CN106769003B - 一种汽车用飞轮耐久性试验台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车用飞轮耐久性试验台及试验方法，包括机械结构、液压站和电控部分；所述机械结构包括试验平台、摆动液压缸、第一伺服阀、传动轴、连接部件、汽车飞轮、伺服液压缸和第二伺服阀；其中液压站为系统提供动力源，机械结构提供汽车飞轮夹具安装，电控部分提供对摆动液压缸和伺服液压缸进行实时控制；其试验方法是：液压摆动缸在中位以20Hz高频往复摆动，带动传动轴转动，通过机械结构传递扭矩施加在汽车飞轮上，从而对汽车飞轮产生扭矩，扭矩峰值在5000N·m范围内，伺服液压缸在±1mm范围内做往复直线运动，频率20Hz，模拟实际工况；本发明实验方式新颖，操作方便，可控性较强，能够实现高频高精度控制。

Description

一种汽车用飞轮耐久性试验台及试验方法

技术领域

本发明属于汽车飞轮耐久性测试研究领域，具体涉及一种汽车用飞轮耐久性试验台及试验方法。

背景技术

飞轮在汽车的组成部份中是一个不可缺少的部份。飞轮是一个转动惯量很大的圆盘，安装在发动机曲轴后端法兰盘上。飞轮具有较大转动惯量。由于发动机各个缸的做功是不连续的，所以发动机转速也是变化的。当发动机转速增高时，飞轮的动能增加，把能量贮蓄起来；当发动机转速降低时，飞轮动能减少，把能量释放出来。飞轮可以用来减少发动机运转过程的速度波动。

飞轮损伤原因有飞轮在制造加工时，未达到图纸要求的加工质量，平衡性能不良，飞轮端面轴向圆跳动或圆周径向跳动量过大，使两个平面不能平整地接合，摩擦不均匀，使飞轮工作面呈波浪状。飞轮旋转时，由于离合器在分离和结合的瞬时与飞轮平面存在转速差，造成两者相对滑动，使飞轮工作表面产生磨损。飞轮平面还会因高速摩擦所产生的高温而局部烧蚀结硬。飞轮安装到曲轴上后，若飞轮对曲轴主轴中心线的端面跳动量过大，将加速曲柄连杆机构及相关传动件的磨损。离合摩擦片磨损减薄，铆钉头超出摩擦片平面，将飞轮工作面刮伤成沟槽，或摩擦片破损，铆钉松脱，引起飞轮平面损伤驾驶操作不当，或无自由行程，或离合器压盘压力不足，使离合器与飞轮经常处于半离合状态，加剧了飞轮接触面的磨损。飞轮磨损厉害会引起起动机无法与其啮合，导致发动机不能正常起动。

由于飞轮在制造加工时对飞轮损伤导致机件的损坏，影响汽车使用性能，由于材料的变化和模具工作循环的改变可能影响飞轮的耐久性和可靠性能。因此，需要对汽车飞轮进行耐久性与可靠性试验。

传统的疲劳试验机是可以通过各种方式测试疲劳的机器。疲劳试验机特点是可以实现高负荷、高频率、低消耗，从而缩短试验时间，降低试验费用。疲劳试验机用于进行测定金属、合金材料及其构件(如操作关节、固接件、螺旋运动件等)在室温状态下的拉伸、压缩或拉压交变负荷的疲劳特性、疲劳寿命、预制裂纹及裂纹扩展试验。

由上可见，针对汽车飞轮耐久性与可靠性的试验，需要对飞轮同时施加扭转力矩和轴向往复运动，用一般的试验方法无法实现高频高精度控制，需要提出一种新的试验台与试验方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种汽车用飞轮耐久性试验台及试验方法。

本发明的技术方案是：一种汽车用飞轮耐久性试验台，包括机械结构、液压站和电控部分；

所述机械结构包括试验平台、摆动液压缸、第一伺服阀、传动轴、连接部件、汽车飞轮、伺服液压缸和第二伺服阀；所述摆动液压缸的底座固定安装在试验平台左端，摆动液压缸的驱动轴依次穿过试验平台左侧的第一挡板和第二挡板通过连接部件和传动轴的一端柔性连接，传动轴的另一端依次穿过汽车飞轮和试验平台上的第三挡板与伺服液压缸的活塞杆连接，所述伺服液压缸的底座固定在试验平台的第四挡板上；所述第一伺服阀安装在摆动液压缸上，所述第二伺服阀安装在伺服液压缸上；

