CN103115768B - 大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统，包括电液随动试验平台，电液加载子系统和测试子系统，其特征在于：电液随动试验平台进行侧倾、前倾和升沉运动，带动电液加载子系统、被试的传动装置以及测试子系统，以一定幅值和频率摇摆运动或静止不动，模拟各种倾斜路况和海况；电液加载子系统，将机械能转换为液压能来对被试的传动装置进行加载；和测试子系统，包括上位机和下位机，上位机安装在电液随动试验平台上并与电液随动试验平台一起摇摆运动；下位机用于采集数据并显示，其安放于控制室；上位机与下位机之间采用一根双绞线实现以太网的数据传输。本发明解决了大功率传动装置的道路模拟试验，降低了实际跑车试验的风险和成本。

Description

大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统

技术领域

本发明涉及实验仿真系统，特别是涉及可以在传动装置进行台架测试施加大功率负载的大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统。

背景技术

考核传动装置特别是采用液力综合传动装置的车辆，在复杂路况(或海况)及上下坡、左右倾斜时，传动装置的各个液力元件的性能、液压系统的供油平衡、各个部件的润滑等能否满足设计要求，是十分必要和关键的环节。当车辆或者特种车辆战车在变角度、角加速度的运动状况下，油液对油路的冲击是否会造成渗漏；油路的薄弱环节何在；各部件的机械性能、效率及可靠性是否经受得住恶劣海况的冲击，等等问题的解决，全凭理论设计或实车测试是不够的，必须借助于台架试验，提供设计和改进的数据，加快研制进度。国际上，发达国家建有传动倾斜试验台，考核传动装置在各种倾斜路况和海况下供油、润滑系统的工作状态和总体匹配性能。但其产品造价高昂，并且无法在传动倾斜试验台上加载大功率负载。迄今为止，国内只能通过实际跑车试验对传动装置进行考核，这种办法常出现数据参数不完整，故障无法再现，故障原因很难判断，故障排除困难。

特别地，特种车辆传动装置设计较为复杂，某些特种车辆甚至含陆上和水上两套传动装置，因此其供油、润滑系统的正常工作和系统散热设计难度很大。若没有相应的试验手段充分对传动装置进行不同路况和海况的模拟实验，实车试验尤其是海上试验的风险和难度将非常大。随着新型车辆研制周期越来越短，对传动装置的可靠性要求越来越高，尽快建立传动系统的倾斜试验台，用试验台模拟传动装置各种倾斜路面下的受力及工作状况，对其性能进行台架测试，对液力综合传动装置的深入研究提供试验依据，意义非常重要。

因此，存在对一种可以在传动装置进行台架测试施加大功率负载的大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统的需要。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统，包括电液随动试验平台，电液加载子系统和测试子系统，其特征在于：电液随动试验平台可以进行侧倾、前倾和升沉运动，能够带动电液加载子系统、被试的传动装置以及测试子系统，以一定幅值和频率摇摆运动或静止不动，模拟各种倾斜路况和海况；电液加载子系统，用于将机械能转换为液压能来对被试的传动装置进行加载；和测试子系统，包括上位机和下位机，上位机安装在电液随动试验平台上并与电液随动试验平台一起摇摆运动；下位机用于采集数据并显示，其安放于控制室；上位机与下位机之间采用一根双绞线实现以太网的数据传输。

所述的大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统包括：摇摆平台，用于模拟各种路面和海况上的车辆或船舰；伺服液压系统，用于为摇摆台施加摇摆动力；动力电机，用于对被试的传动装置正向动力输入；离合器，用于将动力电机的动力接合到被试的传动装置或者切断传递到传动装置的动力；液压泵和液压马达，共同为实现摇摆台上下动力柔性传递；电涡流测功机，用于经液压泵和液压马达对被试的传动装置加载以模拟车辆行驶中的阻力；变频器组，用于进行变频控制及功率反馈以控制动力输入和加载；减速箱，设置于液压泵和被试的传动装置之间，用于液压泵和被试的传动装置之间的速度匹配；液压油源，为电液随动试验平台和电液加载子系统提供液压油；和测试子系统，用于对大功率传动装置倾斜路况模拟进行数据采集及分析。

所述的大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统中，所述电液随动试验平台可以升沉0.5米，俯仰32度，侧倾25度。

