CN104515681A - 一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置，包括机械系统、提供动力的原动机、加载和能量回收的液压系统、进行系统运动状态控制和试验数据测试分析处理的测试与控制系统。本发明设置的液压系统，不仅可以对被测变速箱进行无级加载；而且可以把被测变速箱输出端的机械能直接返回到被测变速箱的输入端，使变速箱的输出能量成为试验动力。能量回收方式简单；采用的加载阀具有良好的动态响应特性，可以实现高频动态加载。利用本发明可以减少在变速箱性能测试中的能量消耗。

Description

一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置

【技术领域】

本发明涉及变速箱检测领域，特别涉及一种闭式变速箱测试装置。

【背景技术】

变速箱的寿命和机械效率是考核变速箱性能的重要指标。目前，测试变速箱性能的试验台有开式试验台和闭式试验台两类。开式试验台由于变速箱输出功率不能回收利用、能耗大，通常用于功率较小或者测试时间不太长的变速箱试验。当进行时间长、功率比较大的变速箱试验时，一般采用闭式变速箱试验台，这种试验台可以回收试验所消耗的能量，试验能量损失小；常见的闭式变速箱的测试试验台有两种：机械封闭式变速箱试验台和电封闭式变速箱试验台。其中机械封闭式试验台尺寸链长，系统安装调整困难；电封闭试验台机械部分比较简单，功率损耗小，但其能量回收的方式是把被测变速箱所输出的机械能转化为电能，通过电力系统回收，电力系统结构复杂、安装调试不便。同时上述两类试验台的加载方法都有施加动载时效果不理想的缺点。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置，以解决上述技术问题；该闭式变速箱测试装置结构简单、加载性能良好的、用液压系统将试验加载机械能直接回收利用。

为达到以上目的，本发明的技术方案为：

一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置，包括机械-液压系统和测试与控制系统；所述机械-液压系统包括原动机、动力合成箱、输入传感器、被测变速箱、输出传感器、油箱、加载液压泵和液压马达；动力合成箱有两个输入轴端，第一个输入轴端连接原动机，第二个输入轴端连接液压马达的输出轴；动力合成箱有一个输出轴端，动力合成箱的输出轴端通过输入传感器与被测变速箱的输入轴相连接；被测变速箱的输出轴通过输出传感器与液压系统中加载液压泵的输入轴相连接；加载液压泵与液压马达通过液压管道连接在一起，在液压管道上设置有加载阀；所述测试与控制系统，用于进行机械-液压系统运动状态控制和试验数据测试分析处理。

优选的，所述的测试与控制系统包括工控机、输入设备、输出设备和调速设备；输入传感器、输出传感器的输出信号分别输送到工控机的两个数据输入端口，用户的加载信号通过输入设备输入到工控机，工控机的两个输出端子分别与加载阀、加载液压泵的控制端连接，工控机通过调速设备改变系统的工作转速，工控机通过输出设备给输出试验结果。

优选的，所述的原动机为电动机或内燃机；所述的动力合成箱为齿轮传动或链条传动；所述的加载阀为溢流阀、节流阀或换向阀；所述的加载液压泵为定量泵或变量泵；所述液压马达为定量马达或变量马达。

优选的，输出传感器和加载液压泵之间设置有陪试变速箱。

优选的，液压管道上还设置有安全阀和防吸空单向阀。

优选的，加载液压泵的输出油口与液压马达的输入油口用管路连接，构成闭式系统的高压管路；液压马达的输出油口与加载液压泵的输入油口用管路连接，构成闭式系统的低压管路；与加载液压泵同轴连接有补油泵，补油泵输出油口通过补油单向阀连接低压管路；在补油泵与补油单向阀之间的管路上设置有补油溢流阀；在液压马达的输出油口与加载液压泵的输入油口之间的低压管路上，布置有背压溢流阀，背压溢流阀的设定压力低于补油溢流阀的设定压力。

优选的，加载阀为电磁换向阀，电磁换向阀只有通、断功能；当工控机给电磁换向阀发出接通信号时，电磁换向阀接通，加载液压泵输出的液压油通过电磁换向阀回到油箱，此时液压系统卸荷，系统处于空载状态；当工控机给电磁换向阀发出断开信号时，电磁换向阀断开，在从加载液压泵的输出油口到液压马达进油口之间的液压管路内的液压油中突然建立起液压油压力，这个液压油压力传递到加载液压泵使加载液压泵的载荷突然增加，从而给被测变速箱施加突变载荷。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所布置的液压系统不仅可以对被测变速箱进行无级加载；而且可以把被测变速箱输出端的机械能直接返回到被测变速箱的输入端，使变速箱输出能量成为试验动力。能量回收方式简单；通过加载阀的液压油流量小，可以减小加载阀阀芯的质量和受力，实现良好的动态加载特性，实现高频动态加载。

