CN104949835B - 一种湿式离合器摩擦副温度测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种湿式离合器摩擦副温度测量系统及测量方法，动力传动系统中的电机输出轴与湿式离合器包箱中的第一传动轴输入端连接，第一传动轴输入端设置有第一传动齿轮，第一传动轴输入端上依次设置有摩擦钢片和摩擦片，第一传动轴输出端设置有测速齿轮；第一传动齿轮与设置在第二传动轴上的第二传动齿轮啮合，动力经第二传动齿轮传输至第二传动轴，第二传动轴输出端依次连接可调惯量组和液压制动器；位于湿式离合器包箱与液压制动器之间设置有泵站；电机作为动力源输出转速和转矩，湿式离合器包箱控制其内的第二传动轴的动力输出和切断。本发明有效解决了高速旋转工作状态下湿式离合器摩擦副温度测量问题，满足对湿式离合器故障的预防及结合状态的实时精确检测。

Description

一种湿式离合器摩擦副温度测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及一种湿式离合器动态特性测量领域，特别是关于一种湿式离合器摩擦副温度测量系统及测量方法。

背景技术

湿式离合器是摩擦副表面有油液冷却及润滑的离合器，油液可随时带走离合器结合过程中产生的热量，较干式离合器有着磨损小、工作寿命长、控制简单、接合平稳、转矩容量大、性能稳定、噪声低等诸多优点。凭借其良好控制性能和散热性，湿式离合器在众多履带车辆和工程机械上得到广泛应用。湿式离合器作为综合传动装置中的关键部件，通过摩擦片和钢片的结合与分离实现动力的传输和切断。在离合器接合的过程中由于摩擦片和钢片的滑磨，会造成换挡瞬间摩擦片温升过高，过高的温度将导致摩擦系数、所传输的摩擦力矩、摩擦副接触面积的大小及磨损量等性能参数发生较大变化而影响车辆行驶性能及换挡特性，甚至出现摩擦片的烧蚀、裂纹、胶合、翘沿和疲劳损坏等现象，造成离合器工作的可靠性降低、使用寿命缩短、失效乃至影响整个传动系统及整车的工作寿命。大量实车实践及研究证明，湿式离合器结合过程中的摩擦热引起的离合器内部温度场改变是导致多片湿式离合器摩擦片失效的最重要原因。因此研发湿式离合器结合过程摩擦副的动态测温系统及测温方法对于研究湿式离合器及预防故障发生具有重大意义。

由于湿式离合器在高速旋转状态下的复杂性，给湿式离合器动态特性测试带来很大难度。目前，针对湿式离合器摩擦副温度的测量仅局限于实验室模拟工况研究阶段，主要问题表现在工况的模拟与实车差距大；采集的温度信号响应慢，误差大；测温装置过于简单，信号类型单一，仅能测量或显示温度，测得的温度数据不能用于研究离合器滑磨状态下的离合器发热机理。目前，人们在已经获取的湿式离合器运行参数基础上，通过建立有限元模型分析相关的发热现象及温度模型，期望从物理结构、材料的改进预防湿式离合器的失效。但是，至今未能建立有效、准确的模型得到精准的公认的湿式离合器摩擦片温度。

