CN110455531B - 一种液压机械复合传动系统试验台及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率分流式液压机械复合传动系统多功能测试试验台及其应用，该试验台包括平台和控制系统；平台上设置有交流伺服电动机、分流机构、被测试的液压传动单元、汇流机构、液压加载系统；控制系统包括工业控制计算机、PLC、输入端PLC的D/A模块、输出端PLC的D/A模块、信号采集单元、压力传感器、流量传感器、调速控制器、加载系统控制器、伺服电机控制器；与传统的试验台相比，采用本试验台可以简便可靠的进行液压机械复合传动系统液压传动单元的性能测试，节省大量的试验时间和成本，实现被测试的液压传动单元的性能测试、机械和液压功率流的比例测试及换段平稳性能测试。

Description

一种液压机械复合传动系统试验台及其应用

技术领域

本发明涉及一种功率分流式液压机械复合传动系统多功能测试试验台及其应用，适用于功率分流式液压机械复合传动系统和液压传动单元的动态性能测试、传动系统的机械和液压功率流的所占比例测试和换段平稳性能测试，属于工程机械和农用机械技术领域。

背景技术

工程机械、拖拉机等传动功率大、速度变化范围宽、作业条件复杂，随着社会经济和技术的发展，对其动力性、燃油经济性、地面适应性、生产率以及操作自动化水平要求越来越高，因此发动机的性能得不到充分的发挥利用。节能减排己成为当今全球的主题，车辆的变速传动系统对车辆性能的提高起着核心作用，液压机械无级变速传动是一类由液压功率流与机械功率流组合传递动力的功率分流液压机械复合传动形式，能够通过机械传动实现高效率的大功率动力传动，通过液压传动实现无级变速，在大功率车辆上表现出良好的应用前景。液压机械无级变速器是将静液压传动良好的无级调速性能和机械传动较高的稳态效率这两者的优点结合起来，从而得到一个既有无级变速性能，又有较高效率和高效区的分布有利的变速传动装置。因此设计开发高性能液压机械无级变速器是液压机械复合传动系统成为大功率车辆技术研究和应用的关键所在。

液压机械无级变速器由机械传动单元、泵一马达液压无级变速传动单元、将动力进行分流或汇流的行星齿轮机构、自动变速电子控制装置与驱动系统等部分构成。当机械变速机构传动比确定时，调节液压无级变速单元的传动比，能够使液压机械复合传动系统的传动比在一定范围内实现无级变化，从而使动力经分流、无级变速和汇流后输出，实现大功率高效无级变速传动，因此这种功率分流液压机械复合传动系统兼具了纯机械传动系统的高传动效率和纯液压传动系统的无级变速的优点。目前设计开发液压机械无级变速器并进行性能测试都是在产品进行样机试制，然后在专门的试验台架或装置进行测试试验，并且通过一些列的测试试验，试制样机产品的液压传动单元和机械传动单元往往不是最佳的设计匹配方案，甚至可能出现重新试制产品，导致了产品设计开发的成本比较高和周期比较长，耗费了大量的人力物力。虽然目前的计算机仿真及虚拟样机技术发展大大缩短了产品的设计周期和成本，但由于仿真条件和真实工况条件的不符合性，也会导致产品开发的不确定性。

液压机械复合传动系统的综合性能是由液压和机械功率流各自的性能及它们的共同作用所决定，机械传动单元的传动效率特性比较稳定，但静液压传动单元的传动效率相对于机械传动比较低，组成静液压传动单元的液压泵、液压马达、控制阀组及连接管路等部件在整个系统单元中都存在效率问题，而且影响单元整体传动效率的泵和马达的容积效率和机械效率随速度的变化而不断变化，传动效率不稳定。因此保持液压传动单元的无级变速能力的前提下，提高其效率峰值并扩大常用工况下的高效区，目的是为了保证液压机械复合传动系统传动效率和使用性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种功率分流式液压机械复合传动系统多功能测试试验台，该试验台可实现液压机械复合传动系统液压传动单元性能测试、机械和液压功率流的比例测试及换段平稳性能测试，最终实现机械和液压功率流的最优组合分配方案。

本发明还提供了上述功率分流式液压机械复合传动系统多功能测试试验台的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种功率分流式液压机械复合传动系统多功能测试试验台，包括平台和控制系统；

平台上设置有交流伺服电动机、分流机构、被测试的液压传动单元、汇流机构、液压加载系统；

交流伺服电动机的输出轴依次通过第一联轴器、输入端转速扭转传感器、第二联轴器连接分流机构的输入轴一端；分流机构的输出轴依次通过第八联轴器、机械传动单元转速扭矩传感器、第七联轴器连接汇流机构的一个输入端；汇流机构的输出端依次通过第五联轴器、输出端转速扭矩传感器、第六联轴器连接液压加载系统；被测试的液压传动单元的输入轴依次通过第九联轴器、液压传动单元输入端转速扭矩传感器、第十联轴器连接分流机构的输入轴另一端，被测试的液压传动单元的输出轴依次通过第三联轴器、液压传动单元输出端转速扭矩传感器、第四联轴器连接汇流机构的另一个输入端；