【附图说明】

图1为本发明一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置的第1实施例的机械-液压系统的原理图；

图2为本发明一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置的第1实施例的测试与控制系统原理图；

图3为本发明一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置的第2实施例的机械-液压系统的原理图；

图4为本发明一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置的第2实施例的测试与控制系统原理图；

图5为本发明一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置的第3实施例的机械-液压系统的原理图。

图中：1为原动机、2为动力合成箱、3为输入传感器、4为被测变速箱、5为输出传感器、6为油箱、7为滤油器、8为加载液压泵、9为加载阀、10为安全阀、11为防吸空单向阀、12为液压马达、13为工控机、14为输入设备、15为输出设备、16为调速设备、17为陪试变速箱、18为补油泵、19为补油溢流阀、20为补油单向阀、21为背压溢流阀。

【具体实施方式】

第1实施例

请参照图1和图2所示，本发明一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置，包括机械-液压系统和测试与控制系统。

机械-液压系统主要包括原动机1(图1中为变频电机)、动力合成箱2(图1中为齿轮传动)、输入传感器3、被测变速箱4、输出传感器5、油箱6、滤油器7、加载液压泵8、加载阀9(图1中为电磁比例溢流阀)、安全阀10、防吸空单向阀11和液压马达12。

本实施例的测试与控制系统主要包括工控机13、输入设备14、输出设备15和调速设备16。

动力合成箱2(图1中为齿轮传动)有两个输入轴端和一个输出轴端。其中第一个输入轴端与原动机1相连接，第二个输入轴端与液压马达12的输出轴相连接；动力合成箱2的输出轴端通过输入传感器3与被测变速箱4的输入轴相连接，被测变速箱4的输出轴通过输出传感器5与加载液压泵8的输入轴相连接，加载液压泵8的输出油口与液压马达12的输入油口之间布置有液压管道，在液压管道上设置有加载阀9(图1中为电磁比例溢流阀)、安全阀10、防吸空单向阀11等。另外还有液压系统所需要的辅助元件油箱6和滤油器7等。加载阀9和安全阀10的输出油口均连接油箱6；加载液压泵8、防吸空单向阀11的进油口通过对应的滤油器7连接油箱6；液压马达12的输出油口通过对应的滤油器7连接油箱6。

输入传感器3测试被测变速箱4的输入转矩和输入转速，输出传感器5测试被测变速箱4的输出转矩和输出转速。

工控机13有两个数据输入端口，其中第一个输入端口与输入传感器3相连接，接收来自输入传感器3的输出信号；第二个输入端口与输出传感器5相连接，接收来自输出传感器5的输出信号。工控机13有一个输入接口，该输入接口与输入设备14连接，用户的指令信号通过输入设备14进入工控机13；工控机13有两个数据输出端子，工控机13的第一个数据输出端子与加载阀9(电磁比例溢流阀)相连接，调整加载阀9的工作压力可以改变试验载荷；工控机13的第二个数据输出端子与加载液压泵8的控制端相连接，可以调整加载液压泵8的排量，使液压系统的流量合理；工控机13有两个输出接口，工控机13的第一个输出接口与输出设备15连接，工控机13的第二个输出接口与调速设备16连接；输出设备15输出试验结果，调速设备16与原动机1相连接，调速设备16控制系统转速。

本发明一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置的测试方法：

1、机械-液压系统

首先工控机13给加载阀9发出信号，通过调节加载阀9使系统处于空载状态；启动原动机1把动力传给动力合成箱2，动力合成箱2通过内部齿轮驱动被测变速箱4、液压马达12转动，被测变速箱4驱动加载液压泵8转动。由于加载阀9处于卸载状态，被测变速箱4、加载液压泵8、液压马达12都在空转。

在原动机1的转速给定、被测变速箱4的档位数给定的条件下，被测变速箱4的各转动元件、加载液压泵8、液压马达12都有确定的转速；液压马达12为定量马达，这时液压马达12存在一个正常运转所需要的流量；加载液压泵8为变量泵，在加载液压泵8的排量也给定的条件下，加载液压泵8存在一个正常排出的流量；根据用户从输入设备14输入的流量信号，工控机13通过其第二个输出端子调整加载液压泵8的排量，使加载液压泵8排出的液压油流量略大于液压马达12转动所需要的液压油流量；液压管路多余的液压油流量会通过加载阀9排出至油箱6。这时由于系统仍然没有建立起压力，加载液压泵8没有负载，液压马达12也没有驱动力，整个系统保持在处于空载状态。