而现有文献中已公开试验装置的的摩擦钢片通过输出轴及制动力臂与湿式离合器包箱相连将输出轴锁死，将离合器作为制动器使用，仅是对车载湿式离合器的运行工况的模拟，模拟工况与实车运行差距较大，不适合对离合器的接合过程的动态性能进行试验。在公开号为CN103459876A的专利文献中介绍了一种通过离合器压力及时间等参数计算估计离合器温度的方法，文献资料表明，该方法没有得到试验的验证，估算得到的温度仅可适当的用于提高换挡质量和避免离合器过热，该估算得到的温度可能和实际状态下的误差很大。在公开号为CN103967963A的专利文件中介绍了一种基于神经网络预测的DCT湿式离合器温度的测量方法，但是该方法得到的仅是对湿式双离合器实际温度的预测值，预测值不能完全代表实际温度值，而且预测值对于研究湿式离合器没有绝对的可信度。在文献“干式离合器摩擦片表面瞬态温度测量实验装置”中是采用红外温度传感器及集流环测量干式离合器的摩擦表面的瞬态温度，虽然该装置响应速度快、能测量任意工况下的表面瞬态温度，但由于湿式离合器工作状态下表面有油液的干扰会造成红外测温传感器的失稳，因此此装置不可适用于测量湿式离合器温度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种湿式离合器摩擦副温度测量系统及测量方法，其有效解决了高速旋转工作状态下湿式离合器摩擦副温度测量问题，满足对湿式离合器故障的预防及结合状态的实时精确检测，为湿式离合器的设计及控制提供试验支持，为预防故障的发生提供可靠的技术参数。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种湿式离合器摩擦副温度测量系统，其特征在于：所述测量系统包括动力传动系统和数据采集系统，所述动力传动系统包括一电机、一湿式离合器包箱、一可调惯量组、一液压制动器和一泵站；所述湿式离合器包箱采用双轴离合器，其内设置有第一传动轴、第一传动齿轮、摩擦钢片、摩擦片、测速齿轮、第二传动轴和第二传动齿轮，且所述第一传动轴和第二传动轴均采用空心轴结构；所述电机输出轴与所述湿式离合器包箱中的第一传动轴输入端连接，位于所述湿式离合器包箱内在所述第一传动轴输入端设置有所述第一传动齿轮，在所述第一传动轴输入端上与所述第一传动齿轮邻近依次设置有所述摩擦钢片和摩擦片，所述第一传动轴输出端设置有所述测速齿轮；所述第一传动齿轮与设置在所述第二传动轴上的所述第二传动齿轮啮合，动力经所述第二传动齿轮传输至所述第二传动轴，所述第二传动轴输出端依次连接所述可调惯量组和液压制动器；位于所述湿式离合器包箱与所述液压制动器之间设置有所述泵站；所述电机作为动力源输出转速和转矩，所述湿式离合器包箱控制其内的第二传动轴的动力输出和切断。

所述数据采集系统包括两转速转矩传感器、一上位机、一油压传感器、一信号调理模块、一位移传感器、多个温度传感器、一输出转速传感器、一过渡法兰盘、一输入转速传感器和一集流环；所述集流环设置在所述第一传动轴输出端，位于所述湿式离合器包箱外部；一所述转速转矩传感器设置在所述电机输出轴上，用于采集所述电机的输出转速转矩信息并传输至所述上位机；另一所述转速转矩传感器设置在所述第二传动轴输出端与所述可调惯量组之间，用于采集所述第二传动轴输出的转速转矩信息并传输至所述上位机；所述油压传感器设置在所述湿式离合器包箱的压盘上，通过螺纹固设在离合器鼓上，将采集到的接合油压信号传输至所述信号调理模块内；所述位移传感器将采集到的接合油压信号、摩擦钢片位移信号传输至所述信号调理模块；所述温度传感器设置在所述摩擦钢片和湿式离合器包箱的压盘上，将采集到的温度信息传输至所述信号调理模块内；在所述第二传动轴上设置有所述输出转速传感器，将采集到的输出转速信息传输至所述信号调理模块内；所述输入转速传感器将采集到的所述测速齿轮的输入转速信息传输至所述信号调理模块内；所述信号调理模块设置在所述第一传动轴上，位于所述摩擦片与所述测速齿轮之间，且所述信号调理模块的信号输出总线布置在所述第一传动轴的轴中心孔内，信号输出总线穿出轴中心孔后经设置在所述第一传动轴输出端上的过渡法兰盘中心孔接入所述集流环，经所述集流环将信息传输至所述上位机。

所述过渡法兰盘的两个端面上设置有O型槽，用于布置O型密封圈，所述过渡法兰盘通过螺丝与所述第一传动轴和集流环固定。

所述信号调理模块包括温度调理电路、信号调理电路、A/D转换电路、CAN总线和供电模块；所述温度传感器传输至的温度信号经所述温度调理电路处理后传输至所述信号调理电路，所述信号调理电路将接收到的温度信号、油压信号、转速信号和流量信号调理后，经所述A/D转换电路转换成数字信号通过所述CAN总线通讯协议由所述集流环及电缆发送至所述上位机；所述供电模块为所述信号调理模块供电。