控制系统包括工业控制计算机、PLC、输入端PLC的D/A模块、输出端PLC的D/A模块、信号采集单元、压力传感器、流量传感器、调速控制器、加载系统控制器、伺服电机控制器；

压力传感器和流量传感器安装在被测试的液压传动单元上，工业控制计算机通过信号采集单元连接输入端转速扭矩传感器、液压传动单元输出端转速扭矩传感器、输出端转速扭矩传感器、液压传动单元输入端转速扭矩传感器、流量传感器、压力传感器、机械传动单元转速扭矩传感器；交流伺服电动机依次通过伺服电机控制器、输入端PLC的 D/A模块连接PLC，被测试的液压传动单元和汇流机构分别连接调速控制器，调速控制器再连接PLC，液压加载系统依次通过加载系统控制器、输出端PLC的D/A模块连接PLC， PLC连接工业控制计算机。

优选的，所述交流伺服电动机通过T型螺栓固定在平台上。

优选的，所述输入端转速扭矩传感器、液压传动单元输入端转速扭矩传感器、机械传动单元转速扭矩传感器、液压传动单元输出端转速扭矩传感器、输出端转速扭矩传感器分别通过第五传感器支架、第四传感器支架、第三传感器支架、第一传感器支架、第二传感器支架固定安装在平台上。

优选的，所述分流机构包括箱体、输入轴和输出轴，输入轴的两端外伸箱体两侧，输出轴伸出箱体一侧；在箱体内部，第一齿轮通过离合器A安装于输入轴上，第二齿轮通过离合器B安装于输入轴上，第十一齿轮安装于换向轴上，第十齿轮、第九齿轮安装于中间轴上，第三齿轮、第四齿轮和第五齿轮组成三联滑移齿轮通过花键轴安装于中间轴上，第六齿轮、第七齿轮和第八齿轮安装于输出轴上。此设计的好处是，分流机构不同离合器的接合可实现液压功率流和机械功率流不同的分流方式，从而实现液压机械复合传动系统液压传动单元的不同配置方案的性能测试。

优选的，所述汇流机构包括箱体、输入轴Ⅰ、输入轴Ⅱ和输出轴，输入轴Ⅰ和输入轴Ⅱ外伸箱体一侧，输出轴外伸箱体另一侧；在箱体内部，第十五齿轮通过离合器D安装于输入轴Ⅱ上，第十四齿轮通过离合器C安装于输入轴Ⅱ上，行星轮系Ⅰ和行星轮系Ⅱ的太阳轮安装于输入轴Ⅰ上，第十二齿轮与行星轮系Ⅰ的行星架联接，第十三齿轮与行星轮系Ⅱ的齿圈联接，行星轮系Ⅰ的齿圈与行星轮系Ⅱ的行星架联接，行星轮系Ⅱ的行星架与输出轴联接；第十五齿轮与第十二齿轮构成固定轴齿轮副，第十三齿轮与第十四齿轮构成固定轴齿轮副。此设计的好处是，汇流机构不同离合器的接合可实现液压功率流和机械功率流不同的汇流方式，从而实现液压机械复合传动系统液压传动单元的不同配置方案的性能测试。

优选的，所述液压加载系统包括加载液压泵、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、补油泵、电机、第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器、普通溢流阀、电磁溢流阀和油箱；第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀连接组成调节阀组，加载液压泵为斜轴型双向液压泵，加载液压泵的上下两端、电磁溢流阀、补油泵分别通过四条油路连接调节阀组，补油泵与调节阀组之间的油路上连接普通溢流阀，电磁溢流阀、普通溢流阀、补油泵分别通过第二过滤器、第三过滤器、第一过滤器连接油箱，补油泵由电机驱动，电磁溢流阀由加载系统控制器连接控制。此设计的好处是，斜轴型双向液压泵可以实现双向的负载施加，电磁溢流阀通过加载系统控制器可以动态调节系统的压力从而实现负载的动态变化，实现对实际工况的负载进行模拟，普通溢流阀作用是调节补油压力。

优选的，所述加载液压泵的传动轴通过加载液压泵安装座连接第六联轴器，所述被测试的液压传动单元的输入轴通过变量液压泵安装座连接第九联轴器，被测试的液压传动单元的输出轴通过液压马达安装座连接第三联轴器。

优选的，所述加载液压泵安装座、变量液压泵安装座、液压马达安装座均设有一接油槽，且接油槽的底部通过T型螺栓固定在平台上。

优选的，所述工业控制计算机还连接有工作状态指示灯、显示器、报警器，工作状态指示灯包括红、黄、绿三种色灯。此设计的好处是，三种色灯代表不同的工作状态，显示器显示工作状态及参数，异常情况由报警器报警。

