郭玉寶，孫 勇，謝建宇

(長(zhǎng)春機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130103)

變速箱變角度測(cè)試系統(tǒng)

郭玉寶，孫 勇，謝建宇

(長(zhǎng)春機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130103)

介紹了一種新型變速箱測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠使變速箱在空間位置成一定的姿態(tài)，模擬變速箱在上坡、下坡、斜坡等不同工況的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)變速箱在各個(gè)工況下進(jìn)行不同擋位的換擋與跑合試驗(yàn)，從而測(cè)試出變速箱的扭矩、轉(zhuǎn)速、溫度、油溫等物理量，用以評(píng)價(jià)變速箱的性能以及質(zhì)量。

變速箱；變角度；測(cè)試系統(tǒng)；試驗(yàn)臺(tái)

1 引 言

變速箱是機(jī)械產(chǎn)業(yè)中非常重要的零部件，其性能及質(zhì)量嚴(yán)重影響到整機(jī)的使用，變速箱的測(cè)試則是評(píng)價(jià)變速箱性能及質(zhì)量的重要手段。在行走機(jī)械及工程機(jī)械的變速箱測(cè)試中，經(jīng)常采用的測(cè)試方式是隨整機(jī)進(jìn)行野外測(cè)試，可測(cè)試變速箱在不同狀態(tài)下的性能及質(zhì)量，但成本高、測(cè)試周期長(zhǎng)。本試驗(yàn)系統(tǒng)采用室內(nèi)測(cè)試的方式，模擬實(shí)際使用工況對(duì)變速箱性能進(jìn)行測(cè)試。

本測(cè)試系統(tǒng)采用變頻電機(jī)帶動(dòng)變速箱進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)裝置采用帶傳動(dòng)，扭矩測(cè)試使用扭矩傳感器，轉(zhuǎn)速測(cè)試采用光電編碼器， 由液壓裝置驅(qū)動(dòng)形成角度狀態(tài)，由回轉(zhuǎn)支撐結(jié)合角度狀態(tài)，模擬出整機(jī)的上坡、下坡、斜坡等不同工況，從而對(duì)變速箱的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫度、油溫等不同物理量在不同工況下進(jìn)行測(cè)試。該測(cè)試系統(tǒng)亦可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的疲勞跑合試驗(yàn)。

2 整機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)

(1)旋轉(zhuǎn)角度：0°-360°；

(2)傾斜角度：0°-30°；

(3)傾斜角度精度：1°；

(4)最大扭矩：500N·m；

(5)最大轉(zhuǎn)速：2400r/min；

(6)標(biāo)稱功率：200kW；

(7)起測(cè)轉(zhuǎn)速：300r/min；

(8)扭矩量程：1kN·m；

(9)扭矩精度等級(jí):±1.5%(10%-100%)；

(10)采樣頻率：轉(zhuǎn)速、扭矩信號(hào)1000Hz。

3 主要工作原理

由液壓缸支撐傾斜平臺(tái)形成0-30°無級(jí)可調(diào)的傾斜角度，由回轉(zhuǎn)支撐在傾斜平臺(tái)上形成0°-360°無級(jí)可調(diào)的回轉(zhuǎn)角度，傾斜角度與回轉(zhuǎn)角度相互配合，可模擬出變速箱不同使用工況，如上坡、下坡、傾斜行走等，如圖1所示。

圖1 姿態(tài)模擬的工作原理

變頻電機(jī)帶動(dòng)的傳動(dòng)裝置及變速箱等安裝到傾斜平臺(tái)上，變頻電機(jī)根據(jù)試驗(yàn)要求輸入不同轉(zhuǎn)速，通過扭矩傳感器采集扭矩以及轉(zhuǎn)速，采用PLC控制變速箱的電動(dòng)換擋。在試驗(yàn)過程中，對(duì)試樣的輸入轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，最終通過工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并保存及顯示。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

主機(jī)由變速箱(試樣)1、扭矩傳感器2、軸承座3、變頻電機(jī)4、移動(dòng)支腿5、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置6、傾斜平臺(tái)7、液壓支撐缸8、回轉(zhuǎn)支撐9、底部平臺(tái)10、回轉(zhuǎn)鎖緊裝置11、回轉(zhuǎn)平臺(tái)12等零部件組成，如圖2所示。

圖2 主機(jī)外形圖

4.1 變速箱

變速箱為被測(cè)試樣，可兼容電動(dòng)換擋變速箱。本測(cè)試系統(tǒng)可最多采用6路控制電壓24V、電流大于700mA的電路進(jìn)行電動(dòng)換擋驅(qū)動(dòng)，同時(shí)可采集12路壓力信號(hào)、8路溫度信號(hào)(PT100)、5路轉(zhuǎn)速信號(hào)、10路開關(guān)量信號(hào)(濾芯堵塞報(bào)警信號(hào)、液位信號(hào))。以上信號(hào)自動(dòng)采集，并通過工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理保存及顯示等。

4.2 扭矩傳感器

扭矩傳感器采用HBM公司生產(chǎn)的T40B高精度扭矩傳感器(如圖3所示)。T40B數(shù)字扭矩傳感器采用磁學(xué)轉(zhuǎn)速技術(shù)，能夠在具有油污和灰塵的惡劣工業(yè)環(huán)境下使用。

