1、內(nèi)燃機(jī)車散熱器檢修工藝中規(guī)定，清洗檢修合格的散熱器，須抽樣做流量試驗(yàn)。TBT11602006內(nèi)燃機(jī)車用銅散熱器規(guī)定了基本型號散熱器水流量、水位差和所需時(shí)間的指標(biāo)，規(guī)定用水量為011m3，試驗(yàn)用水與散熱器出水口之間的平均水位差為23002400mm，水流時(shí)間根據(jù)型號的不同而要求不同。在標(biāo)準(zhǔn)附錄A中提供了高位水箱的試驗(yàn)方法，就是用011m3的水從23002400mm高處，通過內(nèi)徑不小于散熱器進(jìn)水口直徑的管子，流過一組散熱器，所需時(shí)間不應(yīng)超過標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

    目前我國內(nèi)燃機(jī)車基本型號散熱器主要采用單流道散熱器或雙流道散熱器。單流道散熱器中有管片式和管帶式。DF4B型機(jī)車使用的是4P型管帶式散熱器，DF4D型機(jī)車使用的是6P型管帶式散熱器或強(qiáng)化型管片式散熱器，DF8B、DF11型機(jī)車使用的是34P型雙流道散熱器，不同型號的散熱器，規(guī)定的水流過時(shí)間不同，但安裝尺寸相同，因此試驗(yàn)設(shè)備可以綜合考慮。

    目前，試驗(yàn)設(shè)備均為高位水箱簡單的模擬系統(tǒng)，安裝、操作、計(jì)時(shí)等均由人工完成，系統(tǒng)龐大，占地面積大，使用不方便。因此，研制先進(jìn)、高效、操作簡便、占地面積小的智能型散熱器流量試驗(yàn)裝置是非常必要的。

    2、工作原理

    智能型散熱器流量試驗(yàn)裝置，采用計(jì)算機(jī)控制的變頻流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)建立模擬水壓作用于被試散熱器，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別采集散熱器進(jìn)水口壓力、當(dāng)前流量等物理量，根據(jù)虛擬水容積、管道截面尺寸等進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出011m3水在23002400mm水位差的條件下經(jīng)規(guī)定管道截面尺寸的管子流過一組散熱器所需要的時(shí)間，判斷散熱器的流量性能。

    由于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的是試驗(yàn)用水與散熱器出水口之間的水位差，被試散熱器水平放置，所以進(jìn)水口的壓力也是試驗(yàn)用水與散熱器出水口之間的水位差。

    按照流體力學(xué)理論，液位高度與液體靜壓力之間有如下關(guān)系：

    H=pg（1）式中：H為液位高度；p為液體壓力；為介質(zhì)密度；g為重力加速度。

    從式（1）中可以看出，試驗(yàn)介質(zhì)確定后，介質(zhì)密度和重力加速度就是定值了，水位差和液體壓力是正比關(guān)系，因此可以通過檢測散熱器進(jìn)水口的壓力來反映水位差。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，取試驗(yàn)用水與散熱器進(jìn)水口之間的水位差為2300mm，也就是說，2300mm的水柱高度換算成散熱器進(jìn)水口的壓力為：當(dāng)H=2300mm時(shí)，則p=22538kPa.

    所以只要保證散熱器進(jìn)水口的壓力為22538kPa，就完成了2300mm水位差的模擬。

    為了滿足檢修工藝要求，還需計(jì)算出011m3水流過一組散熱器所需要的時(shí)間，因此系統(tǒng)中設(shè)有流量計(jì)，檢測流過散熱器的瞬時(shí)流量，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出011m3水流過的時(shí)間，完成散熱器的流量性能試驗(yàn)。

    計(jì)算公式如下：

    t=0.11q60（2）

    式中：t為時(shí)間（s）；q為流量（m3min）。

綜上所述，為了滿足檢修工藝的要求，我們可以建立一個(gè)模擬水系統(tǒng)，通過檢測散熱器進(jìn)水口的壓力和通過的流量，計(jì)算規(guī)定水量的通過時(shí)間，判斷散熱器的流量性能。

