CN106908238B - 一种液力综合传动系统测试系统及其测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液力综合传动系统测试系统，包括动力区模块、试验区模块、监控区模块；动力区模块包括变频器模块、制动单元、和动力监控传感器；试验区模块包括驱动电机、第一加载电机、第二加载电机和试验传感单元；监控区模块包括上位机和安全PLC；本发明还提供一种液力综合传动系统测试系统测试装置，包括用于安装液力综合传动系统的被试件安装底座，被试件安装底座左右端对称安装有第一加载机构和第二加载机构，被试件安装底座前端安装有驱动机构。本发明可以对液力综合传动系统试验进行有效测试，节省能源，并且通过科学合理的机构设计可以适应不同中心高的液力综合传动系统，信号干扰小，维护方便。

Description

一种液力综合传动系统测试系统及其测试装置

技术领域

本发明属于测试系统领域，尤其涉及一种液力综合传动系统测试系统。

背景技术

当前大型履带车辆、矿山机械等重型机械的传动系统已经采用液力综合传动系统，该综合传动系统将液力变矩器、泵马达、变速箱等机构集成为一体，以提高传动效率和功率密度，减小体积。针对此种大型液力综合传动系统尚没有完善的测试系统可以进行详细的性能测试，包括各档位工况下传动效率、道路负载模拟、变矩器和泵马达的流量、各操纵阀的油压和换挡逻辑、温升影响、振动性能测试。此外，针对不同中心高的液力综合传动系统，需要解决在同一测试系统上试验的问题。

现有该类型测试系统的功率、转速和扭矩覆盖范围比较小，一般采用弹性联轴器连接，无法适应不同中心高的被试件试验，测试系统为提供扭矩和转速覆盖范围，大多采用电机+变速箱的型式，但此种方式导致系统转动惯量增大，针对不同的工况，需要对中间传动的变速箱进行换挡操作，操作不便，同时无法实现道路负载的模拟，要进行道路复杂模拟，必须具备以下条件：1、传动系统转动惯量符合车辆最大加速度要求；2、电机可以在全转速和扭矩范围内实现无缝切换；如果中间加入传动箱，将无法实现上述条件；3、道路负载模拟需要系统具备极高的动态响应速度。因此现有该类型测试系统无法满足液力综合传动系统的测试需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种液力综合传动系统测试系统，解决液力综合传动系统的性能测试和不同中心高的问题。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种液力综合传动系统测试系统，包括动力区模块、试验区模块、监控区模块；所述动力区模块包括变频器模块、制动单元、和动力监控传感器，变频器模块包括第一变频器、第二变频器、第三变频器；所述试验区模块包括驱动电机、第一加载电机、第二加载电机和试验传感单元；所述监控区模块包括上位机和安全PLC；

所述第一变频器与驱动电机相连，第二变频器与第一加载电机相连，第三变频器与第二加载电机相连；

所述制动单元包括制动电阻，制动电阻分别与第一加载电机和第二加载电机相连，用于对第一加载电机和第二加载电机制动时的电能进行消耗；

所述动力监控传感器包括第一温度传感器，用于对动力区模块内的温度进行采集并发送至上位机；

所述驱动电机通过等速球笼万向联轴器与被测液力综合传动系统的输入端相连，所述第一加载电机、第二加载电机均通过弹性膜片联轴器与被测液力综合传动系统的负载端相连；

所述试验传感单元包括扭矩转速传感器、压力传感器、第二温度传感器、流量传感器；

所述上位机通过现场总线分别与动力监控传感器、试验传感单元相连，所述安全PLC通过现场总线与变频器模块相连。

进一步地，所述试验区模块还包括三轴振动传感器，分别安装在被测液力综合传动系统的输入端轴承支承处和两输出端轴承支承处，实时测量内部振动状态，并通过旋转类机械故障诊断系统检测内部传动机构的故障和装配质量。

