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CN104849030B - 用于往复式活塞发动机的连杆动态载荷测试装置 - Google Patents

用于往复式活塞发动机的连杆动态载荷测试装置 Download PDF

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CN104849030B
CN104849030B CN201410799170.0A CN201410799170A CN104849030B CN 104849030 B CN104849030 B CN 104849030B CN 201410799170 A CN201410799170 A CN 201410799170A CN 104849030 B CN104849030 B CN 104849030B
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China
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dynamic load
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rod dynamic
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魏丕勇
秦向飞
黄钰
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Beiqi Foton Motor Co Ltd
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Beijing Treasure Car Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种连杆动态载荷测试装置，包括：应变片，设置在待测连杆上；数据采集单元，设置在所述待测连杆上，用于采集所述应变片发出的应变信号。由此，能够实时采集连杆在发动机运行时的工作动态载荷，从而可以为连杆设计、连杆仿真计算、疲劳可靠性试验提供准确的载荷谱，并且结构简单、精度高且成本低。

Description

用于往复式活塞发动机的连杆动态载荷测试装置
技术领域
本发明涉及车辆测试技术领域，具体涉及一种用于往复式活塞发动机的连杆动态载荷测试装置。
背景技术
连杆是往复式活塞发动机的关键性部件之一，在发动机运转工作时，连杆除承受周期变化的缸内气体燃烧造成冲击力外，还需承受较大的活塞往复和自身运动产生惯性力，其安全可靠性直接关系到发动机整机的寿命和可靠性，为此要求连杆必须具有足够的强度、刚度、耐冲击和一定的韧性，同时尽量的结构紧凑、重量轻。因此，连杆的结构设计、测试试验和制造是发动机开发中的重要工作。为了实现连杆高强度、轻量化的追求目标，目前主要采用开发和采用新型材料、改进制造工艺、应用先进设计仿真分析技术优化连杆的结构形状等技术方案。
当材料和工艺一定时，连杆的结构设计、仿真分析和测试试验是连杆开发工作的重要内容，其中连杆载荷的计算和测试对连杆设计和仿真极其重要。连杆载荷准确度直接关系到连杆仿真的计算结果和设计结构尺寸和质量。当前对确定连杆载荷的方法主要靠经验公式计算法，即通过发动机气缸气体压力、活塞和活塞销及连杆的质量、发动机转速等间接算出对连杆的作用。
现有经验公式的连杆载荷估算法主要存在如下缺点：(1)不能了解实时载荷，不能为仿真计算和连杆疲劳寿命试验提供准确的载荷；(2)精度低，误差大；(3)只能估计静态载荷。由于载荷计算和测试不准，造成连杆设计往往结构尺寸粗大、笨重，进而导致发动机往复质量大、摩擦损失大、发动机振动和噪声大；并且材料质量大，制造加工成本高。由于连杆载荷测试和计算不准确，会导致连杆尺寸过小，导致连杆由于强度、刚度不足，连杆轴承磨损、烧瓦、拉瓦，严重时连杆折断，导致机毁人亡的重大事故。因此现有连杆载荷测试装置和计算方法远远不能满足发动机连杆的设计、可靠性和轻量化等的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有用于往复式活塞发动机的连杆载荷测试装置无法实时测量载荷的问题。
为此目的，本发明提出了一种用于往复式活塞发动机的连杆动态载荷测试装置，包括：应变片，设置在待测连杆上；数据采集单元，设置在所述待测连杆上，用于采集所述应变片发出的应变信号。
优选地，上述连杆动态载荷测试装置还包括：开设于所述待测连杆上的应力槽，所述应力槽位于所述应变片附近。
优选地，上述连杆动态载荷测试装置还包括：用于对所述数据采集单元供电的电源，所述电源和所述数据采集单元分别设置在所述待测连杆中部的两侧。
优选地，所述应变片设置在位于所述待测连杆中部的连杆特征点上。
优选地，所述数据采集单元包括：电桥电路，用于将所述应变信号转换成电压信号；滤波电路，用于对所述电桥电路发出的电压信号进行滤波；模数转换电路，用于将滤波后的电压信号转换为数字信号。
优选地，所述数据采集单元还包括：温度补偿电路，用于对所述模数转换电路输出的数字信号进行温度补偿。
优选地，所述电桥电路是直流单臂电桥结构。
优选地，所述滤波电路是阻容滤波电路。
优选地，上述连杆动态载荷测试装置还包括：存储单元，用于存储所述数据采集单元所采集的载荷数据。
通过采用本发明所公开的用于往复式活塞发动机的连杆动态载荷测试装置，能够实时采集连杆在发动机运行时的工作动态载荷，从而可以为连杆设计、连杆仿真计算、疲劳可靠性试验提供准确的载荷谱，并且结构简单、精度高且成本低。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1A和1B分别示出了根据本发明实施例的用于往复式活塞发动机的连杆动态载荷测试装置的正视图和侧视图；
图2示出了根据本发明实施例的数据采集单元的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
图1A和1B分别示出了根据本发明实施例的用于往复式活塞发动机的连杆动态载荷测试装置的正视图和侧视图，如图1A和1B所示，该连杆动态载荷测试装置包括应变片12和数据采集单元13，其中应变片12和数据采集单元13均设置在待测连杆11上，数据采集单元13用于采集并存储应变片12发出的应变信号。
通过该连杆动态载荷测试装置可以实时采集连杆在发动机运行时的工作动态载荷，从而可以为连杆设计、连杆仿真计算、疲劳可靠性试验提供准确的载荷谱。
优选地，上述连杆动态载荷测试装置还包括开设于待测连杆11上的应力槽14，应力槽14位于应变片12附近，由此可以增加连杆测试的敏感性。
优选地，上述连杆动态载荷测试装置还包括用于对数据采集单元13供电的电源15，电源15和数据采集单元13可以分别设置在待测连杆11中部的两侧，通常可以采用环氧树脂等粘贴在待测连杆11中部附近。本领域技术人员也可以采用封装的方式将电源15和数据采集单元13固定在连杆11上。由于连杆需要承受缸内气体燃烧造成冲击力和活塞往复和自身运动产生惯性力，因此电源15优选地采用高温抗震电池，数据采集单元13的供电电压可以为2.5V，为了保留一定的余量，电路的输出电压可以为0.1V至2.4V，根据连杆上载荷和应力应变粗估值选定合适的增益电阻值。通常的测试过程，连杆动态载荷测试装置工作时间在1小时以下，因此电池的体积一般在1cm3以下。
优选地，在上述连杆动态载荷测试装置中，应变片12可以通过粘贴等方式设置在位于待测连杆11中部的连杆特征点上，从而可以更精确地采集连杆在发动机运行时的工作动态载荷。
图2示出了根据本发明实施例的数据采集单元的示意图，如图2所示，该数据采集单元包括：
电桥电路21，用于将应变信号转换成电压信号，由于数据采集单元所处的环境具有很大的加速度和振动，因此整个电桥电路不宜采用可变电阻，电桥电阻可由不同阻值的固定电阻通过串并联组成，为了简化电路结构，可以采用直流单臂电桥结构；
滤波电路22，用于对电桥电路21发出的电压信号进行滤波，以提高数据采集单元的信噪比，为了减小电路体积，优选采用简单的阻容滤波电路；
模数转换电路23，用于将滤波后的电压信号转换为数字信号。
由于应变片所处的环境温度是在不断变化的，为了得到准确的测量值，必须对应变片进行温度补偿。但由于连杆动态载荷测试装置中传感器和电路板所处的位置空间小，为了尽可能减少传感器的数量，无法采用常规的差动方法来进行温度补偿。因此，在本实施例中，该数据采集单元还可以包括温度补偿电路24，用于对模数转换电路23输出的数字信号进行温度补偿。在测试之前对连杆进行标定，以得到同一点位置处的应力-应变和温度-应变的关系曲线，即可在计算时对温度造成的测试误差进行补偿，从而得到准确的测量结果。
进一步地，根据本发明实施例的用于往复式活塞发动机的连杆动态载荷测试装置还包括存储单元，用于存储所采集的数据。优选地，存储单元是可移动的。为了使存储的数据更为准确可靠，存储单元应当独立于数据采集单元设置，通过有线或无线连接将数据采集单元所采集的数据传输至外部的存储单元。
根据本发明实施例的用于往复式活塞发动机的连杆动态载荷测试装置可以在实际发动机运转中的实时测量连杆动态载荷。可以为连杆设计、连杆仿真计算、疲劳可靠性试验提供准确的载荷谱，并且具有安装调试方便、精度高、误差小，测试设备制造简单，成本低、运行可靠等的特点，填补了在实际发动机连杆动态载荷测试技术的空白，为进行连杆高强度、轻量化、低成本等设计提供了重要的测试技术手段。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (7)

