摘要：为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》，防治非道路移动机械排气污染物对环境的污染，改善环境空气质量，环保部欲发布非道路移动机械及其装用的柴油机污染物排放控制技术要求，规定了第四阶段非道路移动机械及其装用的柴油机污染物排放控制技术要求，并对排放污染物提出限值要求。为检测非道路车辆排放法规的符合性，利用PEMS采集整车实际作业工况排放污染物实时采集，通过自主开发非道路排放计算软件，自动筛选有效事件，自动计算尾气总比排放、窗口通过率和平均窗口功率，得出每次试验排放水平。PEMS采集的发动机工况数据同时为发动机性能针对性开发和整车动力总成匹配提供工况参考。
关键词：轮式装载机；PEMS；排放；计算软件
1 前言
非道路移动机械及其装用的柴油机污染物排放控制技术要求（征求意见稿）对第Ⅳ阶段整车尾气限值提出明确要求，其中对NOx和CO总比排放按发动机功率段做了相应限值，即：PEMS测试时，90%及以上有效功基窗口的NOx比排放结果应小于表1相应功率段限值的2.5倍。非道路第Ⅳ阶段法规对发动机和整车提出了更严格要求。便携式排放测试系统（PEMS）指能安装在机械上，同时进行排气流量、污染物浓度测量，环境温度、湿度、大气压力测量和柴油机的转速、扭矩、负荷、经纬度及海拔等相关参数实时测量或采集的整套排放测试系统。车载法 PEMS Method 指将便携式排放测试系统安装在被测机械上，对机械在实际作业过程的排气污染物排放进行测量的方法。本试验使用Sensors-DS+车载排放设备进行整车排放试验，该设备模块化体积小，使用无线发送方式发送数据信号，可远距离操作设备并可安装在车辆驾驶室外。并可实现整车尾气采样分析、过程数据输出和简单结果输出。对某款轮式装载机“V”型实际作业试验，采集排放数据，分析该作业工况下排放MAP分布，为发动机研发提供参考依据。
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2 试验对象及主要设备规格
试验车和发动机基本信息如表1，，排放测试设备为Sensors公司的Sensors-DS+，外形如图1所示，同时使用武汉INTEST整车数据采集系统采集作业工况数据，设备带高精度GPS模块。
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3 设备安装和标定
使用便携式排放设备首先是安装采样管采样，采样管与车辆消声器尾管相连接并固定以防止在试验过程中震动松脱，采样管接到主机上，通过主机分析所采样的尾气成份浓度，因此需要保证主机的牢固性、稳定性、可靠性，尽量避免试验过程中出现较大震动影响主机分析尾气。
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图1排放设备安装
采样管和主机安装完成后通过加热管连接采样管流量计，把采集的尾气送到主机进行分析。把12v电池放置在驾驶室内，通过电池给排放设备供电。完成以上步骤后进行Weather-温湿度计、GPS、GAS-气体分析仪、SCS-采样控制系统、Heated Line-加热采样管和EFM4-排气流量计连接情况检查，连接无误后进行热机和标零。当车辆静止时，在热机时接入交流电，道路试验时可以简单地切换到12V电池供电。
在进行标定前用 220V交流电充分热机60分钟，当主机及模块系统各温度达到标零温度要求后开始进行标零。通入氮气进行漏检，流量计反吹和流量计传感器校零，首先用环境大气给CO、CO2、NOx（NO、NO2）和THC标零，后通入标准气将CO、CO2、NOx（NO、NO2）和THC分析仪标零。
4非道路实际工况测试
排放法规要求试验应在非道路移动机械的完整（或部分）实际操作过程中进行。轮式装载机进行“V”型工况铲装。在实际作业过程中，实时测量和收集表3所列数据，数据采集频率1Hz。 测试开始，应在机械启动前开始PEMS采样，测量排气参数并记录柴油机及环境参数。在测试开始时柴油机冷却液温度不得超过30℃；如果环境温度高于30℃，测试开始时柴油机冷却液温度不得高于环境温度2℃。当柴油机的冷却液温度在70℃以上，或者当冷却液的温度在5分钟之内的变化小于2℃时，以先到为准，但是不能晚于柴油机启动后20分钟，测试数据开始用于排放达标与否的判定。
测试运行，按照法规规定的测试工况进行测试。测试时，所有组分的样气可用一个取样探头取样，注意不能让排气成分（包括水汽等）在分析系统的样气通路中产生冷凝。所有仪器检查和标定工作完成后，机械继续正常行驶并进行数据收集。
测试结束，包含所有操作规程且仅包含有效数据的试验持续时间应足够长，当测试机械的累积功达到柴油机NRTC循环功的5～7倍时，测试终止。有效功基窗口应占所有功基窗口的50%以上，否则试验无效，应调整试验方案，重新开始试验。
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图2装载机试验路谱
轮式装载机进行排放试验时，按照前进——放斗——铲装——举升后退——前进——卸料——后退循环（“V”型铲装）工况进行铲装，通过测定实际排放试验循环工况的分布，可以作为台架开发过程的参考，并对排放MAP进行精细的标定。从而提高模型精度，提高研发效率。
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5 数据处理分析与机械排放评估
根据非道路排放法规征求意见稿要求，非道路整车排放试验完成后需要对试验数据进行处理，主要为有效事件和无效事件的筛选。数据处理完成后再进行计算排放质量，后进行功基窗口法的计算，对计算功基窗口比排放及窗口平均功率百分比。
5.1数据处理
除下述情况外，不允许将多个作业循环的数据组合处理。测试机械的一个完整作业循环无法满足5～7倍累积NRTC循环功的要求；由于不可控因素导致的3分钟以内的数据丢失；测试机械的类别具有不同工作周期的多个工作区。
当进行组合数据处理时，应满足以下要求：
1）不同的作业循环应使用同一机械和柴油机；
2）组合数据最多包含3个作业循环；
3）组合数据中的每一个作业训循环累积功应至少达到1倍NRTC循环功；
4）组合数据处理应按照获取时间排序并整合处理；
5）多个数据组合后做为整体进行数据分析。
根据在用检测期间确定有效事件的算法， 确定的无效工作事件所包含的数据不参与计算排放质量和功基窗口法的计算和结果判定的计算过程。只有有效工作事件才可用于计算。
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5.3数据分析工具开发
手工处理数据效率低效，容易出错，根据非道路排放法规要求，自主编写程序自动筛选数据中有效和无效事件，自动计算总NOx、CO、THC比排放，累积循环功，窗口比排放和窗口平均功率百分比，输出排放结果。
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图3数据分析处理工具
5.4排放试验结果
通过装载机排放试验方法的研究和排放结果计算，装载机整车排放达标。具体计算结构见表5。
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6 结论
进行了轮式装载机PEMS排放试验，摸底了该类非道路国Ⅳ阶段整车搭载后处理系统后整车排放水平，使用非道路PEMS数据分析工具，快速输出排放试验结果和过程分析数据。经过验证计算结果准确、响应性良好。
应用排放设备和试验方法可以确定整车实际作业整车工况分布。进行数据分析时，了解掌握重点排放工作区域分布情况，可根据工况分布优化排放MAP。为发动机设计和性能开发提供数据依据。
参考文献
[1] 丁至成.农机测试技术.第一版.北京：农业出版社，1980.
[2] 张英爽. 装载机传动系载荷谱的测取与应用研究：[博士学位论文].吉林：吉林大学机械科学与工程学院，2014. [3] 兰顺碧. Visual Basic.NET程序设计教程，第一版，北京：人民邮电出版社，2012 年2月.