压力波动(脉动)试验用来评价机油泵泵出压力是否平稳。(4)起动出油时间试验用于评价机油泵的起动出油特性,包括起动转速和时间、起动压力和 时间的关系。粘度特性试验用于评价机油泵运转过程中的试验油油温和流量的关系。
21、限压阀工作特性试验用于评价有限压阀机油泵的限压阀的工作特性,包括截止点、开启点、泄露量和泵出压力的关系等.(7)通用特性试验用于综合评价机油泵的性能。(8)密封性试验通过视频图片来评价机油泵的密封性能。(9)机油泵容积效率和总效率试验容积效率和总效率的计算贯穿于以上大部分试验项目之中,因此,此 项试验可以和上述大部分试验一起进行。可靠性试验用于机油泵的可靠性考核和评定。试验项目包括常规可靠性试验 项目和磨粒磨料试验项目。常规可靠性试验项目:(1)转速性能试验机油泵在1.2倍最高转速下运行24小时,无损坏耐磨试验在油温大于等于13CTC,出口油压大于L SVPa的工况下,机油泵以最大转 速持续运
22、行100小时,无损坏。气蚀试验气蚀是泵内某处的压力降低到该状态下液体气化压力以下时发生的一种现 象。该试验通过人为对机油泵进口节流控制产生气蚀进行,试验时油温大于等于 14(TC,持续运行500小时。(4)机械性能测试在怠速工作状态,5s内加速到最高转速,在最高转速下运行3s,如此重复 100次,无损坏可靠性考核油温不高于10CFC,300小时定时脉冲截尾试验。试验时前100个小时按照 标定泵出压力,标定转速工况试验,后200个小时每15s为一个循环,按照标定 泵出压力,11端定转速下运行6s 15仍标定泵出压力,转速呈自然状态运行 9s连续运转48000个循环。-4-上海交通大学硕士学位论文
23、 第一章绪论磨料磨粒试验项目:用一定比例的磨粒、碳黑、燃油、水分的变性机油的高速快磨试验。磨料磨 粒试验油温:最高油温14(JC,控温精度高于土 l ro1.4 本文的主要研究内容汽车用机油泵综合性能测试系统基于计算机及组态软件、PL G各种 传感器实现对各种监测信息(包括转速、压力、温度、流量、视频、电气 信号等)的处理、传输、存储、查询、显示和交互,以达到对机油泵各项 指标的测试和评价。基于此,本文的主要研究内容如下:(1)机油泵综合性能评价体系的建立、测试方法的设计和试验数据的处理根据国内机械行业标准,并参照国外的相关标准,确定机油泵综合性 能测试的评价指标,根据这些指标,设计测试的方法
24、和试验数据的处理方法。控制系统的总体方案和硬件设计为机油泵综合性能测试系统设计总体控制方案。硬件设计包括各种硬 件设备的选型和配置等。控制系统的软件设计控制系统的软件设计包括PC监控程序的开发和PL C程序的编制。H JC 程序完成数据的采集、预处理、和上位机的通讯等功能。PC监控程序采用组态 王软件基于W ind o ws X P进行开发,分为下面四个功能模块:系统控制管理通过图形界面,对测试过程进行控制管理,由键盘或 鼠标选择测试项目和测试时间、次数,并统筹与协调信息交换。信号采集对各种信号进行定时或中断采集,并将结果显示于显示器 上,测试结束后在磁盘上存为标准格式的数据文件,供分析处理使
25、用。数据处理对采样数据进行处理,包括对不良数据的剔除和数据的平 滑等预处理,数据的最小二乘拟和,实时和历史趋势曲线的绘制,各种报表的显 不和打印等。通讯管理主要用于管理上位机和PL C以及数据采集卡之间的通讯。(4)确定限压阀开启压力笔者注意到,在中国机械行业标准JB/T 888199心内燃机机油泵试验 方法中,并没有明确指出限压阀开启的概念,也没有明确规定限压阀开启压力 的确定方法。如果仅靠试验观察,显然不够精确。笔者在阅读国内外大量文献的 基础上,并经反复试验,给出了限压阀开启的完整定义,提出了一套可以准确、快速地确定机油泵限压阀开启压力的方法。该方法成功地应用于我们研制的机油 泵综合性能
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