论文部分内容阅读
摘 要：随着汽车行业的不断发展，汽车性能更换速度加快，发动机是汽车的核心，其质量对汽车的性能级别有着重要影响。正时系统是发动机配气机构的时间控制单元，直接影响着发动机的工作效率和质量。本文将对汽车发动机正时链条磨损试验台控制系统进行分析。
关键词：汽车发动机;正时链条磨损;试验台;控制系统
由于齿形皮带正时传动存在较多缺陷，世界各国许多汽车公司都使用正时链传动，我国也采取了不同类型的正时链条传动系统，但是与发达国家相比，我国正时链条传动系统研发能力还较差。因此，深入研究汽车发动机正时链条磨损试验台控制系统有着重要现实意义。
一、发动机正时链条磨损试验台控制系统总体构成
发动机正时链条磨损试验台主要是采取三轴开放式设计，是建立在双顶置凸轮轴发动机正时链转动系统结构的基础上，该试验台的模块主要包括润滑与张紧系统、传动系统、凸轮轴转矩加载系统、凸轮轴位置调节系统以及测控系统等。润滑冷却系统的功能是在磨损试验台运转过程中，通过喷润滑剂，对链轮起着冷却作用，液压油与轴承座的换热水冷作用。液压张紧系统的功能是为发动机正时链条提供稳定的油压，将正时链条逐渐向皮带张紧装置和安装板转化。传动系统主要是利用变频电机和同步带传动机构使曲轴旋转，再利用链传动来控制双凸轮轴的移动，通过变频器来控制变频电机的转速，将转速控制在合理范围内，可以任意改变发动机交变转速，模拟发动机驱动。凸轮轴转矩加载系统的功能是模拟发动机实际工况，在凸轮轴施加负载，分析在各种工作负载下发动机正时链条磨损情况。凸轮轴位置调节系统的功能是在一定范围内，合理调整凸轮轴中心距，从而充分满足不同型号发动机正时链条磨损的实际需求。测控系统的功能是通过采集试验台相关参数数据，根据具体实验条件和目标，合理控制试验塔各个子系统。
发动机正时链条磨损试验台的特征是：实现凸轮轴转矩的自动加载;自动调节凸轮轴中心距;自动调节曲轴转速;全方位监控发动机正时链条磨损试验台运行过程中各项参数，设置完善的预警机制。
二、汽车发动机正时链条磨损试验台控制系统硬件设计
试验台控制系统设计质量对试验台的整体质量有着重要影响，设计主要包括应景啊设计、软件开发两部分。在确定试验台的控制内容时，需要考虑试验台各模块的实际需求以及控制系统的技术要求，控制内容具体如下：第一，模拟量输入。具体内容包括液压张紧器张紧压力位移、润滑及冷却系统油箱机油温度、液压张紧器伸出端位移、试验台内部空气温度、试验台轴承座温度以及链条试验区内部空气温度等;第二，模拟量输出。具体内容包括：进行发送机正时链条交变转速试验、控制变频电机的速度、控制电涡流缓速器的工作电流、连续控制电机驱动双凸轮轴的运转和转速;第三，数字量输入。扭矩限制器状态信号，凸轮轴移动，限位开关信号传输，安装板移动限位开关信号;第四，数字量输出。具体内容包括：控制变频机的启动和停止，控制电机的正向和负向运动，控制电机的启停，控制变频电机冷却风扇的启停，控制电涡流缓速器的启停，控制润滑及张紧油泵的启停;第五，脉冲计数输入。具体内容包括光栅尺位移信号、曲轴扭矩和转速以及凸轮轴扭矩和转速。
汽车发动机正时链条磨损试验台涉及到很多控制量，对控制系统的反应、稳定性和准确性要求比较高。而PLC系统具有可靠性高、能耗低、便于编程、抗干扰性强以及实时性强等优势，所以发动机正时链条磨损试验台控制系统一般是以PLC系统为主，其他执行机构，如执行开关、变频器等，与PLC系统的I/0口连接，通过PC/PPI电缆实现计算机和PLC间的通信，利用系统组态软件，实现上位机对下位机的控制。
三、发动机正时链条磨损试验台的软件开发
合理设计PCL控制器，PCL控制器在发动机正时链条磨损试验台控制系统中起着重要作用，是整个控制系统的核心和关键。一般通过STEP 7.Micro/WIN工具来开发试验台控制系统的PCL控制器的程序，以语句表和梯形图为编程语言，使用组态软件ForceControl V7.0来开发上位机交互界面。根据试验台控制系统的控制方案以及控制环境，归纳试验台控制系统编程思想如下：可行性。具备准确的逻辑顺序，充分发挥控制程序的各项功能;可靠性，在控制程序中设置控制对象报警机制，针对复杂的逻辑关系，进行互锁设计，同时，需要使软件程序具备软件滤波功能，这样能降低外界对软件系统的干扰程度;模块化，进行模块化程序设计，有助于降低程序的耦合性，有利于扩展程序功能，便于修改程序。