圖3 T40B扭矩傳感器

T40B采用的磁學(xué)脈沖測(cè)量技術(shù)能夠提供非常高的脈沖輸出能力，可達(dá)1024脈沖/轉(zhuǎn)，并且在轉(zhuǎn)速非常低的情況下，也具有極高的測(cè)量精度。本系統(tǒng)采用的扭矩傳感器的量程為1kN·m，精度為±0.5%(10%-100%)。

4.3 軸承座

軸承座是傳遞扭矩、承受皮帶彎矩的主要部件，其內(nèi)部由兩組高速軸承組成，最大可承受6000r/min的轉(zhuǎn)速。軸承座一邊由帶輪輸入，另一邊帶動(dòng)扭矩傳感器，是承上啟下的重要部件。軸承座簡(jiǎn)圖如圖4所示。

圖4 軸承座簡(jiǎn)圖

4.4 變頻電機(jī)

變頻電機(jī)是帶動(dòng)變速箱轉(zhuǎn)動(dòng)的原動(dòng)力，本系統(tǒng)采用ABBA公司生產(chǎn)的四級(jí)變頻電機(jī)，型號(hào)為315L4B，最大超頻達(dá)100Hz，額定扭矩1273N·m，額定轉(zhuǎn)速1488r/min，標(biāo)稱功率200kW。

5 傳動(dòng)系統(tǒng)主要零部件主要參數(shù)的選擇

電機(jī)功率200kW，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1488r/min(4級(jí)電機(jī))，電機(jī)額定扭矩1273N·m，變速箱要求扭矩500N·m，轉(zhuǎn)速要求為2400r/min。

5.1 設(shè)計(jì)功率計(jì)算

Pd=KaP=200kW×1.6×1.05=336kW

式中，Ka為工況系數(shù)，取1.6，且為增速傳動(dòng)，工況系數(shù)Ka再乘系數(shù)1.05；P為電機(jī)功率，200kW；Pd為設(shè)計(jì)功率。

5.2 帶型的選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)功率336kW、轉(zhuǎn)速2400r/min，依據(jù)圖5選定帶型，皮帶采用窄V帶15N,15J。

圖5 皮帶選型圖表

5.3 傳動(dòng)比的計(jì)算

從動(dòng)端最大轉(zhuǎn)速n1=2400r/min，原動(dòng)機(jī)(電機(jī)QABP-315L4B)額定轉(zhuǎn)速n2=1488r/min，則傳動(dòng)比為：

i=n1/n2=2400/1488≈1.61∶1

6 技術(shù)特點(diǎn)及先進(jìn)性

6.1 試驗(yàn)方法的先進(jìn)性

(1)可進(jìn)行性能測(cè)試，也可進(jìn)行疲勞測(cè)試。

(2)可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成模擬變速箱在行走過程中，上坡、下坡、傾斜行走等各種姿態(tài)，且坡度無級(jí)可調(diào)，解決了隨整機(jī)測(cè)試結(jié)果不穩(wěn)定、耗費(fèi)資金大、測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)等問題。

(3)變速箱與其它零部件隔離開，保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(4)可配合高低溫箱，進(jìn)行高低溫下的性能測(cè)試。

(5)可配合水冷及風(fēng)冷系統(tǒng)，對(duì)變速箱進(jìn)行冷卻。

6.2 設(shè)計(jì)的先進(jìn)性

(1)傾斜坡度可無級(jí)調(diào)節(jié)。

(2)回轉(zhuǎn)角度0°-360°可無級(jí)調(diào)節(jié)。

(3)傾斜回轉(zhuǎn)均為自動(dòng)控制。

(4)通過回轉(zhuǎn)與傾斜的相互配合，模擬出上坡、下坡、傾斜行走等不同狀態(tài)。

(5)可對(duì)電氣自動(dòng)換擋變速箱進(jìn)行電氣驅(qū)動(dòng)，試驗(yàn)過程中通過軟件的設(shè)置程序，自動(dòng)進(jìn)行不同擋位之間的切換，從而進(jìn)行自動(dòng)無人值守試驗(yàn)。

7 結(jié)束語

變速箱變角度測(cè)試系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)模擬野外整車測(cè)試，節(jié)約成本，且參數(shù)可控性強(qiáng)，整機(jī)二次開發(fā)性強(qiáng)，自動(dòng)控制性好，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的變速箱試驗(yàn)系統(tǒng)。

[1]JB/T9720-2001 工程機(jī)械 變速器性能試驗(yàn)方法[S].

[2]王三民.機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)[M].第二版.化學(xué)工業(yè)出版社,2012.

Variable Angle Testing System for Gearbox

Guo Yubao, Sun Yong, Xie Jianyu

(Changchun Research Institute for Mechanical Science Co., Ltd. Changchun 130103, Jilin, China)

Variable angle testing system for gearbox is a new type of test bench which can make the running test through the servo motor, and simulate the different gearbox working condition, such as uphill and downhill slope road condition. At the process of gearbox running and shifting, the data of torque, rotation speed, temperature, oil temperature are obtained, and the performance and quality of the gearbox are evaluated.

gearbox; variable angle; testing system; test bench

2016-11-02

郭玉寶(1982-)，男，漢族，本科學(xué)歷，工程師，研究方向：電液伺服試驗(yàn)設(shè)備及非標(biāo)試驗(yàn)設(shè)備。

TH87

B

10.3969/j.issn.1674-3407.2016.04.015