CN111006831B - 汽车排气系统模拟热振动试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车排气系统模拟热振动试验装置，包括模拟电加热系统和振动试验台；模拟电加热系统包括高温循环风机、管道加热器、稳压仓和低温风机；高温循环风机的出气端连接至管道加热器的进气口，管道加热器的出气口连接至稳压仓的进气口，稳压仓的出气口连接至被试验后处理器的进气端，被试验后处理器的出气端分别与排气管道和高温循环风机的进气端连接；低温风机的出气端连接至稳压仓的出气端与被试验后处理器的进气端之间的通气管道；稳压仓的出气口与被试验后处理器的进气端之间通过通气管道与高温循环风机的进气端连接。本发明具有节约能源、温度可调、风量可调、高低温转换快、安全性高、成本低、运行费低等特点。

Description

汽车排气系统模拟热振动试验装置

技术领域

本发明涉及汽车零部件试验技术领域，具体涉及一种汽车排气系统模拟热振动试验装置。

背景技术

为贯彻《中华人民共和国大气污染防治法》，严格控制机动车污染，汽车排放由国五标准升级为国六标准，国六标准的汽车排气系统即后处理器，须通过模拟热振动试验。而原有的天然气和液化天然气热振动试验实施费用低，环保也可以，但实验时安全性评价难度大，温度、风量及高低温转换不好控制，无法满足试验标准的温度和速度要求。

因此柴油汽车排气系统（后处理器）的开发和升级换代成为各整车厂及供应商的重点方向，为满足主机厂排气系统（含排气后处理器、排气管、消声器）产品开发的相关要求，按国标GB/T18377-2001《汽油车用催化转化器的技术要求和试验方法》的要求需进行排气系统（含排气后处理器、排气管、消声器）热振动、热耐久试验、水急冷（冷热冲击、以下同）试验，必须研制对应的柴油汽车排气系统（后处理器）模拟热振动试验装置。

发明内容

针对上述背景技术中存在的问题，本发明提出了一种结合电加热技术和热空气循环利用技术，具有节约能源、温度可调、风量可调、高低温转换快、安全性高、成本低、运行费低等特点的汽车排气系统模拟热振动试验装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

上述的汽车排气系统模拟热振动试验装置，包括用于放置被试验后处理器的振动试验台；所述试验装置包括模拟电加热系统；所述模拟电加热系统包括高温循环风机、管道加热器、稳压仓和低温风机；所述高温循环风机的出气端通过通气管道连接至所述管道加热器的进气口，所述管道加热器的出气口通过通气管道连接至所述稳压仓的进气口，所述稳压仓的出气口通过通气管道连接至被试验后处理器的进气端，被试验后处理器的出气端通过通气管道分别与排气管道和所述高温循环风机的进气端连接；所述低温风机的出气端通过通气管道连接至所述稳压仓的出气端与被试验后处理器的进气端之间的通气管道；所述稳压仓的出气口与被试验后处理器的进气端之间还通过通气管道与所述高温循环风机的进气端连接；所述模拟电加热系统还包括气动蝶阀；所述气动蝶阀包括第一气动蝶阀、第二气动蝶阀、第三气动蝶阀和第四气动蝶阀；所述第一气动蝶阀安装于所述稳压仓的出气口的通气管道上；所述第二气动蝶阀安装于所述低温风机的出气端的通气管道上；所述第三气动蝶阀安装于所述排气管道上；所述安装在第四气动蝶阀被试验后处理器的出气端至所述高温循环风机的进气端之间的通气管道上；所述管道加热器包括外壳、加热套管；所述加热套管匹配安装于所述外壳内侧且与所述外壳之间空间内还填充有保温层；其中热工况控制过程为：模拟柴油发动机排气，最高温度600℃，采用热循环加热方式为：第一气动蝶阀和第四气动蝶阀开启，第二气动蝶阀和第三气动蝶阀关闭；热空气循环路径为：高温循环风机→管道加热器→稳压仓→第一气动蝶阀→进气端波纹软管→被试验后处理器→出气端波纹软管→第四气动蝶阀→孔板流量计→高温循环风机；冷工况控制过程为：高温循环管路关闭即第一气动蝶阀关闭和第四气动蝶阀关闭，第二气动蝶阀和第三气动蝶阀打开，冷却管路开启，低温风机鼓入冷空气给被试验后处理器直接降温；冷气流路径为：低温风机→第二气动蝶阀→进气端波纹软管→被试验后处理器→出气端波纹软管→第三气动蝶阀→排出至室内，由屋顶风机抽出。

