◎吳英滿（廣西農(nóng)機(jī)鑒定站 530001）

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容積式流量計(jì)在農(nóng)業(yè)機(jī)械油耗測(cè)量中的應(yīng)用

◎吳英滿
（廣西農(nóng)機(jī)鑒定站 530001）

目前農(nóng)業(yè)機(jī)械油耗測(cè)量特別是在農(nóng)機(jī)工況試驗(yàn)中測(cè)試儀器單一，測(cè)試方法無(wú)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(cè)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(jiǎn)單，精確度較高，影響測(cè)量精度的因素大大減少，對(duì)今后研究更高精度的油耗測(cè)試儀具有重要的借鑒意義。

容積式流量計(jì)；農(nóng)業(yè)機(jī)械；油耗

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(cè)試是農(nóng)機(jī)研制企業(yè)開(kāi)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(cè)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(lái)進(jìn)行。該方法操作復(fù)雜，容易加量過(guò)多，測(cè)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(cè)量誤差。也有部分企業(yè)采用液體渦輪流量計(jì)來(lái)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(guò)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(duì)上述問(wèn)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(lái)測(cè)量農(nóng)機(jī)的油耗，并搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)試和分析該款流量計(jì)的檢測(cè)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(cè)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(cè)量過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)部件?；顒?dòng)體和殼體構(gòu)成的每個(gè)測(cè)量腔就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)容積單元，用來(lái)測(cè)量被測(cè)流體的體積，測(cè)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(guò)磁效應(yīng)識(shí)別螺桿的轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)或電流信號(hào)，方便測(cè)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(hào)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(lái)分類，通常按照測(cè)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(cè)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(duì)精度無(wú)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(cè)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(cè)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(kāi)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(kāi)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(guò)的液體等于容積V1和V2的總和［4］。

圖1　流量計(jì)內(nèi)部工作示意圖

正常工作下，流量計(jì)內(nèi)部相當(dāng)于一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)的作用，在有液體流入的過(guò)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(hào)，通過(guò)檢測(cè)該口的電平變化并對(duì)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(guò)某一流量傳感器的液體體積：

V=n/K （單位 ：ml） （1）

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(cè)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(guò)油水分離器過(guò)濾后，進(jìn)入供油泵然后從供油泵壓出，經(jīng)過(guò)精濾過(guò)濾后進(jìn)入噴油嘴噴射，沒(méi)有噴射的柴油經(jīng)過(guò)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(guò)的燃料體積與回油管流過(guò)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(wú)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(cè)試結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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14.7kW，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(wú)需裝回油傳感器。進(jìn)油傳感器把流過(guò)的柴油體積轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)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(cè)試所用方拖

3.1怠速工況下油耗測(cè)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。

表1　每隔10min所測(cè)得油耗值（單位：ml）

圖5　每隔10min所測(cè)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(guò)傳感器的液體流速較低，與傳感器的指定液體流速最小量程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(cè)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(cè)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(cè)試實(shí)驗(yàn)

方拖在空載情況下進(jìn)行實(shí)車行駛油耗測(cè)試，出車前加滿油箱，然后從加油站開(kāi)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(cè)試數(shù)據(jù)（單位：ml）

四、結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)行業(yè)項(xiàng)目的重視，適用于測(cè)量農(nóng)業(yè)機(jī)械油耗的流量計(jì)市場(chǎng)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(lái)測(cè)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(cè)量方法具有簡(jiǎn)單實(shí)用、可靠性高等特點(diǎn)，對(duì)今后研究更高精度的油耗測(cè)試儀具有重要的借鑒意義。

［1］ 范志華.渦輪流量計(jì)在流量測(cè)量中的應(yīng)用［ J ］.氣象水文海洋儀器，2007，12（4）.

［2］ 馮寶庭.容積式流量計(jì)的選型和應(yīng)用［ J ］.煤氣與熱力，2011，l26，7.

［3］ 蔡武昌.流量測(cè)量方法和儀表的選用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［4］ 張斌.液壓領(lǐng)域中的高精度流量計(jì)-容積式流量計(jì)［ J ］.液壓與氣動(dòng)，2010，（3）.［5］ 楊小軍.差壓流量計(jì)的發(fā)展和展望［ J ］.計(jì)量裝置及應(yīng)用，2012，（7）.