CN109187012A - 一种多点动力输出变速箱试验系统及方法 - Google Patents

一种多点动力输出变速箱试验系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多点动力输出变速箱试验系统及方法，涉及变速箱检测技术领域，该系统包括驱动电机、多点动力输出变速箱、模拟负载加载装置、驱动电机控制器、加载装置控制模块和转矩转速信号采集模块；所述加载装置控制模块发出控制信号驱动模拟负载加载装置工作使得多点动力输出变速箱在不同工况下运行；所述转矩转速信号采集模块用来采集和处理多点动力输出变速箱在不同工况下的转矩转速信号；同时，基于装置的方法可实现初始模式空载运转、运输模式、犁耕和旋耕模式、固定作业模式；通过各种加载电机的布置对多点动力输出变速箱的驱动和动力输出轴进行加载，通过不同模拟负载的组合，可以实现拖拉机在不同工况多点动力输出变速箱的实况模拟。

Description

一种多点动力输出变速箱试验系统及方法
技术领域
本发明涉及变速箱检测技术领域，特别涉及到丘陵山地拖拉机用的多点动力输出变速箱试验系统及方法。
背景技术
我国丘陵山区县级行政区占全国的2/3，其耕地面积约占全国耕地总面积的63.2％，这些地区田块小、不规则、坡地多，地形复杂，农业作业多样化。目前，丘陵山地拖拉机存在传动与驱动效率低、动力不足，不能满足作业多样性等问题。研发一种专用的高效多点动力输出变速箱，对其进行试验分析具有工程上的现实意义。但现在大多数的试验台都是针对单输入单输出传动变速箱，不能满足多点动力输出变速箱在不同工况(运输、旋耕和犁耕)下的试验条件。因此，设计一种用于检测多点动力输出变速箱性能的试验系统具有现实意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种至少能实现下述其一的技术方案：完成多点动力输出变速箱性能测试、参数测量以及工况模拟的多点动力输出变速箱试验系统，并提供一种多点动力输出变速箱试验方法。
一种多点动力输出变速箱试验系统，包括驱动电机、多点动力输出变速箱、模拟负载加载装置、驱动电机控制器、加载装置控制模块和转矩转速信号采集模块；所述加载装置控制模块可根据指令发出控制信号从而驱动模拟负载加载装置工作使得多点动力输出变速箱在不同工况模式下运行；所述转矩转速信号采集模块用来采集和处理多点动力输出变速箱在不同工况模式下的转矩转速信号。
进一步的，所述模拟负载加载装置包括前PTO加载电机、中PTO加载电机、后PTO加载电机、交流加载电机和磁粉制动器；
进一步的，所述多点动力输出变速箱的输入端与驱动电机的输出端连接；所述多点动力输出变速箱的输出端包括后置动力输出轴、驱动输出轴、中置动力输出轴和前置动力输出轴；其中，驱动输出轴上安装有惯性飞轮与三向齿轮传动箱；惯性飞轮的两侧安装有转矩转速传感器；三向齿轮传动箱上并列安装有磁粉制动器和交流加载电机；磁粉制动器和交流加载电机与驱动轴加载控制器连接；后置动力输出轴、前置动力输出轴和中置动力输出轴上均安装有转矩转速传感器、减速机构和加载电机；加载电机与加载控制器连接；加载控制器与驱动轴加载控制器通过加载装置控制模块控制。
进一步的，所述驱动电机与驱动电机控制器连接；驱动电机输出轴上安装有转矩转速传感器。
进一步的，加载控制器包括前PTO加载控制器、中PTO加载控制器和后PTO加载控制器。
进一步的，前PTO加载控制器、中PTO加载控制器和后PTO加载控制器分别与前PTO加载电机、中PTO加载电机和后PTO加载电机连接。
进一步的，所述减速机构包括减速机构一、减速机构二和减速机构三；所述减速机构一与后PTO加载电机连接；减速机构二与中PTO加载电机连接；减速机构三与前PTO加载电机连接。
进一步的，驱动电机为变频调速电机。
一种多点动力输出变速箱试验方法，包括如下模式：
初始模式：加载控制模块不提供加载信号，驱动电机带动多点动力输出变速箱空载运转；
运输模式：加载控制模块通过控制驱动轴加载控制器对交流加载电机的输出扭矩进行控制；
犁耕模式：加载控制模块通过控制驱动轴加载控制器对交流加载电机的输出扭矩和磁粉制动器进行控制；