进一步地，所述扭矩转速传感器采用扭矩法兰实现对被测液力传动系统输入端和负载端扭矩转速的实时测量，并分别与所述上位机、变频器模块、安全PLC相连；

所述压力传感器采用油压传感器对被测液力综合传动系统的油压进行实时测量；

所述第二温度传感器采用热电偶温度传感器对被测液力综合传动系统的油温进行实时测量；

所述流量传感器采用流量计对被测液力综合传动系统的实时流量进行测量。

进一步地，所述驱动电机、第一加载电机、第二加载电机均采用低惯量电机，驱动电机的转动惯量低于8kg.m2，第一加载电机和第二加载电机的转动惯量低于11kg.m2。

进一步地，所述试验传感单元中的扭矩转速传感器、压力传感器、第二温度传感器、流量传感器均与信号隔离器相连，用于消除接地环流干扰和电磁干扰。

进一步地，所述第一变频器、第二变频器、第三变频器均由整流单元和逆变单元组成，所述第一变频器、第二变频器、第三变频器中的逆变单元分别与驱动电机、第一加载电机、第二加载电机相连；所述第一变频器、第二变频器、第三变频器中的直流母线连接在一起，构成内部电封闭结构，所述第一加载电机、第二加载电机产生的电能回馈到驱动电机。

本发明还提供一种液力综合传动系统测试系统测试装置，包括用于安装液力综合传动系统的被试件安装底座，被试件安装底座左右端对称安装有第一加载机构和第二加载机构，被试件安装底座前端安装有驱动机构；

所述第一加载机构包括加载电机安装底座和安装在被试件安装底座左端的被试件负载端安装支架；所述加载电机安装底座表面依次安装有加载电机、第一传感器安装支架和第一轴承座；所述加载电机通过第一过渡法兰与第一扭矩转速传感器输入端连接，第一扭矩转速传感器输出端与第一弹性膜片联轴器输入端连接，第一弹性膜片联轴器输出端与第一轴承座输入端连接，第一轴承座输出端与第二弹性膜片联轴器输入端连接，第二弹性膜片联轴器输出端与被试件负载输入端连接；

所述第二加载机构和第一加载机构结构相同；

所述驱动机构包括驱动电机安装底座和安装在被试件安装底座前端的被试件输入端安装支架；所述驱动电机安装底座表面依次安装有驱动电机、第二传感器安装支架和第二轴承座；所述驱动电机通过第二过渡法兰与第二扭矩转度传感器输入端连接，第二扭矩转度传感器输出端与第三弹性膜片联轴器输入端连接，第三弹性膜片联轴器输出端与第二轴承座输入端连接，第二轴承座输出端通过输入端法兰与球笼等速万向联轴器输入端连接，球笼等速万向联轴器输出端与被试件驱动输入端连接。

进一步地，所述第一扭矩转速传感器的测量定子部分通过第一传感器安装支架固定在加载电机安装底座上，第二扭矩转度传感器的测量定子部分通过第二传感器安装支架固定在加载电机安装底座上。

进一步地，所述第一扭矩转速传感器输出端与第一弹性膜片联轴器输入端之间以及第二扭矩转度传感器输出端与第三弹性膜片联轴器输入端之间均通过过渡轴相连。

进一步地，所述第二弹性膜片联轴器输出端与被试件负载输入端之间通过花键套相连。

本发明的有益效果是：

1、本发明变频器部分采用电封闭结构，进行大功率液力综合传动系统试验，节省能源；

2、本发明通过科学合理的机构设计可以适应不同中心高的液力综合传动系统；

3、本发明可以对测试系统的早期失效故障和装配质量进行有效检测；

4、本发明采用实时以太网Ethercat通讯，极大地提高了通讯速率，信号干扰小，维护方便；

5、本发明通过采用低惯量电机，可以进行有效的道路负载模拟；

6、本发明中的扭矩转速传感器采用三种信号同时输出，分别进入到不同的系统，既提高了系统的响应速度，也提高的安全性；

7、本发明的控制系统采用冗余设计，极大地提高了系统的安全性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的系统架构图；

