重慶市農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定站
□ 毛志幸 李軍 任宏生
Z比分?jǐn)?shù)法廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室之間、檢驗(yàn)人員之間的比對(duì)分析。然而在小型汽油機(jī)檢驗(yàn)中,如何評(píng)定檢驗(yàn)人員檢測(cè)能力水平,研究的卻很少。為了提升檢驗(yàn)人員的檢測(cè)能力水平,有必要對(duì)此展開深入研究,以便對(duì)檢驗(yàn)人員的檢測(cè)能力水平做出科學(xué)評(píng)價(jià)。
168F 汽油機(jī)(樣機(jī)):嘉陵——本田發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司。
GW6 電渦流測(cè)功機(jī):湖南湘儀動(dòng)力測(cè)試儀器有限公司;FC2210—Z智能油耗儀(汽油機(jī)用):湖南湘儀動(dòng)力測(cè)試儀器有限公司;FC2000發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng):湘儀動(dòng)力測(cè)試儀器有限公司。
FC2000發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)由FC2010測(cè)控儀、FC2020數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、FC2210智能油耗變送器、FC2310角行程油門執(zhí)行器、FC2030四參數(shù)大屏幕顯示器、GW6 電渦流測(cè)功機(jī)、FC2000系統(tǒng)軟件組成。
(1)標(biāo)定功率檢查
將小型汽油機(jī)正確安裝到測(cè)試臺(tái)上(如圖1所示)。檢查汽油機(jī)是否達(dá)到規(guī)定的功率。試驗(yàn)時(shí),將汽油機(jī)調(diào)定到制造廠規(guī)定的標(biāo)定空載轉(zhuǎn)速,然后逐步增加負(fù)荷直至轉(zhuǎn)速達(dá)到銘牌所示標(biāo)定轉(zhuǎn)速,檢查汽油機(jī)實(shí)際所發(fā)功率與銘牌所示功率是否在5%偏差范圍內(nèi)。將發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)試模式調(diào)整到N/P(測(cè)功機(jī)恒轉(zhuǎn)速、油門位置控制方式)模式。將P(油門位置)調(diào)整至最大,設(shè)定N轉(zhuǎn)速為3600 r/min,系統(tǒng)自動(dòng)加載,當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)顯示轉(zhuǎn)速N達(dá)到標(biāo)定轉(zhuǎn)速3600 r/min時(shí),可通過軟件系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)或者在測(cè)控柜上按FUM鍵,采集各項(xiàng)數(shù)據(jù)。每組對(duì)標(biāo)定功率、標(biāo)定扭矩檢測(cè)三次,然后計(jì)算其平均值作為最終檢測(cè)值。
(2)外特性曲線檢測(cè)
外特性曲線是指汽油機(jī)節(jié)氣門全開時(shí)所測(cè)出來的功率或者扭矩隨轉(zhuǎn)速變化的曲線。做部分速度特性時(shí)將節(jié)氣門分別固定在:標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的標(biāo)定功率、90%標(biāo)定功率、75%標(biāo)定功率、50%標(biāo)定功率、25%標(biāo)定功率(本工況點(diǎn)可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整)工況位置處。本文所測(cè)外特性曲線檢測(cè)為標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的標(biāo)定功率外特性曲線。在可以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)選取不少于6個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)(節(jié)氣門全開位置時(shí),其中應(yīng)包括標(biāo)定轉(zhuǎn)速點(diǎn)、最大扭矩轉(zhuǎn)速點(diǎn)和最低比油耗轉(zhuǎn)速點(diǎn))測(cè)量轉(zhuǎn)速、扭矩、燃油消耗量等,計(jì)算比油耗并繪制外特性曲線。
使用N/P模式,將P節(jié)氣門固定在全開位置,調(diào)整轉(zhuǎn)速N,將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)定在標(biāo)定工況下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)即轉(zhuǎn)速為3600 r/min,使之達(dá)到熱平衡。然后保持油門處于最大位置不變的情況下逐步降低轉(zhuǎn)速直至1800 r/min.。按300 r/min的等間隔共取7個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)(可根據(jù)實(shí)際情況做適當(dāng)調(diào)整),記錄各試驗(yàn)點(diǎn)的測(cè)量參數(shù)。由外特性曲線求出最大扭矩點(diǎn)比油耗 g/(kW?h)、最低油耗點(diǎn)比油耗 g/(kW?h)。