旋耕模式：加载控制模块通过控制驱动轴加载控制器和后PTO加载控制器分别对交流加载电机和后PTO加载电机的输出扭矩进行控制；
固定作业模式：加载控制模块通过控制前PTO加载控制器或后PTO加载控制器对前PTO加载电机或者后PTO加载电机
本发明的有益效果在于：
1.通过转速转矩传感器能够实时测量多点动力输出变速箱后置动力输出轴、驱动输出轴、中置动力输出轴和前置动力输出轴上的转矩、转速，为多点动力输出变速箱的功率和效率分析提供数据依据。
2.本发明可以分别对多点动力输出变速箱的驱动输出轴和动力输出轴进行加载，通过不同模拟负载的组合，可以实现拖拉机在不同工况(运输、旋耕、犁耕和固定作业等)条件下多点动力输出变速箱的实况模拟。
3.本发明中拖拉机的行驶阻力和牵引阻力分别由交流加载电机和磁粉制动器提供，可根据它们各自的载荷谱规律进行独立加载，以适应不同的田地土壤及耕作条件下的行驶阻力和牵引阻力的变化情况。
附图说明
图1为本发明的结构方框原理图；
图2为本发明待测试的多点动力输出变速箱的结构原理图。
附图标记如下：
1.驱动电机，2.转矩转速传感器，3.待测试多点动力输出变速箱，4.减速机构一，5.后置PTO加载电机，6.惯性飞轮，7.交流加载电机，8.磁粉制动器，9.三向齿轮传动箱，10.减速机构二，11.中置PTO加载电机，12.减速机构三，13.前置PTO加载电机，14.驱动电机控制器，15.转矩转速信号采集模块，16.加载装置控制模块，16-1.前PTO加载控制器，16-2.中PTO加载控制器，16-3.后PTO加载控制器，16-4.驱动轴加载控制器，20.后置动力输出轴，21.驱动输出轴，22.中置动力输出轴，23.前置动力输出轴。
具体实施方式
为对本发明做进一步的了解，现结合附图做进一步的说明：
结合附图1和2，一种多点动力输出变速箱试验系统，包括驱动电机1、多点动力输出变速箱3、模拟负载加载装置、驱动电机控制器14、加载装置控制模块16和转矩转速信号采集模块15；所述加载装置控制模块16可根据指令发出控制信号从而驱动模拟负载加载装置工作使得多点动力输出变速箱3在不同工况模式下运行；所述转矩转速信号采集模块15用来采集和处理多点动力输出变速箱3在不同工况模式下的转矩转速信号；所述模拟负载加载装置包括前PTO加载电机13、中PTO加载电机11、后PTO加载电机5、交流加载电机7和磁粉制动器8；所述多点动力输出变速箱3的输入端与驱动电机1的输出端连接；所述多点动力输出变速箱3的输出端包括后置动力输出轴20、驱动输出轴21、中置动力输出轴22和前置动力输出轴23；其中，驱动输出轴21上安装有惯性飞轮6与三向齿轮传动箱9；惯性飞轮6的两侧安装有转矩转速传感器2；三向齿轮传动箱9上并列安装有磁粉制动器8和交流加载电机7；磁粉制动器8和交流加载电机7与驱动轴加载控制器16-4连接；后置动力输出轴20、前置动力输出轴23和中置动力输出轴22上均安装有转矩转速传感器、减速机构和加载电机；加载电机与加载控制器连接；加载控制器与驱动轴加载控制器16-4通过加载装置控制模块16控制。该系统能够实时测量多点动力输出变速箱后置动力输出轴、驱动输出轴、中置动力输出轴和前置动力输出轴上的转矩、转速，为多点动力输出变速箱的功率和效率分析提供数据依据。通过分别对多点动力输出变速箱的驱动输出轴和动力输出轴进行加载，通过不同模拟负载的组合，可以实现拖拉机在不同工况(运输、旋耕、犁耕和固定作业等)条件下多点动力输出变速箱的实况模拟。
进一步的，加载装置控制模块16接收操作人员给出的指令，进而通过各加载控制器控制加载装置提供负载，通过不同模拟负载的组合，用于模拟不同工况下多点动力输出变速箱的运行情况；所述前置PTO加载控制器16-1与前PTO加载电机13输入端连接，根据输入指令控制加载电机的输出扭矩，用于模拟前PTO带工作装置(如粉碎机)运行时所受的负载；所述中置PTO加载控制器16-2与中PTO加载电机11输入端连接，根据输入指令控制加载电机的输出扭矩，用于模拟中PTO带工作装置(如液压泵)运行时所受的负载；所述后置PTO加载控制器16-3与后PTO加载电机5输入端连接，根据输入指令控制加载电机的输出扭矩，用于模拟后PTO带工作装置(如动力耙、旋耕机)运行时所受的负载；所述驱动轴加载控制器16-4与交流加载电机7输入端和磁粉制动器8输入端连接，用于控制交流加载电机7的输出扭矩和磁粉制动器8的励磁电流，实现拖拉机实际运行过程中的行驶阻力和牵引阻力的模拟加载；试验时通过不同模拟负载的组合，完成拖拉机运行在不同工况下多点动力输出变速箱的实况模拟。