1.一种用于往复式活塞发动机的连杆动态载荷测试装置，其特征在于，包括：
应变片，设置在待测连杆上；
数据采集单元，设置在所述待测连杆上，用于采集所述应变片发出的应变信号，所述数据采集单元包括：
电桥电路，用于将所述应变信号转换成电压信号，所述电桥电路是直流单臂电桥结构，并且所述电桥的电阻由不同阻值的固定电阻通过串并联组成；
滤波电路，用于对所述电桥电路发出的电压信号进行滤波；
模数转换电路，用于将滤波后的电压信号转换为数字信号。
2.根据权利要求1所述的连杆动态载荷测试装置，其特征在于，还包括：开设于所述待测连杆上的应力槽，所述应力槽位于所述应变片附近。
3.根据权利要求1所述的连杆动态载荷测试装置，其特征在于，还包括：用于对所述数据采集单元供电的电源，所述电源和所述数据采集单元分别设置在所述待测连杆中部的两侧。
4.根据权利要求1所述的连杆动态载荷测试装置，其特征在于，所述应变片设置在位于所述待测连杆中部的连杆特征点上。
5.根据权利要求1所述的连杆动态载荷测试装置，其特征在于，所述数据采集单元还包括：
温度补偿电路，用于对所述模数转换电路输出的数字信号进行温度补偿。
6.根据权利要求1所述的连杆动态载荷测试装置，其特征在于，所述滤波电路是阻容滤波电路。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的连杆动态载荷测试装置，其特征在于，还包括：
存储单元，用于存储所述数据采集单元所采集的载荷数据。
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