CN101644624B - 电封闭式履带车辆传动装置转向试验台 - Google Patents

Abstract

本发明为一种电封闭式履带车辆传动装置转向试验台，其由三台交流变频电机、三套变频装置、三台转速转矩传感器、两台多档传动箱以及一套测控系统组成。其特点是：三台交流变频电机均可实现四象限工作，并通过控制系统能够实现履带车辆转向过程中内侧履带功率流向变化的性能要求；试验台是全电封闭式的，加载电机吸收的功率可以给驱动电机使用，大大减小了能量损耗；通过控制系统，可以消除加载装置自身惯量力矩的影响，从而提高了加载精度；驱动电机可以模拟发动机工作转速特性，加载电机可以模拟路面的载荷特性，为此，本试验台可以模拟履带车辆传动装置的实际工况。

Description

电封闭式履带车辆传动装置转向试验台 

技术领域：

本专利属于履带车辆试验设备技术领域，更具体地说是指一种电封闭式履带车辆传动装置转向试验台。 

背景技术：

常规的履带车辆传动试验台，由于其两侧加载装置不能实现从加载功能到驱动功能的不中断变化，所以，此类试验台不能满足履带车辆转向时，随转向半径的减小，内侧履带由输出功率变为吸收功率的性能要求，为此，此类传动试验台不能完成履带车辆传动装置的转向试验。而且，由于传统的传动试验台通常是开式系统，所以加载装置吸收的功率不能直接给驱动装置使用，需要用附加的散热装置散去，试验台的功率损耗较大。再加上由于加载装置的惯量较大，因此在加减速过程中，附加的惯性力矩也较大，使得实际加载力矩常常偏离目标值，影响试验精度。 

发明内容：

本专利的目的正是针对上述问题，采用改进加载装置和控制系统的方法，使加载装置具有回收功率的功能，并通过控制系统实现模拟履带车辆转向过程中功率流向变化和消除加载装置转动惯量的功能，从而实现转向机构试验台提高试验能力、扩大适用范围的要求。 

本专利解决技术问题所采用的技术方案是： 

本试验台共选用三台交流变频电机，并配置与电机相适应的整流单元、逆变器单元和高压变频柜等，组成一套电封闭式的转向试验台，具有精度高、动态响应速度快、控制简便、可靠性高等特点。三台电机中的一台作为驱动装置使用，采用恒转速控制方式，另外两台作为加载装置使用，采用恒转矩控制方式。 

加载系统分为惯性加载和交流变频电机加载。 

惯性加载系统采用可变惯性飞轮组的结构形式，可以串联在被试系统和加载电机之间进行惯性加载；惯性加载系统为两套，采用同样的结构，并可以串联使用。惯性加载系统的惯量可以梯次变化，用于模拟各种被试件的惯量。 

加载电机可以四象限工作，并通过专门设计的控制系统，实现转向时内侧履带功率流向变化的功能。 

两侧的加载电机分别配备一台多档传动箱，用于匹配加载电机与被试传动装置的输出转速，使加载电机能够工作于要求的转速范围内。 

测控系统所需设备包括工业控制计算机、数据采集卡、各种传感器、数据采集及处理软件、控制柜、仪表柜、试验现场监视设备等。测控系统可以实现对整个试验台进行集中控制，对试验参数进行监测、采集、记录、分析及图表输出，并对试验进程进行监视和记录。试验台可以采集的数据包括转速、转矩、温度、流量、压力等。 

通过测控系统可以实现加载电机惯性力矩的消除，其原理如下： 

由于已知采样间隔Δt和加载电机转动惯量J，通过测量可以得到t时刻的输出轴转速ω_t和上一个采样点的转速ω_t-Δt，于是可以得到t时刻的角加速度： 

${\mathrm{\α}}_t=\frac{{\mathrm{\ω}}_t-{\mathrm{\ω}}_{t-\mathrm{\Δt}}}{\mathrm{\Δt}}$

所以，t时刻用于额外驱动加载电机转动惯量的转矩M′_t＝J·α 

通过转速转矩传感器测得t时刻输出轴转矩是M_0t，则此刻输出轴实际用于克服所加负载的转矩为： 

M_t＝M_0t-M′_t

由此可以得到消除加载电机转动惯量影响后t时刻的输出转矩表达式： 

$M_t=M_{0t}-J\·\frac{{\mathrm{\ω}}_t-{\mathrm{\ω}}_{t-\mathrm{\Δt}}}{\mathrm{\Δt}}$

该过程由采样系统自动完成，从而实现了自动消除加载电机转动惯量对实验结果的影响。有益效果： 

采用本专利不仅可以进行汽车变速器的性能与效率试验，而且可以进行履带车辆传动装置的性能与效率试验，还能实现对履带车辆转向过程的全程模拟；通过控制程序可以实现动态加载，用于模拟整机实际工况或规定的循环工况；驱动电机还可模拟发动机特性，从而开展动力传动装置的牵引特性试验；试验中的测试量与分析结果可以实时同时保留，数据存贮于硬盘中。 

