1．目的及意义

1.1、发动机试验台架的发展简史及国内外发展现状

发动机试验台架是发动机性能测试的主要设备，其自动化水平、测控精度直接影响试验数据的采集和分析。在初期发动机试验台常使用水力测功机，当时的测功机没有控制器，要靠手动调节调整负荷，再通过调节油门来控制转速和扭矩。由于操作繁琐、信息不够直观，人们开始对测功机进行改造，配置控制器，加上了传感器，通过传感器和转换装置将转速和扭矩转换成电信号，再输入到控制器，显示在数字显示器上。随着工业自动化技术的发展革新，发动机试验的测试技术不断提高，试验设备也不断得到改进，在可靠性、灵活性、精度等方面有了很大提高，改善了操作条件，缩短了测量时间。目前，许多工业产品都提倡智能化、自动化，测试设备也是如此，结合PLC技术就可以实现发动机试验台架的自动控制。

1.国外研究现状

国外从七十年代末就开始进行自动化的试验台架的研究，许多发动机生产厂家及研究单位相继开发了一系列的发动机自动控制系统及设备。到目前为止，国外各大发动机厂家和研究机构都在使用自动化的试验台架，并使之功能更全、自动化程度更高、测试结果更精确、数据显示更直观。近年来，国外厂商研究方向大多集中在系统上的优化改良。2014年在美国控制会议（American Control Conference）上，Passenbrunner针对试验台的关联控制问题提出了一种基于非线性映射的非对称输入约束的解决方案, 并对系统状态进行了动态扩展, 并对该方法的实用性进行了检验。2016年Dina和Engelbert提出了一种降阶观测器和输出反馈控制器的构造, 以解决内燃机试验台模拟为扩展哈默斯坦系统的集点跟踪问题。给出了观测器的渐近收敛性, 并证明了分离原理。在实际实践中, 由于燃烧振荡, 测量信号往往受到周期性扰动的影响, 控制器随内部模型滤波器扩展, 消除了周期性扰动的影响。2017年Enrico、Michele、Luca等人对发动机试验台温湿度控制进行了研究，提出了一种基于 HVAC 模型的控制方法, 其中空气处理系统的每个组成部分 (加湿器, 预热和后加热电阻, 冷水机和风扇) 是管理耦合开环和闭环控制。控制模型的各个分支由两部分组成, 第一个是对给定的 HVAC 组件的目标进行评估, 基于系统物理模型, 第二个是基于设定点与反馈值之间的差异的 PID 控制器。该控制方法已在发动机试验台上得到验证, 其中自动化系统已在开放式软件实时兼容平台上开发, 允许将 HVAC 控制与所有其他有关测试的功能集成在一起。

2.国内研究现状

在我国，由于技术水平不高，早期的试验台架测控系统仅处于半自动化，系统功能虽可以满足试验数据采集和处理的要求，但系统自动控制能力、稳定性和扩展性具有很大的局限性。随着我国机械自动化技术的不断发展,车辆研究技术领域也有了很大的突破，各类型汽车对发动机各项指标的要求越来越高，而在发动机的研发及验证过程中，发动机的台架试验是检测发动机性能指标及可靠性的重要环节，尤其是对在台架试验过程中出现的各类故障的分析和处理。因此，发动机台架也成为了众多汽车厂商的研究对象。2010年柳州五菱的廖明明、林伟键在发动机台架试验方面发文提出了自己的见解，简述了发动机台架试验在生产过程中的所起到的作用，以及采用不同连接方式的试验台架在试验过程中的区别，对拉缸及水泵汽蚀的故障做了分析，并提出了相应的解决办法。2013年上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心李迪研究了发动机快速热试台架，软硬件均采用模块化设计所有的组件都可以快速方便地替换和升级，能很好地满足柔性化生产的需要，同时基于网络化设计的思想，热试系统中的每台台架PLC和工控机均通过网络彼此相连，从而可以实现整个热试过程的自动数据采集和控制，提高了试验稳定性和生产效率。2016年山东省内燃机研究所对柴油发动机试验台架的构建与维护进行了研究，通过对发动机性能指标测试 所获得的测量数据,分析柴油发动机运行存在的问题,并有效地有针对性的解决问题,使发动机以更 安全高效的运行性能工作,以保障使用者的命安全。2017年上汽集团和同济大学合作对发动机试验台架轴系匹配进行了研究，研究从双质量系统扭振入手，主要考虑扭转刚度、阻尼、弯曲振动和扭振强度、曲轴强度校核、过渡盘强度校核等问题，对传动轴的选用及过渡盘的设计进行探讨。同年上汽大众的王泽众对发动机台架试验中的热管理系统进行了研究，针对发动机台架试验中发动机水温波动大、电涡流测功机供水不足等问题，设计了一套两级冷却系统，二级冷却为发动机冷却，一级冷却是温度控制。该设计的二级冷却系统使得发动机台架试验中水温更加稳定，保证了电涡流测功机的正常运行，节省了更换测功机备件的费用。

1.2、论文研究的目的

为提升汽车发动机热试设备的自动化水平，提高热试效率，设计一套发动机热试快速装夹机构。论文研究的这套发动机热试快速装夹机构，与目前市场上的装夹机构不同，是一项为了适应高度自动化发动机试验检测的新型的快速装夹机构，可以大大提高发动机热试效率。该装夹机构采用多套液压夹具共同作用，是发动机与热试设备紧紧贴合，具备夹紧、旋转等功能。

1.3、论文研究的意义

发动机试验的时候有两种类型，一种是新型发动机在开发过程中放到台架上做长时间的试验，测试发动机连续运转过程中燃油经济性、尾气排放、输出扭矩等。一种是发动机在下线的时候，要对发动机进行抽检，抽检的数量巨大，要对发动机短时间的试验，相当于质检的一个过程。在抽检过程中要对发动机进行快速更换，为了达到这样一个要求，论文研究设计了一套发动机热试快速装夹机构。通过这套快速装夹机构，发动机抽检的效率可以大大提高，缩短了生产周期。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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2.1、研究（设计）的基本内容

快速装夹机构为保证发动机与热试设备紧紧贴合，由多套液压夹具共同作用。装夹机构除基本的夹紧功能外，夹具还具有旋转功能，避免在发动机热试前和热试结束后，发动机与台架产生碰撞或干涉。发动机热试过程中会产生剧烈的振动，为保证装夹机构装夹的可靠性，需对所设计装夹机构进行强度校核。整个机构除完成三维建模外，还进行运动仿真，保证机构设计的合理性。