根据用户从输入设备14输入的负载信号，工控机13通过其第一个输出端子给加载阀9发出电信号，提高加载阀9的工作压力，会在从加载液压泵8的输出油口到液压马达12进油口之间的液压管路内的液压油中建立起液压油压力，这个液压油压力传递到加载液压泵8使加载液压泵8承受负荷，给被测变速箱4加载；具有压力的液压油流到液压马达12，液压马达12产生的动力进入动力合成箱2，驱动被测变速箱4旋转。

由于各种能量损失，液压马达12的驱动功率肯定小于驱动加载液压泵8所需要的功率，所缺少的功率由原动机1通过动力合成箱2内的齿轮补偿。

如果在调试过程中由于各种原因，如出现加载液压泵8排出的液压油流量小于液压马达12转动所需要的液压油流量的情况，在从加载液压泵8出油口到液压马达12进油口之间的液压管路内的液压油会出现负压，也就是出现吸空现象，这时防吸空单向阀11接通给液压管路内补油防止吸空。

实施例1为开式系统，加载液压泵8、防吸空单向阀11从油箱6吸油，加载阀9、安全阀10、液压马达12向油箱6排油。

2、测试与控制系统

用户通过输入设备14(如键盘等)给工控机13输入卸载信号，工控机13按照设定程序给加载阀9发出卸载信号，使系统卸载；用户通过输入设备14给工控机13输入工作转速信号，工控机13按照设定程序给调速设备(如变频器)16发出信号，设定系统的工作转速；用户通过输入设备14给工控机13输入流量信号，工控机13按照设定程序给加载液压泵8发出信号，使加载液压泵8排出的流量与系统的工作需要相适应；用户通过输入设备14给工控机13输入加载信号，工控机13按照设定程序给加载阀9发出加载信号，给加载液压泵8加载，实现给被测变速箱4加载。

输入传感器3测量被测变速箱4的输入转矩和输入转速，输出传感器5测量被测变速箱4的输出转矩和输出转速；输入传感器3和输出传感器5的信号分别通过相应端口进入工控机13；工控机13对来自传感器的数据进行处理，得出传递功率、效率、负载频谱等技术数据，通过输出设备15(如打印机等)输出。

在该系统运行过程中，工控机13会随时调整系统的运行参数，保证系统正常运行。

第2实施例

请参照图3和图4所示，为本发明一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置第2实施例的示意图。

与第1实施例比较，第2实施例的原动机1为柴油机；动力合成箱2采用链条传动；加载阀9为电磁比例节流阀，通过调整节流口的大小改变管路压力；第2实施例的液压马达12为变量马达，在输出传感器5与加载液压泵8之间安装了陪试变速箱17，工控机13增加了一个输出端子，即第三个输出端子用来控制变量液压马达12。由于在液压马达12排量确定的条件下，调整加载液压泵8的排量，可以使系统正常运行；在加载液压泵8排量确定的条件下，调整试验液压马达12的排量，也可以使系统正常运行；这个实施例可以增加该设备的参数调整范围。

其他结构与工作原理与第1实施例相同。

第3实施例

请参照图5所示，为本发明一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置第3实施例的示意图。与第1实施例比较，第3实施例的液压回路采用闭式系统。具体如下：加载液压泵8的输出油口与液压马达12的输入油口用管路连接，构成闭式系统的高压管路；液压马达12的输出油口与加载液压泵8的输入油口用管路连接，构成闭式系统的低压管路；与加载液压泵8同轴连接有补油泵18，补油泵18通过滤油器7从油箱6吸油，补油泵18输出的液压油通过补油单向阀20向低压管路补充液压油，弥补系统的液压油泄漏；在补油泵18与补油单向阀20之间的管路上设置有补油溢流阀19，补油溢流阀19保护补油回路；在液压马达12的输出油口与加载液压泵8的输入油口之间的低压管路上，布置有背压溢流阀21，背压溢流阀21的设定压力低于补油溢流阀19的设定压力，补油泵18补入的多余油量从背压溢流阀21流回油箱6，背压溢流阀21还有一个作用是保持低压管路压力稳定。

