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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，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 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 based 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,designed 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 mance 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 em.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 PLC 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 emper 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 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 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。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 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 泵综合性能测试系统。PID算法的设计主要用PID来精确控制油温和泵出压力。(6)基于网络的远程监控和维护基于网络的设备远程监控和维护是当前数字化制造领域的研究热点之一。通 过网络这个现代信息传输载体进行信息的传递和资源共享，利用高等院校的技术 资源，对异地工业现场的机油泵测试台及其正在进行的机油泵试验进行远程监控-5-上海交通大学硕士学位论文 第一章绪论和技术支持，是十分有意义的。(7)电磁兼容设计机油泵综合性能测试系统是一个十分复杂的系统，既有强电信号，也有弱电 信号，必须认真考虑系统的抗干扰问题，因此为了保证各项测试的柔性、精确性 和稳定性，需要对系统进行电磁兼容的分析与设计。1.5 本章总结本文首先介绍了本课题的来源和研究意义，在查阅大量相关文献的基础上，确定了机油泵综合性能测试的各个项目，为完成这些测试项目，上海交通大学和 一汽富奥制泵有限公司合作，开发研制了机油泵性能测试试验系统和可靠性测试 试验系统。机油泵各项试验的测试方法和数据处理、测试试验台控制系统的总体 方案设计、硬件设计、软件设计、温度和压力的精确控制是本文的研究重点。-6-上海交通大学硕士学位论文第二章机油泵综合性能测试的方法和试验数据处理第二章机油泵综合性能测试的方法和试验数据处理2.1 最小二乘法在数据处理中的应用目前工程上常用最小二乘法来确定变量之间的线性关系。假设影响变量y的因素有与，毛，毛，线一共k个因素，它们之间存在如下的线性 关系：y=Po+p.x.H-p,x,+.+PkXk+E（211）式中y是可观察的随机变量，称为因变量。可，毛,不，；维是非随机的可精确观察的变量，称为自变量或因子。瓦,国,，瓦是 叶1个未知参数，是随 机误差变量，一般假设其数学期望Ee）F 方差DG）72,022 为了估计 未知参数瓦邛,，瓦及。一对y与不，0，不，同时作n次试验得n组数值（乂，t=l,2,，n 它们满足关系式*=瓦+国 +瓦+J，E，2，n(2 12)式中3,，又是互不相关的随机变量且均与服从同一分布。上式用矩阵表 示为：Y=X p+(2 1.3)(2 1.4)E()=o|cOV(e,e)=a2ln-7-上海交通大学硕士学位论文 第二章机油泵综合性能测试的方法和试验数据处理的n维随机列向量，其中是未知参数，D3)=q2,t=l,Z，n 为11阶 单位矩阵，即对随机误差与,2,，工作无偏、等方差与互不相关的假定。丫是n 维观察列向量。一般称线性模型：f y=xb+/、/x(2 1.5)1e()=0,COV(,)=o2In为高斯一马尔柯夫线性模型，并简记为(Y,xp,o2In)o可以用最小二乘法求得线性模型(Y,X p,o 2|J中未知参数瓦,国,.一，瓦和。2 的点估计。设Q=(YX B)(Y X 0),即：I-12%-隹%(2 i.t=l t=l L i=0 _其中三1。Q称为误差平方和，它反映了 y与2隹不(这里七三1)之间在n次 1=1试验中总的误差程度，Q越小越好，由式(2 L 6)知Q是未知参数向量0的非负 二次函数，因此，可取使Q达到最小值时B的值8作为B的点估计，这就是最 小二乘法的原理。