所述液压站分别与摆动液压缸和伺服液压缸连接；

所述电控部分包括监控计算机、实时控制计算机、增量型编码器、计数器、扭矩传感器、拉压力传感器和位移传感器；所述监控计算机与实时控制计算机电连接，所述增量型编码器、扭矩传感器、拉压力传感器、和位移传感器分别与实时控制计算机电连接；所述增量型编码器安装在摆动液压缸上，所述计数器与所述增量型编码器电连接，所述增量型编码器用于输出脉冲信号，通过计数器中间转换，将模拟信号传递给实时控制计算机；所述扭矩传感器安装在摆动液压缸的驱动轴上，用于采集摆动液压缸的扭矩信号并传递给实时控制计算机；所述拉压力传感器安装在伺服液压缸的活塞杆上，用于采集伺服液压缸的压力信号并传递给实时控制计算机；所述位移传感器安装在伺服液压缸内，用于采集伺服液压缸的位移信号并传递给控制计算机；所述监控计算机，实时显示试验台加载到汽车飞轮的扭矩和轴向直线位移，同时对相应的数据进行存储和分析，并且对加载的扭矩、位移和频率进行参数调整，对实时控制计算机通过网络通讯进行控制；实时控制计算机对模拟信号进行实时控制，并产生阀驱动信号通过控制第一伺服阀控制摆动液压缸的工作，通过控制第二伺服阀控制伺服液压缸9的工作。

上述方案中，所述连接部件为柔性联轴器。

上述方案中，所述摆动液压缸在中位往复摆动的频率为20Hz；所述汽车飞轮的扭矩峰值在5000N·m以下。

上述方案中，所述伺服液压缸轴向往复运动位移范围为±1mm内来，频率为20Hz。

一种根据所述汽车用飞轮耐久性和可靠性试验台的试验方法，包括以下步骤：

S1、所述液压站分别与摆动液压缸和伺服液压缸连接，液压站提供动力源；

S2、所述摆动液压缸在中位以20Hz高频往复摆动，带动传动轴转动，传递施加扭矩在汽车飞轮上，从而对汽车飞轮产生扭矩，控制峰值在5000N·m以下，伺服液压缸轴向在位移±1mm范围内来回运动，频率20Hz，模拟实际工况；

S3、所述增量型编码器用于输出脉冲信号，通过计数器中间转换，将模拟信号传递给实时控制计算机；所述扭矩传感器用于采集摆动液压缸的扭矩信号并传递给实时控制计算机；所述拉压力传感器用于采集伺服液压缸的压力信号并传递给实时控制计算机；所述位移传感器用于采集伺服液压缸的位移信号并传递给实时控制计算机；所述监控计算机，实时显示试验平台加载到汽车飞轮的扭矩和轴向直线位移，同时对相应的数据进行存储和分析，并且对加载的扭矩、位移和频率进行参数调整，对实时控制计算机通过网络通讯进行控制；实时控制计算机对模拟信号进行实时控制，并产生阀驱动信号通过控制第一伺服阀控制摆动液压缸的工作，通过控制第二伺服阀控制伺服液压缸的工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明不需要对试验台做太多的调整，即可在同一个试验台对汽车飞轮进行耐久性试验、扭转破坏实验、轴向加载实验；

2.本发明采用油液冷却系统具有一定的优越性，能够有效控制温升对实验系统的影响；

3.本发明控制系统具有一定的先进性，具有保护功能，能够实时监测到力、力矩和位移，当力、力矩和位移超限，试验台停止工作，对试件和设备进行保护；

4.本发明实验方式新颖，操作方便，可控性较强，能够实现高频高精度控制。

附图说明

图1是本发明一实施方式的汽车用飞轮耐久性试验台结构示意图；

图2是本发明一实施方式的的液压站系统原理图；

图3是本发明一实施方式的的电控部分原理图。

图中，1-编码器；2-摆动液压缸；3-第一伺服阀；4-扭矩传感器；5-传动轴；6-柔性联轴器；7-汽车飞轮；8-拉压力传感器；9-伺服液压缸；10-第二伺服阀；11-实验平台；12-油箱；13-电机；14-恒压变量泵；15-电磁溢流阀；16-高压过滤器；17-蓄能器安全阀组；18-蓄能器；19-液位计；20-液位控制器；21-回油过滤器；22-油液冷却系统总成。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