相比以往的履带车辆转向的实车试验手段，采用本试验台可以节省大量的实验经费，适用于履带车辆传动装置的各种性能试验。 

附图说明：

图1是电封闭式履带车辆传动装置转向试验台的俯视图 

图2是该试验台的高压电气系统基本示意图 

图3是该试验台的测控系统基本电气示意图 

图中：1-加载电机 2-多档传动箱 3-惯量加载系统 4-转速转矩传感器 5-被试件 6-加载电机 7-转速转矩传感器 8-驱动电机 9-外部交流电源 10-变压器 11-外部整流/逆变器12-直流母线 13-内部整流/逆变器 14-交流电机 15、16、24-分别为三台转速转矩传感器 17-为A/D采集卡 18-为工业计算机 19-为D/A模拟量输出卡 23-为电机总控制系统输入板卡20、21、22-分别为三台电机变频系统输入板卡 

实施例： 

参见图1，该图体现了本电封闭式履带车辆传动装置转向试验台的工作状态。如图中所示，图中(8)为驱动电机，驱动电机通过连接盘与转速转矩传感器(7)的输入端连接，转速转矩传感器(7)的输出端也通过连接盘与被试件(5)的输入端连接；被试件(5)的一侧输出端通过连接盘与转速转矩传感器(4)输入端连接，转速转矩传感器(4)的输出端通过连接盘与惯性加载系统(3)的输入端连接；惯性加载系统(3)的输出端通过连接盘与多档传动箱 

(2)的输入端连接，多档传动箱(2)的输出端通过连接盘与加载电机(1)连接；被试件(5)另外一侧的安装方法与此相同。 

高压电气系统工作原理参见图2，该图体现了本电封闭式履带车辆传动装置转向试验台基本电气系统的工作原理。电功率由外部交流电源(9)输入，经过变压器(10)降至试验所需的电压，在外部整流/逆变器(11)单元整成直流电之后输送至试验台的直流母线(12)。试验台内部整流/逆变器(13)单元将直流母线的直流电逆变为交流电机(14)所需的交流电，另外加载电机发出的电能也经过内部整流/逆变器(13)单元整成直流，并给驱动电机使用，从而可以减少电能的消耗。 

测控系统需要通过3台转速转矩传感器采集被试件输入端以及被试件两侧输出端的转速转矩，并根据具体工况要求计算出两侧输出端需要的加载转矩以及驱动电机需要的转速，然后将控制信号传给电机变频系统予以实现。测控系统基本电气图原理如下：转速转矩传感器输出的转速转矩模拟信号(15)、(16)和(24)传递给A/D采集卡(17)，然后再输入给工业计算机(18)，通过计算机处理后将控制信号输出给D/A模拟量输出卡(19)，D/A模拟量输出卡(19)又将控制信号传递给电机总控制系统输入板卡(23)，最后电机总控制系统将相应控制信号分别传递给三台电机变频系统输入板卡(20)、(21)和(22)。 

Claims (1)

1.一种电封闭式履带车辆传动装置转向试验台：主要包括电机、传动箱、传感器、变频器、控制系统以及辅助设备，其特征在于：该试验台由一个驱动电机(8)、两个加载电机(1)(6)、两台多档传动箱(2)、两套惯量加载系统(3)、一台输入端转速转矩传感器(7)、两台输出端转速转矩传感器(4)构成；驱动电机(8)采用恒转速控制方式，加载电机(1)(6)采用恒转矩控制方式；加载系统分为惯性加载和交流变频电机加载；两个加载电机(1)(6)分别装于试验台两侧，并分别配备一台多档传动箱(2)；三台电机四象限工作，电机作为加载元件通过控制系统消除加载电机自身惯量力矩的影响，从而提高加载精度，其原理如下：

由于已知采样间隔Δt和加载电机转动惯量J，通过测量可以得到t时刻的输出轴转速ω_t和上一个采样点的转速ω_t-Δt，于是可以得到t时刻的角加速度：

${\mathrm{\α}}_t=\frac{{\mathrm{\ω}}_t-{\mathrm{\ω}}_{t-\mathrm{\Δt}}}{\mathrm{\Δt}}$

所以，t时刻用于额外驱动加载电机转动惯量的转矩M′_t＝J·α

通过转速转矩传感器测得t时刻输出轴转矩是M_0t，则此刻输出轴实际用于克服所加负载的转矩为：

M_t＝M_0t-M′_t

由此可以得到消除加载电机转动惯量影响后t时刻的输出转矩表达式：

$M_t=M_{0t}-J\·\frac{{\mathrm{\ω}}_t-{\mathrm{\ω}}_{t-\mathrm{\Δt}}}{\mathrm{\Δt}}$

该过程由采样系统自动完成，从而实现了自动消除加载电机转动惯量对实验结果的影响；

惯量加载系统(3)为可变惯性飞轮结构，串联在被试系统和加载电机之间进行惯性加载；两套惯量加载系统采用同样结构，并串联使用。

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