關于2700HP發動機電功率測試的研究

摘要：本試驗臺可自動完成不同工況下發動機測試所需，為了安全可靠也設有手動操作功能，可長時間的滿負荷測試發動機，滿足用戶要求。本試驗臺元件選擇本著高質量、名牌產品，且留有足夠大的安全余量，使操作的安全邊際大，可靠性高。試驗裝置配備各種保護安全連鎖裝置及監測儀表，在發生異常時可報警或自動停機，確保人身及設備的安全。

關鍵詞：試驗臺;發動機;測試

在試驗時，有兩套顯示系統，一套顯示在工控機屏幕上，可顯示功率、油耗、電流、電壓、轉速及發動機十余種運行參數。另一套為LED顯示，通過變送及傳感器把發動機試驗時的各重要參數均可直接讀出。

本試驗臺為國內首例最大電功率發動機試驗臺，目前只運用于我集團公司，而康明斯北京服務總區930E發動機馬力測試為水測功，本項目研究開發發動機測試臺是根據礦車工作狀況而設計開發的。

一、立項背景

我公司早期采購的大量進口930E卡車的大修周期已陸續接近，發動機要進行維修保養。每年930E卡車的發動機因我公司沒有其專用的發動機試驗臺無法進行獨立全面維修，發動機都需要運往原廠進行維修，這樣不僅維修費用高，運輸難，周期長，而且直接影響我公司的生產效率。

隨著我公司露天礦的投產運營，我公司需要維修保養的930E發動機約有110多臺，如果這些發動機能在我公司進行維修，這樣不僅能給我宇辰公司帶來不少收益，更能節省公司維修成本，提高工作效率，保證生產，還能提供部分工作崗位，緩解公司工作安排壓力。

二、詳細科學技術內容。

2700HP發動機試驗臺的工作原理是：由柴油發動機帶動發電機，發電機經整流供電給固定電阻R，作為發電機的負載，也即柴油機的負載，模擬車上工況來測試發動機的馬力并檢測發動機運行各種參數。

2700HP電功率測試臺的電氣組成部分：測試控制系統，啟動系統，發電機系統，負載系統，冷卻系統。

1、測試控制系統

作用：主要用于發動機各種數據監測、系統保護及各種模式控制。

監測各種參數：包括冷卻液溫度，壓力，機油溫度、壓力，燃油壓力、溫度，左右進氣溫度、壓力、廢氣壓力及電阻柵溫度，發電機整流后的電壓電流，并計算發動機馬力。

保護分報警，保護，緊急停機三類。

1、發電機電流、電壓、電阻柵溫度、發動機水溫、發動機轉速超過設定的“報警值”時，工控機有相應提示，同時操作臺上黃色報警指示燈指示;當超過設定的“停機值”時，工控機有相應提示，同時硬件模塊通過逐漸減小勵磁和油門開度到發動機怠速運行，同時操作臺上有紅色蜂鳴發光發聲報警;

2、當電阻柵風壓過低、發電機接地、勵磁柜動作保護、整流柜動作保護、24V啟動電源動作保護時，開關量模塊采集到該信號，工控機有相應提示，硬件模塊通過逐漸減小勵磁和油門開度到發動機怠速運行，同時操作臺上有紅色蜂鳴發光發聲報警。

3、根據發動機轉速，當發動機機油壓力低于該轉速段下設定的“報警值”時，工控機有“機油壓力過低” 提示，同時操作臺上黃色報警指示燈指示;當低于設定的“停機值”時，工控機有“機油壓力過低停機” 提示，同時斷開ECM的停機控制線供電，立即停止發動機運行，同時操作臺上有紅色蜂鳴發光發聲報警;

2、啟動系統

功能：發動機潤滑、啟動、馬達故障閉鎖、發動機二次啟動保護。

當發動機的機油潤滑達到一定壓力時時，馬達得電開始啟動。啟動時間不超過馬達連續工作時間，如果在規定時間內不能啟動則電源自動停止啟動等待馬達冷卻下來后才能恢復啟動。變壓器一次線圈有三個抽頭可供調節啟動馬達電壓。啟動和停止間可設定，能顯示電源的輸出電壓和電流。