其中8叫做B的最小二乘估计量。为了求出6,可利用正规 方程：=0(2 1.7)dp因为：Q=(Y-X B)(Y-X 0)=YY-pXY-YXp+pXXp=YY-2pXY+pXXp又因为：*0XY)=XY(2 1.8)记：L=XX=%,贝ij：L=L-8-上海交通大学硕士学位论文第二章机油泵综合性能测试的方法和试验数据处理所以:,k kEEhjPiPii=0 j=0、7制心+2|的=2力曲 用 j=oOiOL l/ik）B=2l B其中 1=（|，。，|，L k）又因为：义电箕邓）=亲（邓），旦（BX邓）邛 3瓦 apk）所以：卷（|3乂邓）=2邛=2X耶（2 1.9）将式（2 L 8）和（2 L 9）代入式（2 1.7）得：XXp=XY（2 L 10）令：L=XX,当|L|二|XX|wO 时，方程（2 1.10）有唯一解 6：P=L XY（2 L 11）式（2 L 11）即为B的最小二乘估计量。方程：y=p0+p,xl+p2x2+.+pkxk（2 L 12）为经验线性回归方程。6。,国,，R为回归系数。对于一元线性回归y=Bo+BiX+e,e）=0,d）f2,设观察值为（乂，%），t=l,2，n令:1 n n n产二巧/=（%-又）（yy）,又）2,n t=i t=i t=in5=3-川。t=l-9-上海交通大学硕士学位论文第二章机油泵综合性能测试的方法和试验数据处理则:n rocXX=nx E#.t=iL1=(XX)1-rixnLZ t=-因为:所以:LExyt-西t=l8 二|_TXY=y-xL/L L xy/从而得：国=。/4，po=y-x=y-xp,o Lxx回归方程：y=6o+6iXr称为相关系数，|r|p3 p5Pl P3 P5Pl p3 p5t4p2 p4p2 p4t5Pl p3 p5R P3 P5Pl p3 p5注：L 口,小,%,%,%分别为不可的转速值。2 R,p,，d，P4，P5分别为不同的泵出压力值，对于有限压阀的机油泵，其最高压力不得超过限压阀的开启压力。3 m分别为不同的油温。表2-1机油泵通用试验测量工况选取-19-上海交通大学硕士学位论文通用特性的数据处理第二章机油泵综合性能测试的方法和试验数据处理油的动力粘度系数和运动粘度系数的关系回我们知道，流体是具有粘性的。流体粘性的形成是由于流体分子间的相互 吸引力以及流层间分子相互运动产生动量交换，因而产生内摩接力所致。动力 粘度系数和运动粘度系数均是表征流体粘性的物理量。它们之间的关系是：r|=p V（22ZD上式中：r i是动力粘度系数，单位是Pa-s或N.s/m?,在工程上，有时使用P泊司）作 为动力粘度系数的单位，iP=OPa-s。v是运动粘度系数，单位是nf/s。P是流体的密度，单位是kg/m运动粘度系数与动力粘度系数都取决于流体的性质、温度与压强。它们随压强 的变化不大，一般在几个大气压时可认为它们不随压强改变，只有在几百个大 气压时，压强对粘度系数的影响才较大。但它们均与温度有较大关系，不可不 计。油的粘度系数与温度的关系油的粘度系数与温度的关系如下：Inl n+k）=a。+4 l n（273+T）（2 2 Z 2）上式中：v是运动粘度系数，单位：m2/soT是油的温度，单位：。C。k是一个常数，这里取k=0.6ia地和*是需要确定的常数。令：y=l nl nH+k）,X=l n（273+T）（2 2 Z 3）则：式（2 2 Z 2）变为：y=a0+bx（2 2 Z 4这是一个一元线性回归问题，用最小二乘法可以求出待定系数a0和0。具体方法如下：首先，取6个温度值（分布尽量均匀），用温度计测量得到6个油温 T,T2,T3,T4,T5,T6；同时，用粘度计测得6个对应的粘度值、也心必心此，-20-上海交通大学硕士学位论文第二章机油泵综合性能测试的方法和试验数据处理代入式（22Z3）,可以求的一组丫值3，丫2,丫4，丫5，丫6）和一组*值（4方,%属,%,%,）,利用2 1节介绍的方法便可以求出待定系数a（）和4,从而 确定式（2 2 7.2）。油的密度和温度的关系油的密度和温度的关系可由华兹公式确定：p=a1+RT（2 2 7.5）式中:P是油的密度，单位是kg/it?。T是油的温度，单位是司和卜是待定系数。确定4和n也是用最小二乘法，方法同上述中所述。温度用温度计测量，密 度用密度计测量。通用特性曲线的求解根据表2-1给出的试验方法所测得的数据：供油量Q油温T泵出压力 Ps和转速n等值，根据试验油的粘温特性、机油泵供油规律进行数据处理，回 归计算。最后得如下的关系：Q=f（n,Ps，v）（2 2 7.6）前人研究的经验表明，式（2 2 7.6）可以写成：Q bj）+b|n+b,-,+d 卜 bj-f b5np JPsp（2 2 Z 7）Jnr|n V n式中：Q是供油量，单位是L/minn是转速，单位是r/minPS是泵出压力，单位是MP&p是油的密度，单位是由/IT?0T）是动力粘度系数，单位是Pa-s或N.s/nf。