電液操控變速器臺(tái)架試驗(yàn)研究

劉　云，何紹華，田晉躍，周　平

(1.江蘇大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江　212013；2.總裝工程兵科研一所，江蘇 無(wú)錫　214035)

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電液操控變速器臺(tái)架試驗(yàn)研究

劉云1，何紹華2，田晉躍1，周平2

(1.江蘇大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江212013；2.總裝工程兵科研一所，江蘇 無(wú)錫214035)

摘要：在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行了試驗(yàn)臺(tái)架的構(gòu)建，并以一款定軸式電液動(dòng)力換擋變速器為對(duì)象進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了搭建的試驗(yàn)臺(tái)架的功能及被測(cè)變速器的性能。設(shè)計(jì)了電子控制系統(tǒng)，滿足了變速器電液聯(lián)合控制換擋的要求和控制精度。根據(jù)《工程機(jī)械變速器性能試驗(yàn)方法》(JB/T9720—2001)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，對(duì)變速器的進(jìn)行換擋性能試驗(yàn)以及傳動(dòng)效率試驗(yàn)。對(duì)采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而評(píng)估被測(cè)變速器的工作性能。

關(guān)鍵詞：變速器試驗(yàn)；試驗(yàn)臺(tái)架；電子控制系統(tǒng)

臺(tái)架試驗(yàn)是驗(yàn)證變速器各項(xiàng)性能的重要手段，是變速器性能測(cè)試的主要基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)仿真只是理論上的驗(yàn)證，并不能真正反映實(shí)際應(yīng)用情況。但是實(shí)車試驗(yàn)不僅復(fù)雜，而且花費(fèi)也比較大，所以在試驗(yàn)研究前期階段，先進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)是最好的選擇。進(jìn)行變速器臺(tái)架試驗(yàn)，首先可以在模擬實(shí)車狀況下檢驗(yàn)變速器的實(shí)用性和可靠性，與計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，為實(shí)車試驗(yàn)做基礎(chǔ)；其次可以為變速器研發(fā)提供理論基礎(chǔ)，變速器的各項(xiàng)性能參數(shù)都能在試驗(yàn)中得到直觀的展示[1-2]。

本文以自行搭建的變速器試驗(yàn)臺(tái)為基礎(chǔ)，以一款定軸式變速器為對(duì)象進(jìn)行變速器臺(tái)架試驗(yàn)，檢測(cè)變速器性能[3-5]。

1　變速器試驗(yàn)臺(tái)架的搭建

本試驗(yàn)所要測(cè)試的電液操控變速器為主副變速器，采用定軸式的布置方案[6]，變速器通過(guò)電液換向閥控制液壓油路來(lái)控制離合器，各離合器以不同形式的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)的換擋。

試驗(yàn)臺(tái)的控制系統(tǒng)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱工控機(jī))作為控制系統(tǒng)的主機(jī)，利用工控機(jī)控制整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)主要有4部分：動(dòng)力裝置控制系統(tǒng)、被測(cè)變速器控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)和加載裝置控制系統(tǒng)[7]。

變速器試驗(yàn)臺(tái)主要由機(jī)械臺(tái)架、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、測(cè)功機(jī)、被測(cè)變速器、被測(cè)變速器固定組件、變速器供油及回收系統(tǒng)、試驗(yàn)臺(tái)架控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集裝置等組成。另外還包括變頻器調(diào)速柜、電源及各儀器之間的連接線路等[8]。

在試驗(yàn)中，由于被測(cè)試變速器箱包括1個(gè)主箱和1個(gè)副箱，而且試驗(yàn)要求對(duì)主箱的輸出轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩值和副箱的輸出轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩值分別進(jìn)行測(cè)量，所以在試驗(yàn)中將被測(cè)變速器的主箱和副箱進(jìn)行了分離，在主箱和副箱之間加入了轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器[9]。試驗(yàn)臺(tái)架傳動(dòng)系統(tǒng)布置方案如圖1所示。