一种功率分流式液压机械复合传动系统多功能测试试验台的工作方法，包括以下步骤：

在工业控制计算机及PLC的两级控制下，通过伺服电机控制器使交流伺服电动机模拟发动机的实际工作模式，通过加载系统控制器使液压加载系统设置恒转矩、恒转速、恒功率三种工作模式来模拟实际负载工况；

通过调节分流机构不同离合器的接合，实现液压功率流和机械功率流不同的分流方式，从而实现被测试的液压传动单元的不同配置方案的性能测试；

通过调速控制器控制汇流机构中两个离合器的接合状态，实现被测试的液压传动单元的正向汇流传递功率、反向汇流传递功率、单一传递功率三种不同的功率传递模式；

最终，在交流伺服电动机不同的工作模式、液压加载系统不同的工作模式、分流机构不同的分流方式、汇流机构不同的功率传递模式的结合设定下，实现被测试的液压传动单元的性能测试、机械和液压功率流的比例测试及换段平稳性能测试。

本发明的有益效果在于：

1)本发明一种功率分流式液压机械复合传动系统多功能测试试验台，可实现液压机械复合传动系统液压传动单元性能测试，通过模拟应用车辆的实际行驶工况及作业条件，测试液压机械复合传动系统液压传动单元传动性能，并且可以实现一段和多段的液压机械复合传动液压传动单元的性能测试，复合传动系统的机械和液压功率流的所占比例测试，换段性能和最佳换段时机的测试，根据匹配的发动机的万有特性曲线，最终实现机械和液压功率流的最优组合分配方案，并为日后投产应用液压机械复合传动系统的车辆提供动力性能优化。

2)本发明试验台还可为静液压传动系统的性能测试试验方案的性能测试提供试验平台，本发明试验台采用转速闭环控制，测试试验转速的稳定性良好，试验条件能够模拟实际的工作状况，试验台结构设计合理、布局紧凑、安装模块化、操作简单、运行安全可靠、节约成本。

附图说明

图1为本发明功率分流式液压机械复合传动系统多功能测试试验台结构示意图；

图2为本发明试验台结构原理图；

图3为本发明分流机构传动结构示意图；

图4为本发明汇流机构传动结构示意图；

图5为本发明液压加载系统原理图；

图6为本发明试验台空间布置图；

图7为本发明功率分流式液压机械复合传动系统多功能测试试验台控制流程图；

其中：1-交流伺服电动机；2-分流机构；3-被测试的液压传动单元；4-汇流机构；5-液压加载系统；6-液压马达安装座；7-第一联轴器；8-输入端转速扭矩传感器；9-第二联轴器；10-第三联轴器；11-液压传动单元输出端转速扭矩传感器；12- 第一传感器支架；13-第四联轴器；14-第五联轴器；15-输出端转速扭矩传感器；16- 第二传感器支架；17-第六联轴器；18-加载液压泵安装座；19-平台；20-变量液压泵安装座；21-第七联轴器；22-第三传感器支架；23-第九联轴器；24-机械传动单元转速扭矩传感器；25-第四传感器支架；26-液压传动单元输入端转速扭矩传感器； 27-第十联轴器；28-第八联轴器；29-第五传感器支架；30-伺服电机控制器；31- 输入端PLC的D/A模块；32-PLC(可编程序控制器)；33-工业控制计算机；34-工作状态指示灯；35-显示器；36-信号采集单元；37-报警器；38-调速控制器；39-输出端PLC的D/A模块；40-加载系统控制器；41-流量传感器；42-压力传感器；

201-输出轴；202-离合器A；203-第一齿轮；204-离合器B；205-第二齿轮；206- 第三齿轮；207-第四齿轮；208-第五齿轮；209-中间轴；210-第六齿轮；211-输入轴；212-第七齿轮；213-第八齿轮；214-第九齿轮；215-第十齿轮；216-第十一齿轮；217-换向轴；

401-输入轴Ⅰ；402-第十二齿轮；403-行星轮系Ⅰ；404-行星轮系Ⅱ；405-制动器；406-第十三齿轮；407-输出轴；408-离合器C；409-第十四齿轮；410-第十五齿轮；411-离合器D；412-输入轴Ⅱ；

