專利名稱：車輪車橋液壓封閉式加載試驗(yàn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛傳動(dòng)裝置加載試驗(yàn)臺(tái)，具體是指一種用于重型車輛的傳動(dòng)橋及輪邊減速器以及其它傳動(dòng)部件的疲勞壽命試驗(yàn)的液壓封閉式加載試驗(yàn)臺(tái)。
背景技術(shù)：
封閉式加載系統(tǒng)分為電力封閉式、機(jī)械封閉式和液壓封閉式。
電力封閉式加載系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩由發(fā)電機(jī)形成，負(fù)載發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能通過電網(wǎng)加以回收并反饋給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，形成封閉的功率流，從而降低試驗(yàn)?zāi)芎?，系統(tǒng)效率高。但所用電氣設(shè)備龐大復(fù)雜，并且由于功率回收技術(shù)是一項(xiàng)專業(yè)性非常強(qiáng)的技術(shù)，整套裝置的成本非常高，又由于回收過程的回收效率的影響以及其驅(qū)動(dòng)仍然需要較大的動(dòng)力，所以很難達(dá)到比較理想的狀況。另外，在系統(tǒng)動(dòng)載變化較大時(shí)，可能對(duì)電網(wǎng)造成較大的沖擊，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)輾Ч╇娤到y(tǒng)。
機(jī)械封閉式加載系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)等轉(zhuǎn)速提供裝置向系統(tǒng)提供所需要的轉(zhuǎn)速，同時(shí)由液壓加載器等轉(zhuǎn)矩施加裝置向系統(tǒng)提供試驗(yàn)所需要的轉(zhuǎn)矩。在這個(gè)過程中，轉(zhuǎn)矩被封閉在由兩個(gè)變速傳動(dòng)裝置、兩個(gè)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量裝置、一個(gè)轉(zhuǎn)矩施加裝置、被試件和陪試件所組成的封閉機(jī)械系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)所提供的動(dòng)力，僅僅是用來平衡系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的機(jī)械損耗，從而降低了電動(dòng)機(jī)的功率消耗。這種加載系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速通過電機(jī)調(diào)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)矩通過調(diào)節(jié)液壓加載器油源系統(tǒng)溢流閥的開啟壓力來設(shè)定，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。因此，這種加載系統(tǒng)不適用于動(dòng)態(tài)模擬加載試驗(yàn)。
液壓封閉式加載系統(tǒng)與電封閉式加載系統(tǒng)相似，但其功率回收是通過液壓網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，在功率回路中只有機(jī)械能與液壓能的相互轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)加載過程中所形成的動(dòng)載影響，基本被限制在液壓系統(tǒng)內(nèi)部，對(duì)電網(wǎng)的沖擊很小。
分動(dòng)器、變速箱、車輪、車橋等傳動(dòng)部件是保證車輛正常行駛的重要組成部分。對(duì)于高機(jī)動(dòng)重型越野汽車來說，傳動(dòng)部件承載的載荷高、使用環(huán)境惡劣，其可靠性和環(huán)境適應(yīng)性能是保證整車機(jī)動(dòng)越野的關(guān)鍵特性。目前，只有經(jīng)過大量、全面的各種復(fù)雜路面的實(shí)車測試或臺(tái)架試驗(yàn)，才能優(yōu)化車輛的設(shè)計(jì)，保證車輛的高機(jī)動(dòng)越野性能。由于重型越野車輛輪橋的動(dòng)力輸入輸出軸數(shù)目多，功率大、工作參數(shù)變化范圍大，工況復(fù)雜多變，要對(duì)其進(jìn)行接近實(shí)際條件下的全面試驗(yàn)，在普通液壓試驗(yàn)臺(tái)上是很難完成的。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)χ匦驮揭败囕v的傳動(dòng)裝置進(jìn)行疲勞壽命試驗(yàn)、具有功率回收功能、具有故障診斷和安全保護(hù)功能的液壓加載試驗(yàn)臺(tái)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括恒壓油源及管路系統(tǒng)、模擬加載系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)四部分。模擬加載系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)單元、二次輸出加載單元、左輪邊加載單元、右輪邊加載單元4個(gè)部分。機(jī)械系統(tǒng)安裝在整體式鑄鐵平臺(tái)上，被試件(車橋20、左輪邊21、右輪邊22)安裝在夾具總成上，模擬加載系統(tǒng)4個(gè)單元以夾具總成為中心，呈十字形布置。驅(qū)動(dòng)單元的雙聯(lián)二次元件1通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀2連接驅(qū)動(dòng)變速箱3的輸入端，驅(qū)動(dòng)變速箱3的輸出端通過驅(qū)動(dòng)軸4與車橋的輸入端相連；二次輸出單元的雙聯(lián)二次元件5通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀6連接二次輸出變速箱7的輸入端，二次輸出變速箱7的輸出端通過二次輸出軸8與車橋二次輸出端相連；左輪邊加載單元的二次元件9通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀10連接左輪邊加載變速箱11的輸入端，左輪邊加載變速箱11的輸出端通過左輪邊加載軸12與被試件左輪邊加載端相連；右輪邊加載單元的二次元件13通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀14連接右輪邊加載變速箱15的輸入端，右輪邊加載變速箱15的輸出端通過右輪邊加載軸16與被試件右輪邊加載端相連。