所述信号调理模块采用独立集成封装，通过强力磁铁底座固定在所述湿式离合器包箱的第一传动轴上。

所述输出转速传感器和输入转速传感器都采用磁电式转速传感器；所述油压传感器采用电流式压力传感器。

所述温度传感器采用由16个K型热电偶组成，16个K型热电偶沿周向和径向均匀的预埋在所述摩擦钢片和压盘的预埋孔中。

所述湿式离合器包箱润滑油进油管、操纵油进油管位置处分别设置有一流量传感器，通过两个所述流量传感器分别测量润滑流量和操纵离合器接合的操纵流量。

一种基于上述湿式离合器摩擦副温度测量系统的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：1)将所述温度测量系统布置安装完成后，启动并自动进入设备自检模式，设备自检模式将对经由CAN总线传输至上位机的数据进行分析、校对，如若数据有误，将提示相对应的错误信息，并针对提供的错误信息进行设备调试、维修、校准后，将再次进入设备自检模式，直至设备自检正常后，进入试验准备阶段；2)试验准备阶段，经上位机输入试验的操作参数，包括接合频率、接合次数、润滑流量、接合转速及待测摩擦片许可温度；待输入完成后，将对输入的参数进行判定是否在合理范围内，如若超出许可范围将要求重新输入；待所有参数符合规定后，上位机将根据输入的接合参数进行分析计算得到相应的控制信号，然后通过上位机控制电机转速，将得到的离合器接合、分离控制信号分别对应发送至湿式离合器包箱、液压制动器和泵站；3)根据上位机分析计算的控制信号，试验设备便按照设定的接合频率进行固定次数的重复接合分离试验，并对整个湿式离合器的工作工程中的温度信号、转速信号、转矩信号、油压信号进行存储；在试验进行的过程中，系统将对工作状态进行检测，如若在完成预设次数的结合试验前，摩擦片温度达到许用温度或出现异常情况，试验设备将终止试验，需重新启动设备并完成相关参数的设定才能继续试验。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用在湿式离合器包箱的输入输出轴同时布置了转速传感器、在离合器活塞处布置油压传感器和位移传感器、在摩擦钢片与摩擦片的接触表面布置多路温度传感器，实现了对温度信号、油压信号、转速信号精准的测量。2、本发明信号采集模块采用了稳定的锂离子电源单独供电，降低了电源对信号采集系统信号的干扰，提高了信号质量和测量的准确性。3、本发明信号采集模块采用集成化电路设计，在湿式离合器包箱内部作为单独的隔离模块体积小，信号的传输完全封闭在了包箱之中，最大限度的减少了信号的干扰，实现了多路信号的高速采集、传输。4、本发明的湿式离合器摩擦片温度测量系统可直接推广应用于实车湿式离合器的温度检测，易于实施，对于预防湿式离合器故障可起到重大作用。5、本发明通过A/D转换电路和CAN总线的信号处理及集流环传输方式，节约了成本，确保了信号的高速精准传输。6、本发明集流环和第一传动轴输出端通过过渡法兰盘固定，过渡法兰盘两侧设置有O型圈，可起到密封及防止漏油的作用。7、本发明在湿式离合器包箱内设置有油压传感器、温度传感器、输入/输出转速传感器、流量传感器及其信号调理模块，传感器信号经信号调理模块输送至上位机，以判断离合器工作状态，实现了对湿式离合器结合状态的实时精确检测。本发明可以在湿式离合器动态特性测量领域中广泛应用。

附图说明

图1是本发明的湿式离合器台架系统结构示意图；

图2是本发明的数据采集系统结构示意图；

图3是本发明的测量方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明提供一种湿式离合器摩擦副温度测量系统，其包括动力传动系统和数据采集系统，动力传动系统包括一电机1、一湿式离合器包箱2、一可调惯量组3、一液压制动器4和一泵站5；其中，湿式离合器包箱2采用双轴离合器，其内设置有第一传动轴6、第一传动齿轮7、摩擦钢片8、摩擦片9、测速齿轮10、第二传动轴11和第二传动齿轮12，且第一传动轴6和第二传动轴11均采用空心轴结构，其轴中心孔用于布置数据采集系统中的数据传输线。

