CN103115769A - 大载荷机械功率柔性传递装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大载荷机械功率柔性传递装置，包括两个电涡流测功机、两个液压马达和两个液压泵。电涡流测功机安装在摇摆平台两侧地面上，为主要加载控制装置；两个液压马达固定在摇摆平台两侧地面上；两个液压泵固定在摇摆平台上并分布于被试件两侧；每一个电涡流测功机都与一个液压马达机械连接，使加载能量由测功机直接传至液压马达；每一个液压泵经一根高压软管连接到一个液压马达；液压马达将电涡流测功机发出的机械能转换成液压能，并通过高压软管传送至液压泵上；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件上。本发明不使用大功率控制阀，避开了难以解决的大功率控制阀的散热问题，解决了大运动平台上的大功率加载问题。

Description

大载荷机械功率柔性传递装置

技术领域

本发明涉及实验仿真系统，特别是涉及可以在用于实验仿真系统中的大载荷机械功率传递装置。

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系统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，对传动系统的可靠性要求越来越高，尽快建立传动装置的倾斜试验台，用试验台模拟传动系统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。

为了使倾斜试验台能够很好地模拟车辆的实际工况，通过倾斜试验台给被试传动装置施加大负载是必须的。然而，由于倾斜试验台连同被试的传动装置是处于运动状态，因此被试的传动装置和加载测功机之间不可以采用机械连接。

因此，存在对一种大功率机械功率柔性传递装置的需要。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种大载荷机械功率柔性传递装置，其包括两个电涡流测功机、两个液压马达和两个液压泵，其特征在于：电涡流测功机安装在摇摆平台两侧地面上，作为主要加载控制装置；两个液压马达固定在摇摆平台两侧地面上；两个液压泵固定在摇摆平台上并分布于被试件两侧；其中，每一个电涡流测功机都与一个液压马达机械连接，使得加载能量由测功机直接传至液压马达；每一个液压泵通过一根高压软管连接到一个液压马达；液压马达将电涡流测功机发出的机械能转换成液压能，然后通过高压软管传送至液压泵上；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件上。

所述的大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统，进一步包括：设置在液压泵和被试件之间的减速箱，其中，减速箱固定于摇摆平台上并机械连接到被试件，液压泵机械连接到减速箱。

所述的大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统，其中，两套加载测功机、液压泵、液压马达与被试件一起被灵活配置，可组成“一”型、“L”型以及“T”型。

所述的大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统采用闭环控制，其中，由电涡流测功机自带的扭矩仪提供测功机处的输出目标扭矩，输入扭矩仪提供被试件获得的输入扭矩，比较目标扭矩和输入扭矩直至二者一致。

其中，大载荷机械功率柔性传递装置具有电子惯量模拟功能，可以模拟不同的车重在加速时的惯量加载试验。

本发明不使用大功率控制阀，避开了难以解决的大功率控制阀的散热问题。系统简单，易于实现，控制精度高，体积小。运用本发明，解决了大运动平台上的大功率加载问题。

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是根据本发明的大载荷机械功率柔性传递装置的原理图。

图3为采用大载荷机械功率柔性传递装置时，单侧加载设备需要覆盖的扭矩、转速功率曲线。

图4为大载荷机械功率柔性传递装置的控制原理框图。

图5为电液随动试验平台运动示意图。

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。

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。

电液加载子系统包括大载荷机械功率柔性传递装置，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。

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。

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5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。

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。

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，使随动试验平台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。根据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。

车辆在倾斜姿态、各种路面及水上颠簸冲击下，其供油系统和润滑系统工作是否可靠以及加油量多少与油面高底对传动性能的影响，必须经过倾斜加载试验才能检查发现。由于被试件(被试的传动装置)处于摇摆的平台上，如何在高速大摇摆的平台上实现大载荷加载是一项关键技术。

在现有技术中，常常采用电涡流测功机作为加载装置，这种加载装置技术成熟，控制精度高，控制模式灵活多变，具有很强的扩展性。然而，由于加载测功机和被试件之间必须机械连接，必须将测功机直接安放于平台上与被试件一起高速摇摆才能实现加载。而测功机尺寸、重量均较大，随动试验平台的尺寸和承载能力无法满足。与之相比，液压加载具有简单易行、所需元件数量少、调速范围宽、可以连续加载，能远距离控制等优点。更重要的是，借助油管、动力传输具有柔性连接的特质，加上液压加载机械部件体积小，重量轻，因而液压加载是大载荷加载的最佳方式。但是，在液压加载中，大功率控制阀的散热问题一直是行业难题。对于大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统，若采用全液压加载方式，则大功率控制阀的散热将难以解决。

本发明中，采用泵马达和电涡流测功机二者组合来进行大载荷加载，不仅充分发挥液压伺服系统加载优点又能发挥测功机加载的优点，同时克服了液压加载和测功机加载各自的缺点。这种方式采用先进的控制技术和模拟技术，实现了柔性、高精度加载功能。

参见图2，示出了本发明的大载荷机械功率柔性传递装置的原理图。大载荷机械功率柔性传递装置包括两个电涡流测功机、两个液压马达和两个液压泵。电涡流测功机安装在摇摆平台两侧地面上，为主要加载控制装置。每一个电涡流测功机与都与一个液压马达采用机械连接，使得加载能量由测功机直接传至液压马达。两个液压马达固定在摇摆平台两侧地面上。两个液压泵固定在摇摆平台上并分布于被试件两侧。每一个液压泵通过一根高压软管连接到液压马达。液压马达将电涡流测功机发出的机械能转换成液压能，然后通过高压软管传送至液压泵上。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件上。可选地，根据被试件需要，可以在液压泵和被试件之间增加减速箱等装置。此时，液压泵机械连接到减速箱，减速箱固定于摇摆平台上并机械连接到被试件。