(3)負(fù)荷特性曲線檢測(cè)
負(fù)荷特性曲線是指在指定轉(zhuǎn)速下,汽油機(jī)的各項(xiàng)主要性能隨負(fù)荷變化規(guī)律的曲線。在試驗(yàn)時(shí),汽油機(jī)保持在標(biāo)定轉(zhuǎn)速或者其他規(guī)定的轉(zhuǎn)速下,負(fù)荷由小逐步增加到最大,適當(dāng)?shù)胤植既舾蓽y(cè)量點(diǎn)(至少應(yīng)包括100%、90%、75%、50%及25%標(biāo)定功率點(diǎn)),測(cè)量其轉(zhuǎn)速、扭矩、燃油消耗量等,計(jì)算出比油耗,并繪制負(fù)荷特性曲線。進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性試驗(yàn)時(shí),比較理想的控制模式匹配有兩種方案。一是采用油門恒扭矩控制模式與測(cè)功機(jī)恒轉(zhuǎn)速控制模式的匹配,即N/M模式;一是采用油門恒轉(zhuǎn)速控制模式與測(cè)功機(jī)恒扭矩控制模式的匹配,即M/N模式。本文采用使用M/N模式,將轉(zhuǎn)速調(diào)整至標(biāo)定轉(zhuǎn)速3600 r/min。調(diào)整M,轉(zhuǎn)矩從小至大依次增加,測(cè)量6組數(shù)據(jù)。由符合特性曲線求出標(biāo)定功率點(diǎn)比油耗 g/(kW?h)。
(4)Z比分?jǐn)?shù)計(jì)算
Z比分?jǐn)?shù)法是穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)技術(shù)中的一種,使用中位數(shù)對(duì)樣本總體均值進(jìn)行估計(jì),用標(biāo)準(zhǔn)化四分位距(NormIQR)對(duì)樣本數(shù)據(jù)的分散度進(jìn)行度量,通過Z比分?jǐn)?shù)的大小對(duì)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)人員能力狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。該技術(shù)采用的是中位值(Median)和標(biāo)準(zhǔn)化四分位距(NormIQR),能有效減少極端結(jié)果對(duì)平均值(Mean)和標(biāo)準(zhǔn)差(Standard Deviation)的影響。標(biāo)準(zhǔn)四分位數(shù)間距(NormIQR)是穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)技術(shù)處理數(shù)據(jù)分散程度的度量。中位值(Median)是指衡量測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)集中心位置的度量,中位值將所有數(shù)據(jù)分為兩個(gè)相等的部分,上四分位數(shù)值(第三分位數(shù)值)Q3≥中位值,而下四分位數(shù)值(第一分位數(shù)值)Q1≤中位值。每次測(cè)量值標(biāo)記為a(n),本文測(cè)試數(shù)組a(1:n),n=5。
系數(shù)0.7413 由標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布得到。標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布時(shí)均數(shù)為零,標(biāo)準(zhǔn)差為1,而這時(shí)四分?jǐn)?shù)間距是[—0.6745,+0.6745],其寬度為1.3490,所以NormIQR=IQR×(1/1.3490)(即0.7413)相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)差。
(5)Z比分?jǐn)?shù)判定原則
|Z|≤2,測(cè)量結(jié)果為滿意,表明測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量得到保證;
2<|Z|<3,測(cè)量結(jié)果為存疑,表明測(cè)量結(jié)果接近臨界,必須查找原因并采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>
|Z|≥3,測(cè)量結(jié)果為不滿意,表明測(cè)量結(jié)果失控,必須查找原因并迅速采取糾正措施。
(6)人員比對(duì)分組
將參與小型汽油機(jī)檢測(cè)人員比對(duì)的10名檢測(cè)人員每2人一組,分為5組。將10名檢測(cè)人員每2人一組,分為5個(gè)組。
標(biāo)定功率檢查數(shù)據(jù)如表1所示。標(biāo)定功率Z比分?jǐn)?shù)如圖2所示。標(biāo)定扭矩Z比分?jǐn)?shù)(圖3所示)。由表1得知,標(biāo)定功率檢測(cè)結(jié)果為最小值為3.5 kW,最大值為3. 6kW兩個(gè)值。標(biāo)定扭矩最小值為9.30 N?m,最大值為9.63 N?m。