其中，所述电液加载子系统包括电涡流测功机、液压马达、液压泵和减速箱，电涡流测功机与液压马达机械连接，液压马达和液压泵通过高压软管连接，液压泵机械连接到减速箱。

其中，测试子系统包括：稳态参量测试通道，用于采集大量的温度、压力、流量参数；瞬态测试通道，用来采集振动、冲击、应力应变的动态参量。

使用本发用本发明可以模拟大功率车辆在各种倾斜路面上行驶过程中，车辆传动装置的各种倾斜姿态、所受的载荷以及散热、润滑等情况。使用本发明还可以模拟其他交通工具，如船、舰在各级海况上航行过程中，其传动装置的各种倾斜姿态和所受的载荷以及散热、润滑等情况。该发明解决了大功率传动装置的道路模拟试验，大大降低了实际跑车试验的风险和试验成本。本发明适应传动装置各种倾斜状况和海况的模拟，能对传动装置各项性能指标、润滑流量、热平衡等进行实时分析和存储。

附图说明

图1是根据本发明的大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统的总体原理图。

图2是根据本发明的电液随动试验平台的运动示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，而不是用于限制本发明。

图1示出了本发明的大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统的总体原理图。传动装置倾斜路况试验模拟系统主要分成三大部分：电液随动试验平台，电液加载子系统和测试子系统。这三大部分相互协调运行，可完成系统各项性能指标，其各自控制系统具有联系又相对独立，自成一体，可单独使用，可各自进行功能扩展。本发明中，传动装置倾斜路况试验模拟系统把常规的动力输入装置安装在一个三自由度运动平台上，被试件(传动装置)跟动力输入装置连接后，运动平台可以升沉0.5米，俯仰32度，侧倾25度，模拟各种倾斜路面和海况。传动装置倾斜路况试验模拟系统可以进行传动装置在复杂路面和多种海况行驶时的加载、供油、润滑系统的工作状态、总体匹配性能以及可靠性考核试验。

电液随动试验平台由全数字液压伺服系统控制摇摆平台带动电液加载子系统、被试件及测试子系统，以一定幅值和频率摇摆运动(也可以静止不动)，模拟各种倾斜路况和海况，做加载和润滑等试验。电液加载子系统由一个主电机、液压系统和两套加载测功机、液压泵、液压马达等组成，配置灵活，可组成“一”型、“L”型以及“T”型以适应多种形式的传动装置。液压系统有两个作用：其一是为液压泵和马达提供所需的液压油，其二是为传动装置提供运转所需的油源。测试子系统实现试验过程中各种参数的采集、存储和显示等功能，并能实现多种数据在线处理和数据后处理功能。整个试验系统能够模拟上下坡、各种倾斜路面和最大三级海上工况，实现了半实物在环试验模式，突破了传统的实物控制与传感分析模式。

测试子系统包括上位机和下位机。上位机安放于电液随动试验平台(摇摆平台)上，与电液随动试验平台一起摇摆运动。而采集数据并显示的下位机则安放于控制室，便于控制人员操作控制。上位机与下位机之间采用一根双绞线实现以太网的数据传输，最大限度降低运动电缆的数量来增加测试子系统的可靠性。

为保证安放于摇摆平台上的上位机各部分连接可靠，上位机的各模块均采用螺栓固定，其电缆连接头也均选用带螺栓的扁平电缆。上位机的机箱内部电缆走线固定牢固，不留任何松动部分。上位机的板卡与传感器之间连接采用转接板形式。设计各种参量的转接板，用螺栓固定于导轨上。

参见图1，根据本发明的大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统中，摇摆平台用于模拟各种路面和海况上的车辆或船舰，伺服液压系统用于为摇摆台施加摇摆动力，动力电机用于对被试件进行正向动力输入，离合器用于接合动力和切断动力，液压泵和液压马达共同实现摇摆台上下动力柔性传递，电涡流测功机用于经液压泵和液压马达对被试的传动装置加载以模拟车辆行驶中的阻力，变频控制及功率反馈系统(即变频器组)用于控制动力输入和加载，测试子系统用于对大功率传动装置倾斜路况实验进行数据采集及分析。大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统还包括液压油源和减速箱。减速箱设置于液压泵和被试件(被试的传动装置)之间，用于液压泵和被试件之间的速度匹配。液压油源为电液随动试验平台和电液加载子系统提供液压油。

本发明中，通过设置电液随动试验平台摇摆幅度和频率，或者使平台做一定频率的复合摇摆运动，或者使其保持在俯仰或侧倾状态，或者令平台水平静止，对车辆在不同路面和海面上工作时，车辆的分动箱、传动箱、风扇传动、操纵系统、以及传动系进行如下试验：