Q），t也也也息是待定系数。令：%=n,x2=-=，=空，x4=J-f%=HP7，（2 2 Z 8-21-上海交通大学硕士学位论文 第二章机油泵综合性能测试的方法和试验数据处理则式（2 2 7.7）可以改写为：Q=b（）+X+44+4%+”4+4%（22Z 这是一个五元线性回归问题。试验中测量的物理量是转速n、泵出压力出、流 量Q和油温T,通过油温T可以表达出油的密度p（利用式（2 2 Z 5）和动 力粘度系数T|（综合利用式（2 2 Z 1）、式（2 2 Z 2）、式（2 2 Z分）。利用 2 1节介绍的方法和公式便可求出待定系数b0,也也出息。从而公式（2 2 7.7）便可确定。求解时复相关系数R应大于0.99%通用特性的特性曲线在一定的试验油温即油的粘度时，以压力Ps为横坐标，供油量Q为纵坐标，绘出等容积效率和转速特性曲线，如图27示。图2-7通用特性Fig 2V Th e cur ve o f g ener al p r o p er ty2 2 9密封性试验的测试方法密封性试验用于检测试验系统管路密封是否可靠。重点检测两个地方，是机油泵吸油口前的管路，气密性应达到0.2MPa不漏气，一是机油泵出油口后 管路，油压达到L 5MPa时无渗漏。检测渗漏采用拍摄图像的方法，图像的拍摄采用数码相机。2.3 限压阀开启压力的确定我们知道，机油泵的作用是使机油压力升高和保证一定的油压，向各摩擦表 面强制供油，使发动机得到可靠的润滑。机油泵的流量选取往往略高于主油道需 要量,并且流量和油压都随着转速的增加而增加，而发动机主油道的油压是有一 定的要求的，在发动机运行工况内要求保持一个稳定的油压，不希望油压过高，所以在设计机油泵的同时要加装限压阀装置，以维持预定的机油压力。同时，在-22-上海交通大学硕士学位论文 第二章机油泵综合性能测试的方法和试验数据处理发动机冷启动时,润滑油粘度极高，瞬时油压甚高，为此限压阀的另一个作用是 防止发动机润滑系统中过高压力的产生,减小峰值油压，保护机油滤清器、机油 泵及其它有关零件免受损伤。当机油泵的泵出油压达到某一数值时限压阀开启，机油泵中的机油即从泄油孔处流出开始泄压，使油压不至于过高。从机油泵性能 试验中发现，有的机油泵泵出压力尚未达到图纸规定的限压阀开启压力值，泄油 孔处即开始渗油、滴油，甚至向外喷油。另外，从机油泵可靠性试验中发现，经 过可靠性试验后，限压阀开启压力有一定的下降，甚至低于图纸规定开启压力的 下限。因此，为了统一认识，需要明确限压阀开启的概念，合理地确定限压阀 开启压力的数值。笔者注意到，在中国机械行业标准JB/T 8886-199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。笔者经过阅读大量有关文献，并经反复试验，认为只有当泄 油孔处的油流成线从泄油孔喷出时，才可定义为限压阀开启，其压力定义为限压 阀开启压力。也就是说，渗油、滴油不能算做限压阀开启，因为此时还不能达 到泄压的目的，只有当机油流成线从泄油孔喷出时才能达到泄压的目的。从油压 曲线上看，限压阀开启点是曲线发生转折的点（即图中的点如下图28示。图2-8限压阀开启点示意图Fig 28 Th e ch ar t o f th e unl o cking p o int o f th e secur ity val ve那么如何合埋地、方便地确定限压阀的开启压力呢？如果仅靠试验观察，显然不够精确.笔者采用了下面的方法求解限压阀的开启压力。首先，通过试验观察当限压阀开启时，测量此时的泵出压力p 3,Pw作为 一个参考值。精确的泵出压力值即在Pr附近。再通过试验，测量出机油泵的限 压阀截止压力（也就是机油泵出口处流量为零时的压力值）Pj0。其次，以为参考点分段进行压力特性试验。在区间PaJ上，在规-23-上海交通大学硕士学位论文 第二章机油泵综合性能测试的方法和试验数据处理定的试验油粘度和规定的转速下，取六个不同的泵出压力值（取点尽量均匀，尽量远离p）,运转30s后测量各工况时的供油量、油温、转速、泵出压力和轴功率等有关参数，并作记录。对于测得的供油量Q和泵出压力Ps，用最小二 乘法进行数据处理，回归拟合。得到回归式如下：Ql=A+Ps（2 3 DQl和Ps分别是限压阀开启前的供油量和泵出压力。4和卜是回归系数。相关 系数r应保证大于0.9&在区间皿即，p j上，在和上面相同的试验油粘度和 相同的转速下，取六个不同的泵出压力值（取点尽量均匀，尽量远离内）,运 转30s后测量各工况时的供油量、油温、转速、泵出压力和轴功率等有关参数，并作记录。对于测得的供油量Q和泵出压力Ps，用最小二乘法进行数据处理，回归拟合。得到回归式如下：Q2=a2+b2 ps（2 3 2）Q2和Ps分别是限压阀开启后的供油量和泵出压力0 a2和是回归系数。