拖拉機離合器蓋壓盤總成試驗裝置開發(fā)

郭曉博，劉玉婷，劉增凱，王寧毅，郭軍衛(wèi)

（1.洛陽拖拉機研究所有限公司，洛陽 471039；2.凱邁（洛陽）測控有限公司，洛陽 471003；3.中信重工工程技術(shù)有限責(zé)任公司，洛陽 471003）

0 引言

拖拉機離合器是拖拉機產(chǎn)品的一個關(guān)鍵零部件，但是截至目前，在我國拖拉機零部件測試領(lǐng)域，還沒有一種結(jié)構(gòu)緊湊、可靠，測量過程簡單，測量結(jié)果精確，自動化程度較高的拖拉機離合器蓋壓盤總成試驗裝置[1-4]?，F(xiàn)有的技術(shù)和裝置，因需要依靠人力手動調(diào)節(jié)壓盤位移，導(dǎo)致測量不夠精確，測量數(shù)據(jù)不易同步、不能連續(xù)采集數(shù)據(jù)樣本，需要耗費大量人力資源，測量過程費時費力，導(dǎo)致測試結(jié)果難以精確符合要求。

1 試驗裝置硬件構(gòu)架

試驗裝置立足于被試拖拉機離合器蓋壓盤總成測試需求，并充分考慮解決現(xiàn)有試驗裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測量過程繁瑣、測量結(jié)果準(zhǔn)確度低等問題。該試驗裝置確定的設(shè)計思路不僅考慮了整體的自動控制功能，還充分考慮了如何提高測量結(jié)果準(zhǔn)確度。

試驗裝置的硬件設(shè)施是能否順利實現(xiàn)測控的基礎(chǔ)，構(gòu)架的設(shè)計是否合理，直接影響控制的難易程度以及軟件編寫的難易程度，硬件設(shè)施的選型對參考軟件的設(shè)計和測控精度也有很大的影響，所以拖拉機蓋壓盤總成試驗裝置的硬件設(shè)計非常關(guān)鍵。

試驗裝置硬件架構(gòu)主要包括控制計算機、控制軟件、數(shù)據(jù)采集控制設(shè)備、位移傳感器、拉力傳感器、電機控制器等。

試驗裝置對計算機性能要求不高，常規(guī)配置的計算機可以滿足需求。

控制軟件基于美國NI公司的LabVIEW軟件進(jìn)行設(shè)計。數(shù)據(jù)采集控制設(shè)備選用美國NI公司的數(shù)據(jù)采集控制卡，具備模擬量輸入、數(shù)字量輸出功能，可以采集位移傳感器、拉力傳感器傳入的數(shù)據(jù)，同時可以輸出信號至電機控制器，控制貫通軸式步進(jìn)電機動作。

位移傳感器、拉力傳感器采用進(jìn)口高精度傳感器，以保證測量準(zhǔn)確可靠。

貫通軸式步進(jìn)電機以及電機控制器選用高精度步進(jìn)電機，以確保整個系統(tǒng)的控制準(zhǔn)確度。

圖1為拖拉機離合器蓋壓盤總成試驗裝置控制系統(tǒng)框架圖。

圖1 拖拉機離合器蓋壓盤總成試驗裝置控制系統(tǒng)框架圖Fig.1 Tractor clutch cover plate assembly test device control system frame diagram

2 試驗裝置機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)拖拉機離合器蓋壓盤總成產(chǎn)品特點及其測試需求，設(shè)計了拖拉機離合器蓋壓盤總成試驗裝置，包括驅(qū)動裝置、力測量機構(gòu)、位移測量機構(gòu)和蓋壓盤安裝固定機構(gòu)。其中，驅(qū)動裝置包括貫通軸式步進(jìn)電機、貫通軸式步進(jìn)電機貫通軸、貫通軸式步進(jìn)電機固定螺釘、防脫彈墊、防脫螺母；力測量機構(gòu)包括上連接支座、上固定銷軸、上關(guān)節(jié)軸承連接桿、上雙頭螺栓、精密拉力傳感器、下雙頭螺栓、下關(guān)節(jié)軸承連接桿、下固定銷軸、下連接支座；位移測量機構(gòu)包括上連接支座、位移傳感器固定裝置、位移傳感器、位移傳感器固定螺釘；蓋壓盤安裝固定機構(gòu)包括拉桿、拉桿固定半圓塊、拉桿固定半圓塊防脫套、壓盤。拖拉機離合器蓋壓盤總成試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 拖拉機離合器蓋壓盤總成試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Tractor clutch cover plate assembly test device structure diagram