电机1输出轴与湿式离合器包箱2中的第一传动轴6输入端连接，位于湿式离合器包箱2内在第一传动轴6输入端设置有第一传动齿轮7，在第一传动轴6输入端上与第一传动齿轮7邻近依次设置有摩擦钢片8和摩擦片9，第一传动轴6输出端设置有测速齿轮10。第一传动齿轮7与设置在第二传动轴11上的第二传动齿轮12啮合，动力经第二传动齿轮12传输至第二传动轴11，第二传动轴11输出端依次连接可调惯量组3和液压制动器4。位于湿式离合器包箱2与液压制动器4之间设置有泵站5，用于为湿式离合器包箱2提供操纵油液及润滑油液，同时为液压制动器4提供操纵油液。电机1作为动力源输出转速和转矩，湿式离合器包箱2可以控制其内的第二传动轴11的动力输出和切断。当泵站5向湿式离合器包箱2提供油压时，湿式离合器包箱2内的活塞被推动，摩擦钢片8和摩擦片9接合，通过第一传动齿轮7、第二传动齿轮12将动力传递到可调惯量组3和液压制动器4。

上述实施例种，如图1、图2所示，数据采集系统包括两转速转矩传感器13、一上位机14、一油压传感器15、一信号调理模块16、一位移传感器17、多个温度传感器18、一输出转速传感器19、一过渡法兰盘(图中未示出)、一输入转速传感器20和一集流环21；集流环21设置在第一传动轴6输出端，位于湿式离合器包箱2外部。一转速转矩传感器13设置在电机1输出轴上，用于采集电机1的输出转速转矩信息并传输至上位机14；另一转速转矩传感器13设置在第二传动轴11输出端与可调惯量组3之间，用于采集第二传动轴11输出的转速转矩信息并传输至上位机14。油压传感器15设置在湿式离合器包箱2的压盘上，通过螺纹固设在离合器鼓上，将采集到的接合油压信号传输至信号调理模块16内；位移传感器17将采集到的接合油压信号、摩擦钢片8位移信号传输至信号调理模块16；温度传感器18设置在摩擦钢片8和湿式离合器包箱2的压盘上，将采集到的多个温度信息传输至信号调理模块16内；在第二传动轴11上设置有输出转速传感器19，将采集到的输出转速信息传输至信号调理模块16内；输入转速传感器20用于采集测速齿轮10的输入转速，将采集到的输入转速信息传输至信号调理模块16内。信号调理模块16设置在第一传动轴6上，位于摩擦片9与测速齿轮10之间，且信号调理模块16的信号输出总线布置在第一传动轴6的轴中心孔内，信号输出总线穿出轴中心孔后经设置在第一传动轴6输出端上的过渡法兰盘中心孔接入集流环21，经集流环21将信息传输至上位机14。其中，过渡法兰盘的两个端面上设置有O型槽，用于布置O型密封圈，过渡法兰盘通过螺丝与第一传动轴6和集流环21固定。

上述实施例中，在湿式离合器包箱2润滑油进油管、操纵油进油管位置处还分别设置有一流量传感器，通过两个流量传感器分别测量润滑流量和操纵离合器接合的操纵流量。

上述各实施例中，如图2所示，信号调理模块16包括温度调理电路161、信号调理电路162、A/D转换电路163、CAN总线164和供电模块165。温度传感器18传输至的温度信号经温度调理电路161处理后传输至信号调理电路162，信号调理电路162将接收到的温度信号、油压信号、转速信号和流量信号调理并去除干扰信号后，经A/D转换电路163转换成数字信号通过CAN总线164通讯协议由集流环21及电缆发送至上位机14，完成数据的实时监测、存储。供电模块165采用锂离子电源，单独为信号调理模块16供电。