所述汽车排气系统模拟热振动试验装置，其中：所述管道加热器的出气口与所述稳压仓的进气口之间的通气管道上还安装有温度传感器；所述稳压仓的出气口与所述高温循环风机的进气端之间的通气管道上还安装有调节阀。

所述汽车排气系统模拟热振动试验装置，其中：所述模拟电加热系统还包括孔板流量计；所述孔板流量计安装在被试验后处理器的出气端至所述高温循环风机的进气端之间的通气管道上。

所述汽车排气系统模拟热振动试验装置，其中：所述外壳内部具有容置空间且一端侧向设有加热进气管，另一端轴向设有加热出气管；所述加热套管的一端向所述外壳的一端外侧伸出且伸出端安装有接线盒，另一端设有加热出气管，内部匹配安装有加热元件；所述加热出气管向所述外壳的另一端外侧伸出且伸出端设有热电偶；所述加热元件外部有气流流通通道；所述接线盒内部设有测温端子并通过所述测温端子与所述热电偶连接，一侧设有接线孔。

所述汽车排气系统模拟热振动试验装置，其中：所述稳压仓的出气口与被试验后处理器的进气端之间还连接有进气端波纹软管；所述被试验后处理器的出气端连接有出气端波纹软管；所述出气端波纹软管的进气端连接所述被试验后处理器的出气端，所述出气端波纹软管的出气端连接有两路通气管道，其中一路通气管道为所述排气管道，另一路通过通气管道与所述高温循环风机的进气端连通。

所述汽车排气系统模拟热振动试验装置，其中：所述进气端波纹软管的出气端至被试验后处理器的进气端之间的通气管道上还依次安装有温度测量装置和压力测量装置。

所述汽车排气系统模拟热振动试验装置，其中：所述低温风机采用5.5KW的离心风机。

有益效果：

本发明汽车排气系统模拟热振动试验装置结构设计简单、合理，结合电加热技术和热空气循环利用技术，具有节约能源、温度可调、风量可调、双风机气路、高低温转换快、安全性高、成本低、运行费低等特点。

本发明还具有以下优点：

（1）采用高温循环风机和低温风机的双风机和双回路设计，可实现冷、热气自由切换，热疲劳试验时试件入口升温（100℃→550℃）时间不超过5分钟、降温（550℃→100℃）时间不超过3分钟；