相关 系数r应保证大于0.9&根据方程（2 3 1）和（2 3分可以得到限压阀开启 压力Pk的计算公式：Pk=二兽，单位：MP以bl-b2将上述方法编成程序，即可以实现数据的自动采集和处理。对上面测量的轴功率N j的值和泵出压力Ps的值用最小二乘法进行数据处 理，按照回归式：N j=c+d Ps进行回归拟合。按照公式 和”=富计算 容积效率和总效率。得到有限压阀的机油泵压力特性曲线，如图2-3示。2.4 机油泵可靠试验的测试方法和数据处理2 4 1常规可靠性试验项目的测试和评定方法（1）转速性能试验的测试和评定方法机油泵在1.2倍最高转速下运行24小时，无损坏。耐磨试验的测试和评定方法在油温大于等于13CTC,出口油压大于L 5MPa的工况下，机油泵以最大转 速持续运行100小时，无损坏。（3）气蚀试验的测试和评定方法-24-上海交通大学硕士学位论文第二章机油泵综合性能测试的方法和试验数据处理机油泵气蚀产生的机理刈M液压泵在吸液过程中，当泵入口总压力克服各种阻力损失，并使液体加速跟 上挤压运动后，所剩压力 吸液腔最低压力）低于相应温度下液体的气化压力或 气体分离压时，将在液体中产生大量蒸气泡或气泡。当这些蒸气泡、气泡进入高 压腔后，在压力作用下迅速进行凝结，在泵中发生的这种现象称为气蚀。对机油泵来说,泵中输送的是机油，由于油液的表面张力很大,油液分子很 难克服液体表面分子的引力而逸出，使它的饱和蒸气压很低，但油液中含有体积 分数为 吐1阴向气体，这些气体可在较高的压力下分离出来，故机油泵发生气 蚀实际上取决于油液的气体分离压。气蚀发生时，将使机油泵性能下降，产生 噪音和振动。气蚀试验的测试方法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140c持续运行500小时。（4）机械性能测试的测试和评定方法在怠速工作状态，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。可靠性考核的测试和评定方法油温不高于10（TC,303、时定时脉冲截尾试验。试验时前10件小时按照标 定泵出压力，标定转速工况试验，后200t小时每15为一个循环，按照标定泵出 压力，119标定转速下运行6s 15丽定泵出压力，转速呈自然状态运行9s连 续运转4800外循环02 4 2磨料磨粒试验的测试方法用一定比例的磨粒、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140C,特殊的要求磨料磨粒试验无需制冷，控温精度高 于土 l o2 4 3可靠性试验的特性曲线在可靠性试验中，记录转速，油箱油温，机油泵出油口油温，机油泵进口油 压，机油泵出口油压，机油泵的供油量。作出机油泵出口压力与时间的记录曲线，转速与时间的记录曲线，机油泵出油口油温与时间的记录曲线。鉴于本课题的实际进度，目前还无法得到实际的上述曲线。本文通过在数据 库中给定一组数据来模拟实际工况中采集的数据，用以验证所编程序的正确。本 文模拟的是机油泵出口压力与时间的记录曲线，如下图所示：-25-上海交通大学硕士学位论文第二章机油泵综合性能测试的方法和试验数据处理图2T机油泵可靠性试验出口压力与时间的记录曲线 Fig 29 Th e Pst cur ve in r el iabi1i ty test2.5本章总结本章介绍了最小二乘法的原理和计算公式，机油泵的工作参数，分别详细 介绍了机油泵性能试验和可靠性试验的试验方法。在每一个机油泵测试项目中，本章均详细给出了测试方法、试验数据的处 理方法和评价指标、试验曲线的绘制等。对于需要用最小二乘法进行曲线拟和 的情况，本章中均给出了详细的推导过程。针对通用试验的复杂性，本章详细 给出了通用特性的数据处理方法和过程。依据这些公式和算法，可以方便的编 写运算程序。本章同时重点分析了限压阀开启点的确定方法和测试方法，重点分析了机 油泵起动出油时间的确定原则和测试方法。-26-上海交通大学硕士学位论文第三章控制系统的总体方案和硬件设计第三章控制系统的总体方案和硬件设计3.1 引言工业生产中的自动控制系统随控制对象、控制规律和所采用的控制器结构的 不同而有很大的差别，自动控制系统的基本功能是信号的传递、加工和比较，这 些功能是由检测变送装置、控制器和执行装置来完成的。目前，自动控制系统设 计中比较流行的解决方案是采用集散控制系统。以其抗干扰性强、故障率低 而广泛应用于现场控制场合，而组态软件则以其功能强大、组态方便而被大量应 用于车间级和生产管理级进行监控和管理，本文尝试将二者的优点结合起来，组 成RAPL C集散控制系统，并应用于机油泵性能试验测试系统和可靠性试验测试 系统。本章着重介绍控制系统的总体设计方案和硬件设计。3.2 集散控制系统a 21集散控制系统的概念集散控制系统CTo tal Distr ibuted Co ntr o l Sys to r i)是以微处理器为基础的 集中分散控制系统。自上世纪70年代中期第一套集散控制系统问世以来，集 散控制