部件連接方式為：拉桿穿過壓盤、被試離合器蓋壓盤總成樣品、固定支架的中心孔，一端通過拉桿固定半圓塊壓住壓盤，一端與上連接支座相連，拉桿固定半圓塊防脫套套在2個拉桿固定半圓塊外面，壓盤壓在被試離合器蓋壓盤總成樣品上面，被試離合器蓋壓盤總成樣品放置在固定支架上端面正上方，上關(guān)節(jié)軸承連接桿通過上固定銷軸與上連接支座聯(lián)結(jié)，精密拉力傳感器通過上雙頭螺栓與上關(guān)節(jié)軸承連接桿聯(lián)結(jié)，下關(guān)節(jié)軸承連接桿通過下雙頭螺栓與精密拉力傳感器聯(lián)結(jié)，下連接支座通過下固定銷軸與下關(guān)節(jié)軸承連接桿聯(lián)結(jié)，貫通軸式步進(jìn)電機貫通軸穿過防脫彈墊、防脫螺母與下連接支座聯(lián)結(jié)，防脫彈墊通過防脫螺母與下連接支座、貫通軸式步進(jìn)電機貫通軸連為一體。固定支架下的橫板上通過貫通軸式步進(jìn)電機固定螺釘固定連接有貫通軸式步進(jìn)電機。貫通軸式步進(jìn)電機通過貫通軸式步進(jìn)電機固定螺釘固定連接在固定支架下的橫板上，位移傳感器的活動端通過位移傳感器固定裝置固定連接在上連接支座上，上連接支座上通過位移傳感器固定裝置固定連接位移傳感器的活動端。

控制計算機與數(shù)據(jù)采集控制設(shè)備電聯(lián)結(jié)，拉力傳感器、位移傳感器、電機控制器與數(shù)據(jù)采集控制設(shè)備電聯(lián)結(jié)，電機控制器與貫通軸式步進(jìn)電機電聯(lián)結(jié)。

3 試驗裝置原理及試驗方法

本試驗裝置的工作原理：整個試驗裝置由貫通軸式步進(jìn)電機驅(qū)動，通過貫通軸式步進(jìn)電機貫通軸來控制被試離合器蓋壓盤總成樣品的位移和壓緊力。將被試離合器蓋壓盤總成樣品安裝好之后，在控制軟件中將當(dāng)前位置位移置零，然后按照設(shè)定的位移使被試離合器蓋壓盤總成樣品進(jìn)行分離結(jié)合動作，整個過程中計算機以100 Hz采樣頻率自動采集保存整個過程中的數(shù)據(jù)，并自動計算試驗結(jié)果、繪制試驗曲線。

試驗方法是一套試驗裝置的具體操作規(guī)范，與試驗裝置的結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，同時又需要滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，最終將試驗裝置與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求融合，完成所需的測試需求。根據(jù)試驗裝置結(jié)構(gòu)，并參照J(rèn)B/T 6703—2014《拖拉機離合器 臺架試驗方法》中離合器蓋、壓盤總成性能試驗的規(guī)定[5]，試驗裝置試驗方法規(guī)定如下：

1）將被試拖拉機離合器蓋壓盤總成安裝于拖拉機離合器蓋壓盤總成試驗裝置上；

2）將拖拉機離合器蓋壓盤總成試驗裝置所有部位連接緊固好，確認(rèn)防脫螺母鎖死；

3）開啟控制計算機，預(yù)熱10 min；

4）操作控制計算機，使貫通軸式步進(jìn)電機模擬蓋壓盤總成的分離接合動作數(shù)次后，將貫通軸式步進(jìn)電機歸至零位，使得精密拉力傳感器顯示為零，同時將位移傳感器置零；

5）開啟系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集功能，使貫通軸式步進(jìn)電機執(zhí)行拉動作，直至達(dá)到被試?yán)瓩C離合器蓋壓盤總成最大分離行程，等待1 s后，使貫通軸式步進(jìn)電機繼續(xù)執(zhí)行拉動作，使被試?yán)瓩C離合器蓋壓盤總成壓盤總位移超過最大分離行程，然后使貫通軸式步進(jìn)電機執(zhí)行復(fù)位動作，直至位移恢復(fù)為0；

6）將控制計算機采集的分離特性數(shù)據(jù)、曲線及負(fù)荷特性數(shù)據(jù)、曲線導(dǎo)出；

7）關(guān)閉控制計算機，將被試拖拉機離合器蓋壓盤總成拆下，完成試驗。

4 結(jié)束語

拖拉機離合器作為拖拉機的關(guān)鍵零部件，其性能的優(yōu)劣，決定著拖拉機的用戶體驗。一旦發(fā)生故障則會導(dǎo)致車輛無法運行，因此設(shè)計出一個性能良好、質(zhì)量可靠的離合器非常重要。但如何對離合器產(chǎn)品本身進(jìn)行測試以及如何設(shè)計出相應(yīng)的試驗裝置，卻是廣大科研機構(gòu)和企業(yè)一直探索的問題。

本課題設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠，測量過程簡單，測量結(jié)果精確，自動化程度較高的拖拉機離合器蓋壓盤總成試驗裝置，可以進(jìn)行拖拉機離合器蓋壓盤總成分離特性和負(fù)荷特性試驗，測試結(jié)果穩(wěn)定可靠。