目前農(nóng)業(yè)機(jī)械油耗測量特別是在農(nóng)機(jī)工況試驗(yàn)中測試儀器單一, 測試方法無法完全反映農(nóng)機(jī)的各種運(yùn)行工況和發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際油耗量。本文在研究了容積式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)、工作原理的基礎(chǔ)上, 提出選用旋轉(zhuǎn)活塞式容積流量計(jì)以測量農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 該方法操作簡單, 度較高, 影響測量精度的因素大大減少, 對今后研究更高精度的油耗測試儀具有重要的借鑒意義。

 

　　引言：

 

　　隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械的高速發(fā)展和普及, 農(nóng)機(jī)油耗測試是農(nóng)機(jī)研制企業(yè)開展節(jié)能工作、能量平衡工作、進(jìn)行農(nóng)機(jī)技術(shù)改造和改進(jìn)設(shè)計(jì)中必不可少的一項(xiàng)基礎(chǔ)研究。然而除少數(shù)大型農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)或?qū)I(yè)研究單位有精度較高、設(shè)備齊全的油耗測試手段和設(shè)備外, 絕大多數(shù)企業(yè)采用天平砝碼稱重法來進(jìn)行。該方法操作復(fù)雜, 容易加量過多, 測量精度不高, 并易受到環(huán)境濕度、柴油易揮發(fā)等因素的干擾從而產(chǎn)生較大的測量誤差。也有部分企業(yè)采用液體渦輪流量計(jì)來采集油耗, 該方法成本較低, 安裝方便, 但由于渦輪流量計(jì)的口徑普遍較小, 柴油含雜質(zhì)過多, 在工作中常發(fā)生流量計(jì)內(nèi)部油道被雜質(zhì)堵塞的現(xiàn)象, 故障率較高[1]。針對上述問題, 本文在研究容積式流量計(jì)結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上, 提出一種選用旋轉(zhuǎn)活塞式容積流量計(jì)安裝在農(nóng)業(yè)機(jī)械油路上的方法來測量農(nóng)機(jī)的油耗, 并搭建實(shí)驗(yàn)平臺測試和分析該款流量計(jì)的檢測精度及可靠性。

 

　　一、容積式流量計(jì)結(jié)構(gòu)及分類：

 

　　容積式流量計(jì)又稱為定排量流量計(jì) (positive displacement flowmeter) 。它主要由計(jì)量本體和測量部分組成, 計(jì)量本體由殼體、活動(dòng)體 (轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子) 組成。其中核心部件是活動(dòng)體, 它是測量過程中的運(yùn)動(dòng)部件?；顒?dòng)體和殼體構(gòu)成的每個(gè)測量腔就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)容積單元, 用來測量被測流體的體積, 測量部分實(shí)際上是一個(gè)轉(zhuǎn)速或計(jì)數(shù)傳感器, 螺桿流量計(jì)上的其中一只螺桿伸出的小齒輪上嵌有磁材料, 螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)傳感器可以通過磁效應(yīng)識別螺桿的轉(zhuǎn)速, 并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號或電流信號, 方便測量人員使用二次儀表顯示油耗數(shù)值或被計(jì)算機(jī)采集信號并進(jìn)行進(jìn)一步的分析和應(yīng)用[2,3]。

 

　　容積式流量計(jì)種類繁多, 可以根據(jù)不同的原則來分類, 通常按照測量元件的結(jié)構(gòu)分為轉(zhuǎn)子式、刮板式、旋轉(zhuǎn)活塞式、往復(fù)活塞式和膜片式等, 基于旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)具有工作可靠、測量精度高、壓力損失小的特點(diǎn), 且當(dāng)介質(zhì)粘度大于50cp時(shí), 粘度的變化對精度無影響, 特別適用于不含固體顆粒介質(zhì)的液體瞬時(shí)流量和累計(jì)流量的測量, 因此本文采用由上海某公司制作的流量計(jì)傳感器油耗采集設(shè)備, 主要由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)活塞式容積流量傳感器和一個(gè)顯示屏組成。

 

　　二、旋轉(zhuǎn)活塞式容積流量計(jì)工作原理及安裝方法：

 

　　(一) 流量計(jì)工作原理

 

　　如圖1 (a) 所示, 被測液體從進(jìn)口端進(jìn)入流量傳感器內(nèi)腔, 在進(jìn)、出口端形成壓差, 迫使活塞按圖中箭頭所示的方向旋轉(zhuǎn)。隨著液體的繼續(xù)流入, 活塞轉(zhuǎn)到如圖1 (b) 所示位置, 形成封閉的新月形截面的容腔v1。在差壓的作用下活塞繼續(xù)旋轉(zhuǎn), 剛才形成的封閉的新月形截面v1與出口端連通而開始排液, 如圖1 (c) 所示位置。當(dāng)活塞旋轉(zhuǎn)到如圖1 (d) 所示的位置時(shí)又形成另一封閉的新月形截面容腔v2。再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)則容腔v2與出口端連通而開始排液, 然后轉(zhuǎn)子又回復(fù)到如圖1 (a) 所示的位置。這樣, 活塞每旋轉(zhuǎn)一周, 從進(jìn)、出口端流過的液體等于容積v1和v2的總和[4]。