其中，所述驱动电机1为变频调速电机。所述多点动力输出变速箱驱动轴加载装置中的三向齿轮传动箱9两侧依次对称的连接了磁粉制动器8和交流加载电机7。所述交流加载电机7用于提供行驶阻力的模拟负载，所述磁粉制动器8用于提供牵引阻力的模拟负载。在只有行驶阻力的工况(运输)下，交流加载电机7单独提供模拟负载，磁粉制动器8无制动力矩；在行驶阻力和牵引阻力同时存在的工况(犁耕)下，交流加载电机7和磁粉制动器8共同提供模拟负载。
更进一步的，驱动电机1输入端与驱动电机控制器14连接，通过驱动电机控制器14实现对驱动电机1的控制；所述转矩转速传感器2将检测到的转矩转速信号传送到转矩转速信号采集模块15，完成待测多点动力输出变速箱3中转矩转速信号的采集和处理；所述加载装置控制模块包括前置PTO加载控制器16-1、中置PTO加载控制器16-2、后置PTO加载控制器16-3以及驱动轴加载控制器16-4，根据操作人员输入的指令，加载装置控制模块16发出控制信号，给驱动输出轴和动力输出轴提供负载，用于模拟不同工况下多点动力输出变速箱3的运行情况。
更进一步的，前PTO加载控制器16-1、中PTO加载控制器16-2和后PTO加载控制器16-3分别与前PTO加载电机13、中PTO加载电机11和后PTO加载电机5连接。所述减速机构包括减速机构一4、减速机构二10和减速机构三12；所述减速机构一4与后PTO加载电机5连接；减速机构二10与中PTO加载电机11连接；减速机构三12与前PTO加载电机13连接。
一种多点动力输出变速箱试验方法，包括如下模式：
初始模式：加载控制模块16不提供加载信号，驱动电机1带动多点动力输出变速箱3空载运转；
运输模式：加载控制模块16通过控制驱动轴加载控制器16-4对交流加载电机7的输出扭矩进行控制；
犁耕模式：加载控制模块16通过控制驱动轴加载控制器16-4对交流加载电机7的输出扭矩和磁粉制动器8进行控制；
旋耕模式：加载控制模块16通过控制驱动轴加载控制器16-4和后PTO加载控制器16-3分别对交流加载电机7和后PTO加载电机5的输出扭矩进行控制；
固定作业模式：加载控制模块16通过控制前PTO加载控制器16-1或后PTO加载控制器16-3对前PTO加载电机13或者后PTO加载电机5的输出扭矩进行控制。
在对多点动力输出变速箱3进行工况模拟试验时，可对拖拉机的几种典型工况：运输、犁耕、旋耕以及带工作装置进行固定作业等工况进行试验研究，具体的步骤如下：初始状态，加载控制模块16不提供加载信号，驱动电机1带动多点动力输出变速箱3空载运转；对于运输工况，后置动力输出轴20没有动力输出，需要模拟的负载是拖拉机在运行过程之中所受的行驶阻力，因此在实验过程中只需给驱动输出轴21施加负载，根据拖拉机的实际行驶情况，加载控制模块16中的驱动轴加载控制器16-4对交流加载电机7的输出扭矩进行控制，磁粉制动器8不提供制动力矩，完成拖拉机运输作业过程中行驶阻力的负载模拟；进行犁耕工况的模拟试验时，犁耕工况与运输工况相比除了受到行驶阻力外，还受到牵引阻力的作用，因此对于犁耕工况的模拟，驱动轴加载控制器16-4除了控制交流加载电机7提供行驶阻力的模拟负载，还要控制磁粉制动器8提供牵引阻力的模拟负载，此时交流加载电机7和磁粉制动器8共同完成阻力转矩的模拟；对于旋耕工况，后置PTO加载电机5驱动旋耕机工作，因此在模拟该工况时，后置PTO控制器16-3和驱动轴加载控制器16-4分别给后置PTO加载电机5和交流加载电机7提供加载信号；对于固定作业工况，拖拉机通过前置PTO加载电机13给粉碎机等工作装置提供动力，在进行模拟试验时，前置PTO控制器16-1给前置PTO加载电机13提供加载信号，实现固定作业工况的模拟。
其中，PTO英文全称(power take off)，中文意思为动力输出。
