CN1844876A - 车轮车桥液压封闭式加载试验台 - Google Patents

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姜洪洲
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Abstract

本发明提供的是一种多功能综合性自动化液压闭式加载试验台。它由计算机控制系统、模拟加载系统、恒压油源及油路、机械系统四部分组成。模拟加载系统由驱动单元、二次输出单元、左轮边加载单元、右轮边加载单元组成,试验台以被试件为中心呈十字布局,被试车桥车轮放在试验台中心,加载单元模拟车轮和后桥产生的阻力负载为被试件输出端提供转矩,转矩并传给计算机控制系统。计算机控制系统对整个系统进行控制。恒压油源采用电机带动恒压变量泵。机械系统包括夹具总成、铸铁平台、变速箱和二次元件夹具。本发明实现了“1+3”的加载模式,加载功率可达350KW,能满足多系列重型越野车驱动桥和车轮的全功率加载试验要求,实现了加载系统的自动化。

Description

车轮车桥液压封闭式加载试验台
(一)技术领域
本发明涉及一种车辆传动装置加载试验台,具体是指一种用于重型车辆的传动桥及轮边减速器以及其它传动部件的疲劳寿命试验的液压封闭式加载试验台。
(二)背景技术
封闭式加载系统分为电力封闭式、机械封闭式和液压封闭式。
电力封闭式加载系统负载转矩由发电机形成,负载发电机产生的电能通过电网加以回收并反馈给驱动电机,形成封闭的功率流,从而降低试验能耗,系统效率高。但所用电气设备庞大复杂,并且由于功率回收技术是一项专业性非常强的技术,整套装置的成本非常高,又由于回收过程的回收效率的影响以及其驱动仍然需要较大的动力,所以很难达到比较理想的状况。另外,在系统动载变化较大时,可能对电网造成较大的冲击,严重时甚至会摧毁供电系统。
机械封闭式加载系统由电动机等转速提供装置向系统提供所需要的转速,同时由液压加载器等转矩施加装置向系统提供试验所需要的转矩。在这个过程中,转矩被封闭在由两个变速传动装置、两个转矩转速测量装置、一个转矩施加装置、被试件和陪试件所组成的封闭机械系统中,电动机所提供的动力,仅仅是用来平衡系统运动过程中产生的机械损耗,从而降低了电动机的功率消耗。这种加载系统的转速通过电机调速进行调节,转矩通过调节液压加载器油源系统溢流阀的开启压力来设定,不易实现自动控制。因此,这种加载系统不适用于动态模拟加载试验。
液压封闭式加载系统与电封闭式加载系统相似,但其功率回收是通过液压网络实现的,在功率回路中只有机械能与液压能的相互转换,系统加载过程中所形成的动载影响,基本被限制在液压系统内部,对电网的冲击很小。
分动器、变速箱、车轮、车桥等传动部件是保证车辆正常行驶的重要组成部分。对于高机动重型越野汽车来说,传动部件承载的载荷高、使用环境恶劣,其可靠性和环境适应性能是保证整车机动越野的关键特性。目前,只有经过大量、全面的各种复杂路面的实车测试或台架试验,才能优化车辆的设计,保证车辆的高机动越野性能。由于重型越野车辆轮桥的动力输入输出轴数目多,功率大、工作参数变化范围大,工况复杂多变,要对其进行接近实际条件下的全面试验,在普通液压试验台上是很难完成的。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种能够对重型越野车辆的传动装置进行疲劳寿命试验、具有功率回收功能、具有故障诊断和安全保护功能的液压加载试验台。
本发明的目的是这样实现的:它包括恒压油源及管路系统、模拟加载系统、计算机控制系统、机械系统四部分。模拟加载系统包括驱动单元、二次输出加载单元、左轮边加载单元、右轮边加载单元4个部分。机械系统安装在整体式铸铁平台上,被试件(车桥20、左轮边21、右轮边22)安装在夹具总成上,模拟加载系统4个单元以夹具总成为中心,呈十字形布置。驱动单元的双联二次元件1通过转矩转速测量仪2连接驱动变速箱3的输入端,驱动变速箱3的输出端通过驱动轴4与车桥的输入端相连;二次输出单元的双联二次元件5通过转矩转速测量仪6连接二次输出变速箱7的输入端,二次输出变速箱7的输出端通过二次输出轴8与车桥二次输出端相连;左轮边加载单元的二次元件9通过转矩转速测量仪10连接左轮边加载变速箱11的输入端,左轮边加载变速箱11的输出端通过左轮边加载轴12与被试件左轮边加载端相连;右轮边加载单元的二次元件13通过转矩转速测量仪14连接右轮边加载变速箱15的输入端,右轮边加载变速箱15的输出端通过右轮边加载轴16与被试件右轮边加载端相连。恒压油源17通过供油管路18向系统提供恒定的高压液压油,通过回油管路19向系统提供恒定的低压液压油,系统的四组二次元件并联于高压管路与低压路之间。计算机控制系统与四组二次元件、转矩转速测量仪、变速箱、及恒压油源相连接,对整个系统进行测控。
本发明还可以包括这样一些结构特征:
1、4个变速箱3、7、11和15采用渐开线直齿轮传动,驱动变速箱3由三对双联滑移齿轮变速,可获得四个传动比;二次输出变速箱7由二对双联滑移齿轮变速,可获得三个传动比;左右轮边加载变速箱11、15分别由二对双联滑移齿轮变速,可获得三个传动比。变速箱的冷却润滑装置包括电机及齿轮泵23、过滤器24、风冷装置25,齿轮泵23的入口位于变速箱底部、出口连接过滤器24,冷却润滑油经风冷装置25后,与变速箱内部的喷嘴组件相连。
2、夹具总成通过支承台架26固定在铸铁平台上,小抱夹总成27安装在小T型槽板28上,大抱夹总成29两套,对称安装在大T型槽板30上,滚轮支架31两套对称,支架总成有对称的两套。