其中，信号调理模块16独立集成封装，可通过强力磁铁底座固定在湿式离合器包箱2的第一传动轴6上。

上述各实施例中，输出转速传感器19和输入转速传感器20都可以采用磁电式转速传感器；油压传感器15可以采用电流式压力传感器。

上述各实施例中，温度传感器18采用由16个K型热电偶组成，16个K型热电偶沿周向和径向均匀的预埋在摩擦钢片8和压盘的预埋孔中。

如图3所示，本发明还提供一种湿式离合器摩擦副温度测量方法，其包括以下步骤：

1)将本发明的温度测量系统布置安装完成后，启动并自动进入设备自检模式，设备自检模式将对经由CAN总线164传输至上位机14的数据进行分析、校对，如若数据有误，将提示相对应的错误信息，并针对提供的错误信息进行设备调试、维修、校准后，将再次进入设备自检模式，直至设备自检正常后，进入试验准备阶段。

2)试验准备阶段，经上位机14输入试验的操作参数，包括接合频率、接合次数、润滑流量、接合转速及待测摩擦片9许可温度。待输入完成后，将对输入的参数进行判定是否在合理范围内，如若超出许可范围将要求重新输入。待所有参数符合规定后，上位机14将根据输入的接合参数进行分析计算得到相应的控制信号。然后通过上位机14控制电机1转速，将得到的离合器接合、分离控制信号分别对应发送至湿式离合器包箱2、液压制动器4和泵站5。

3)根据上位机14分析计算的控制信号，试验设备便可按照设定的接合频率进行固定次数的重复接合分离试验，并对整个湿式离合器的工作工程中的温度信号、转速信号、转矩信号、油压信号进行高速存储。在试验进行的过程中，系统将对工作状态进行检测，如若在完成预设次数的结合试验前，摩擦片9温度达到许用温度或出现其他异常情况，试验设备将终止试验，需重新启动设备并完成相关参数的设定才可继续试验。

上述步骤中，在进行预设次数的湿式离合器接合分离试验过程中，上位机14将接收到的信号高速存储在内存中，试验结束后，可通过数据回放功能将存储的数据重新打开以供分析、研究。

上述各实施例仅用于说明本发明，各步骤都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别步骤进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种湿式离合器摩擦副温度测量系统，其特征在于：所述测量系统包括动力传动系统和数据采集系统，所述动力传动系统包括一电机、一湿式离合器包箱、一可调惯量组、一液压制动器和一泵站；所述湿式离合器包箱采用双轴离合器，其内设置有第一传动轴、第一传动齿轮、摩擦钢片、摩擦片、测速齿轮、第二传动轴和第二传动齿轮，且所述第一传动轴和第二传动轴均采用空心轴结构；

所述电机输出轴与所述湿式离合器包箱中的第一传动轴输入端连接，位于所述湿式离合器包箱内在所述第一传动轴输入端设置有所述第一传动齿轮，在所述第一传动轴输入端上与所述第一传动齿轮邻近依次设置有所述摩擦钢片和摩擦片，所述第一传动轴输出端设置有所述测速齿轮；所述第一传动齿轮与设置在所述第二传动轴上的所述第二传动齿轮啮合，动力经所述第二传动齿轮传输至所述第二传动轴，所述第二传动轴输出端依次连接所述可调惯量组和液压制动器；位于所述湿式离合器包箱与所述液压制动器之间设置有所述泵站；所述电机作为动力源输出转速和转矩，所述湿式离合器包箱控制其内的第二传动轴的动力输出和切断。

