基于LabVIEW平台的轴功率测试系统的开发和应用
2018-10-09徐赛军黄伟庭
徐赛军 黄伟庭
摘 要:本文阐述了基于LabVIEW平台的轴功率测试系统的开发与应用,简述了轴功率测试系统的主要功能和技术指标、组成、测量原理。并通过台架与水力测功器对比测试,验证了测试系统的准确性和可靠性,对判断柴油机的性能及故障分析具有重要的意义。
关键词:轴功率;LabVIEW;应变片
中图分类号:U664.2 文献标识码:A
Abstract: This paper describes the development and application of the axial power test system based on LabVIEW platform. The main function and technical index, composition and measuring principle of shaft power test system are introduced. By comparing test with hydraulic dynamometer, the accuracy and reliability of the test system are verified, which is of great significance to judge the performance and fault analysis of diesel engine.
Key words: Shaft power; LabVIEW; Strain gauge
1 前言
在柴油机试验台架上通过水力测功器能够方便地测量柴油机的功率,但在实船上由于受到条件的限制测量柴油机功率往往十分困难。但是柴油机功率的测量又必不可少,比如在柴油机大修后需测定其有效功率,验证船舶船、机、桨的匹配情况也需要测量柴油机功率。轴功率是通过对扭矩与转速的测量计算得出。我司从美国购买了一套扭矩应变遥测系统,并利用NI Labview软件开发平台成功开发了轴功率测试系统。
2 轴功率测试系统软件开发
2.1 测试系统的元器件及技术参数
见表1。
2.2 测试系统的测量原理
柴油机功率输出轴截面上两个最大主应力与轴线成45°和135°夹角,主应力可通过将电阻应变片固定在被测功率输出轴的表面上,当功率输出轴受到扭转变形时,电阻应变片的电阻值发生相应的变化。通过电阻变化测量装置,可测定出电阻应变片电阻值的变化,换算成应变值或输出与应变成正比的模拟电信号(电压或电流),通过公式转换成为应力大小。
柴油机的功率输出是有一定周期性的,因此功率输出轴所受的应力也是有一定周期性的。根据应力的变化频率,通过一定的分析转换即可得出柴油机的相应转速。
对于柴油机功率输出轴,只要测得其扭矩T与转速n,就可很容易根据下列公式计算得到功率Ne:
2.3 測试系统的组成和功能
测量系统组成包括转速和扭矩数据测量与采集系统、数据处理与储存系统两大部分(见图1)。
(1)转速和扭矩数据测量与采集系统
转速和扭矩数据测量与采集系统采用BINSFELD公司的TT10K应变遥测系统和维斯通电桥式应变片组成,TT10K应变遥测系统主要由TX10K发射器、RX10K接收机、BH10K电池盒、接收机天线、RM10K遥控单元等组成。
TX10K-S发射器为应变片提供激励电压,并将应变片的电阻变化信号转变为电信号并放大转变成模拟信号发射出去。
RX10K接收机通过接收机天线单元将接收到的信号转变成电信号后转换后放大显示出来和传输到计算机中。
因为最大主应力与轴线成45°和135°夹角,采用维斯通电桥式应变片(各电阻的夹角为45°)可提高测量的精确度。
(2)数据处理与储存系统
通过计算机中的测试软件对上述采集数据信号进行转换与计算,并进行储存。测量系统的软件部分由LabVIEW软件编写。LabVIEW 是一种用图表代替文本进行创建应用程序的图形化编程语言,采用数据流编程方式,程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序,它用图标表示函数,用连线表示数据流向。LabVIEW 提供很多外观与传统仪器类似的控件,可用来方便地创建用户界面。
系统测试界面直接显示转速、扭矩及功率,并可对上述数据进行存盘,存盘的数据还可以用Excel形式导出。系统还有数据更新、有误及保存的提示,也可以直接读出整个测试过程平均扭矩及相应转速的变化曲线图。
2.4 测试系统与水力测功器的测试结果对比
见表2。
轴功率测试系统在我司柴油机实验台架上进行测试,测试过程正常,测量结果与水力测功器显示数据偏差<+1%。表2为本测试系统结果与水力测功器测试结果的对比。
2.5 测试系统与其它测量方法对比
见表3。
与其它轴功率测量方法对比,轴功率测试系统具有安装方便、无需另外加工辅助工装、精确度高、扭矩与转速完全同步、自动温度补偿等优点。
3 轴功率测试系统在实船测试上的应用
某挖泥船柴油机(额定转速为525 r/min)装船后带泵运行时发现柴油机排温过高,转速加至480 r/min时就出现柴油机顶油门现象,无法开至额定转速。为此,利用轴功率测试系统对柴油机进行了轴功率测试,实测功率比标定功率偏高约+14%(见图2),所配泥泵的扭矩过大,至使柴油机工作于外特性区,无法开至额定转速。针对测量结果,用户对泥泵进行修改后,柴油机的运行情况良好。
4 结束语
本套轴功率测试系统的仪器尺寸小、重量轻、安装方便、测量精度高,可以在各种比较复杂或恶劣的环境中进行测量;测得的信号可以直接输入电子计算机进行数据处理。因此整套系统具有较高的准确性、实用性和经济性。
参考文献
[1] 鲁景正主编.船用柴油机设计手册(第七分册)[M].国防工业出版社.1982.
[2] 徐灏主编.机械设计手册(第一卷)[M].机械工业出版社, 1998.