    3、設(shè)備組成

    為了滿足檢修工藝的要求，按照擬定的工作原理完成散熱器的流量試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置由以下部分組成：用于安裝散熱器的支撐件和卡具、形成水流的管路系統(tǒng)和水箱、對水系統(tǒng)加壓的離心泵、調(diào)節(jié)離心泵壓力和流量的變頻器、檢測壓力的應(yīng)變式壓力傳感器、檢測流量的渦輪流量計(jì)、用于數(shù)據(jù)處理的8051系列單片機(jī)、顯示檢測數(shù)據(jù)的LCD液晶屏、用于檢測結(jié)果輸出的微型打印機(jī)、實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腞S485串口通訊接口等。智能型散熱器流量試驗(yàn)裝置組成圖見1.

    3、1、支撐件和卡具

    用于安裝被試散熱器。卡具采用手動螺旋機(jī)構(gòu)，操作快速方便。由于本試驗(yàn)裝置用于流量試驗(yàn)，散熱器出水口直接接入水箱，因此只需要較小的夾緊力就能夠保證密封效果。檢修工藝要求單流道散熱器試驗(yàn)通過內(nèi)經(jīng)不小于35mm的管子，截面積為9621mm2，散熱器進(jìn)水口為35mm的圓形；雙流道散熱器試驗(yàn)經(jīng)橢圓形（長軸為44mm，短軸為19mm）連接管分別流入高、低溫水系統(tǒng)，其截面積為657mm2，并需分別進(jìn)行流量試驗(yàn)，散熱器進(jìn)水口形式見2.因此，試驗(yàn)裝置設(shè)有單流道、雙流道散熱器試驗(yàn)的專用胎具，用于轉(zhuǎn)換單流道散熱器試驗(yàn)、雙流道散熱器高溫水腔試驗(yàn)、雙流道散熱器低溫水腔試驗(yàn)，模擬機(jī)車實(shí)際管路形狀。

    3、2、管路系統(tǒng)和水箱

    試驗(yàn)裝置設(shè)有一套管路系統(tǒng)，由于31節(jié)中所述的橢圓形面積小于圓形面積，因此水系統(tǒng)采用35mm的圓形主管道就能夠滿足試驗(yàn)要求。設(shè)有不銹鋼水箱，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)水循環(huán)使用，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。。

    3、3、離心泵

    本裝置采用KQL40100A立式離心式水泵進(jìn)行水系統(tǒng)加壓，根據(jù)離心泵的性能特點(diǎn)，利用離心泵壓力與流量的關(guān)系，建立模擬系統(tǒng)。如所示，H-Q曲線表示離心泵的壓力與流量的關(guān)系。由H-Q曲線可以看出，離心泵的壓力H一般是隨流量Q的增大而降低。同時(shí)，當(dāng)離心泵的壓力為h時(shí)，流量為q，是固定值。因此，可以將散熱器進(jìn)水口壓力調(diào)整到給定值，測量此時(shí)的流量值，通過式（2）即可計(jì)算出規(guī)定容積水流過散熱器的時(shí)間，完全滿足檢修工藝的要求。

    3、4、變頻器

    離心泵的特性曲線是在一定轉(zhuǎn)速下測定的，當(dāng)轉(zhuǎn)速由n1改變?yōu)閚2時(shí)，與流量Q、壓力H及功率N的近似關(guān)系為Q2Q1=n2n1，H2H1=n2n12，N2N1=n2n13式稱為離心泵的比例定律。

    改變泵的轉(zhuǎn)速實(shí)質(zhì)上是改變泵的特性曲線。如4所示，泵原來轉(zhuǎn)速為n，若把泵的轉(zhuǎn)速提高到n1，泵的特性曲線H-Q往上移，流量由q加大到q1；若把泵的轉(zhuǎn)速降至n2，泵的特性曲線H-Q往下移，流量由q減小到q2.這種調(diào)節(jié)方法能保持管路特性曲線不變。

    3離心泵H-Q曲線4離心泵轉(zhuǎn)速改變后的H-Q曲線因此，通過控制變頻器的輸出頻率，改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，獲得當(dāng)H=23m時(shí)的流量值，達(dá)到模擬檢修工藝要求的狀態(tài)，完成散熱器的流量試驗(yàn)。