图1所示为本发明所述汽车用飞轮耐久性试验台的一种实施方式，所述汽车用飞轮耐久性试验台，包括机械结构、液压站和电控部分。其中液压站为系统提供动力源，机械结构提供汽车飞轮夹具安装，电控部分提供对摆动液压缸2和伺服液压缸9进行实时控制。

所述机械结构包括试验平台11、摆动液压缸2、第一伺服阀3、传动轴5、连接部件6、汽车飞轮7、伺服液压缸9和第二伺服阀10；所述摆动液压缸2的底座固定安装在试验平台11左端，摆动液压缸2的驱动轴依次穿过试验平台11左侧的第一挡板和第二挡板通过连接部件6和传动轴5的一端柔性连接，传动轴5的另一端依次穿过汽车飞轮7和试验平台11上的第三挡板与伺服液压缸9的活塞杆连接，所述伺服液压缸9的底座固定在试验平台11的第四挡板上；所述第一伺服阀3安装在摆动液压缸2上，主要对摆动液压缸进行伺服控制；所述第二伺服阀10安装在伺服液压缸9上。所述摆动液压缸2通过摆动产生扭矩，最终施加在汽车飞轮7上，伺服液压缸9通过轴向往复运动，模拟汽车飞轮实际工作状态。

所述连接部件6为柔性联轴器6，采用柔性联轴器6将摆动液压缸2和传动轴5连接起来，使之共同旋转以传递扭矩的，采用柔性联轴器6避免有偏差产生负荷时，刚性传递扭矩对飞轮造成损坏。

如图2所示，所述液压站包括电机13、恒压变量泵14、电磁溢流阀15、高压过滤器16、蓄能器18、油箱12、液位计19、液位控制器20和油液冷却系统总成22。所述液压站分别为摆动液压缸2和伺服液压缸9提供动力油源。

所述液压站采用恒压变量泵14，在输出油液压力达到调定压力时，自动地调节泵流量，以保持该恒力压力，满足试验系统系统的要求。油液冷却系统可以将油液温度控制在一定范围内，试验台工作过程中处于长时间的连续工作状态，高频动作使得油液温度升高的很快，所以要增加效果明显的冷却系统，本冷却系统是通过循环泵将油箱中的油液循环到水冷却器，而水冷却器对水也进行制冷和循环，通过由水循环将热油中的热量带走，降低温升对实验系统的影响。

如图3所示，所述电控部分包括监控计算机、实时控制计算机、增量型编码器1、计数器、扭矩传感器4、拉压力传感器8和位移传感器；所述监控计算机与实时控制计算机电连接，所述增量型编码器1、扭矩传感器4、拉压力传感器8、和位移传感器分别与实时控制计算机电连接；所述增量型编码器1安装在摆动液压缸2上，所述计数器与所述增量型编码器1电连接，所述增量型编码器1用于输出脉冲信号，通过计数器中间转换，将模拟信号传递给实时控制计算机的采集板卡；所述扭矩传感器4安装在摆动液压缸2的驱动轴上，用于采集摆动液压缸2的扭矩信号并传递给实时控制计算机；所述拉压力传感器8安装在伺服液压缸9的活塞杆上，用于采集伺服液压缸9的压力信号并传递给实时控制计算机；所述位移传感器安装在伺服液压缸9内，用于采集伺服液压缸9的位移信号并传递给控制计算机；所述监控计算机，实时显示试验平台11加载到汽车飞轮7的扭矩和轴向直线位移，同时对相应的数据进行存储和分析，并且对加载的扭矩、位移和频率进行参数调整，对实时控制计算机通过网络通讯进行控制；实时控制计算机对模拟信号进行实时控制，并产生阀驱动信号通过控制第一伺服阀3控制摆动液压缸2的工作，通过控制第二伺服阀10控制伺服液压缸9的工作。