如果兩個馬達當中有任何一個有故障，發動就不能啟動，如果發動機電子控制器ECM得電后，檢測到發動機自身有故障時，發動機也不會啟動。

3、發電系統：

a、勵磁部分

930E卡車對發電機的控制是通過GE公司板件與康明斯模塊發生三次諧波來控制發電機勵磁;而在2700HP電功率測試臺中是通過勵磁電源直接控制發電機勵磁（甩掉了GE板件與康明斯模塊），控制方式從自勵改為它勵。

功能：發電機加載。

勵磁電源可長期滿負荷連續工作，電源輸出端具有防反向電動勢保護的壓敏電阻;輸出電壓調節范圍：0-額定電壓值連續可調;輸出電流調節范圍：0-額定電流值連續可調;具有粗細調電位器發生過壓、過流、過熱自動切斷輸出并送閉合的節點信號;過壓、過流值均為額定值的1.1倍左右;過溫值約為75℃（電源內部溫度）;電源在故障時輸出接點信號供用戶顯示狀態（電源正常：常開：電源故障：閉合）。該勵磁電源通過數據線與測試系統連接，工控機可自動調整該電源輸出參數，用以實現自動測試。

b、整流部分

功能：發電機出來的三相交流電電經過三相全橋整流后變成直流。整流柜內有阻容吸收回路，而且每個整流管上裝有溫度繼電器，當其中一個整流管發熱超過設定值，發動機開始按程序卸載，停止供油;為了保護發電機，整流柜內還設置了發電機漏電保護裝置，若發電機正負接地后都有動作保護，漏電保護電流連續可調。工控機可直接采集負載參數，用以實現自動測試。

4、負載系統

負載為電阻柵，其為室內，可持續，強迫風冷型，通過對我露天礦三十臺930E卡車實際運行工況調查研究分析后，計算出符合卡車實際用運行工況的電阻柵阻值。

功能：消耗發動機的能量，根據其電流電壓計算發動機功率。

電阻柵共有四種阻值，可供930E卡車2700HP發動機及 2000HP（170，730等卡車發動機測功）進行測功。當鑰匙開關打到啟動位置時，電阻柵的風機就啟動，鑰匙開關打到停止的位置時風機延時停機，時間可調。電阻柵有多點溫度測試與兩個風機失壓保護裝置。

5、冷卻系統

功能：電阻柵散熱

電阻柵為室內型，為了保證電阻柵散熱良好，經過多次專家技術論證，一次修改，制作了專用風道（不需借助外力抽風），簡單可靠，并滿足2700HP發動機大功率連續試驗。

三、創新點：

1、全國首例最大電功率發動機（2700HP）試驗臺。

2、負載電阻柵完全是根據卡車上的運行工況來設計其阻值，并有多種阻值，可以兩用，同時滿足1000HP—2000HP的發動機試驗。

3、發動機油門控制

油門控制省去了GE公司的大量卡件，而是直接由控制系統產生的頻率信號來控制發動機。

4、勵磁從自勵改為它勵，方便加載控制。

5、通過程控軟件對不同的工況編輯后可實現自動測試發動機。

四、與當前國內外同類研究、同類技術的綜合比較

2700HP發動機電功率測試臺是全國首例最大功率發動機測試臺。

目前，國內外大馬力發動機功率測試是通過水力測功器來進行馬力測試;水力測功器與發動機連接是通過萬向連軸器，連接時需精細調節，使其軸中心保持一致;發動機加載時是通過調節測功器的進水量來對發動機進行加載。

通過原車發電機進行馬力測試;更能反應卡車運行時的真實情況;原車發電機與發動機直接連接，相比萬向連軸器更加安全可靠，對接方便;發動機加載是通過調節發電機的勵磁電流來對發動機進行加載，相比調節水測功器的進水流量，電力測功加載響應更快。

五、應用情況及社會效益

發動機測試臺經過三年多的使用，本試驗臺完全滿足發動機修理中心對礦用930卡車發動機的維修要求。至今已維修200臺930E卡車QSK60發動機，我公司完全可自行獨立維修930E卡車。截止目前可為我公司節約4億的維修成本。

2700HP發動機電功率試驗臺推廣與應用，解決了我礦930卡車發動機維修問題，培養了公司大批維修人員，解決了部分人員就業，提高了卡車工作效率，節省了人力、物力，給煤礦企節省了大量成本，值得在全國推廣。