  3、5、檢測系統(tǒng)

    采用應(yīng)變式壓力傳感器和渦輪流量計(jì)。

    應(yīng)變式壓力傳感器壓力接口和外殼均為不銹鋼，具有很好的抗腐蝕性和長期穩(wěn)定性。傳感器在寬溫度范圍內(nèi)進(jìn)行了補(bǔ)償，保證了傳感器的技術(shù)指標(biāo)。本設(shè)計(jì)選用AK1型壓力傳感器，精度等級為05級，量程范圍為050kPa.

    渦輪流量計(jì)具有安裝方便、精度高、反應(yīng)快、刻度線性及量程寬等特點(diǎn)，有較強(qiáng)的抗磁干擾和抗振動能力，性能可靠，壽命長，可直接與計(jì)算機(jī)配合進(jìn)行流量計(jì)算和控制。本設(shè)計(jì)選用LWGY40型渦輪流量計(jì)，精度等級為1，420mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。

    3、6、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

    采用8051系列單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，試驗(yàn)人員通過鍵盤操作散熱器檢測程序，程序通過傳感器采集模擬量值，通過12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD667輸出模擬信號控制變頻器，LCD液晶屏顯示檢測數(shù)據(jù)，微型打印機(jī)輸出檢測結(jié)果，RS485串口通訊接口實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸。

    散熱器檢測程序分為：與用戶交互模塊，負(fù)責(zé)和操作者的交互部分，包括鍵盤的響應(yīng)、操作者的各種操作；數(shù)據(jù)處理模塊，把傳感器采集的模擬量經(jīng)過計(jì)算顯示到屏幕上或提供給其他模塊；試驗(yàn)過程控制模塊，根據(jù)操作者的操作進(jìn)行試驗(yàn)的控制；參數(shù)設(shè)置模塊，負(fù)責(zé)參數(shù)的設(shè)置和保存，操作者、被試件等信息。5是散熱器檢測程序的數(shù)據(jù)流圖。6為用于軟件編制的試驗(yàn)流程圖。

    4、優(yōu)點(diǎn)

    （1）具有一定的先進(jìn)性。本裝置的試驗(yàn)原理是，采用虛擬水容積的方式，通過檢測給定散熱器進(jìn)水口的壓力，采集當(dāng)前壓力條件下的水流量，進(jìn)而判斷被試散熱器性能。結(jié)合變頻調(diào)速技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)、液晶數(shù)字顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)痊F(xiàn)代技術(shù)，使得試驗(yàn)裝置具有一定的先進(jìn)性。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠自動根據(jù)檢測數(shù)據(jù)判斷被試散熱器是否滿足工藝要求。

    （2）節(jié)省空間。由于采用了先進(jìn)的試驗(yàn)原理，在結(jié)構(gòu)上去掉了水塔及較長的管路系統(tǒng)，從而使整個(gè)試驗(yàn)裝置的體積大大減小，僅相當(dāng)于原試驗(yàn)裝置的13.

    （3）操作簡單、效率提高。采用螺旋夾具，使被試件的裝夾更加方便、簡單；在試驗(yàn)不同型號的散熱器時(shí)，只需要更換一下胎具即可。完全采用智能計(jì)算機(jī)控制，操作人員只需按一下按鈕，即可完成整個(gè)試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間一般為十幾秒到幾十秒，使試驗(yàn)工作效率提高。試驗(yàn)結(jié)果不受外界環(huán)境因素的影響。

    5、結(jié)語

    智能型散熱器流量試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)，為機(jī)車檢修試驗(yàn)設(shè)備向智能化發(fā)展做了一次嘗試。經(jīng)機(jī)務(wù)段進(jìn)行對比驗(yàn)證和實(shí)際應(yīng)用，證明本試驗(yàn)裝置性能可靠，操作簡便，效率高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。特別是其網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸功能，為機(jī)務(wù)段機(jī)車檢修現(xiàn)代化管理提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為機(jī)車檢修科學(xué)化管理奠定了基礎(chǔ)。