（2）高温循环风机采用电气控制系统的变频器来变频控制调节高温风量，高温时最大风量800m3/h，最小风量80m3/h，控制精度±15m3/h；

（3）模拟电加热系统设计为移动式，便于和不同的激振源组合使用，也可和水喷淋系统组合使用。

（4）模拟电加热系统的管道加热器能实现的实际最高温度达580℃。

附图说明

图1为本发明汽车排气系统模拟热振动试验装置的模拟电加热系统的结构连接原理图；

图2为本发明汽车排气系统模拟热振动试验装置的模拟电加热系统的结构示意图；

图3为本发明汽车排气系统模拟热振动试验装置的模拟电加热系统的左视图；

图4为本发明汽车排气系统模拟热振动试验装置的模拟电加热系统的右视图；

图5为本发明汽车排气系统模拟热振动试验装置的模拟电加热系统的俯视图；

图6为本发明汽车排气系统模拟热振动试验装置的模拟电加热系统的后视图；

图7为本发明汽车排气系统模拟热振动试验装置的模拟电加热系统的管道加热器的结构示意图；

图8为本发明汽车排气系统模拟热振动试验装置的电气控制系统的部分电路连接图；

图9本发明汽车排气系统模拟热振动试验装置的电气控制系统的另一部分电路连接图。

具体实施方式

本发明汽车排气系统模拟热振动试验装置，包括模拟电加热系统1、振动试验台2和电气控制系统。

如图1至7所示，该模拟电加热系统1即模拟排气系统（后处理器）实际使用工况，温度和气流是不断变化的。该模拟电加热系统1包括底座10、高温循环风机11、管道加热器12、稳压仓13、气动蝶阀14、调节阀15、进气端波纹软管16、低温风机17、出气端波纹软管18和孔板流量计19；该高温循环风机11、管道加热器12和调节阀15均电连接电气控制系统；该气动蝶阀14连接电气控制系统且包括第一气动蝶阀141、第二气动蝶阀142、第三气动蝶阀143和第四气动蝶阀144。

被试验后处理器3置于该振动试验台2上部；该振动试验台2为电磁振动台。

该高温循环风机11用于循环加热，给被试验后处理器3提供热工况高温热气流；其中，该高温循环风机11安装于底座10上且采用7.5KW离心风机，其出气端通过通气管道连接至该管道加热器12的进气口。该管道加热器12通过加热器支架120匹配安装于底座10上部，其出气口通过通气管道连接至稳压仓13的进气口；该管道加热器12的出气口与稳压仓13的进气口之间的通气管道上还安装有温度传感器121；该管道加热器12能实现的实际最高温度达580℃。该高温循环风机11的电动机111的动力输出端安装风机叶片112；该高温循环风机11的风机叶片112采用耐高温不锈钢310S叶片，该高温循环风机11的风机叶片112经过专门设计以匹配高温、高风压小风量（风压5KPa，风量3000立方米/H），该高温循环风机11的叶轮轴采用高温石墨环密封防止热空气泄漏。

如图7所示，该管道加热器12包括外壳121、气流流通通道122、加热套管123、加热元件124、接线盒125和热电偶126。其中，该外壳121内部具有容置空间，其一端侧向设有加热进气管1211；该加热套管123匹配安装于该外壳121内侧且内部匹配安装有加热元件124，该加热元件124外部安装有气流流通通道122；该加热套管123的外壁与该外壳121之间空间内还填充有保温层127；该加热套管123一端向该外壳121的一端外侧伸出且伸出端安装有接线盒125，另一端轴向设有加热出气管1231；该加热出气管1231向该外壳121的另一端外侧伸出且伸出端设有热电偶126；该接线盒125内部设有测温端子1251并通过测温端子1251与热电偶126连接，该接线盒125一侧还设有接线孔1252。

该稳压仓13通过稳压仓安装架131匹配安装于底座10上部，其位于高温循环风机11和管道加热器12上方；该稳压仓13的出气口通过通气管道连接进气端波纹软管16的进气端；该进气端波纹软管16的出气端通过通气管道连接至被试验后处理器3的进气端；该稳压仓13的出气口与该进气端波纹软管16的进气端之间的通气管道上安装有第一气动蝶阀141；该进气端波纹软管16的出气端至被试验后处理器3的进气端之间的通气管道上还依次安装有温度测量装置161和压力测量装置162。