表1 標(biāo)定功率、標(biāo)定扭矩檢查
由圖2可知,標(biāo)定功率Z比分?jǐn)?shù)最大值為0,對(duì)應(yīng)第2組、第4組、第5組,最小值為—1.38,對(duì)應(yīng)第1組、第3組,只出現(xiàn)了兩個(gè)測(cè)量結(jié)果,|Z|<2說明5個(gè)組的檢測(cè)結(jié)果為滿意。
由圖3可知,標(biāo)定扭矩Z比分?jǐn)?shù)最大值為1.00,對(duì)應(yīng)第2組,最小值為—1.20,對(duì)應(yīng)第1組,|Z|<2說明5個(gè)組的檢測(cè)結(jié)果為滿意。
經(jīng)過5個(gè)組的檢測(cè),將他們所測(cè)數(shù)據(jù)繪制成外特性曲線,如圖4a、4b、4c、4d、4e、所示。由圖4可知5個(gè)組圖形基本相似,說明檢測(cè)數(shù)據(jù)接近。ge1最大扭矩點(diǎn)比油耗 g/(kW?h)、ge2最低油耗點(diǎn)比油耗 g/(kW?h)如表2所示。
由表2分別求出最大扭矩點(diǎn)比油耗Z比分?jǐn)?shù)如圖5所示、最低油耗點(diǎn)比油耗Z比分?jǐn)?shù)如圖6所示。
表2 最大扭矩點(diǎn)比油耗、最低油耗點(diǎn)比油耗
由圖4可知,汽油機(jī)輸出扭矩在節(jié)氣門全開的情況下,隨著轉(zhuǎn)速的增加呈現(xiàn)出先上升后下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速在2500—3000 r/min時(shí),輸出扭矩能達(dá)到最大值。隨著轉(zhuǎn)速的增加,輸出功率呈現(xiàn)上升趨勢(shì),隨著轉(zhuǎn)速的增加,功率增加速度先快后慢。耗油量隨著轉(zhuǎn)速的增加,呈現(xiàn)出先增加后降低。轉(zhuǎn)速為3000—3500 r/min時(shí),耗油量達(dá)到最大值。隨著轉(zhuǎn)速的增加比油耗呈現(xiàn)出先降低后增加再降低。
由圖5可知,最大扭矩點(diǎn)比油耗Z比分?jǐn)?shù)最大值為1.47,對(duì)應(yīng)第3組,最小值為—0.67,,對(duì)應(yīng)第1組,|Z|<2說明5個(gè)組的檢測(cè)結(jié)果為滿意。由圖6可知,最低油耗點(diǎn)比油耗Z比分?jǐn)?shù)最大值為1.72,對(duì)應(yīng)第4組,最小值為—1.87,對(duì)應(yīng)第1組,|Z|<2說明5個(gè)組的檢測(cè)結(jié)果為滿意。
將5個(gè)組的檢測(cè)數(shù)據(jù)繪制成負(fù)荷特性曲線,如圖7a、7b、7c、7d、7e、所示。5個(gè)人組所測(cè)標(biāo)定功率點(diǎn)比油耗如表3所示。通過表3數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)定功率點(diǎn)比油耗Z比分?jǐn)?shù)并繪制成圖,如圖8所示。
表3 標(biāo)定功率點(diǎn)比油耗
由圖7可知,當(dāng)汽油機(jī)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速3600 r/min的時(shí)候,隨著扭矩的增加,功率和油耗量呈近似線性增加,滿足y=ax+b的線性關(guān)系,這與P=T·ω吻合。汽油機(jī)隨著扭矩的增加,通過增加燃油的方式獲得功率的穩(wěn)定增加。
研究表明,進(jìn)氣壓力與扭矩滿足y=ax+b的線性關(guān)系。汽油機(jī)是通過調(diào)整節(jié)氣門開度從而將汽油吸入氣缸內(nèi),進(jìn)氣壓力和油耗量成正比關(guān)系。隨著扭矩增加,比油耗呈快速下降,然后上升,最后下降。扭矩較低時(shí)比油耗較高,說明負(fù)載小,比油耗高。扭矩在4.20—8.40 N?m時(shí),比油耗維持在300—400 g/(kW?h)之間,在這個(gè)范圍內(nèi),汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性較好。
由圖8可知,標(biāo)定功率點(diǎn)比油耗Z比分?jǐn)?shù)最大值為0.30,對(duì)應(yīng)第1組,最小值為-1.43,對(duì)應(yīng)第4組,|Z|<2說明5個(gè)組的檢測(cè)結(jié)果為滿意。
通過檢測(cè)求出5組檢測(cè)數(shù)據(jù)均值:標(biāo)定功率3.56 kW、標(biāo)定扭矩9.46 N?m、g/(kW?h)、最大扭矩點(diǎn)比油耗329.8 g/(kW·h)、最低油耗點(diǎn)比油耗326.1 g/(kW·h)、標(biāo)定功率點(diǎn)比油耗336.2 g/(kW?h)。
通過圖2、圖3、圖5、圖6、圖8分析得到|Z|<2,說明5個(gè)組的檢測(cè)能力為滿意。
進(jìn)一步分析得到:5個(gè)組所測(cè)標(biāo)定功率、標(biāo)定扭距一致性較好;5個(gè)組所測(cè)外特性曲線一致性較標(biāo)定功率檢查和負(fù)荷特性曲線檢測(cè)相比要差一些;5個(gè)組所測(cè)負(fù)荷特性曲線一致性較好。通過檢測(cè)人員能力比對(duì),今后需要加強(qiáng)外特性曲線檢測(cè)的培訓(xùn)。Θ