變速箱綜合傳動裝置試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

沈?qū)W軍，陳建文，黃 峰

（1.湖南工程學(xué)院 電氣信息學(xué)院，湘潭 411104；2.江麓機(jī)電集團(tuán)有限公司，湘潭 411101）

0 引 言

變速箱由齒輪和軸組成，通過不同齒輪的組合產(chǎn)生變速變矩［1］.綜合傳動裝置空載試驗(yàn)臺主要用于變速箱出廠前工況檢查試驗(yàn)，可自動測量各工況條件下的輸入轉(zhuǎn)矩、輸入轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)速、流量、油溫、各測點(diǎn)油壓，實(shí)現(xiàn)空損計(jì)算，還可進(jìn)行轉(zhuǎn)向功能、密封性能、拖車起動等功能性檢查［2－4］.

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)變速箱綜合傳動裝置試驗(yàn)臺.實(shí)際運(yùn)行顯示，試驗(yàn)臺運(yùn)行穩(wěn)定，工作可靠，參數(shù)測量準(zhǔn)確.為企業(yè)節(jié)約了開支，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益.

1 設(shè)計(jì)原理

系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

該試驗(yàn)系統(tǒng)主要由被測變速箱及其驅(qū)動控制，數(shù)據(jù)采集及其分析處理兩大部分構(gòu)成.

變速箱的固定及其驅(qū)動部分：由電控柜、降壓起動柜、滑差電磁調(diào)速電機(jī)、傳動箱、大底座、三個(gè)支承座、換檔操作系統(tǒng)、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)等組成.

電控柜：完成對整個(gè)系統(tǒng)的起動、停止、保護(hù)控制.保護(hù)控制包括對系統(tǒng)電源、降壓起動柜、調(diào)速電機(jī)、水泵、標(biāo)定電機(jī)、拖泵電機(jī)等的控制保護(hù).

降壓起動柜：通過自耦降壓在起動過程中防止起動電流對電網(wǎng)的沖擊.

滑差調(diào)速電機(jī)：能實(shí)現(xiàn)無線級調(diào)速，功率90 kW，給傳動箱提供各轉(zhuǎn)速條件下的扭矩，根據(jù)前幾臺設(shè)備的使用經(jīng)驗(yàn)宜采用江蘇貝得電機(jī)的產(chǎn)品.

傳動箱：用于拉檔增速和減速，能滿足變速箱的輸入要求.

三個(gè)支承座：用來支承被測變速箱，支承座共兩套，一套用于CH300，一套用于CH400，只要更換轉(zhuǎn)矩／轉(zhuǎn)速傳感器便可實(shí)現(xiàn)與CH400的兼容試驗(yàn).

大底座：整個(gè)驅(qū)動系統(tǒng)的基座平臺.

換檔操作系統(tǒng)：用于檔位工況的切換，分為兩種形式，一種是利用工廠配套用的換檔操縱閥作為工藝用實(shí)現(xiàn)檔位操縱功能.另一種方法是通過電磁閥來實(shí)現(xiàn)對油路的邏輯控制，而電磁閥的控制由計(jì)算機(jī)來完成，如圖2所示.

圖2 電磁閥控制示意圖

推拉軟軸操作系統(tǒng)：通過遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能操作.一般用機(jī)械操作的方式來實(shí)現(xiàn).

油管架、循環(huán)冷卻系統(tǒng)：油管架用于產(chǎn)品更換時(shí)擺放油管，循環(huán)水冷卻系統(tǒng)由水泵、散熱器、水池等組成，用于降低油路油溫.

數(shù)據(jù)采集及其分析處理部分：本部分是試驗(yàn)臺的重點(diǎn)和難點(diǎn).由于試驗(yàn)臺處于大電流工作環(huán)境，所以數(shù)據(jù)采集抗干擾措施是關(guān)鍵.

該部分由轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、智能轉(zhuǎn)速表、油路輸送部分、壓力變送器、流量傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、工控機(jī)儀表柜、激光打印機(jī)等組成，為了保證試驗(yàn)臺工作的可靠性，在實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集的同時(shí)，用機(jī)械式流量計(jì)、機(jī)械壓力表同時(shí)顯示流量、壓力數(shù)據(jù).

為了保證系統(tǒng)工作環(huán)境，提高測試精度與可靠性，降低工人勞動強(qiáng)度，試驗(yàn)臺將工作間與控制室分離開，將驅(qū)動部分、冷卻水循環(huán)部分、降壓起動柜部分、儀表柜放在工作間，將電控柜、數(shù)據(jù)采集卡、工控機(jī)、打印機(jī)安置在控制室，工作間與控制室通過鋼化玻璃隔開.

2 工作原理

空載試驗(yàn)是對變速箱在空載運(yùn)行條件下的輸入、輸出轉(zhuǎn)速，輸入扭矩及系統(tǒng)的油壓、油溫、流量進(jìn)行動態(tài)檢測，并計(jì)算空載損耗及轉(zhuǎn)向功能測試.

（1）系統(tǒng)的驅(qū)動

通過電氣控制柜的起、停、保證電路對降壓起動柜、調(diào)速電機(jī)進(jìn)行起?？刂?，通過調(diào)速控制器對電磁調(diào)速電機(jī)進(jìn)行無級調(diào)速，以滿足不同工況條件下輸出不同轉(zhuǎn)速的需求，由調(diào)速電機(jī)通過傳動箱將軸矩傳遞給被測變速箱，同時(shí)電控柜對拖泵電機(jī)、水泵電機(jī)、標(biāo)定電機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行起、?？刂?，系統(tǒng)具有過載、過熱保護(hù)功能.

