郭曉博，劉玉婷，劉增凱，王寧毅，郭軍衛(wèi)

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

0 引言

拖拉機(jī)離合器是拖拉機(jī)產(chǎn)品的一個(gè)關(guān)鍵零部件，但是截至目前，在我國(guó)拖拉機(jī)零部件測(cè)試領(lǐng)域，還沒(méi)有一種結(jié)構(gòu)緊湊、可靠，測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果精確，自動(dòng)化程度較高的拖拉機(jī)離合器蓋壓盤總成試驗(yàn)裝置[1-4]。現(xiàn)有的技術(shù)和裝置，因需要依靠人力手動(dòng)調(diào)節(jié)壓盤位移，導(dǎo)致測(cè)量不夠精確，測(cè)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(fèi)大量人力資源，測(cè)量過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果難以精確符合要求。

1 試驗(yàn)裝置硬件構(gòu)架

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

試驗(yàn)裝置的硬件設(shè)施是能否順利實(shí)現(xiàn)測(cè)控的基礎(chǔ)，構(gòu)架的設(shè)計(jì)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(duì)參考軟件的設(shè)計(jì)和測(cè)控精度也有很大的影響，所以拖拉機(jī)蓋壓盤總成試驗(yàn)裝置的硬件設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。

試驗(yàn)裝置硬件架構(gòu)主要包括控制計(jì)算機(jī)、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(jī)控制器等。

試驗(yàn)裝置對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求不高，常規(guī)配置的計(jì)算機(jī)可以滿足需求。

控制軟件基于美國(guó)NI公司的LabVIEW軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集控制設(shè)備選用美國(guó)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(shí)可以輸出信號(hào)至電機(jī)控制器，控制貫通軸式步進(jìn)電機(jī)動(dòng)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(cè)量準(zhǔn)確可靠。

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

圖1為拖拉機(jī)離合器蓋壓盤總成試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)框架圖。

圖1 拖拉機(jī)離合器蓋壓盤總成試驗(yàn)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(yàn)裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)拖拉機(jī)離合器蓋壓盤總成產(chǎn)品特點(diǎn)及其測(cè)試需求，設(shè)計(jì)了拖拉機(jī)離合器蓋壓盤總成試驗(yàn)裝置，包括驅(qū)動(dòng)裝置、力測(cè)量機(jī)構(gòu)、位移測(cè)量機(jī)構(gòu)和蓋壓盤安裝固定機(jī)構(gòu)。其中，驅(qū)動(dòng)裝置包括貫通軸式步進(jìn)電機(jī)、貫通軸式步進(jìn)電機(jī)貫通軸、貫通軸式步進(jìn)電機(jī)固定螺釘、防脫彈墊、防脫螺母；力測(cè)量機(jī)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(cè)量機(jī)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(jī)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(jī)離合器蓋壓盤總成試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 拖拉機(jī)離合器蓋壓盤總成試驗(yàn)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(guò)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(guò)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(gè)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(guò)上固定銷軸與上連接支座聯(lián)結(jié)，精密拉力傳感器通過(guò)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(guò)下雙頭螺栓與精密拉力傳感器聯(lián)結(jié)，下連接支座通過(guò)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(jī)貫通軸穿過(guò)防脫彈墊、防脫螺母與下連接支座聯(lián)結(jié)，防脫彈墊通過(guò)防脫螺母與下連接支座、貫通軸式步進(jìn)電機(jī)貫通軸連為一體。固定支架下的橫板上通過(guò)貫通軸式步進(jìn)電機(jī)固定螺釘固定連接有貫通軸式步進(jìn)電機(jī)。貫通軸式步進(jìn)電機(jī)通過(guò)貫通軸式步進(jìn)電機(jī)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(dòng)端通過(guò)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(guò)位移傳感器固定裝置固定連接位移傳感器的活動(dòng)端。

控制計(jì)算機(jī)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(jī)控制器與數(shù)據(jù)采集控制設(shè)備電聯(lián)結(jié)，電機(jī)控制器與貫通軸式步進(jìn)電機(jī)電聯(lián)結(jié)。

3 試驗(yàn)裝置原理及試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)裝置的工作原理：整個(gè)試驗(yàn)裝置由貫通軸式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)貫通軸式步進(jìn)電機(jī)貫通軸來(lái)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(dòng)作，整個(gè)過(guò)程中計(jì)算機(jī)以100 Hz采樣頻率自動(dòng)采集保存整個(gè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，并自動(dòng)計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果、繪制試驗(yàn)曲線。

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

1）將被試拖拉機(jī)離合器蓋壓盤總成安裝于拖拉機(jī)離合器蓋壓盤總成試驗(yàn)裝置上；

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

3）開(kāi)啟控制計(jì)算機(jī)，預(yù)熱10 min；

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

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

6）將控制計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)，將被試拖拉機(jī)離合器蓋壓盤總成拆下，完成試驗(yàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

拖拉機(jī)離合器作為拖拉機(jī)的關(guān)鍵零部件，其性能的優(yōu)劣，決定著拖拉機(jī)的用戶體驗(yàn)。一旦發(fā)生故障則會(huì)導(dǎo)致車輛無(wú)法運(yùn)行，因此設(shè)計(jì)出一個(gè)性能良好、質(zhì)量可靠的離合器非常重要。但如何對(duì)離合器產(chǎn)品本身進(jìn)行測(cè)試以及如何設(shè)計(jì)出相應(yīng)的試驗(yàn)裝置，卻是廣大科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)一直探索的問(wèn)題。

本課題設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果精確，自動(dòng)化程度較高的拖拉機(jī)離合器蓋壓盤總成試驗(yàn)裝置，可以進(jìn)行拖拉機(jī)離合器蓋壓盤總成分離特性和負(fù)荷特性試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定可靠。