在所述电控部分中，监控计算机为上位机，可以实时显示试验台加载到汽车飞轮7的扭矩和轴向直线位移，同时可以对相应的数据进行存储和分析，并且对加载的扭矩、位移和频率进行参数调整，对下位机通过网络通讯进行控制；实时控制计算机为下位机，完成力环和位置环的实时控制。

在电控部分中，所述增量式编码器1将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小传递给数据采集板卡，其中数据采集板卡安装在实时控制计算机上，送到上位机中进行分析、处理，由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统，控制伺服阀，对摆动液压缸2实现高频高精度控制。

本发明控制系统具有一定的先进性，具有保护功能，能够实时监测到力、力矩和位移，当力、力矩和位移超限，试验台停止工作，对试件和设备进行保护；本试验台摆动液压缸有间接和直接两种控制方式来实现扭矩加载：一、以位置闭环实现扭矩的加载，工作方式是通过调整摆动液压缸的振幅来调节施加到飞轮的扭矩；二、通过扭矩闭环实现扭矩加载，对扭矩直接进行伺服控制。伺服液压缸9是由第二伺服阀10和油缸组成，第二伺服阀10接到电信号后驱动阀芯运动分配油液，再通过阀座的分配来使油缸作往复运动。

本发明的试验原理：

所述液压摆动缸2在中位以20Hz高频往复摆动，带动传动轴5转动，通过机械结构传递扭矩施加在汽车飞轮7上，从而对汽车飞轮7产生扭矩，扭矩峰值在5000N·m以下，伺服直线液压缸9在±1mm范围内做往复直线运动，频率20Hz，模拟实际工况，其试验目的是模拟飞轮安装在汽车回转轴上工作状态，测试汽车飞轮的可靠性和耐久性。

本发明还提供一种根据所述汽车用飞轮耐久性和可靠性试验台的试验方法，包括以下步骤：

S1、所述液压站分别与摆动液压缸2和伺服液压缸9连接，液压站提供动力源；

S2、所述机械结构提供汽车飞轮夹具安装，所述传动轴5通过连接部件6将扭矩传递给汽车飞轮7，第一伺服阀3安装在摆动液压缸2上，主要对摆动液压缸2进行伺服控制，摆动液压缸2通过摆动产生扭矩，最终施加在汽车飞轮7上，伺服液压缸9通过轴向往复运动，且所述摆动液压缸2在中位以20Hz高频往复摆动，带动传动轴5转动，传递施加扭矩在汽车飞轮7上，从而对汽车飞轮7产生扭矩，控制峰值在5000N·m以下，伺服液压缸9轴向在位移±1mm范围内来回运动，频率20Hz，模拟实际工况；

S3、所述增量型编码器1用于输出脉冲信号，通过计数器中间转换，将模拟信号传递给实时控制计算机；所述扭矩传感器4用于采集摆动液压缸2的扭矩信号并传递给实时控制计算机；所述拉压力传感器8用于采集伺服液压缸9的压力信号并传递给实时控制计算机；所述位移传感器用于采集伺服液压缸9的位移信号并传递给实时控制计算机；所述监控计算机，实时显示试验平台11加载到汽车飞轮7的扭矩和轴向直线位移，同时对相应的数据进行存储和分析，并且对加载的扭矩、位移和频率进行参数调整，对实时控制计算机通过网络通讯进行控制；实时控制计算机对模拟信号进行实时控制，并产生阀驱动信号通过控制第一伺服阀3控制摆动液压缸2的工作，通过控制第二伺服阀10控制伺服液压缸9的工作，模拟汽车飞轮7安装在汽车回转轴上工作状态，测试汽车飞轮的可靠性和耐久性。

本发明试验方式新颖，操作方便，可控性较强，能够实现高频高精度控制。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种汽车用飞轮耐久性试验台，其特征在于，包括机械结构、液压站和电控部分；