501-加载液压泵；502-第一单向阀；503-第二单向阀；504-第三单向阀；505- 补油泵；506-电机；507-第一过滤器；508-油箱；509-第二过滤器；510-普通溢流阀；511-电磁溢流阀；512-第四单向阀；513-第三过滤器。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种功率分流式液压机械复合传动系统多功能测试试验台，该试验台包括输入端的动力源交流伺服电动机1、输入端的转速扭矩传感器8、分流机构2、液压传动单元输入端转速扭矩传感器26、被测试的液压传动单元3、压力传感器 42、流量传感器41、液压传动单元输出端转速扭矩传感器11、机械传动单元转速扭矩传感器24、汇流机构4、输出端转速扭矩传感器15、液压加载系统5、加载系统控制器40、输出端PLC的D/A模块39、调速控制器38、信号采集单元36、报警器37、显示器35、工作状态指示灯34、工业控制计算机33、PLC32、输入端PLC的D/A模块31、伺服电机控制器30。以上各部件的连接关系如图1所示，其中实线为机械连接，虚线为控制线路连接。

如图6所示，平台19为一长方形铸铁底座，底座上开设有多条凹槽，用于T型螺栓的固定。交流伺服电动机1通过T型螺栓固定在平台19上，电动机输出轴与第一联轴器 7一端联接，第一联轴器另一端与输入端转速扭矩传感器8联接，输入端转速扭矩传感器 8通过第五传感器支架29固定在平台19上，输入端转速扭矩传感器8的另一端与第二联轴器9的一端联接，第二联轴器的另一端与分流机构的输入轴211的左端外伸部分，输入轴211的右端外伸部分联接第十联轴器27的一端，第十联轴器27的另一端与液压传动单元输入端转速扭矩传感器26联接，液压传动单元输入端转速扭矩传感器26通过第四传感器支架25固定在平台19上，液压传动单元输入端转速扭矩传感器26的另一端与第九联轴器23的一端联接，第九联轴器23的另一端通过变量液压泵安装座20与液压传动单元的输入轴联接，变量液压泵安装座20通过T型螺栓固定在平台19上，分流机构的输出轴201外伸部分与第八联轴器28的一端联接，第八联轴器28的另一端与机械传动单元转速扭矩传感器24联接，机械传动单元转速扭矩传感器24通过第三传感器支架 22固定在平台19上，机械传动单元转速扭矩传感器24的另一端与第七联轴器21的一端联接，第七联轴器21的另一端与输入轴Ⅱ412外伸部分联接，汇流机构输入轴Ⅰ401外伸部分与第四联轴器13的一端联接，第四联轴器13的另一端与液压传动单元输出端转速扭矩传感器11联接，液压传动单元输出端转速扭矩传感器11通过第一传感器支架12 固定在平台19上，液压传动单元输出端转速扭矩传感器11另一端与第三联轴器10的一端联接，第三联轴器10的另一端通过液压马达安装座6与液压传动单元的输出轴联接，液压马达安装座6通过T型螺栓固定在平台19上，分流机构2和汇流机构4通过T型螺栓固定在平台19上，汇流机构4的输出轴407外伸部分与第五联轴器14一端联接，第五联轴器14的另一端与输出端转速扭矩传感器15联接，输出端转速扭矩传感器15通过第二传感器支架16固定在平台19上，输出端转速扭矩传感器15与第六联轴器17一端联接，第六联轴器17的另一端通过加载液压泵安装座18与液压加载泵501的输入轴联接；加载液压泵安装座18、变量液压泵安装座20、液压马达安装座16均设有一接油槽，且接油槽的底部通过T型螺栓固定在平台上，设计成槽的形式主要是为了装卸液压元件时液压油液的泄露回收。

压力传感器42和流量传感器41安装在被测试的液压传动单元3上，工业控制计算机33通过信号采集单元36连接输入端转速扭矩传感器8、液压传动单元输出端转速扭矩传感器11、输出端转速扭矩传感器15、液压传动单元输入端转速扭矩传感器26、流量传感器41、压力传感器42、机械传动单元转速扭矩传感器24；交流伺服电动机1依次通过伺服电机控制器30、输入端PLC的D/A模块31连接PLC32，被测试的液压传动单元3和汇流机构4分别连接调速控制器38，调速控制器38再连接PLC32，液压加载系统5依次通过加载系统控制器40、输出端PLC的D/A模块39连接PLC32，PLC32连接工业控制计算机33。工作状态指示灯34、显示器35、报警器37分别连接工业控制计算机33，工作状态指示灯34包括红、黄、绿三种色灯。三种色灯代表不同的工作状态，显示器35显示工作状态及参数，异常情况由报警器37报警。

如图2所示，本试验台采用模块化设计组装，共分为动力源模块交流伺服电动机1、分流机构2模块、液压传动单元3模块、汇流机构4模块、液压加载系统5模块；采用模块化设计，便于试验台的组装拆卸。

