沈學軍，陳建文，黃 峰

（1.湖南工程學院 電氣信息學院，湘潭 411104；2.江麓機電集團有限公司，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生變速變矩［1］.綜合傳動裝置空載試驗臺主要用于變速箱出廠前工況檢查試驗，可自動測量各工況條件下的輸入轉矩、輸入轉速、輸出轉速、流量、油溫、各測點油壓，實現空損計算，還可進行轉向功能、密封性能、拖車起動等功能性檢查［2－4］.

本文設計并實現變速箱綜合傳動裝置試驗臺.實際運行顯示，試驗臺運行穩(wěn)定，工作可靠，參數測量準確.為企業(yè)節(jié)約了開支，創(chuàng)造了良好的經濟效益.

1 設計原理

系統(tǒng)構成示意圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)構成示意圖

該試驗系統(tǒng)主要由被測變速箱及其驅動控制，數據采集及其分析處理兩大部分構成.

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

電控柜：完成對整個系統(tǒng)的起動、停止、保護控制.保護控制包括對系統(tǒng)電源、降壓起動柜、調速電機、水泵、標定電機、拖泵電機等的控制保護.

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的沖擊.

滑差調速電機：能實現無線級調速，功率90 kW，給傳動箱提供各轉速條件下的扭矩，根據前幾臺設備的使用經驗宜采用江蘇貝得電機的產品.

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，只要更換轉矩／轉速傳感器便可實現與CH400的兼容試驗.

大底座：整個驅動系統(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現檔位操縱功能.另一種方法是通過電磁閥來實現對油路的邏輯控制，而電磁閥的控制由計算機來完成，如圖2所示.

圖2 電磁閥控制示意圖

推拉軟軸操作系統(tǒng)：通過遠距離實現轉向功能操作.一般用機械操作的方式來實現.

油管架、循環(huán)冷卻系統(tǒng)：油管架用于產品更換時擺放油管，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.

數據采集及其分析處理部分：本部分是試驗臺的重點和難點.由于試驗臺處于大電流工作環(huán)境，所以數據采集抗干擾措施是關鍵.

該部分由轉矩、轉速傳感器、轉矩轉速儀、霍爾轉速傳感器、智能轉速表、油路輸送部分、壓力變送器、流量傳感器、數據采集卡、工控機儀表柜、激光打印機等組成，為了保證試驗臺工作的可靠性，在實現計算機數據采集的同時，用機械式流量計、機械壓力表同時顯示流量、壓力數據.

為了保證系統(tǒng)工作環(huán)境，提高測試精度與可靠性，降低工人勞動強度，試驗臺將工作間與控制室分離開，將驅動部分、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、數據采集卡、工控機、打印機安置在控制室，工作間與控制室通過鋼化玻璃隔開.

2 工作原理

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

（1）系統(tǒng)的驅動

通過電氣控制柜的起、停、保證電路對降壓起動柜、調速電機進行起停控制，通過調速控制器對電磁調速電機進行無級調速，以滿足不同工況條件下輸出不同轉速的需求，由調速電機通過傳動箱將軸矩傳遞給被測變速箱，同時電控柜對拖泵電機、水泵電機、標定電機、軸流風機進行起、停控制，系統(tǒng)具有過載、過熱保護功能.

（2）輸入扭矩、輸入轉速的測量

將轉矩／轉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在轉矩轉速儀與計算機進行同步顯示.值得注意的是由于江麓歷史上一直采用了上海良標生產的轉矩／轉速傳感器和微機型轉矩轉速儀（包括變速箱負載試驗臺），但上述產品已是上海良標80年代的產品，轉矩／轉速儀不具備通訊接口，只能輸出模擬量，故工控機的顯示結果與轉矩／轉速儀存在誤差.

（3）輸出轉速的測量

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

（4）流量、壓力參數的測量

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，一路流量信號，14路壓力信號（均為電壓型輸出）經調理電路進行濾波整理后送數據采集卡進行數據采集.

（5）關于數字化電液操縱閥

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

（6）流量、壓力的機械式測量法

為了保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定，在進行參數自動測試的同時，用機械式橢圓齒輪流量計和壓力表在儀表柜上顯示流量、壓力參數.機械式流量計、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.

（7）循環(huán)水冷卻系統(tǒng)自動控制

利用計算機自動調節(jié)系統(tǒng)油溫，當油溫升高時自動啟動水泵，讓水冷循環(huán)系統(tǒng)工作，當油溫低于設定溫度時，水冷循環(huán)系統(tǒng)停止，實現油溫自動調節(jié)的目的.

3 軟件設計

自主開發(fā)配套軟件，用于試驗系統(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，嚴格按照國際標準和試驗工藝流程設計，以實用、可靠為原則，確保能滿足試驗要求.在此基礎上，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)風格力避呆板而求活潑，使操作人員在操作時易于接受.

試驗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、轉速轉矩采集、水泵自動控制、電化操縱系統(tǒng)自動控制、數據保存、報表打印等功能.

工業(yè)控制PC機主要完成數據采集、與PLC通信、RS485通信、數據顯示、打印等功能.從各種外部設備中取出試驗數據，實時性地在屏幕上顯示出被試驗設備的各種工況.

實驗記錄軟件界面如圖3所示.

圖3 試驗記錄

軟件設計主要側重于滿足功能要求，在編程實現時，界面也分考慮美觀，以合適的圖案、顏色做背景.在編程實現時根據用戶要求對功能及界面進行修改，保證系統(tǒng)的簡潔明了，安全可靠.

4 結 論

基于變速箱，設計了綜合傳動裝置試驗臺，能自動測量各工況下的輸入轉矩、輸入轉速、輸出轉速、流量、油溫、各測點油壓等參數.同時也可完成空損計算及轉向功能、密封性能、拖車起動等功能性檢查.

該系統(tǒng)在江麓集團實際運行，結果顯示，試驗臺運行穩(wěn)定，工作可靠，參數測量準確，經濟效益良好，受到了用戶的高度評價.

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

［2］崔 濤，張付軍，黃 英，劉波瀾，王永庭.基于模型的自動變速箱數據采集系統(tǒng)［J］.北京理工大學學報，2008，28（5）：392－396.

［3］盧立軍.大中型汽車變速箱綜合性能試驗臺的設計［J］.制造業(yè)自動化，2007，29（7）：74－76.

［4］常智海，吳堅蘭，李 浩，陳秀琴.變速箱試驗臺控制系統(tǒng)［J］.電氣傳動，2008，38（7）：13－16.