根据本发明，两套加载测功机、液压泵、液压马达与被试件一起的配置灵活，可组成“一”型、“L”型以及“T”型以适应多种形式的传动装置。

本发明中，由于大载荷机械功率柔性传递装置中，最多只有液压泵和减速箱位于摇摆平台上(在不包含减速箱的情况下，只有液压泵位于摇摆平台上)，而且由于液压泵相比电涡流测功机体积小、重量轻，容易安装于摇摆平台上。同时，由于采用电涡流测功机和液压马达-液压泵的组合，克服了单纯采用电涡流测功机必须固定在摇摆平台上以及单纯采用液压加载时需采用大功率控制阀的缺陷。

电涡流测功机作为扭矩加载控制装置，液压泵-液压马达则作为加载传送装置，将电涡流测功机输出的加载功率传送至被试件，从而实现柔性加载功能。电涡流测功机和液压加载马达安放于地面基座板上。液压加载泵则固定于摇摆的平台上，直接作用于被试件。液压加载泵和液压加载马达通过高压油管相连接。当液压加载泵随平台高速大摇摆时，加载能量通过柔性高压油管能可靠传送至连接液压加载马达，从而实现柔性加载连接功能。根据本发明的大载荷机械功率柔性传递装置，简化了控制系统，不需要控制阀组和补油系统，避开大功率控制阀的散热难题，能发挥测功机加载的优势，通过液压泵-马达装置将加载扭矩直接传送至被试件，实现高精度扭矩柔性加载功能。

图3为采用大载荷机械功率柔性传递装置时，单侧加载设备需要覆盖的扭矩、转速功率曲线。图中，双线表示被试的传动装置的功率特性曲线，实线为测功机扭矩-转速特性曲线，虚线为测功机功率曲线。图3中可看到，大载荷机械功率柔性传递装置基本能够覆盖被试的传动装置的特性。

要对传动装置进行实际路况的加载试验，以验证设计指标是否达到设计指标，就要求模拟车辆在加速行驶时的车重和路面坡度，也就是惯量。台架试验一般采用惯性飞轮模拟，但这种方式耗时耗力，常采用际跑车进行这方面的考核。大载荷机械功率柔性传递装置具有电子惯量模拟功能，可以模拟不同的车重在加速时的惯量加载试验。在试验时，只要根据不同的车重，对大载荷机械功率柔性传递装置的加载电机输入相应的加载参数，就可以进行试验。电子惯量不使用惯性飞轮组，不仅减轻了平台的承重负担，节约了空间，同时还节省成本，增大了试验的方便性，提高工作效率。

大载荷机械功率柔性传递装置由电涡流测功机产生加载功率，由液压系统传递加载功率至被试件。由于液压系统的泄露，必然会带来一定的功率损失，即电涡流测功机部分的输出扭矩与被试件获得的输入扭矩不一致。为了达到高精度加载控制，采用闭环控制技术。

如图4所示，示出了大载荷机械功率柔性传递装置的控制原理框图。由电涡流测功机自带的扭矩仪提供测功机处的输出扭矩，输入扭矩仪(即图4中的扭矩仪2)提供被试件获得的输入扭矩。两个扭矩同时进入主控器，由主控器和计算机对电涡流测功机输出值进行控制调整，从而保证被试件获得的输入扭矩与目标扭矩一致。由电涡流测功机输出目标扭矩，通过监测输入扭矩仪，调整测功机输出扭矩，直至输入扭矩仪监测到的扭矩与目标扭矩一致。

本发明的大载荷机械功率柔性传递装置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。

大载荷机械功率柔性传递装置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。大载荷机械功率柔性传递装置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1所示。

表2大载荷机械功率柔性传递装置指标

在大载荷机械功率柔性传递装置中，一部分置于大尺度运动的部件上，一部分置于相对静止的部件上，功率的传递通过液压软管柔性传递。大载荷机械功率柔性传递装置允许传递大载荷机械功率的两个部件之间相对有大幅度内摆动、错动和轴向移动。

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 (5)

1.一种大载荷机械功率柔性传递装置，其包括两个电涡流测功机、两个液压马达和两个液压泵，其特征在于：

电涡流测功机安装在摇摆平台两侧地面上，作为主要加载控制装置；

两个液压马达固定在摇摆平台两侧地面上；

两个液压泵固定在摇摆平台上并分布于被试件两侧；

其中，每一个电涡流测功机都与一个液压马达机械连接，使得加载能量由测功机直接传至液压马达；每一个液压泵通过一根高压软管连接到一个液压马达；液压马达将电涡流测功机发出的机械能转换成液压能，然后通过高压软管传送至液压泵上；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件上。

2.如权利要求1所述的大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统，进一步包括：

设置在液压泵和被试件之间的减速箱，

其中，减速箱固定于摇摆平台上并机械连接到被试件，液压泵机械连接到减速箱。

3.如权利要求1所述的大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统，其中，两套加载测功机、液压泵、液压马达与被试件一起被灵活配置，可组成“一”型、“L”型以及“T”型。

4.如权利要求1所述的大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统，其采用闭环控制，其中，由电涡流测功机自带的扭矩仪提供测功机处的输出目标扭矩，输入扭矩仪提供被试件获得的输入扭矩，比较目标扭矩和输入扭矩直至二者一致。

5.如权利要求1所述的大功率传动装置倾斜路况试验模拟系统，其中，大载荷机械功率柔性传递装置具有电子惯量模拟功能，可以模拟不同的车重在加速时的惯量加载试验。

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