发动机正时链条磨损试验台控制系统主要包括数据检测、数据报警、试验控制等，由于试验台控制系统的构成比较复杂，且对系统可靠性要求较高，因此可以将试验控制程序划分为自动控制程序以及手动控制程序两部分。自动控制程序是指完成设备调试、设置各项试验参数后，输入“开始试验”指令，使系统自动按照规定的程序进行试验，具体内容包括曲轴交变转速、润滑与紧张系统自动启停等。手动控制程序主要应用在油泵、伺服电机、电磁阀、变频电机以及电涡流缓速器等设备的控制上，单独调试或运行各个设备，或者当设备出现问题时，及时诊断设备故障，制定有效解决方案。
数据检测程序的功能是测量试验涉及到的各项参数数值，利用A/D模块，实现数字信号的转化，再将其传输到PCL控制器的传感器电信号和编码器脉冲信号，利用软件程序，实现物理量值的转化，并将其保存到指定的寄存器中，然后传输到上位机监控软件中，实现实时监控。同时，还需要在发动机正时链条磨损试验台控制程序设置完善的软件报警机制，如果某个参数数值超过预设范围，则自动进行报警提示，从而及时制定有效措施解决故障。对于重大故障，比如发生链条断裂，则需要进行系统急停操作。
四、总结
综上所述，采取数字滤波方法能降低变频对模拟量输出和输入的干扰，但是无法消除其对开关量的影响。在进行发动机正时链条磨损试验时，如果使用机油会释放出油雾，会对环境产生一种的污染，因此，需要对现场油雾状态进行监测，合理控制吸雾器的排抽。
参考文献：
[1]赵俊生，王建平，原霞等.摆动摩擦副摩擦磨损模拟试验台研制[J].润滑与密封，2014，11（3）：101-102.
[2]胡志辉，胡吉全，胡勇等.多层卷绕钢丝绳疲劳磨损试验装置的研制[J].机械科学与技术，2014，33（10）：153-154.
[3]常凯，郑德超，白洪飞等.变速器自动校检试验台控制系统的设计[J].制造业自动化，2014，11（23）：19-20.
关键词：汽车发动机;正时链条磨损;试验台;控制系统
由于齿形皮带正时传动存在较多缺陷，世界各国许多汽车公司都使用正时链传动，我国也采取了不同类型的正时链条传动系统，但是与发达国家相比，我国正时链条传动系统研发能力还较差。因此，深入研究汽车发动机正时链条磨损试验台控制系统有着重要现实意义。
一、发动机正时链条磨损试验台控制系统总体构成
发动机正时链条磨损试验台主要是采取三轴开放式设计，是建立在双顶置凸轮轴发动机正时链转动系统结构的基础上，该试验台的模块主要包括润滑与张紧系统、传动系统、凸轮轴转矩加载系统、凸轮轴位置调节系统以及测控系统等。润滑冷却系统的功能是在磨损试验台运转过程中，通过喷润滑剂，对链轮起着冷却作用，液压油与轴承座的换热水冷作用。液压张紧系统的功能是为发动机正时链条提供稳定的油压，将正时链条逐渐向皮带张紧装置和安装板转化。传动系统主要是利用变频电机和同步带传动机构使曲轴旋转，再利用链传动来控制双凸轮轴的移动，通过变频器来控制变频电机的转速，将转速控制在合理范围内，可以任意改变发动机交变转速，模拟发动机驱动。凸轮轴转矩加载系统的功能是模拟发动机实际工况，在凸轮轴施加负载，分析在各种工作负载下发动机正时链条磨损情况。凸轮轴位置调节系统的功能是在一定范围内，合理调整凸轮轴中心距，从而充分满足不同型号发动机正时链条磨损的实际需求。测控系统的功能是通过采集试验台相关参数数据，根据具体实验条件和目标，合理控制试验塔各个子系统。
发动机正时链条磨损试验台的特征是：实现凸轮轴转矩的自动加载;自动调节凸轮轴中心距;自动调节曲轴转速;全方位监控发动机正时链条磨损试验台运行过程中各项参数，设置完善的预警机制。
二、汽车发动机正时链条磨损试验台控制系统硬件设计