所述机械结构包括试验平台(11)、摆动液压缸(2)、第一伺服阀(3)、传动轴(5)、连接部件(6)、汽车飞轮(7)、伺服液压缸(9)和第二伺服阀(10)；所述摆动液压缸(2)的底座固定安装在试验平台(11)左端，摆动液压缸(2)的驱动轴依次穿过试验平台(11)左侧的第一挡板和第二挡板通过连接部件(6)和传动轴(5)的一端柔性连接，传动轴(5)的另一端依次穿过汽车飞轮(7)和试验平台(11)上的第三挡板与伺服液压缸(9)的活塞杆连接，所述伺服液压缸(9)的底座固定在试验平台(11)的第四挡板上；所述第一伺服阀(3)安装在摆动液压缸(2)上，所述第二伺服阀(10)安装在伺服液压缸(9)上；

所述液压站分别与摆动液压缸(2)和伺服液压缸(9)连接；

所述电控部分包括监控计算机、实时控制计算机、增量型编码器(1)、计数器、扭矩传感器(4)、拉压力传感器(8)和位移传感器；所述监控计算机与实时控制计算机电连接，所述增量型编码器(1)、扭矩传感器(4)、拉压力传感器(8)、和位移传感器分别与实时控制计算机电连接；所述增量型编码器(1)安装在摆动液压缸(2)上，所述计数器与所述增量型编码器(1)电连接，所述增量型编码器(1)用于输出脉冲信号，通过计数器中间转换，将模拟信号传递给实时控制计算机；所述扭矩传感器(4)安装在摆动液压缸(2)的驱动轴上，用于采集摆动液压缸(2)的扭矩信号并传递给实时控制计算机；所述拉压力传感器(8)安装在伺服液压缸(9)的活塞杆上，用于采集伺服液压缸(9)的压力信号并传递给实时控制计算机；所述位移传感器安装在伺服液压缸(9)内，用于采集伺服液压缸(9)的位移信号并传递给控制计算机；所述监控计算机，实时显示试验台加载到汽车飞轮(7)的扭矩和轴向直线位移，同时对相应的数据进行存储和分析，并且对加载的扭矩、位移和频率进行参数调整，对实时控制计算机通过网络通讯进行控制；实时控制计算机对模拟信号进行实时控制，并产生阀驱动信号通过控制第一伺服阀(3)控制摆动液压缸(2)的工作，通过控制第二伺服阀(10)控制伺服液压缸(9)的工作。

2.根据权利要求1所述的一种汽车用飞轮耐久性试验台，其特征在于，所述连接部件(6)为柔性联轴器(6)。

3.根据权利要求1所述的一种汽车用飞轮耐久性试验台，其特征在于，所述摆动液压缸(2)在中位往复摆动的频率为20Hz；所述汽车飞轮(7)的扭矩峰值在5000N·m以下。

4.根据权利要求1所述的一种汽车用飞轮耐久性试验台，其特征在于，所述伺服液压缸(9)轴向往复运动位移范围为±1mm，频率为20Hz。

5.一种根据权利要求1所述汽车用飞轮耐久性试验台的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述液压站分别与摆动液压缸(2)和伺服液压缸(9)连接，液压站提供动力源；

S2、所述摆动液压缸(2)在中位以20Hz高频往复摆动，带动传动轴(5)转动，传递施加扭矩在汽车飞轮(7)上，从而对汽车飞轮(7)产生扭矩，控制峰值在5000N·m以下，伺服液压缸(9)轴向在位移±1mm范围内来回运动，频率20Hz，模拟实际工况；

S3、所述增量型编码器(1)用于输出脉冲信号，通过计数器中间转换，将模拟信号传递给实时控制计算机；所述扭矩传感器(4)用于采集摆动液压缸(2)的扭矩信号并传递给实时控制计算机；所述拉压力传感器(8)用于采集伺服液压缸(9)的压力信号并传递给实时控制计算机；所述位移传感器用于采集伺服液压缸(9)的位移信号并传递给实时控制计算机；所述监控计算机，实时显示试验平台(11)加载到汽车飞轮(7)的扭矩和轴向直线位移，同时对相应的数据进行存储和分析，并且对加载的扭矩、位移和频率进行参数调整，对实时控制计算机通过网络通讯进行控制；实时控制计算机对模拟信号进行实时控制，并产生阀驱动信号通过控制第一伺服阀(3)控制摆动液压缸(2)的工作，通过控制第二伺服阀(10)控制伺服液压缸(9)的工作。