从加载阀9输出的液压油通向低压管路，从安全阀10输出的液压油通向低压管路。

其他机械-液压系统的结构原理与第1实施例相同，测试与控制系统结构原理与第1实施例相同。这个实施例在制作大功率系统时可以减小液压油箱6的容积。

第4实施例

与第1实施例比较，第4实施例的加载阀9为电磁换向阀，电磁换向阀只有通、断功能。当工控机13给电磁换向阀发出接通信号时，电磁换向阀接通，加载液压泵8输出的液压油通过电磁换向阀回到油箱6，此时液压系统卸荷，系统处于空载状态。当工控机13给电磁换向阀发出断开信号时，电磁换向阀断开，这样会在从加载液压泵8的输出油口到液压马达12进油口之间的液压管路内的液压油中突然建立起液压油压力(这个压力就是安全阀10的调定压力)，这个液压油压力传递到加载液压泵8使加载液压泵8的载荷突然增加，从而给被测变速箱4施加突变载荷。

其他机械-液压系统的结构原理与第1实施例相同，测试与控制系统结构原理与第1实施例相同。

Claims (7)

1.一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置，其特征在于，包括机械-液压系统和测试与控制系统；

所述机械-液压系统包括原动机(1)、动力合成箱(2)、输入传感器(3)、被测变速箱(4)、输出传感器(5)、油箱(6)、加载液压泵(8)和液压马达(12)；动力合成箱(2)有两个输入轴端，第一个输入轴端连接原动机(1)，第二个输入轴端连接液压马达(12)的输出轴；动力合成箱(2)有一个输出轴端，动力合成箱(2)的输出轴端通过输入传感器(3)与被测变速箱(4)的输入轴相连接；被测变速箱(4)的输出轴通过输出传感器(5)与液压系统中加载液压泵(8)的输入轴相连接；加载液压泵(8)与液压马达(12)通过液压管道连接在一起，在液压管道上设置有加载阀(9)；

所述测试与控制系统，用于进行机械-液压系统运动状态控制和试验数据测试分析处理。

2.根据权利要求1所述的一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置，其特征在于，所述的测试与控制系统包括工控机(13)、输入设备(14)、输出设备(15)和调速设备(16)；输入传感器(3)、输出传感器(5)的输出信号分别输送到工控机(13)的两个数据输入端口，用户的加载信号通过输入设备(14)输入到工控机(13)，工控机(13)的两个输出端子分别与加载阀(9)、加载液压泵(8)的控制端连接，工控机(13)通过调速设备(16)改变系统的工作转速，工控机(13)通过输出设备(15)给输出试验结果。

3.根据权利要求1所述的一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置，其特征在于，所述的原动机(1)为电动机或内燃机；所述的动力合成箱(2)为齿轮传动或链条传动；所述的加载阀(9)为溢流阀、节流阀或换向阀；所述的加载液压泵(8)为定量泵或变量泵；所述液压马达(12)为定量马达或变量马达。

4.根据权利要求1所述的一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置，其特征在于，输出传感器(5)和加载液压泵(8)之间设置有陪试变速箱(17)。

5.根据权利要求1所述的一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置，其特征在于，液压管道上还设置有安全阀(10)和防吸空单向阀(11)。

6.根据权利要求1所述的一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置，其特征在于，加载液压泵(8)的输出油口与液压马达(12)的输入油口用管路连接，构成闭式系统的高压管路；液压马达(12)的输出油口与加载液压泵(8)的输入油口用管路连接，构成闭式系统的低压管路；与加载液压泵(8)同轴连接有补油泵(18)，补油泵(18)输出油口通过补油单向阀(20)连接低压管路；在补油泵(18)与补油单向阀(20)之间的管路上设置有补油溢流阀(19)；在液压马达(12)的输出油口与加载液压泵(8)的输入油口之间的低压管路上，布置有背压溢流阀(21)，背压溢流阀(21)的设定压力低于补油溢流阀(19)的设定压力。

7.根据权利要求1所述的一种利用液压系统加载的闭式变速箱测试装置，其特征在于，加载阀(9)为电磁换向阀，电磁换向阀只有通、断功能；当工控机(13)给电磁换向阀发出接通信号时，电磁换向阀接通，加载液压泵(8)输出的液压油通过电磁换向阀回到油箱(6)，此时液压系统卸荷，系统处于空载状态；当工控机(13)给电磁换向阀发出断开信号时，电磁换向阀断开，在从加载液压泵(8)的输出油口到液压马达(12)进油口之间的液压管路内的液压油中突然建立起液压油压力，这个液压油压力传递到加载液压泵(8)使加载液压泵(8)的载荷突然增加，从而给被测变速箱(4)施加突变载荷。