張永強(qiáng)

（中國(guó)重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司技術(shù)中心， 山西 大同 037305）

引言

變速器疲勞壽命試驗(yàn)是室內(nèi)模擬整車運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，它能綜合性地驗(yàn)證變速器總成的整體性能（雖然不能全面反應(yīng)實(shí)際路況）。以往變速器總成疲勞試驗(yàn)只是主觀人為的憑經(jīng)驗(yàn)檢查變速器的損壞情況[1]，變速器零部件微小損壞是無(wú)法分辨出來(lái)，疲勞壽命試驗(yàn)結(jié)束變速器零部件損壞非常嚴(yán)重，導(dǎo)致無(wú)法判斷出變速器損壞的一次故障點(diǎn)，給變速器后期改進(jìn)帶來(lái)極大的困難，也極大地浪費(fèi)了人力、物力。

變速器早期故障診斷是基于機(jī)械振動(dòng)檢測(cè)早期故障，它是一種客觀的檢查方法，它用于在動(dòng)態(tài)條件下早期檢查發(fā)出聲學(xué)的機(jī)器裝置，它通過(guò)比較當(dāng)前的振動(dòng)特性與在試驗(yàn)初期建立起來(lái)的參考值的振動(dòng)特性[2]，能夠判斷出變速器的早期故障點(diǎn)，并及時(shí)報(bào)警停止試驗(yàn)，為變速器研發(fā)和改進(jìn)優(yōu)化提供有用的信息。

1 變速器早期故障試驗(yàn)方案

變速器早期故障振斷包括四個(gè)階段：變速器試驗(yàn)條件的設(shè)置、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理、變速器模型的建立；試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析。

1.1 變速器試驗(yàn)條件的設(shè)置

按照變速器疲勞壽命《試驗(yàn)大綱》的要求進(jìn)行變速器試驗(yàn)條件的設(shè)置，包括轉(zhuǎn)速、扭矩、油溫、變速器各擋速比，保證變速器試驗(yàn)過(guò)程中完全按照《試驗(yàn)大綱》要求進(jìn)行，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1.2 變速器試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的處理

變速器試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集包括以下階段：自學(xué)習(xí)階段，即變速器最初的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，最初試驗(yàn)數(shù)據(jù)被認(rèn)為是變速器運(yùn)行狀態(tài)最理想一個(gè)階段，因此把這一階段作為振動(dòng)特性的參考值；監(jiān)測(cè)階段，即變速器試驗(yàn)過(guò)程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)處理階段：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和參考特性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，偏離的值進(jìn)行頻譜趨勢(shì)指數(shù)曲線，當(dāng)曲線超出預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，及時(shí)報(bào)警停機(jī)，說(shuō)明變速器零部件已經(jīng)出現(xiàn)早期的故障。

1.3 變速器模型的建立

這是一個(gè)簡(jiǎn)單發(fā)現(xiàn)故障的輔助工具，按照變速器各擋的傳動(dòng)路線建立模型，并輸入零部件的參數(shù)，軟件將自動(dòng)計(jì)算各擋齒輪、軸承、軸的階次，最后與變速器采集的數(shù)據(jù)配合使用發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，模型和參數(shù)如下圖1、表1 所示。

圖1 變速器模型

表1 變速器參數(shù)

1.4 變速器試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析

變速器試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析需要結(jié)合振動(dòng)參考特性、振動(dòng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線和變速器模型、參數(shù)共同完成，概括大致分為三個(gè)步驟：

第一步：分析振動(dòng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線，振動(dòng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線與振動(dòng)參考曲線進(jìn)行比較，找出異常的數(shù)據(jù)曲線。

第二步：具體分析異常數(shù)據(jù)曲線，查看異常曲線的階次，與變速器模型階次進(jìn)行對(duì)比，找出異常的曲線階次。

第三步：找出具體故障點(diǎn)，分析異常曲線周圍的參數(shù)，與變速器模型參數(shù)進(jìn)行一一對(duì)照，就能找出變速器損壞的故障點(diǎn)。