3、计算机控制系统是运行程序的微型计算机和工控机以及HNC100控制器32、33、34、35和PLC控制柜36。任务管理单元38是运行在计算机上的程序,具有人机交互界面管理、试验参数设置、试验数据存储和运行状态信息显示的功能;逻辑控制单元37是运行在工控机上的程序,实现试验台的逻辑控制以及对象试验参数的测量,HNC100控制器32、33、34、35分别对四组二次元件1、5、9、13进行转速转矩闭环控制和逻辑保护,PLC控制柜36对油源和变速箱3、7、11、15的润滑换档进行管理。任务管理单元38和逻辑控制单元37之间用以太网交换信息;任务管理单元38和PLC控制柜36之间用RS485通讯,逻辑控制单元37将操作指令通过专用数字接口发送至HNC100控制器32、33、34、35中。
本发明的1个驱动单元为转速控制方式,3个加载单元为转矩控制方式。计算机控制系统采用分级分布结构,包括二次元件的转速和转矩控制、试验系统状态超限和保护、试验系统逻辑控制、试验系统状态检测和参数测量等;机械支架和试验平台设计了专用的夹具和一体式的铸铁平台,提供加载被试件、变速箱和二次元件的支撑和连接。与普通液压封闭式加载试验台相比,通过合理的布局设计,实现了“1+3”的加载模式,专门设计的多档位大功率变速箱,满足重型越野车整个系列驱动桥的全功率试验要求,计算机测控系统实现了加载系统的自动化。
本发明的4个变速箱的档位与二次元件的调速相配合,覆盖了原车辆ZF变速器的16档位的转矩转速范围,实现了发动机输出的全工况,尤其是低速大转矩工况的模拟。变速箱的采用气动变档,变档灵活方便,可实现自动化控制。本试验台最大加载功率达到350KW,变速箱设计结构紧凑,节省了空间。
根据被试件的结构,夹具总成通过支承台架固定在铸铁平台上,小抱夹总成安装在小T型槽板上,夹紧车桥的二次输出端,可根据不同的被试车桥调整前后位置。大抱夹总成两套对称,安装在大T型槽板上,夹紧车桥的两个轮边输出端,可根据不同的被试车桥调整左右位置。滚轮支架两套对称,安装在支架总成上,支承车轮毂。
(四)附图说明
图1是本发明的组成结构示意图;
图2变速箱的结构示意图;
图3是夹具总成的结构示意图;
图4是图3的俯视图;
图5是计算机控制系统结构示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明作更详细的描述:
结合图1,4套二次元件1、5、9和13的液压端口并联于恒压网络18、19上。机械端口通过转速转矩测量仪2、6、10和14,变速箱3、7、11和15,连接轴4、8、12、16与被试车轮车桥20、21、22连接在一起。二次元件1工作于马达工况,将液压能转换为机械能,用来模拟车辆发动机驱动力,它同转速转矩测量仪2、HNC100控制器32构成转速控制系统。二次元件5、9、13工作于泵工况,将机械能转换为液压能,分别对被试车桥3个输出端口进行加载;同相应的转速转矩测量仪6、10、14,HNC100控制器33、34、35构成转矩控制系统。在转速控制系统和转矩控制系统中,都包含有内环和外环两种控制回路,由对应二次元件的伺服阀、变量缸、位移传感器构成前置级排量控制回路、即内环,再加上相应的二次元件1、5、9、13、转速转矩测量仪2、6、10、14,就构成了转速/转矩控制回路即外环。
当系统工作时,处于马达工况的二次元件1从恒压油源及管路系统获取液压能,并将其转换成机械能,经过被试件,驱动处于泵状态的二次元件5、9、13,实现加载。此时,二次元件5、9、13将机械能转换成液压能并回馈给恒压网络,再用来驱动二次元件1,在二次元件1和二次元件5、9、13之间,功率流形成闭式循环。这样,恒压油源仅需提供补偿系统的容积损失和机械损失的液压能,而驱动二次元件1所需的大部分能量都来自二次元件5、9、13,加载系统实现了能量回收与利用,系统效率高。
由于四套二次调节系统与转速转矩测量仪2、6、10、14结合,可以任意将其调整为转速控制状态用作驱动单元,或转矩控制状态用作加载单元,因此可以很方便地根据不同的被试件,任意设置其中一套二次调节系统作为驱动单元,另外1套、2套或3套作为加载单元,构成2轴、3轴或4轴复合加载系统。
结合图2,驱动变速箱的冷却润滑装置包括电机及齿轮泵23、过滤器24、风冷装置25,齿轮泵23的入口位于变速箱底部、出口连接过滤器24,冷却润滑油经风冷装置25后,与变速箱内部的喷嘴组件相连。
结合图3、4,夹具总成通过支承台架26固定在铸铁平台上,小抱夹总成27安装在小T型槽板28上,夹紧车桥的二次输出端,可根据不同的被试车桥调整前后位置。大抱夹总成29两套对称,安装在大T型槽板30上,夹紧车桥的两个轮边输出端,可根据不同的被试车桥调整左右位置。滚轮支架31两套对称,安装在支架总成上,支承车轮毂。
结合图5,计算机控制系统工作原理是:逻辑控制单元37与HNC100控制器32、33、34、35组成系统的实时控制核心,前者负责实时的数据采集及系统的实时监控和系统级保护,后者负责控制算法的实时迭代及二次元件1、5、9、13的元件级保护。逻辑控制单元37通过以太网接收任务管理单元38发出的控制指令,通过AD数据采集卡44采集转速转矩测量仪2、6、10、14的反馈信号,然后通过接口45把数字信号控制指令传送给HNC100控制器32、33、34、35,经过控制算法迭代,送出二次元件1、5、9、13的启停和闭环控制信号,实现系统的逻辑控制。任务管理单元38具有人机交互界面,可进行试验台试验参数设置、试验数据存储和运行状态信息显示,通过RS485通讯口发送油源和变速箱档位变换指令至PLC控制柜36,实现油源的启停和变速箱档位的变换。