本发明除了可以完成传统拖拉机变速箱的性能试验、耐久性试验之外，还可以根据拖拉机的实际运行工况，在加载装置控制模块中输入控制指令，通过不同模拟负载的组合，实现拖拉机变速箱在田间作业、道路运输作业以及输出动力进行固定作业等工况条件下的模拟试验，在装机之前完成整车的道路模拟实验，对于多点动力输出变速箱的研制和改进具有重要意义。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多点动力输出变速箱试验系统，其特征在于，包括驱动电机(1)、多点动力输出变速箱(3)、模拟负载加载装置、驱动电机控制器(14)、加载装置控制模块(16)和转矩转速信号采集模块(15)；所述加载装置控制模块(16)可根据指令发出控制信号从而驱动模拟负载加载装置工作使得多点动力输出变速箱(3)在不同工况模式下运行；所述转矩转速信号采集模块(15)用来采集和处理多点动力输出变速箱(3)在不同工况模式下的转矩转速信号。
2.根据权利要求1所述的多点动力输出变速箱试验系统，其特征在于，所述模拟负载加载装置包括前PTO加载电机(13)、中PTO加载电机(11)、后PTO加载电机(5)、交流加载电机(7)和磁粉制动器(8)。
3.根据权利要求1所述的多点动力输出变速箱试验系统，其特征在于，所述多点动力输出变速箱(3)的输入端与驱动电机(1)的输出端连接；所述多点动力输出变速箱(3)的输出端包括后置动力输出轴(20)、驱动输出轴(21)、中置动力输出轴(22)和前置动力输出轴(23)；其中，驱动输出轴(21)上安装有惯性飞轮(6)与三向齿轮传动箱(9)；惯性飞轮(6)的两侧安装有转矩转速传感器(2)；三向齿轮传动箱(9)上并列安装有磁粉制动器(8)和交流加载电机(7)；磁粉制动器(8)和交流加载电机(7)与驱动轴加载控制器(16-4)连接；后置动力输出轴(20)、前置动力输出轴(23)和中置动力输出轴(22)上均安装有转矩转速传感器、减速机构和加载电机；加载电机与加载控制器连接；加载控制器与驱动轴加载控制器(16-4)通过加载装置控制模块(16)控制。
4.根据权利要求3所述的多点动力输出变速箱试验系统，其特征在于，所述驱动电机(1)与驱动电机控制器(14)连接；驱动电机(1)输出轴上安装有转矩转速传感器(2)。
5.根据权利要求3所述的多点动力输出变速箱试验系统，其特征在于，加载控制器包括前PTO加载控制器(16-1)、中PTO加载控制器(16-2)和后PTO加载控制器(16-3)。
6.根据权利要求5所述的多点动力输出变速箱试验系统，其特征在于，前PTO加载控制器(16-1)、中PTO加载控制器(16-2)和后PTO加载控制器(16-3)分别与前PTO加载电机(13)、中PTO加载电机(11)和后PTO加载电机(5)连接。
7.根据权利要求6所述的多点动力输出变速箱试验系统，其特征在于，所述减速机构包括减速机构一(4)、减速机构二(10)和减速机构三(12)；所述减速机构一(4)与后PTO加载电机(5)连接；减速机构二(10)与中PTO加载电机(11)连接；减速机构三(12)与前PTO加载电机(13)连接。
8.根据权利要求3所述的多点动力输出变速箱试验系统，其特征在于，驱动电机(1)为变频调速电机。
9.一种多点动力输出变速箱试验方法，其特征在于，包括如下模式：
初始模式：加载控制模块(16)不提供加载信号，驱动电机(1)带动多点动力输出变速箱(3)空载运转；
运输模式：加载控制模块(16)通过控制驱动轴加载控制器(16-4)对交流加载电机(7)的输出扭矩进行控制；
犁耕模式：加载控制模块(16)通过控制驱动轴加载控制器(16-4)对交流加载电机(7)的输出扭矩和磁粉制动器(8)进行控制；
旋耕模式：加载控制模块(16)通过控制驱动轴加载控制器(16-4)和后PTO加载控制器(16-3)分别对交流加载电机(7)和后PTO加载电机(5)的输出扭矩进行控制；
固定作业模式：加载控制模块(16)通过控制前PTO加载控制器(16-1)或后PTO加载控制器(16-3)对前PTO加载电机(13)或者后PTO加载电机(5)的输出扭矩进行控制。
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