如图3所示，分流机构2包括箱体、输入轴211和输出轴201，分流机构输入轴211 外伸箱体两侧，一端作为动力源的输入端连接交流伺服电动机1，另一端联接被测试的液压传动单元3输入端；输出轴201联接机械传动单元，箱体内部由第一齿轮203通过离合器A202安装于输出轴201上，第二齿轮205通过离合器B204安装于输出轴201上；第十一齿轮216安装于换向轴217上；第十齿轮215、第九齿轮214安装于中间轴209 上，第三齿轮206、第四齿轮207和第五齿轮208组成三联滑移齿轮通过花键轴安装于中间轴209上；第六齿轮210、第七齿轮212和第八齿轮213安装于输入轴211上。

如图4所示，汇流机构4包括箱体、输入轴Ⅰ401、输入轴Ⅱ412和输出轴407，输入轴Ⅰ401外伸箱体联接被测试的液压传动单元3输出轴，输入轴Ⅱ412外伸联接机械传动单元，输出轴407外伸联接液压加载系统5；箱体内部第十五齿轮410通过离合器D411 安装于输入轴Ⅱ412上，第十四齿轮409通过离合器C408安装于输入轴Ⅱ412上，行星轮系Ⅰ403和行星轮系Ⅱ404的太阳轮安装于输入轴Ⅰ401上，第十二齿轮402与行星轮系Ⅰ403的行星架联接，第十三齿轮406与行星轮系Ⅱ404的齿圈联接，行星轮系Ⅰ403 的齿圈与行星轮系Ⅱ404的行星架联接，行星轮系Ⅱ404的行星架与输出轴407联接；第十五齿轮410与第十二齿轮402构成固定轴齿轮副，第十三齿轮406与第十四齿轮409 构成固定轴齿轮副。

如图5所示，液压加载系统5由加载液压泵501、第一单向阀502、第二单向阀503、第三单向阀504、补油泵505、电机506、第一过滤器507、油箱508、第二过滤器509、普通溢流阀510、电磁溢流阀511、第四单向阀512、第三过滤器513；加载液压泵501 为斜轴型双向液压泵，可以实现双向的负载施加，第一单向阀502、第二单向阀503、第三单向阀504、第四单向阀512连接组成调节阀组，加载液压泵501为斜轴型双向液压泵，可以实现双向的负载施加，加载液压泵501的上下两端、电磁溢流阀511、补油泵505 分别通过四条油路连接调节阀组，补油泵505与调节阀组之间的油路上连接普通溢流阀510，电磁溢流阀511、普通溢流阀510、补油泵505分别通过第二过滤器509、第三过滤器513、第一过滤器507连接油箱508，补油泵505由电机506驱动，电磁溢流阀511由加载系统控制器40连接控制。电磁溢流阀511通过加载系统控制器40可以动态调节系统的压力从而实现负载的动态变化，实现对实际工况的负载进行模拟，普通溢流阀510 作用是调节补油压力。液压加载系统5的具体工作原理如下：

当加载液压泵501上部出油，下部进油时，出油口出油经第一单向阀502、电磁溢流阀511、第三过滤器513，回到油箱508；补油泵505将油箱508的液压油吸入经第三单向阀504进入加载液压泵501下部进油口；

当加载液压泵501下部出油，上部进油时，出油口出油经第四单向阀512、电磁溢流阀511、第三过滤器513，回到油箱508；补油泵505将油箱508的液压油吸入经第二单向阀503进入加载液压泵501上部进油口。

试验台工作状态指示灯34设置为红、绿、黄三种颜色。指示内容为：正常工作时设置绿灯指示、正常停机时设置黄灯指示、异常停止时设置红灯指示同时有声音报警。设备报警采用指示灯的同时、设备计算机显示的文字和声音指示，直到按下报警解除按钮。

本实施例所用联轴器、转速扭矩传感器、伺服电机控制器、D/A模块、显示器、信号采集单元、调速控制器、加载系统控制器、流量传感器、压力传感器、PLC及工业控制计算机均为常规设备，可市购获得。

该试验台的基本工作原理：动力输入端采用交流伺服电动机作为动力源，通过可变传动比的分流机构实现液压功率流和机械功率流的液压机械复合传动，然后经汇流机构汇流后输出；可变传动比分流机构可以实现液压传动和机械传动的输入端速比的多种调节，通过速比的调节，测试确定满足整个复合传动系统的液压传动单元性能测试和最佳比例分配范围，同时作为动力源的交流伺服电动机根据选用匹配发动机的万有特性曲线编制控制程序，通过工业控制计算机与PLC两级控制方式，可以模拟发动机的动力特性为试验台提供动力源，尽量使被测试液压传动单元的试验工况与实际使用工况最接近，提高传动系统测试试验能力、扩大测试范围的要求；采用交流伺服电动机作为动力源，结构简单可靠，测试试验简便，在室内试验台测试的情况下避免了发动机的尾气排放，具有节能环保的特点。

动力输出端负载模拟装置采用液压加载系统，用来模拟车辆工作路况负载阻力，同时，控制系统采用工业控制计算机与PLC两级控制方式，模拟车辆动力传动系统中动力需求场的功率变化，从而提高传动系统试验能力、扩大适用范围的要求。