圖1　試驗(yàn)臺(tái)架傳動(dòng)系統(tǒng)布置方案

2　被測(cè)變速器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1變速器控制器

變速器試驗(yàn)控制系統(tǒng)中，工控機(jī)以電信號(hào)的方式控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)被測(cè)變速器運(yùn)轉(zhuǎn)。變速器控制器通過(guò)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、油壓傳感器和溫度傳感器采集代表被測(cè)變速器工作狀態(tài)的模擬電信號(hào)，并將電信號(hào)和工控機(jī)擋位信號(hào)一起送入電子控制系統(tǒng)中的變速器控制器中。變速器控制器根據(jù)工控機(jī)所選擋位的電信號(hào)，再按照存儲(chǔ)在控制器中的換擋控制策略計(jì)算出變速器應(yīng)處的擋位，判斷應(yīng)該升高擋位、降低擋位還是不改變擋位，然后發(fā)出對(duì)應(yīng)的換擋指令，控制相應(yīng)電磁閥的通斷電，同時(shí)液壓機(jī)構(gòu)給對(duì)應(yīng)的離合器進(jìn)行充油或放油，從而實(shí)現(xiàn)換擋[10]。

2.2換擋控制策略

現(xiàn)以1擋升2擋為例說(shuō)明被測(cè)變速器的換擋過(guò)程，在此換擋過(guò)程中離合器L1放油分離，離合器L2充油接合，其示意圖如圖2所示。換擋過(guò)程一般可分為轉(zhuǎn)矩相和慣性相兩個(gè)階段。圖3為1擋升2擋時(shí)D閥占空比與離合器油壓的變化。

圖2　升擋過(guò)程示意圖

圖3　1擋升2擋時(shí)D閥占空比與離合器油壓的變化

3　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集是指對(duì)傳感器輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行高速采集，并將采集到的模擬電壓或者數(shù)字電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送到工控計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析、處理。數(shù)據(jù)采集(DAQ)系統(tǒng)可以結(jié)合其他測(cè)試軟件或硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活多變，試驗(yàn)者可以根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目的不同自己制定數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。DAQ卡是數(shù)據(jù)采集的核心硬件，試驗(yàn)時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)、PCI、USB、PXI等方式與計(jì)算機(jī)相連接，與計(jì)算機(jī)內(nèi)的其他軟件共同完成數(shù)據(jù)采集工作。

本臺(tái)架試驗(yàn)中的DAQ系統(tǒng)是采用LabVIEW軟件開發(fā)的，利用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，試驗(yàn)者可根據(jù)試驗(yàn)需要自己更改試驗(yàn)界面、試驗(yàn)參數(shù)等。

4　試驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)《工程機(jī)械變速器性能試驗(yàn)方法》(JB/T9720—2001)[11]標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對(duì)所要研究的變速器進(jìn)行傳動(dòng)效率試驗(yàn)、換擋性能試驗(yàn)來(lái)測(cè)試此變速器的性能。

4.1換擋性能試驗(yàn)

變速器磨合結(jié)束后，啟動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)程序，選擇變速器換擋性能試驗(yàn)。試驗(yàn)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸入恒定轉(zhuǎn)速1 600r/min和測(cè)功機(jī)加載恒定轉(zhuǎn)矩140N·m進(jìn)行換擋性能試驗(yàn)，測(cè)試各擋的輸出轉(zhuǎn)速值。

在變速器前進(jìn)擋的換擋試驗(yàn)過(guò)程中，每2個(gè)擋位進(jìn)行變換，需要對(duì)2個(gè)或4個(gè)離合器充油或放油。在此換擋性能試驗(yàn)中選取比較有代表性的1擋換2擋(換擋時(shí)需2個(gè)離合器動(dòng)作)以及2擋換3擋(換擋時(shí)需4個(gè)離合器動(dòng)作)2個(gè)擋位變換過(guò)程，分析換擋過(guò)程中輸出轉(zhuǎn)矩的變化及沖擊載荷系數(shù)。1擋換2擋各離合器動(dòng)作時(shí)間見表1。

表1　1擋換2擋各離合器動(dòng)作時(shí)間　ms

離合器變化的同時(shí)1擋換2擋輸出轉(zhuǎn)矩的變化曲線截圖如圖4所示。

圖4　1擋換2擋輸出轉(zhuǎn)矩變化曲線截圖

根據(jù)以上數(shù)據(jù)和沖擊載荷系數(shù)計(jì)算方法得到1擋到2擋的沖擊載荷系數(shù)，如表2所示。

表2　1擋換2擋的沖擊載荷系數(shù)

2擋換3擋各離合器動(dòng)作時(shí)間見表3。

表3　2擋換3擋各離合器動(dòng)作時(shí)間　ms

離合器變化的同時(shí)2擋換3擋輸出轉(zhuǎn)矩的變化曲線截圖如圖5所示。

圖5　2擋換3擋輸出扭矩變化曲線截圖

根據(jù)以上數(shù)據(jù)和沖擊載荷系數(shù)計(jì)算方法得到2擋換3擋的沖擊載荷系數(shù)，如表4所示。

表4　2擋換3擋的沖擊載荷系數(shù)