该调节阀15安装于该进气端波纹软管16的进气端与高温循环风机11的进气端之间的通气管管道上。

该低温风机17采用5.5KW的离心风机（鼓风机），用于给被试验后处理器3提供冷却工况时的冷气流（常温）。该低温风机17匹配安装于该底座10上且位于稳压仓13下侧，其出气端通过通气管道连接于该进气端波纹软管16的进气端；该低温风机17的出气端与进气端波纹软管16的进气端之间的通气管道上也安装有第二气动蝶阀142。该出气端波纹软管18的进气端连接于被试验后处理器3的出气端，该出气端波纹软管18的出气端连接有两路通气管道，其中一路通气管道为排气管道，另一路通过通气管道与高温循环风机11的进气端连通；该出气端波纹软管18出气端的排气管道上安装有第三气动蝶阀143；该出气端波纹软管18的出气端至高温循环风机11的进气端之间的通气管道上依次安装有第四气动蝶阀144和孔板流量计19。

该模拟电加热系统1采用双路双风机设计以实现试验要求的高温工况和低温工况的温度条件，并实现快速交变；热气管道上的设计的稳压仓13既可稳定循环管路的压力，又可储蓄热能，减少加热工况的升温时间和交变试验的转换时间。

如图8-9所示，该电气控制系统包括熔断器QF、熔断器SA、可控硅整流器（SCR）、变频器、接触器KM1、熔断器2K1、熔断器2K2、接触器KM2、电阻RJ1、接触器KM3、电阻RJ2、熔断器2K3、插排、熔断器2K4、继电器KA1、继电器KA2、继电器KA4、熔断器2K5、PLC控制器、开关电源模块和PXR9温控表；该PLC控制器的型号为三菱FX3U-32MR。

该熔断器QF和熔断器SA依次连接在三相电线L1~L3上。

该接触器KM1的常开开关一端连接于该熔断器SA电源输出端的三相电线L21~L23，该接触器KM1的常开开关另一端连接可控硅整流器（SCR）一端；该可控硅整流器（SCR）另一端与48KW的管道加热器12的接线端子连接；该可控硅整流器（SCR）的正极端连接继电器KA4的常开开关并通过继电器KA4的常开开关连接PXR9温控表一端，该可控硅整流器（SCR）的负极端连接PXR9温控表另一端；该可控硅整流器（SCR）的电源接入端分别与熔断器SA的电源输出端的三相电线L23和零线N连接。

该变频器一端连接有25A的熔断器2K1并通过熔断器2K1连接熔断器SA的电源输出端的三相电线L21~L23， 17。

该熔断器2K2为16A的熔断器，其电源输入端连接于熔断器SA的电源输出端的三相电线L21~L23；该接触器KM2的常开开关一端连接该熔断器2K2的电源输出端，该）；该接触器KM3的常开开关一端连接该熔断器2K2的电源输出端，该的散热风扇）。

该插排一端连接有熔断器2K3并通过熔断器2K3连接零线N和熔断器SA的电源输出端的三相电线L21。该PXR9温控表的电源接入端分别对应连接于熔断器SA的电源输出端的三相电线L22和零线N。

该熔断器2K4的电源输入端分别连接熔断器SA的电源输出端的三相电线L22和零线N；该继电器KA1的常开开关一端连接10A的熔断器2K4的电源输出端，该继电器KA1的常开开关另一端连接电控柜风扇；该继电器KA2的常开开关一端连接10A的的熔断器2K4的电源输出端，该继电器KA2的常开开关另一端连接500W的设备仓风扇。

该熔断器2K5为6A的熔断器，其电源输入端分别连接熔断器SA的电源输出端的三相电线L23和零线N；该PLC控制器、开关电源模块和PXR9温控表分别并联连接于该熔断器2K5的电源输出端；该开关电源模块提供24V电源。