模拟车辆在规定的纵坡和侧倾坡行驶时，检查并确定车辆传动系润滑和供油系统是否能正常工作、油箱布置和油面高度是否合理；

模拟车辆在规定的纵坡和侧倾坡行驶时，检查并确定车辆传动系在相应负荷下，液压系统各油泵的流量是否满足操纵、润滑、冷却的要求，并进行流量平衡和流量分配试验；

模拟车辆在规定海况下航行时，检查并确定车辆系润滑和供油系统是否能正常工作、油面高度是否合理；

模拟车辆在规定海况下航行时，检查并确定车辆传动系在相应负荷下，液压系统各油泵的流量是否满足操纵、润滑、冷却的要求，并进行流量平衡和流量分配试验；

模拟车辆在最大入水角和最大出水角工作时，检查并确定车辆传动系共同工作时，在相应负荷下润滑和供油系统是否能正常工作、油面高度是否合理；

模拟车辆在各种恶劣路况、海况行驶时，进行车辆传动系在各种负荷下的强度及可靠性考核试验。

电液随动试验平台为三自由度电液随动试验平台，主要进行侧倾、前倾和升沉运动，既可以完成单自由度运动，也可以完成双自由度或三自由度的复合运动。如图2所示为电液随动试验平台运动示意图。其中绕X轴旋转为侧倾，绕Y轴旋转为前倾，沿Z轴为升沉。电液随动试验平台运动的主要参数按照三级海况及最大纵坡、侧坡等相关参数进行设计，用以模拟不同路况和海况对车辆传动系统的影响。电液随动试验平台可以模拟传动装置所在的车辆的整车动态运动。

电液随动试验平台包括平台与液压伺服系统、油源与动力系统和计算机控制系统三大部分。电液随动试验平台采用全数字控制的液压伺服系统作为平台运动的执行机构，平台运动光滑连续，可产生高频响的快速运动，亦可实现低速下的平稳运动。电液随动试验平台特别适合对不同路况条件下以不同车速运行的车辆进行动态模拟，以及对不同海况下的海上航行进行运动模拟。电液随动试验平台的计算机控制系统采用数学建模和虚拟试验技术，集成了复杂路面、和复杂海况下系统动力学建模及控制算法，采用高精度控制系统，控制精度达±0.5°和±5mm。

电液随动试验平台中，平台及液压伺服系统用于模拟车的运动状态；油源与动力系统用于供应液压伺服系统所要求性能的油源和动力；计算机控制系统(分上下位机)用于控制执行固化的试验模块。电液随动试验平台的主要参数指标如下表1所示。

表1电液随动试验平台设计指标

电液加载子系统采用机械加载和液力加载相结合的方式，通过液力元件传递加载功率，实现高速大摇摆件上的功率加载。这种加载方式避开了纯液力加载的散热难题，还提高了加载精度，节省了空间，降低了摇摆台上的承重要求。

电液加载子系统具有多种加载控制方式，低速使用时可加载范围宽，转矩大，惯量小，反应快速，精度高，在试验过程中可根据路面状况相应改变传动系统的负荷，以达到对传动系统性能和可靠性考核。电液加载子系统功率配置等各项指标完全能够基本覆盖中等功率战车传动装置的性能及加载试验要求，扭矩控制精度达±0.6％FS，转速控制精度达±3rpm。电液加载子系统各项指标如表2所示。

表2电液加载子系统指标

电液加载子系统的测功机安装在摇摆平台两侧地面上，为主要加载控制装置。测功机与加载马达采用机械连接，加载能量由测功机直接传至加载马达。加载马达固定在地面上，加载泵固定在摇摆平台上，中间用两根高压软管连接。加载马达将测功机发出的机械能转换成液压能，通过高压软管传送至加载泵上。加载泵将液压能转换成机械能后直接通过机械连接件传送至被试件上。加载泵和被试件之间的连接可根据被试件需要，增加减速箱等装置。

本发明中，整车动态运动采用随动试验平台模拟，发动机采用交流变频电机即变频器组模拟，路面阻力采用电力测功机模拟，三者共同作用，即可模拟传动装置在实际跑车过程中的运动和受力情况。

测试子系统以模块化为基本设计手段，采用多种抗干扰措施，系统灵活性、组合性强，可针对不同的测试需求进行配置。测试子系统主机柜安放于摇摆台上，监视控制用的计算机(下位机)置于控制室内。通过网线，计算机与主机(上位机)实现实时通讯。为适应摇摆台的特殊运动方式，测试子系统在结构设计中引入现有技术中的多种抗振措施，使得测试子系统坚固耐用。