2.如权利要求1所述的一种湿式离合器摩擦副温度测量系统，其特征在于：所述数据采集系统包括两转速转矩传感器、一上位机、一油压传感器、一信号调理模块、一位移传感器、多个温度传感器、一输出转速传感器、一过渡法兰盘、一输入转速传感器和一集流环；所述集流环设置在所述第一传动轴输出端，位于所述湿式离合器包箱外部；一所述转速转矩传感器设置在所述电机输出轴上，用于采集所述电机的输出转速转矩信息并传输至所述上位机；另一所述转速转矩传感器设置在所述第二传动轴输出端与所述可调惯量组之间，用于采集所述第二传动轴输出的转速转矩信息并传输至所述上位机；所述油压传感器设置在所述湿式离合器包箱的压盘上，通过螺纹固设在离合器鼓上，将采集到的接合油压信号传输至所述信号调理模块内；所述位移传感器将采集到的接合油压信号、摩擦钢片位移信号传输至所述信号调理模块；所述温度传感器设置在所述摩擦钢片和湿式离合器包箱的压盘上，将采集到的温度信息传输至所述信号调理模块内；在所述第二传动轴上设置有所述输出转速传感器，将采集到的输出转速信息传输至所述信号调理模块内；所述输入转速传感器将采集到的所述测速齿轮的输入转速信息传输至所述信号调理模块内；所述信号调理模块设置在所述第一传动轴上，位于所述摩擦片与所述测速齿轮之间，且所述信号调理模块的信号输出总线布置在所述第一传动轴的轴中心孔内，信号输出总线穿出轴中心孔后经设置在所述第一传动轴输出端上的过渡法兰盘中心孔接入所述集流环，经所述集流环将信息传输至所述上位机。

3.如权利要求2所述的一种湿式离合器摩擦副温度测量系统，其特征在于：所述过渡法兰盘的两个端面上设置有O型槽，用于布置O型密封圈，所述过渡法兰盘通过螺丝与所述第一传动轴和集流环固定。

4.如权利要求2所述的一种湿式离合器摩擦副温度测量系统，其特征在于：所述信号调理模块包括温度调理电路、信号调理电路、A/D转换电路、CAN总线和供电模块；所述温度传感器采集到的温度信号经所述温度调理电路处理后传输至所述信号调理电路，所述信号调理电路将接收到的温度信号、油压信号、转速信号和流量信号调理后，经所述A/D转换电路转换成数字信号通过所述CAN总线通讯协议由所述集流环及电缆发送至所述上位机；所述供电模块为所述信号调理模块供电。

5.如权利要求2所述的一种湿式离合器摩擦副温度测量系统，其特征在于：所述信号调理模块采用独立集成封装，通过强力磁铁底座固定在所述湿式离合器包箱的第一传动轴上。

6.如权利要求2所述的一种湿式离合器摩擦副温度测量系统，其特征在于：所述输出转速传感器和输入转速传感器都采用磁电式转速传感器；所述油压传感器采用电流式压力传感器。

7.如权利要求2所述的一种湿式离合器摩擦副温度测量系统，其特征在于：所述温度传感器采用由16个K型热电偶组成，16个K型热电偶沿周向和径向均匀的预埋在所述摩擦钢片和压盘的预埋孔中。

8.如权利要求1～7所述的一种湿式离合器摩擦副温度测量系统，其特征在于：所述湿式离合器包箱润滑油进油管、操纵油进油管位置处分别设置有一流量传感器，通过两个所述流量传感器分别测量润滑流量和操纵离合器接合的操纵流量。

9.一种基于如权利要求1～8任一项所述湿式离合器摩擦副温度测量系统的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：

1)将所述温度测量系统布置安装完成后，启动并自动进入设备自检模式，设备自检模式将对经由CAN总线传输至上位机的数据进行分析、校对，如若数据有误，将提示相对应的错误信息，并针对提供的错误信息进行设备调试、维修、校准后，将再次进入设备自检模式，直至设备自检正常后，进入试验准备阶段；

2)试验准备阶段，经上位机输入试验的操作参数，包括接合频率、接合次数、润滑流量、接合转速及待测摩擦片许可温度；待输入完成后，将对输入的参数进行判定是否在合理范围内，如若超出许可范围将要求重新输入；待所有参数符合规定后，上位机将根据输入的接合参数进行分析计算得到相应的控制信号，然后通过上位机控制电机转速，将得到的离合器接合、分离控制信号分别对应发送至湿式离合器包箱、液压制动器和泵站；

3)根据上位机分析计算的控制信号，试验设备便按照设定的接合频率进行固定次数的重复接合分离试验，并对整个湿式离合器的工作过程中的温度信号、转速信号、转矩信号、油压信号进行存储；在试验进行的过程中，系统将对工作状态进行检测，如若在完成预设次数的结合试验前，摩擦片温度达到许用温度或出现异常情况，试验设备将终止试验，需重新启动设备并完成相关参数的设定才能继续试验。