Claims (5)

1、一种自动化液压功率回收闭式加载试验台,它包括恒压油源及管路系统、模拟加载系统、计算机控制系统、机械系统四部分。模拟加载系统由驱动单元、二次输出单元、左轮边加载单元、右轮边加载单元组成,机械系统安装在整体式铸铁平台上,被试件安装在夹具总成上,模拟加载系统以夹具总成为中心,呈十字形布置。驱动单元的双联二次元件经过转矩转速测量仪连接驱动变速箱的输入端,驱动变速箱的输出端通过驱动轴与被试件输入端连接;二次输出单元的双联二次元件经过转矩转速测量仪、二次输出变速箱、二次输出轴与被试件二次输出端连接;左轮边加载单元的二次元件经过转矩转速测量仪、左轮边变速箱、左轮边加载轴与被试件左轮边端连接;右轮边加载单元的二次元件经过转矩转速测量仪、右轮边变速箱、右轮边加载轴与被试件右轮边端连接,恒压油源通过油路与模拟加载单元的二次元件连接,向系统提供恒定压力的液压油,4组二次元件并联于高压油路与低压油路之间,计算机控制系统与4组二次元件、转矩转速测量仪、变速箱、及恒压油源相连接,对整个系统进行程序测控。
2、根据权利要求1所述的多功能综合性自动化液压封闭式加载试验台,其特征是:4个变速箱内紧凑布置有齿轮轴,在变速箱的外设置有与变速箱连成一体的冷却装置,变速箱底部装有液压油,冷却装置电机连接齿轮泵向变速箱内输送润滑油、经过滤器与风冷装置与变速箱上部的喷嘴组件相连。
3、根据权利要求1或2所述的多功能综合性自动化液压封闭式加载试验台,其特征是:被试件安装在夹具总成上,夹具总成固定在铸铁平台上,小抱夹总成安装在小T型槽板上,大抱夹总成两套,对称安装在大T型槽板上,滚轮支架两套,对称安装在夹具总成上。
4、根据权利要求1或2所述的多功能综合性自动化液压封闭式加载试验台,其特征是:加载试验台计算机控制系统是运行程序的微型计算机和工控机以及HNC100控制器和PLC控制柜,计算机将处理后的操作指令通过以太网传送至HNC100控制器及PLC控制柜,其中,HNC100控制器对4组二次元件进行转速转矩闭环控制和逻辑保护,PLC控制柜对油源和变速箱润滑换档进行管理,计算机同时接收HNC100控制器及PLC控制柜返回的信息。
5、根据权利要求3所述的多功能综合性自动化液压封闭式加载试验台,其特征是:加载试验台计算机控制系统是运行程序的微型计算机和工控机以及HNC100控制器和PLC控制柜,计算机将处理后的操作指令通过以太网传送至HNC100控制器及PLC控制柜,其中,HNC100控制器对4组二次元件进行转速转矩闭环控制和逻辑保护,PLC控制柜对油源和变速箱润滑换档进行管理,计算机同时接收HNC100控制器及PLC控制柜返回的信息。
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