该PLC控制器通过引脚X0连接有急停开关并通过急停开关连接开关电源模块，该PLC控制器通过引脚X1连接有运行开关并通过运行开关连接开关电源模块；该PLC控制器通过引脚X2连接有加热允许开关并通过加热允许开关连接开关电源模块，该PLC控制器通过引脚X3连接有压力开关并通过压力开关连接开关电源模块。该接触器KM1的线圈一端连接PLC控制器的引脚Y0，另一端连接三相电源L1~L3；该接触器KM2的线圈一端连接PLC控制器的引脚Y1，另一端连接三相电源L1~L3；该接触器KM3的线圈一端连接PLC控制器的引脚Y2，另一端连接三相电源L1~L3；该继电器KA1的线圈一端连接PLC控制器的引脚Y14，另一端连接开关电源模块输出的24V电源；该继电器KA2的线圈一端连接PLC控制器的引脚Y15，另一端连接开关电源模块输出的24V电源；该继电器KA3的线圈一端连接PLC控制器的引脚Y16，另一端连接开关电源模块输出的24V电源；该继电器KA4的线圈一端连接PLC控制器的引脚Y17，另一端连接开关电源模块输出的24V电源。如图9所示，该PLC控制器还连接有三个4AD模块、4AD-ADP模块和4AD-TC-ADP模块；该4AD模块为PLC控制器扩展4路模拟量采集模块，将模拟量信号转换为数字量用于显示或控制；该4AD-ADP模块为自适配型4路模拟量（0/4-20mA/0-5V/0-10V）采集模块；该4AD-TC-ADP模块为自适配型4路温度信号(热电偶/热电阻)采集模块。

该模拟电加热系统1的温度传感器121与PLC控制器的4AD-TC-ADP模块匹配连接；该模拟电加热系统1的气动蝶阀14（图9中DF1和DF2均为气动蝶阀）的电源接入端连接开关电源模块输出的24V电源，信号端连接PLC控制器。

下面结合本发明汽车排气系统模拟热振动试验装置在热工况和冷工况下的工作原理和特点对本发明作进一步阐述：

（1）热工况

采用高温循环风机11将空气加压，经管道加热器12加热后的高温空气进入被试验后处理器3，控制过程为：模拟柴油发动机排气，最高温度600℃，采用热循环加热方式为：第一气动蝶阀141和第四气动蝶阀144开启，第二气动蝶阀142和第三气动蝶阀142关闭；热空气循环路径为：高温循环风机11→管道加热器12→稳压仓13→第一气动蝶阀141→进气端波纹软管16→被试验后处理器3→出气端波纹软管18→第四气动蝶阀144→孔板流量计19→高温循环风机11；

热工况特点：经过被试验后处理器3的热空气通过高温循环风机11回收利用，热空气充分利用，节约电能，热能充分利用，只补充管路热损，高温循环风机11采用特殊设计（风机叶片采用耐高温不锈钢310S，风机叶片经过专门设计以匹配高风压小风量,叶轮轴采用高温石墨环密封防止热风泄露）可满足长期运转。

（2）冷工况

高温循环管路关闭即第一气动蝶阀141关闭和第四气动蝶阀144关闭，第二气动蝶阀142和第三气动蝶阀143打开，冷却管路开启，低温风机17鼓入冷空气给被试验后处理器3直接降温；冷气流路径为：低温风机17→第二气动蝶阀142→进气端波纹软管16→被试验后处理器3→出气端波纹软管18→第三气动蝶阀143→排出至室内，由屋顶风机抽出。

本发明结构设计简单、合理，安全性高，结合电加热技术和热空气循环利用技术，具有节约能源、温度可调、风量可调、高低温转换快、安全性高、成本低、运行费低等特点。

Claims (7)

1.一种汽车排气系统模拟热振动试验装置，包括用于放置被试验后处理器的振动试验台；其特征在于：所述试验装置包括模拟电加热系统；所述模拟电加热系统包括高温循环风机、管道加热器、稳压仓和低温风机；所述高温循环风机的出气端通过通气管道连接至所述管道加热器的进气口，所述管道加热器的出气口通过通气管道连接至所述稳压仓的进气口，所述稳压仓的出气口通过通气管道连接至被试验后处理器的进气端，被试验后处理器的出气端通过通气管道分别与排气管道和所述高温循环风机的进气端连接；所述低温风机的出气端通过通气管道连接至所述稳压仓的出气端与被试验后处理器的进气端之间的通气管道；所述稳压仓的出气口与被试验后处理器的进气端之间还通过通气管道与所述高温循环风机的进气端连接；