图2是本发明中的变频控制原理图；

图3是本发明中测试装置的结构示意图；

图4是本发明中测试装置的局部结构示意图；

图5是本发明中测试装置的局部结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

如图1所示的一种液力综合传动系统测试系统，包括动力区模块、试验区模块、监控区模块；动力区模块包括变频器模块、制动单元、和动力监控传感器，变频器模块包括第一变频器、第二变频器、第三变频器；试验区模块包括驱动电机、第一加载电机、第二加载电机和试验传感单元，试验区模块还包括三轴振动传感器，分别安装在被测液力综合传动系统的输入端轴承支承处和两输出端轴承支承处，实时测量内部振动状态，并通过旋转类机械故障诊断系统检测内部传动机构的故障和装配质量，早期故障失效预警系统独立成系统，采用振动传感器和转速脉冲信号作为基础信号，通过信号分析处理，进行早期失效预警和装配质量检测；监控区模块包括上位机和安全PLC。

第一变频器与驱动电机相连，第二变频器与第一加载电机相连，第三变频器与第二加载电机相连；制动单元包括制动电阻，制动电阻分别与第一加载电机和第二加载电机相连，用于对第一加载电机和第二加载电机制动时的电能进行消耗；动力监控传感器包括第一温度传感器，用于对动力区模块内的温度进行采集并发送至上位机，动力监控传感器一旦监测报警信号，立刻显示在监控工业计算机上。

如图2所示，第一变频器、第二变频器、第三变频器均由整流单元和逆变单元组成，第一变频器、第二变频器、第三变频器中的逆变单元分别与驱动电机、第一加载电机、第二加载电机相连；第一变频器、第二变频器、第三变频器中的直流母线连接在一起，构成内部电封闭结构，第一加载电机、第二加载电机产生的电能回馈到驱动电机，实现至少80％的节能效果；驱动电机可以覆盖1000kW，最大驱动扭矩为6000N.m，最大驱动转速3000rpm范围内的液力综合传动系统试验，加载电机可以覆盖功率为1500kW，最大加载扭矩14000N.m,最大负载转速3000rpm以下的液力综合传动系统试验，该测试系统功率和转速覆盖范围广，同时还可以适应不同中心高的液力综合传动系统试验，其中心高变化范围在30mm以内。

驱动电机通过等速球笼万向联轴器与被测液力综合传动系统的输入端相连，模拟发动机特性，第一加载电机、第二加载电机均通过弹性膜片联轴器与被测液力综合传动系统的负载端相连，模拟负载输入；被测液力综合传动系统的输入端与负载端均安装有精度为0.05％F的扭矩法兰，实时动态测量驱动端和负载端的扭矩和转速信号；驱动电机、第一加载电机、第二加载电机均采用低惯量电机，驱动电机的转动惯量低于8kg.m2，第一加载电机和第二加载电机的转动惯量低于11kg.m2；试验传感单元包括扭矩转速传感器、压力传感器、第二温度传感器、流量传感器；扭矩转速传感器采用扭矩法兰实现对被测液力传动系统输入端和负载端扭矩转速的实时测量，并分别与上位机、变频器模块、安全PLC相连；压力传感器采用油压传感器对被测液力综合传动系统的油压进行实时测量；第二温度传感器采用热电偶温度传感器对被测液力综合传动系统的油温进行实时测量；流量传感器采用流量计对被测液力综合传动系统的实时流量进行测量；试验传感单元中的扭矩转速传感器、压力传感器、第二温度传感器、流量传感器均与信号隔离器相连，用于消除接地环流干扰和电磁干扰。

上位机通过现场总线分别与动力监控传感器、试验传感单元相连，安全PLC通过现场总线与变频器模块相连；监控区模块用于控制和监控动力区和试验区的各子系统，由于该测试系统具备模拟道路负载的能力，故要求系统具备极高的响应速度，尤其的扭矩和转速信号，同时要求系统具备冗余能力，本系统将扭矩法兰的信号分为CAN总线信号、模拟量信号和频率信号同时进行传输，该系统设计了两套控制系统，一套上位机控制系统用于电机控制和各传感器的数据采集、处理和显示；另一套系统采用可靠性极高的西门子PLC作为安全监控系统，安全监控系统主要与变频器进行通信，紧急状况时控制电机的动作，安全监控系统需要采集现场的测试系统扭矩和转速信号，扭矩转速传感器的信号分为三种模式同时传输，分别为CAN总线信号、4～20mA标准模拟量信号和频率信号，其中4～20mA标准模拟量信号进入到安全PLC中进行冗余控制，如此，即可以保证系统的快速响应，同时可以保证系统的安全性，当上位机控制系统出现故障，可以通过安全PLC操作电机。