实施例2：

如实施例1所述的一种功率分流式液压机械复合传动系统多功能测试试验台的工作方法，事先将要被测试的液压传动单元3的输入轴、输出轴分别与第九联轴器23、第三联轴器10连接安装，检查试验台其他部件的机械连接及控制线路连接，检查无误后，准备进行测试试验。具体试验过程如下：

A：在工业控制计算机33及PLC32的两级控制下，通过伺服电机控制器30使交流伺服电动机1模拟发动机的实际工作模式，通过加载系统控制器40使液压加载系统5中的加载液压泵501设置恒转矩、恒转速、恒功率三种工作模式来模拟实际负载工况；

交流伺服电动机1根据选用匹配发动机的万有特性曲线编制控制程序，通过工业控制计算机33与PLC32两级控制方式，可以模拟发动机的动力特性为试验台提供动力源，尽量使被测试液压传动单元3的试验工况与实际使用工况最接近。

动力输出端负载模拟装置采用液压加载系统5，用来模拟车辆工作路况负载阻力，在工业控制计算机33与PLC32两级控制下，液压加载系统5的斜轴型柱塞泵可以实现不同的工作模式：

(1)恒转矩模式。该模式下的斜轴型柱塞泵在控制系统和控制程序的调节控制下，根据转矩的实测值的反馈与给定值进行比较调节，通过液压加载系统控制器40按给定的控制电磁溢流阀511的调定压力方式自动调整，改变电磁溢流阀511的溢流压力从而改变斜轴型柱塞泵输入轴的的转矩，使之维持在设定值。

(2)恒转速模式。该模式下的斜轴型柱塞泵在控制系统和控制程序的调节控制下，根据转速的实测值的反馈与给定值进行比较调节，通过液压加载系统控制器40按给定的控制方式自动调整，使之维持在设定值。

(3)恒功率模式。斜轴型柱塞泵在控制系统和控制程序的调节控制下，使斜轴型柱塞泵的功率维持在给定值。

B:通过调节分流机构2不同离合器的接合，实现液压功率流和机械功率流不同的分流方式，从而实现被测试的液压传动单元的不同配置方案的性能测试；

分流机构2不同离合器的接合是试验开始前通过手动调节传动比手柄实现的(改变三联滑移齿轮的左、中、右位置，使其分别与第八齿轮、第七齿轮、第六齿轮的不同啮合)，共有6种传动路线方式：

当离合器A202接合时，输出轴201的转速与输入轴211转速相反，构成反向传递模式。通过改变三联滑移齿轮的位置，可以实现三种不同的传动比。

(1)输入轴211→第八齿轮213→第三齿轮206→第十齿轮215→第十一齿轮216→第一齿轮203→输出轴201

(2)输入轴211→第七齿轮212→第四齿轮207→第十齿轮215→第十一齿轮216→第一齿轮203→输出轴201

(3)输入轴211→第六齿轮210→第五齿轮208→第十齿轮215→第十一齿轮216→第一齿轮203→输出轴201

当离合器B204接合时，输出轴201的转速与输入轴211转速相同，构成正向传递模式。通过改变三联滑移齿轮的位置，可以实现三种不同的传动比。

(4)输入轴211→第八齿轮213→第三齿轮206→第九齿轮214→第二齿轮205→输出轴201

(5)输入轴211→第七齿轮212→第四齿轮207→第九齿轮214→第二齿轮205→输出轴201

(6)输入轴211→第六齿轮210→第五齿轮208→第九齿轮214→第二齿轮205→输出轴201

C:通过调速控制器38控制汇流机构4中两个离合器的接合状态，实现被测试的液压传动单元的正向汇流传递功率、反向汇流传递功率、单一传递功率三种不同的功率传递模式；

汇流机构根据试验要求设置液压传动单元正向汇流传递功率模式实现测试液压传动单元正向汇流传递功率时的性能测试；汇流机构液压传动单元反向汇流传递功率模式实现测试液压传动单元反向汇流传递功率时的性能测试；还可以测试纯液压功率传递模式，当设置汇流机构4从以上三种工作模式相互切换时，可以测试多段液压机械复合传动系统液压传动单元的性能测试。当汇流机构4仅设置液压传动单元单一传递功率模式时，可实现纯液压传动系统的性能测试。通过调速控制器38控制汇流机构中两个离合器接合状态的工作模式：

(1)液压传动单元正向汇流传递功率模式

当离合器C408接合时，输入轴Ⅱ412外伸联接机械传动单元，第十三齿轮406与行星轮系Ⅱ404的齿圈联接，第十三齿轮406与第十四齿轮409构成固定轴齿轮副传动，行星轮系Ⅱ404的太阳轮安装于输入轴Ⅰ401上，输入轴Ⅰ401外伸联接液压传动单元3输出轴，汇流机构输出轴407与行星轮系Ⅱ404的行星架联接，此时汇流机构输出轴407 的转速随液压传动单元联接轴的输入轴Ⅰ401转速的增大而增大，构成了输出转速随液压传动单元3液压马达输出转速的增大而增大的正向汇流传动。