所述模拟电加热系统还包括气动蝶阀；所述气动蝶阀包括第一气动蝶阀、第二气动蝶阀、第三气动蝶阀和第四气动蝶阀；所述第一气动蝶阀安装于所述稳压仓的出气口的通气管道上；所述第二气动蝶阀安装于所述低温风机的出气端的通气管道上；所述第三气动蝶阀安装于所述排气管道上；所述安装在第四气动蝶阀被试验后处理器的出气端至所述高温循环风机的进气端之间的通气管道上；

所述管道加热器包括外壳、加热套管；所述加热套管匹配安装于所述外壳内侧且与所述外壳之间空间内还填充有保温层；

其中热工况控制过程为：模拟柴油发动机排气，最高温度600℃，采用热循环加热方式为：第一气动蝶阀和第四气动蝶阀开启，第二气动蝶阀和第三气动蝶阀关闭；热空气循环路径为：高温循环风机→管道加热器→稳压仓→第一气动蝶阀→进气端波纹软管→被试验后处理器→出气端波纹软管→第四气动蝶阀→孔板流量计→高温循环风机；

冷工况控制过程为：高温循环管路关闭即第一气动蝶阀关闭和第四气动蝶阀关闭，第二气动蝶阀和第三气动蝶阀打开，冷却管路开启，低温风机鼓入冷空气给被试验后处理器直接降温；冷气流路径为：低温风机→第二气动蝶阀→进气端波纹软管→被试验后处理器→出气端波纹软管→第三气动蝶阀→排出至室内，由屋顶风机抽出。

2.如权利要求1所述的汽车排气系统模拟热振动试验装置，其特征在于：所述管道加热器的出气口与所述稳压仓的进气口之间的通气管道上还安装有温度传感器；所述稳压仓的出气口与所述高温循环风机的进气端之间的通气管道上还安装有调节阀。

3.如权利要求1所述的汽车排气系统模拟热振动试验装置，其特征在于：所述模拟电加热系统还包括孔板流量计；所述孔板流量计安装在被试验后处理器的出气端至所述高温循环风机的进气端之间的通气管道上。

4.如权利要求1所述的汽车排气系统模拟热振动试验装置，其特征在于：所述外壳内部具有容置空间且一端侧向设有加热进气管，另一端轴向设有加热出气管；

所述加热套管的一端向所述外壳的一端外侧伸出且伸出端安装有接线盒，另一端设有加热出气管，内部匹配安装有加热元件；所述加热出气管向所述外壳的另一端外侧伸出且伸出端设有热电偶；所述加热元件外部有气流流通通道；

所述接线盒内部设有测温端子并通过所述测温端子与所述热电偶连接，一侧设有接线孔。

5.如权利要求1所述的汽车排气系统模拟热振动试验装置，其特征在于：所述稳压仓的出气口与被试验后处理器的进气端之间还连接有进气端波纹软管；所述被试验后处理器的出气端连接有出气端波纹软管；所述出气端波纹软管的进气端连接所述被试验后处理器的出气端，所述出气端波纹软管的出气端连接有两路通气管道，其中一路通气管道为所述排气管道，另一路通过通气管道与所述高温循环风机的进气端连通。

6.如权利要求5所述的汽车排气系统模拟热振动试验装置，其特征在于：所述进气端波纹软管的出气端至被试验后处理器的进气端之间的通气管道上还依次安装有温度测量装置和压力测量装置。

7.如权利要求1所述的汽车排气系统模拟热振动试验装置，其特征在于：所述低温风机采用5.5KW的离心风机。

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