本测试系统所有传感器数据均采用现场集线箱集中后，通过Ethercat总线的方式进行高速传输，极大地提高了信号的抗干扰能力，便于维护。

如图3所示，本发明还提供一种液力综合传动系统测试系统测试装置，包括用于安装液力综合传动系统的被试件安装底座3，被试件安装底座3左右端对称安装有第一加载机构1和第二加载机构2，被试件安装底座3前端安装有驱动机构4。

如图4所示，第一加载机构1包括加载电机安装底座12和安装在被试件安装底座3左端的被试件负载端安装支架10；加载电机安装底座12表面依次安装有加载电机11、第一传感器安装支架15和第一轴承座17；加载电机11通过第一过渡法兰13与第一扭矩转速传感器14输入端连接，第一扭矩转速传感器14输出端通过过渡轴与第一弹性膜片联轴器16输入端连接，第一扭矩转速传感器14的测量定子部分通过第一传感器安装支架15固定在加载电机安装底座12上，第一弹性膜片联轴器16输出端与第一轴承座17输入端连接，第一轴承座17输出端与第二弹性膜片联轴器18输入端连接，第二弹性膜片联轴器18输出端通过花键套19与被试件负载输入端连接。

第二加载机构2和第一加载机构1结构相同。

如图5所示，驱动机构4包括驱动电机安装底座40和安装在被试件安装底座3前端的被试件输入端安装支架41；驱动电机安装底座40表面依次安装有驱动电机49、第二传感器安装支架47和第二轴承座44；驱动电机49通过第二过渡法兰48与第二扭矩转度传感器46输入端连接，第二扭矩转度传感器46输出端通过过渡轴与第三弹性膜片联轴器45输入端连接，第二扭矩转度传感器46的测量定子部分通过第二传感器安装支架47固定在加载电机安装底座12上，第三弹性膜片联轴器45输出端与第二轴承座44输入端连接，第二轴承座44输出端通过输入端法兰43与球笼等速万向联轴器42输入端连接，球笼等速万向联轴器42输出端与被试件驱动输入端连接。

本发明变频器部分采用电封闭结构，进行大功率液力综合传动系统试验，节省能源；通过科学合理的机构设计可以适应不同中心高的液力综合传动系统；可以对测试系统的早期失效故障和装配质量进行有效检测；采用实时以太网Ethercat通讯，极大地提高了通讯速率，信号干扰小，维护方便；通过采用低惯量电机，可以进行有效的道路负载模拟；扭矩转速传感器采用三种信号同时输出，分别进入到不同的系统，既提高了系统的响应速度，也提高的安全性；控制系统采用冗余设计，极大地提高了系统的安全性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种液力综合传动系统测试系统，其特征在于：包括动力区模块、试验区模块、监控区模块；所述动力区模块包括变频器模块、制动单元、和动力监控传感器，变频器模块包括第一变频器、第二变频器、第三变频器；所述试验区模块包括驱动电机、第一加载电机、第二加载电机和试验传感单元；所述监控区模块包括上位机和安全PLC；