(2)液压传动单元反向汇流传递功率模式

当离合器D411接合时，输入轴Ⅱ412外伸联接机械传动单元，第十二齿轮402与行星轮系Ⅰ403的行星架联接,第十五齿轮410与第十二齿轮402构成固定轴齿轮副传动，行星轮系Ⅰ403的太阳轮安装于输入轴Ⅰ401上，输入轴Ⅰ401外伸联接液压传动单元输出轴，汇流机构输出轴407与行星轮系Ⅰ403的齿圈联接，此时汇流机构输出轴407的转速随液压传动单元联接轴的输入轴Ⅰ401转速的增大而减小，构成了输出转速随液压传动单元液压马达输出转速的增大而减小的反向汇流传动。

(3)液压传动单元单一传递功率模式

当离合器C408和离合器D411断开，制动器405闭合时，行星轮系Ⅱ404的齿圈被制动，行星轮系Ⅱ404由两个自由度变成一个自由度，机械传动单元联接的输入轴Ⅱ412不进行功率传递，液压传动单元联接轴的输入轴Ⅰ401功率输入、汇流机构输出轴407功率输出；

当离合器C408和离合器D411都接合，同时图3中的分流机构离合器A202和离合器B204都断开，行星轮系Ⅰ403和行星轮系Ⅱ404三元件速度相同，构成传动比为1的直接挡传动，同时机械传动单元联接的输入轴Ⅱ412没有功率的输入，液压传动单元联接轴的输入轴Ⅰ401功率输入、汇流机构输出轴407功率输出。

通过工业控制计算机33和PLC32两级控制程序下，选择A、B、C三者不同的组合模式，即在交流伺服电动机不同的工作模式、液压加载系统不同的工作模式、分流机构不同的分流方式、汇流机构不同的功率传递模式的结合设定下，通过控制程序可以实现动态加载，模拟液压机械复合传动系统实际工况和规定的循环工况；控制系统和控制程序根据不同的测试试验方案可以对输入端交流伺服电动机1与输出端液压加载系统5的斜轴型柱塞泵的转速、转矩设置不同设定值，采用闭环控制方式，可以完全满足液压机械复合动力传动系统液压传动单元的性能测试和整个传动系统的机械传动功率流和液压传动功率流的比例测试。

试验过程中根据实际要求，操作人员将控制程序调试好，按下启动按钮即可，可以实现全过程的控制及性能测试；试验中的各个测量数值及分析结果通过工业控制计算机和显示器可以实时地显示、处理、存储和打印。与传统的试验台相比，采用本试验台可以简便可靠的进行液压机械复合传动系统液压传动单元的性能测试，节省大量的试验时间和成本，实现被测试的液压传动单元的性能测试、机械和液压功率流的比例测试及换段平稳性能测试。

对于操作人员而言，面对整个测试试验台，其基本操作顺序简言之：安装→调节分流机构的传动比手柄(B不同模式的设定)→输入调试控制程序(A、C不同模式的设定) →运行试验→试验结束→输出结果。

Claims (10)

1.一种功率分流式液压机械复合传动系统多功能测试试验台，其特征在于，包括平台和控制系统；

平台上设置有交流伺服电动机、分流机构、被测试的液压传动单元、汇流机构、液压加载系统；

交流伺服电动机的输出轴依次通过第一联轴器、输入端转速扭转传感器、第二联轴器连接分流机构的输入轴一端；分流机构的输出轴依次通过第八联轴器、机械传动单元转速扭矩传感器、第七联轴器连接汇流机构的一个输入端；汇流机构的输出端依次通过第五联轴器、输出端转速扭矩传感器、第六联轴器连接液压加载系统；被测试的液压传动单元的输入轴依次通过第九联轴器、液压传动单元输入端转速扭矩传感器、第十联轴器连接分流机构的输入轴另一端，被测试的液压传动单元的输出轴依次通过第三联轴器、液压传动单元输出端转速扭矩传感器、第四联轴器连接汇流机构的另一个输入端；

控制系统包括工业控制计算机、PLC、输入端PLC的D/A模块、输出端PLC的D/A模块、信号采集单元、压力传感器、流量传感器、调速控制器、加载系统控制器、伺服电机控制器；

压力传感器和流量传感器安装在被测试的液压传动单元上，工业控制计算机通过信号采集单元连接输入端转速扭矩传感器、液压传动单元输出端转速扭矩传感器、输出端转速扭矩传感器、液压传动单元输入端转速扭矩传感器、流量传感器、压力传感器、机械传动单元转速扭矩传感器；交流伺服电动机依次通过伺服电机控制器、输入端PLC的D/A模块连接PLC，被测试的液压传动单元和汇流机构分别连接调速控制器，调速控制器再连接PLC，液压加载系统依次通过加载系统控制器、输出端PLC的D/A模块连接PLC，PLC连接工业控制计算机。