　　正常工作下, 流量計(jì)內(nèi)部相當(dāng)于一個(gè)按鍵開關(guān)的作用, 在有液體流入的過程中反復(fù)關(guān)斷吸合, 在輸出端口形成連續(xù)的脈沖信號, 通過檢測該口的電平變化并對其計(jì)數(shù), 可知一定時(shí)間內(nèi)輸出的脈沖數(shù), 根據(jù)式 (1) 可流過某量傳感器的液體體積:

　　式中n為某一時(shí)間段內(nèi)從流量傳感器采集到的脈沖數(shù), k為傳感器系數(shù), 具體數(shù)值由廠家提供。

 

　　(二) 流量計(jì)安裝方式

 

　　柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗量的計(jì)量采用差分測量法。由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有進(jìn)油管和回油端, 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí), 柴油從油箱被吸入進(jìn)油管, 經(jīng)過油水分離器過濾后, 進(jìn)入供油泵然后從供油泵壓出, 經(jīng)過精濾過濾后進(jìn)入噴油嘴噴射, 沒有噴射的柴油經(jīng)過回油管回到油箱。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗計(jì)量是進(jìn)油管流過的燃料體積與回油管流過的燃油體積的差值, 所以需要在進(jìn)油管和回油管上各安裝一個(gè)流量傳感器, 如圖2所示。有部分農(nóng)機(jī)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)并無回油端或回油量極少, 則可不接回油傳感器。

　　圖2 流量計(jì)傳感器安裝示意圖

 

　　三、實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果與分析：

 

　　實(shí)驗(yàn)平臺采用的是廣西某企業(yè)生產(chǎn)的方拖, 其發(fā)動(dòng)機(jī)為時(shí)風(fēng)歐第二代的單缸發(fā)動(dòng)機(jī), 功率為14.7k w, 怠速空載運(yùn)行情況下每小時(shí)消耗柴油約為0.52l, 方拖空載載行駛100km所有柴油約為9~11l。按圖3所示安裝流量計(jì)傳感器, 因?yàn)樵摽畎l(fā)動(dòng)機(jī)的回油管并不回到油箱而是直接回到濾清器上, 所以無需裝回油傳感器。進(jìn)油傳感器把流過的柴油體積轉(zhuǎn)換成脈沖信號發(fā)送給顯示屏進(jìn)行處理, 發(fā)動(dòng)機(jī)消耗的油量數(shù)值會(huì)實(shí)時(shí)顯示在顯示屏上。

 

　　

 

　　圖3 單缸柴油機(jī)接法   

 

　　

 

　　圖4 實(shí)驗(yàn)測試所用方拖   

 

　　3.1、怠速工況下油耗測試：

 

　　點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī), 待其穩(wěn)定運(yùn)行后每隔10分鐘讀取并記錄顯示屏上的油耗數(shù)值, 如表1所示。

 

　　

　　圖5 每隔10min所測得油耗值   

 

　　由圖5可知, 怠速情況下發(fā)動(dòng)機(jī)油耗以平均9.965ml/min的數(shù)值平穩(wěn)遞增, 200min內(nèi)共消耗了1993ml柴油, 平均每小時(shí)所耗油量約為598ml, 這與發(fā)動(dòng)機(jī)廠家提供的怠速油耗數(shù)值基本符合, 誤差為13.04%。由于柴油機(jī)是怠速運(yùn)行, 單位時(shí)間內(nèi)流過傳感器的液體流速較低, 與傳感器的指定液體流速***小量程1l/h相差較大, 因此如發(fā)動(dòng)機(jī)帶載工作時(shí), 傳感器所測得的油耗與實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)油耗的誤差范圍會(huì)有所降低, 油耗傳感器的測量精度也會(huì)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增大而提高。

 

　　3.2、方拖行駛工況下油耗測試實(shí)驗(yàn)：

 

　　方拖在空載情況下進(jìn)行實(shí)車行駛油耗測試, 出車前加滿油箱, 然后從加油站開始沿指定路線行駛4.3km后沿原路返回至加油站并把油箱加滿, 所加油量即為方拖行駛8.6km里實(shí)際油耗, 并記錄此時(shí)油耗設(shè)備顯示屏上的數(shù)值。重復(fù)上述實(shí)驗(yàn), 得到的數(shù)據(jù)如表2所示。

 

 

　　表2 方拖行駛8.6km所用油耗測試數(shù)據(jù) (單位:ml)

 

　　4、結(jié)語：

 

　　隨著我國對農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)行業(yè)項(xiàng)目的重視, 適用于測量農(nóng)業(yè)機(jī)械油耗的流量計(jì)市場巨大, 積極研究和發(fā)展新型流量計(jì)產(chǎn)品, 應(yīng)用先進(jìn)的微電子控制技術(shù)相結(jié)合來測量農(nóng)機(jī)油耗有著重要的發(fā)展意義[5]。本文提出的農(nóng)機(jī)油耗測量方法具有簡單實(shí)用、可靠性高等特點(diǎn), 對今后研究更高精度的油耗測試儀具有重要的借鑒意義。