由表1、4可知：1擋換2擋的換擋時(shí)間以及2擋換3擋的換擋時(shí)間分別為1 510.74和814.65ms，均小于1.6s，符合變速器的設(shè)計(jì)指標(biāo)。由表3、4可知，1擋換2擋以及2擋換3擋的沖擊載荷系數(shù)分別為1.81和1.83，均小于2。

4.2傳動(dòng)效率定轉(zhuǎn)速試驗(yàn)

啟動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)程序，選擇“變速器傳動(dòng)效率定轉(zhuǎn)速試驗(yàn)”，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速調(diào)定為1 600r/min，待運(yùn)轉(zhuǎn)充分穩(wěn)定后，輸出軸逐次加載，并保持輸入轉(zhuǎn)速不變。

1，2，6擋傳動(dòng)效率試驗(yàn)曲線見圖6。

圖6　變速器傳動(dòng)效率試驗(yàn)曲線

根據(jù)《工程機(jī)械動(dòng)力換擋變速器產(chǎn)品質(zhì)量分等》(JB/T51138—1997)中的規(guī)定，功率大于70kW的定軸式變速器最高效率應(yīng)符合：最高前進(jìn)擋傳動(dòng)效率≥91%，最低前進(jìn)擋傳動(dòng)效率≥92%。由圖6曲線可知：1擋的最高效率為92.17%；2擋的最高效率為92.59%；6擋的最高效率為91.77%。所以，被測(cè)變速器最低前進(jìn)擋1擋、最高前進(jìn)擋6擋的變速器傳動(dòng)效率均符合此規(guī)定，因此從變速器的傳動(dòng)效率來(lái)看被測(cè)變速器是符合要求的。

綜上，被測(cè)變速器的試驗(yàn)指標(biāo)符合變速器的設(shè)計(jì)要求以及國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，這間接證明了變速器臺(tái)架試驗(yàn)的合理性。

5　結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)此變速器搭建了開放式變速器試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)被測(cè)變速器進(jìn)行換擋性能、傳動(dòng)效率試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。變速器試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：變速器在1 600r/min恒轉(zhuǎn)速、換擋時(shí)間小于1.6s時(shí)，換擋時(shí)的沖擊載荷系數(shù)符合試驗(yàn)指標(biāo)；在給變速器加載進(jìn)行傳動(dòng)效率試驗(yàn)中，變速器最低擋、最高擋傳動(dòng)效率也均符合《工程機(jī)械動(dòng)力換擋變速器產(chǎn)品質(zhì)量分等》(JB/T51138-1997)中的規(guī)定。

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(責(zé)任編輯劉舸)

收稿日期：2016-01-18

作者簡(jiǎn)介：劉云(1989—)，男，江蘇宿遷人，碩士研究生，主要從事汽車變速器試驗(yàn)研究。

doi:10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.07.003

中圖分類號(hào)：U463；TH13

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-8425(2016)07-0016-05

ExperimentalStudyonElectro-HydraulicControlledTransmissions

LIUYun1,HEShao-hua2,TIANJin-yue1,ZHOUPing2

(1.SchoolofAutomotiveandTrafficEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,China;2.FirstResearchInstituteofCorpsofEngineers,Wuxi214035,China)

Abstract:We made a bench test research with a self-designed fixed shaft type electric hydraulic power shift gearbox based on relevant research. Bench test verified the function of test bench and the performance of the transmission. In order to meet the requirements of electro-hydraulic jointly controlled transmission shifting and the precision of control, the paper designed a precise electronic control system. We designed the test program according to the standard: Construction Machinery—Bench Test Methods of Transmissions (JB/T9720—2001). We also tested the performance of the transmission shifting, oil pressure, temperature and the efficiency of the transmission according to these methods to analyze the collected data and assessment measured transmission performance.

Key words:transmission test; bench test controller; electronic control system

引用格式：劉云，何紹華，田晉躍，等.電液操控變速器臺(tái)架試驗(yàn)研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2016(7):16-20.

Citationformat：LIUYun,HEShao-hua,TIANJin-yue,etal.ExperimentalStudyonElectro-HydraulicControlledTransmissions[J].JournalofChongqingUniversityofTechnology(NaturalScience)，2016(7):16-20.