2.如权利要求1所述的多功能测试试验台，其特征在于，所述交流伺服电动机通过T型螺栓固定在平台上。

3.如权利要求1所述的多功能测试试验台，其特征在于，所述输入端转速扭矩传感器、液压传动单元输入端转速扭矩传感器、机械传动单元转速扭矩传感器、液压传动单元输出端转速扭矩传感器、输出端转速扭矩传感器分别通过第五传感器支架、第四传感器支架、第三传感器支架、第一传感器支架、第二传感器支架固定安装在平台上。

4.如权利要求1所述的多功能测试试验台，其特征在于，所述分流机构包括箱体、输入轴和输出轴，输入轴的两端外伸箱体两侧，输出轴伸出箱体一侧；在箱体内部，第一齿轮通过离合器A安装于输入轴上，第二齿轮通过离合器B安装于输入轴上，第十一齿轮安装于换向轴上，第十齿轮、第九齿轮安装于中间轴上，第三齿轮、第四齿轮和第五齿轮组成三联滑移齿轮通过花键轴安装于中间轴上，第六齿轮、第七齿轮和第八齿轮安装于输出轴上。

5.如权利要求4所述的多功能测试试验台，其特征在于，所述汇流机构包括箱体、输入轴Ⅰ、输入轴Ⅱ和输出轴，输入轴Ⅰ和输入轴Ⅱ外伸箱体一侧，输出轴外伸箱体另一侧；在箱体内部，第十五齿轮通过离合器D安装于输入轴Ⅱ上，第十四齿轮通过离合器C安装于输入轴Ⅱ上，行星轮系Ⅰ和行星轮系Ⅱ的太阳轮安装于输入轴Ⅰ上，第十二齿轮与行星轮系Ⅰ的行星架联接，第十三齿轮与行星轮系Ⅱ的齿圈联接，行星轮系Ⅰ的齿圈与行星轮系Ⅱ的行星架联接，行星轮系Ⅱ的行星架与输出轴联接；第十五齿轮与第十二齿轮构成固定轴齿轮副，第十三齿轮与第十四齿轮构成固定轴齿轮副。

6.如权利要求1所述的多功能测试试验台，其特征在于，所述液压加载系统包括加载液压泵、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、补油泵、电机、第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器、普通溢流阀、电磁溢流阀和油箱；第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀连接组成调节阀组，加载液压泵为斜轴型双向液压泵，加载液压泵的上下两端、电磁溢流阀、补油泵分别通过四条油路连接调节阀组，补油泵与调节阀组之间的油路上连接普通溢流阀，电磁溢流阀、普通溢流阀、补油泵分别通过第二过滤器、第三过滤器、第一过滤器连接油箱，补油泵由电机驱动，电磁溢流阀由加载系统控制器连接控制。

7.如权利要求6所述的多功能测试试验台，其特征在于，所述加载液压泵的传动轴通过加载液压泵安装座连接第六联轴器，所述被测试的液压传动单元的输入轴通过变量液压泵安装座连接第九联轴器，被测试的液压传动单元的输出轴通过液压马达安装座连接第三联轴器。

8.如权利要求7所述的多功能测试试验台，其特征在于，所述加载液压泵安装座、变量液压泵安装座、液压马达安装座均设有一接油槽，且接油槽的底部通过T型螺栓固定在平台上。

9.如权利要求1所述的多功能测试试验台，其特征在于，所述工业控制计算机还连接有工作状态指示灯、显示器、报警器，工作状态指示灯包括红、黄、绿三种色灯。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的功率分流式液压机械复合传动系统多功能测试试验台的工作方法，包括以下步骤：

在工业控制计算机及PLC的两级控制下，通过伺服电机控制器使交流伺服电动机模拟发动机的实际工作模式，通过加载系统控制器使液压加载系统设置恒转矩、恒转速、恒功率三种工作模式来模拟实际负载工况；

通过调节分流机构不同离合器的接合，实现液压功率流和机械功率流不同的分流方式，从而实现被测试的液压传动单元的不同配置方案的性能测试；

通过调速控制器控制汇流机构中两个离合器的接合状态，实现被测试的液压传动单元的正向汇流传递功率、反向汇流传递功率、单一传递功率三种不同的功率传递模式；

最终，在交流伺服电动机不同的工作模式、液压加载系统不同的工作模式、分流机构不同的分流方式、汇流机构不同的功率传递模式的结合设定下，实现被测试的液压传动单元的性能测试、机械和液压功率流的比例测试及换段平稳性能测试。

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