2 變速器早期故障診斷試驗(yàn)需要具備的條件

變速器早期故障診斷試驗(yàn)依托于變速器疲勞壽命試驗(yàn)臺(tái)，試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)速范圍是0～2 000 r/min，扭矩是0～3 000 N·m，油溫傳感器范圍包括滿足變速器疲勞《試驗(yàn)大綱》的要求，振動(dòng)傳感器有兩個(gè)，分別安裝在疲勞主試變速器離合器前殼和副箱后殼上，傳感器分別對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的變速器進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中轉(zhuǎn)速、扭矩、擋位、油溫進(jìn)行分類記錄，變速器疲勞試驗(yàn)臺(tái)架如圖2 所示。

圖2 變速器試驗(yàn)臺(tái)

3 變速器疲勞試驗(yàn)

現(xiàn)以公司某變速器的疲勞壽命試驗(yàn)為例，按照變速器《試驗(yàn)大綱》要求進(jìn)行早期故障診斷條件的設(shè)置并進(jìn)行變速器的模型建立。

變速器按照疲勞《試驗(yàn)大綱》要求運(yùn)行一段時(shí)間后，變速器早期故障診斷儀連續(xù)三次報(bào)警，變速器停止試驗(yàn)（試驗(yàn)過(guò)程中主觀人為的憑經(jīng)驗(yàn)檢查變速器是否有故障）。

分析變速器早期故障診斷儀所采集的數(shù)據(jù)，振動(dòng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線與振動(dòng)參考曲線進(jìn)行全方位比較，找出異常數(shù)據(jù)曲線；

進(jìn)一步分析異常數(shù)據(jù)的曲線并與變速器模型的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)主箱一擋齒輪振動(dòng)曲線出現(xiàn)異常，最后分析周圍曲線的參數(shù)可以判斷出變速器主箱中間軸一擋齒輪出現(xiàn)點(diǎn)蝕；具體曲線見(jiàn)圖3 和圖4。

圖3 振動(dòng)曲線1

圖4 振動(dòng)曲線2

變速器疲勞試驗(yàn)拆解結(jié)果：主箱中間軸一擋輪點(diǎn)蝕；點(diǎn)蝕圖片見(jiàn)圖5。

變速器早期故障診斷分析診斷結(jié)果與變速器拆解結(jié)果具有較好的一致性，它提前發(fā)現(xiàn)了變速器內(nèi)部零部件出現(xiàn)早期故障并及時(shí)報(bào)警停止試驗(yàn)，使得變速器的故障點(diǎn)第一時(shí)間被發(fā)現(xiàn)，也使得變速器試驗(yàn)周期縮短，為后期改進(jìn)提供了充足的時(shí)間，并且節(jié)約成本，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖5 中間軸點(diǎn)蝕

4 結(jié)論

變速器早期故障診斷的實(shí)施不僅可以早期發(fā)現(xiàn)變速器零部件早期故障點(diǎn)，還具備以下優(yōu)勢(shì)：

1）變速器早期故障診斷完善了變速器疲勞試驗(yàn)臺(tái)在樣機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)早期故障時(shí)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警的措施，實(shí)現(xiàn)了變速器疲勞試驗(yàn)臺(tái)在樣機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)早期故障時(shí)能夠自動(dòng)停機(jī)的功能；使得變速器疲勞試驗(yàn)臺(tái)開(kāi)啟了智能化時(shí)代；

2）建立個(gè)別變速器齒輪早期損壞數(shù)據(jù)庫(kù)；使得變速器振動(dòng)曲線與故障形態(tài)形成了一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，為今后變速器疲勞試驗(yàn)奠定了試驗(yàn)基礎(chǔ)；

3）降低了試驗(yàn)人員的工作強(qiáng)度，減小了試驗(yàn)人員的聽(tīng)力損耗，提高了試驗(yàn)人員的安全性（以前試驗(yàn)人員總是頻繁地去正在運(yùn)行的樣機(jī)旁，憑借人耳去聽(tīng)變速器發(fā)出的聲音，根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)去判斷變速器故障）；

4）減少了試驗(yàn)周期，節(jié)約了成本，提高臺(tái)架試驗(yàn)效率。