试验台控制系统设计质量对试验台的整体质量有着重要影响，设计主要包括应景啊设计、软件开发两部分。在确定试验台的控制内容时，需要考虑试验台各模块的实际需求以及控制系统的技术要求，控制内容具体如下：第一，模拟量输入。具体内容包括液压张紧器张紧压力位移、润滑及冷却系统油箱机油温度、液压张紧器伸出端位移、试验台内部空气温度、试验台轴承座温度以及链条试验区内部空气温度等;第二，模拟量输出。具体内容包括：进行发送机正时链条交变转速试验、控制变频电机的速度、控制电涡流缓速器的工作电流、连续控制电机驱动双凸轮轴的运转和转速;第三，数字量输入。扭矩限制器状态信号，凸轮轴移动，限位开关信号传输，安装板移动限位开关信号;第四，数字量输出。具体内容包括：控制变频机的启动和停止，控制电机的正向和负向运动，控制电机的启停，控制变频电机冷却风扇的启停，控制电涡流缓速器的启停，控制润滑及张紧油泵的启停;第五，脉冲计数输入。具体内容包括光栅尺位移信号、曲轴扭矩和转速以及凸轮轴扭矩和转速。
汽车发动机正时链条磨损试验台涉及到很多控制量，对控制系统的反应、稳定性和准确性要求比较高。而PLC系统具有可靠性高、能耗低、便于编程、抗干扰性强以及实时性强等优势，所以发动机正时链条磨损试验台控制系统一般是以PLC系统为主，其他执行机构，如执行开关、变频器等，与PLC系统的I/0口连接，通过PC/PPI电缆实现计算机和PLC间的通信，利用系统组态软件，实现上位机对下位机的控制。
三、发动机正时链条磨损试验台的软件开发
合理设计PCL控制器，PCL控制器在发动机正时链条磨损试验台控制系统中起着重要作用，是整个控制系统的核心和关键。一般通过STEP 7.Micro/WIN工具来开发试验台控制系统的PCL控制器的程序，以语句表和梯形图为编程语言，使用组态软件ForceControl V7.0来开发上位机交互界面。根据试验台控制系统的控制方案以及控制环境，归纳试验台控制系统编程思想如下：可行性。具备准确的逻辑顺序，充分发挥控制程序的各项功能;可靠性，在控制程序中设置控制对象报警机制，针对复杂的逻辑关系，进行互锁设计，同时，需要使软件程序具备软件滤波功能，这样能降低外界对软件系统的干扰程度;模块化，进行模块化程序设计，有助于降低程序的耦合性，有利于扩展程序功能，便于修改程序。
发动机正时链条磨损试验台控制系统主要包括数据检测、数据报警、试验控制等，由于试验台控制系统的构成比较复杂，且对系统可靠性要求较高，因此可以将试验控制程序划分为自动控制程序以及手动控制程序两部分。自动控制程序是指完成设备调试、设置各项试验参数后，输入“开始试验”指令，使系统自动按照规定的程序进行试验，具体内容包括曲轴交变转速、润滑与紧张系统自动启停等。手动控制程序主要应用在油泵、伺服电机、电磁阀、变频电机以及电涡流缓速器等设备的控制上，单独调试或运行各个设备，或者当设备出现问题时，及时诊断设备故障，制定有效解决方案。
数据检测程序的功能是测量试验涉及到的各项参数数值，利用A/D模块，实现数字信号的转化，再将其传输到PCL控制器的传感器电信号和编码器脉冲信号，利用软件程序，实现物理量值的转化，并将其保存到指定的寄存器中，然后传输到上位机监控软件中，实现实时监控。同时，还需要在发动机正时链条磨损试验台控制程序设置完善的软件报警机制，如果某个参数数值超过预设范围，则自动进行报警提示，从而及时制定有效措施解决故障。对于重大故障，比如发生链条断裂，则需要进行系统急停操作。
四、总结
综上所述，采取数字滤波方法能降低变频对模拟量输出和输入的干扰，但是无法消除其对开关量的影响。在进行发动机正时链条磨损试验时，如果使用机油会释放出油雾，会对环境产生一种的污染，因此，需要对现场油雾状态进行监测，合理控制吸雾器的排抽。
参考文献：
[1]赵俊生，王建平，原霞等.摆动摩擦副摩擦磨损模拟试验台研制[J].润滑与密封，2014，11（3）：101-102.
[2]胡志辉，胡吉全，胡勇等.多层卷绕钢丝绳疲劳磨损试验装置的研制[J].机械科学与技术，2014，33（10）：153-154.
[3]常凯，郑德超，白洪飞等.变速器自动校检试验台控制系统的设计[J].制造业自动化，2014，11（23）：19-20.