所述第一变频器与驱动电机相连，第二变频器与第一加载电机相连，第三变频器与第二加载电机相连；

所述制动单元包括制动电阻，制动电阻分别与第一加载电机和第二加载电机相连，用于对第一加载电机和第二加载电机制动时的电能进行消耗；

所述动力监控传感器包括第一温度传感器，用于对动力区模块内的温度进行采集并发送至上位机；

所述驱动电机通过等速球笼万向联轴器与被测液力综合传动系统的输入端相连，所述第一加载电机、第二加载电机均通过弹性膜片联轴器与被测液力综合传动系统的负载端相连；

所述试验传感单元包括扭矩转速传感器、压力传感器、第二温度传感器、流量传感器；

所述上位机通过现场总线分别与动力监控传感器、试验传感单元相连，所述安全PLC通过现场总线与变频器模块相连；

所述试验区模块还包括三轴振动传感器，分别安装在被测液力综合传动系统的输入端轴承支承处和两输出端轴承支承处，实时测量内部振动状态；

所述扭矩转速传感器采用扭矩法兰实现对被测液力传动系统输入端和负载端扭矩转速的实时测量，并分别与所述上位机、变频器模块、安全PLC相连；

所述压力传感器采用油压传感器对被测液力综合传动系统的油压进行实时测量；

所述第二温度传感器采用热电偶温度传感器对被测液力综合传动系统的油温进行实时测量；

所述流量传感器采用流量计对被测液力综合传动系统的实时流量进行测量。

2.根据权利要求1所述的一种液力综合传动系统测试系统，其特征在于：所述驱动电机、第一加载电机、第二加载电机均采用低惯量电机，驱动电机的转动惯量低于8kg.m2，第一加载电机和第二加载电机的转动惯量低于11kg.m2。

3.根据权利要求1所述的一种液力综合传动系统测试系统，其特征在于：所述试验传感单元中的扭矩转速传感器、压力传感器、第二温度传感器、流量传感器均与信号隔离器相连，用于消除接地环流干扰和电磁干扰。

4.根据权利要求1所述的一种液力综合传动系统测试系统，其特征在于：所述第一变频器、第二变频器、第三变频器均由整流单元和逆变单元组成，所述第一变频器、第二变频器、第三变频器中的逆变单元分别与驱动电机、第一加载电机、第二加载电机相连；所述第一变频器、第二变频器、第三变频器中的直流母线连接在一起，构成内部电封闭结构，所述第一加载电机、第二加载电机产生的电能回馈到驱动电机。

5.根据权利要求1所述的一种液力综合传动系统测试系统，其特征在于：包括用于安装液力综合传动系统的被试件安装底座（3），被试件安装底座（3）左右端对称安装有第一加载机构（1）和第二加载机构（2），被试件安装底座（3）前端安装有驱动机构（4）；

所述第一加载机构（1）包括加载电机安装底座（12）和安装在被试件安装底座（3）左端的被试件负载端安装支架（10）；所述加载电机安装底座（12）表面依次安装有加载电机（11）、第一传感器安装支架（15）和第一轴承座（17）；所述加载电机（11）通过第一过渡法兰（13）与第一扭矩转速传感器（14）输入端连接，第一扭矩转速传感器（14）输出端与第一弹性膜片联轴器（16）输入端连接，第一弹性膜片联轴器（16）输出端与第一轴承座（17）输入端连接，第一轴承座（17）输出端与第二弹性膜片联轴器（18）输入端连接，第二弹性膜片联轴器（18）输出端与被试件负载输入端连接；

所述第二加载机构（2）和第一加载机构（1）结构相同；

所述驱动机构（4）包括驱动电机安装底座（40）和安装在被试件安装底座（3）前端的被试件输入端安装支架（41）；所述驱动电机安装底座（40）表面依次安装有驱动电机（49）、第二传感器安装支架（47）和第二轴承座（44）；所述驱动电机（49）通过第二过渡法兰（48）与第二扭矩转度传感器（46）输入端连接，第二扭矩转度传感器（46）输出端与第三弹性膜片联轴器（45）输入端连接，第三弹性膜片联轴器（45）输出端与第二轴承座（44）输入端连接，第二轴承座（44）输出端通过输入端法兰（43）与球笼等速万向联轴器（42）输入端连接，球笼等速万向联轴器（42）输出端与被试件驱动输入端连接。

6.根据权利要求5所述的一种液力综合传动系统测试系统，其特征在于：所述第一扭矩转速传感器（14）的测量定子部分通过第一传感器安装支架（15）固定在加载电机安装底座（12）上，第二扭矩转度传感器（46）的测量定子部分通过第二传感器安装支架（47）固定在加载电机安装底座（12）上。

7.根据权利要求5所述的一种液力综合传动系统测试系统，其特征在于：所述第一扭矩转速传感器（14）输出端与第一弹性膜片联轴器（16）输入端之间以及第二扭矩转度传感器（46）输出端与第三弹性膜片联轴器（45）输入端之间均通过过渡轴相连。

8.根据权利要求5所述的一种液力综合传动系统测试系统，其特征在于：所述第二弹性膜片联轴器（18）输出端与被试件负载输入端之间通过花键套（19）相连。

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