（2）輸入扭矩、輸入轉(zhuǎn)速的測量

將轉(zhuǎn)矩／轉(zhuǎn)速傳感器串接在傳動箱與變速箱之間，傳感器獲取的信號參數(shù)在轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀與計(jì)算機(jī)進(jìn)行同步顯示.值得注意的是由于江麓歷史上一直采用了上海良標(biāo)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)矩／轉(zhuǎn)速傳感器和微機(jī)型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀（包括變速箱負(fù)載試驗(yàn)臺），但上述產(chǎn)品已是上海良標(biāo)80年代的產(chǎn)品，轉(zhuǎn)矩／轉(zhuǎn)速儀不具備通訊接口，只能輸出模擬量，故工控機(jī)的顯示結(jié)果與轉(zhuǎn)矩／轉(zhuǎn)速儀存在誤差.

（3）輸出轉(zhuǎn)速的測量

由計(jì)數(shù)齒輪與變速箱輸出軸同軸連接，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器將轉(zhuǎn)速信號送給數(shù)字轉(zhuǎn)速表，再由數(shù)字轉(zhuǎn)速表與計(jì)算機(jī)通訊，將轉(zhuǎn)速值與計(jì)算機(jī)同步顯示，此處不需要再進(jìn)行F／V變換，如果采用F／V變換形式將易受外界電磁干擾，造成參數(shù)的不穩(wěn)定.

（4）流量、壓力參數(shù)的測量

將流量傳感器通過油管串接在主油路中，壓力變送器并接在各測試點(diǎn)，一路流量信號，14路壓力信號（均為電壓型輸出）經(jīng)調(diào)理電路進(jìn)行濾波整理后送數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集.

（5）關(guān)于數(shù)字化電液操縱閥

在采用電液方式控制換檔操縱時(shí)，由工控機(jī)直接操縱，工控機(jī)按照換檔閥的順序邏輯，經(jīng)I／O卡輸出順序邏輯，經(jīng)固態(tài)繼電器將信號放大后直接控制相應(yīng)的電磁閥執(zhí)行動作，通斷換檔油路，實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)行檔位工況調(diào)整的目的.

（6）流量、壓力的機(jī)械式測量法

為了保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定，在進(jìn)行參數(shù)自動測試的同時(shí)，用機(jī)械式橢圓齒輪流量計(jì)和壓力表在儀表柜上顯示流量、壓力參數(shù).機(jī)械式流量計(jì)、流量傳感器、壓力傳感器、壓力表都固定在儀表柜上，為了保證控制室的環(huán)境衛(wèi)生和溫度（主回路油路油溫較高），儀表柜安置在工作間，而不放置在控制室.透過玻璃墻可觀測儀表參數(shù).

（7）循環(huán)水冷卻系統(tǒng)自動控制

利用計(jì)算機(jī)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)油溫，當(dāng)油溫升高時(shí)自動啟動水泵，讓水冷循環(huán)系統(tǒng)工作，當(dāng)油溫低于設(shè)定溫度時(shí)，水冷循環(huán)系統(tǒng)停止，實(shí)現(xiàn)油溫自動調(diào)節(jié)的目的.

3 軟件設(shè)計(jì)

自主開發(fā)配套軟件，用于試驗(yàn)系統(tǒng)的控制.軟件以通用的WINDOWS操作系統(tǒng)為平臺，以VC等為開發(fā)工具，嚴(yán)格按照國際標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)工藝流程設(shè)計(jì)，以實(shí)用、可靠為原則，確保能滿足試驗(yàn)要求.在此基礎(chǔ)上，對于用戶界面，通過合理劃分操作界面，力求做到界面清晰，操作直觀；界面以圖形為主，開發(fā)風(fēng)格力避呆板而求活潑，使操作人員在操作時(shí)易于接受.

試驗(yàn)臺可為變速箱的三種工況做測試，完成在每種工況下的油壓采集、油溫采集、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩采集、水泵自動控制、電化操縱系統(tǒng)自動控制、數(shù)據(jù)保存、報(bào)表打印等功能.

工業(yè)控制PC機(jī)主要完成數(shù)據(jù)采集、與PLC通信、RS485通信、數(shù)據(jù)顯示、打印等功能.從各種外部設(shè)備中取出試驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)性地在屏幕上顯示出被試驗(yàn)設(shè)備的各種工況.

實(shí)驗(yàn)記錄軟件界面如圖3所示.

圖3 試驗(yàn)記錄

軟件設(shè)計(jì)主要側(cè)重于滿足功能要求，在編程實(shí)現(xiàn)時(shí)，界面也分考慮美觀，以合適的圖案、顏色做背景.在編程實(shí)現(xiàn)時(shí)根據(jù)用戶要求對功能及界面進(jìn)行修改，保證系統(tǒng)的簡潔明了，安全可靠.

4 結(jié) 論

基于變速箱，設(shè)計(jì)了綜合傳動裝置試驗(yàn)臺，能自動測量各工況下的輸入轉(zhuǎn)矩、輸入轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)速、流量、油溫、各測點(diǎn)油壓等參數(shù).同時(shí)也可完成空損計(jì)算及轉(zhuǎn)向功能、密封性能、拖車起動等功能性檢查.

該系統(tǒng)在江麓集團(tuán)實(shí)際運(yùn)行，結(jié)果顯示，試驗(yàn)臺運(yùn)行穩(wěn)定，工作可靠，參數(shù)測量準(zhǔn)確，經(jīng)濟(jì)效益良好，受到了用戶的高度評價(jià).

［1］王奉濤，馬孝江.汽車變速箱性能檢測與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2006（1）：382－384，400.

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