为能满足绝大多数被试件的需求，测试子系统同时采集多种参数，既提供大量温度、压力、流量等稳态参量测试通道，还提供瞬态测试通道用来采集如振动、冲击、应力应变等动态参量。稳态测试通道采用串联方式采集，而瞬态测试通道采用并联方式采集。系统具有124个通道，各通道指标如表3所示。

表3测试子系统指标

测试子系统具有数据采集、显示及存储等基本功能。此外，测试子系统具有强大的数据管理系统接口功能，如试验数据网络实时传输、监视和控制，自动接收试验任务、数据自动标识等功能。测试子系统还具有试验组织和数据管理功能。测试子系统根据实验内容和被试对象对试验进行组织管理，通过试验管理可以调用相关的试验配置和试验信息。测试子系统还具有为试验提供很多便利的其它功能，如自动诊断软件，根据故障情况进行故障提示、报警和测试状态显示功能；数据自动添入指定报表，绘图并输出；为数据后处理还提供多种数据处理功能。

通过理论计算，计算机控制系统的下位机按不同的试验要求，固化好各种试验模拟模块，控制驱动伺服阀的开度，改变油缸液面高度，使电液随动试验平台模拟车辆的不同行驶状态；按试验要求设定好各项参数，进行相应模块的模拟试验。另一方面，经理论计算，确定出每种测试路面或海况下，车辆的相应输入转速、功率及反向扭矩值，通过控制动力输入和模拟阻力加载，模拟传动系统在各种路况上的状态和受力状况。

试验开始前，先按被试车重量，计算惯量模拟单元，使其相当于试验车辆的重量。然后启动动力电机和电液随动平台开始试验。根据试验要求，需做几个工况的试验，控制系统就向动力电机和加载测功机分别输入几组转速和功率的数据；上位机调用下位机的相应模块，以模拟不同的工况。

电液随动试验平台的控制系统和电液加载子系统的控制系统同时工作，使随动平台和和电液加载子系统同时动作。主电机工作，电磁离合器(即图1中的离合器)接合，将动力传给被试件。加载控制系统给出的加载指令，电涡流测功机进行加载工作。测功机的加载能量由液压马达转换成液压能，通过高压软管，柔性传递给液压泵。液压泵将收到的液压能转换成机械能作用于被试件，实现对被试件的加载。同时，随动平台改变倾斜角度、角速度及角加速度，分别模拟复杂路面和不同的海况。被试件的各项测试参数通过测试子系统采集、存储和显示作用下，将过程参量：压力、扭矩、转速、流量、转角、温度、位移、水平度及振动等信号记录下来，同时上传至数据管理系统，供各终端显示和使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统，包括电液随动试验平台，电液加载子系统和测试子系统，其特征在于：

电液随动试验平台可以进行侧倾、前倾和升沉运动，能够带动电液加载子系统、被试的传动装置以及测试子系统，以一定幅值和频率摇摆运动或静止不动，模拟各种倾斜路况和海况；

电液加载子系统，用于将机械能转换为液压能来对被试的传动装置进行加载；和

测试子系统，包括上位机和下位机，上位机安装在电液随动试验平台上并与电液随动试验平台一起摇摆运动；下位机用于采集数据并显示，其安放于控制室；上位机与下位机之间采用一根双绞线实现以太网的数据传输；

所述电液加载子系统包括电涡流测功机、液压马达和液压泵；液压泵和液压马达，共同为实现摇摆台上下动力柔性传递；电涡流测功机，用于经液压泵和液压马达对被试的传动装置加载以模拟车辆行驶中的阻力；电涡流测功机安装在摇摆平台两侧地面上，电涡流测功机与液压马达采用机械连接，加载能量由电涡流测功机直接传至液压马达，液压马达固定在地面上，液压泵固定在摇摆平台上，中间用两根高压软管连接，液压马达将电涡流测功机发出的机械能转换成液压能，通过高压软管柔性传送至液压泵上，液压泵将液压能转换成机械能后直接通过机械连接件传送至被试的传动装置上；电液加载子系统中的动力电机，用于对被试的传动装置正向动力输入，功率为600kw电机。

2.根据权利要求1所述的大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统，其中，所述电液随动试验平台可以升沉0.5米，俯仰32度，侧倾25度。

3.根据权利要求1所述的大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统，其中，测试子系统包括：

稳态参量测试通道，用于采集大量的温度、压力、流量参数；

瞬态测试通道，用来采集振动、冲击、应力应变的动态参量。