恒壓油源17通過供油管路18向系統(tǒng)提供恒定的高壓液壓油，通過回油管路19向系統(tǒng)提供恒定的低壓液壓油，系統(tǒng)的四組二次元件并聯(lián)于高壓管路與低壓路之間。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與四組二次元件、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀、變速箱、及恒壓油源相連接，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測控。
本發(fā)明還可以包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征1、4個(gè)變速箱3、7、11和15采用漸開線直齒輪傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)變速箱3由三對(duì)雙聯(lián)滑移齒輪變速，可獲得四個(gè)傳動(dòng)比；二次輸出變速箱7由二對(duì)雙聯(lián)滑移齒輪變速，可獲得三個(gè)傳動(dòng)比；左右輪邊加載變速箱11、15分別由二對(duì)雙聯(lián)滑移齒輪變速，可獲得三個(gè)傳動(dòng)比。變速箱的冷卻潤滑裝置包括電機(jī)及齒輪泵23、過濾器24、風(fēng)冷裝置25，齒輪泵23的入口位于變速箱底部、出口連接過濾器24，冷卻潤滑油經(jīng)風(fēng)冷裝置25后，與變速箱內(nèi)部的噴嘴組件相連。
2、夾具總成通過支承臺(tái)架26固定在鑄鐵平臺(tái)上，小抱夾總成27安裝在小T型槽板28上，大抱夾總成29兩套，對(duì)稱安裝在大T型槽板30上，滾輪支架31兩套對(duì)稱，支架總成有對(duì)稱的兩套。
3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是運(yùn)行程序的微型計(jì)算機(jī)和工控機(jī)以及HNC100控制器32、33、34、35和PLC控制柜36。任務(wù)管理單元38是運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上的程序，具有人機(jī)交互界面管理、試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置、試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和運(yùn)行狀態(tài)信息顯示的功能；邏輯控制單元37是運(yùn)行在工控機(jī)上的程序，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)臺(tái)的邏輯控制以及對(duì)象試驗(yàn)參數(shù)的測量，HNC100控制器32、33、34、35分別對(duì)四組二次元件1、5、9、13進(jìn)行轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制和邏輯保護(hù)，PLC控制柜36對(duì)油源和變速箱3、7、11、15的潤滑換檔進(jìn)行管理。任務(wù)管理單元38和邏輯控制單元37之間用以太網(wǎng)交換信息；任務(wù)管理單元38和PLC控制柜36之間用RS485通訊，邏輯控制單元37將操作指令通過專用數(shù)字接口發(fā)送至HNC100控制器32、33、34、35中。
本發(fā)明的1個(gè)驅(qū)動(dòng)單元為轉(zhuǎn)速控制方式，3個(gè)加載單元為轉(zhuǎn)矩控制方式。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用分級(jí)分布結(jié)構(gòu)，包括二次元件的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制、試驗(yàn)系統(tǒng)狀態(tài)超限和保護(hù)、試驗(yàn)系統(tǒng)邏輯控制、試驗(yàn)系統(tǒng)狀態(tài)檢測和參數(shù)測量等；機(jī)械支架和試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)了專用的夾具和一體式的鑄鐵平臺(tái)，提供加載被試件、變速箱和二次元件的支撐和連接。與普通液壓封閉式加載試驗(yàn)臺(tái)相比，通過合理的布局設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了“1+3”的加載模式，專門設(shè)計(jì)的多檔位大功率變速箱，滿足重型越野車整個(gè)系列驅(qū)動(dòng)橋的全功率試驗(yàn)要求，計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了加載系統(tǒng)的自動(dòng)化。
本發(fā)明的4個(gè)變速箱的檔位與二次元件的調(diào)速相配合，覆蓋了原車輛ZF變速器的16檔位的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速范圍，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的全工況，尤其是低速大轉(zhuǎn)矩工況的模擬。變速箱的采用氣動(dòng)變檔，變檔靈活方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。本試驗(yàn)臺(tái)最大加載功率達(dá)到350KW，變速箱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省了空間。
根據(jù)被試件的結(jié)構(gòu)，夾具總成通過支承臺(tái)架固定在鑄鐵平臺(tái)上，小抱夾總成安裝在小T型槽板上，夾緊車橋的二次輸出端，可根據(jù)不同的被試車橋調(diào)整前后位置。大抱夾總成兩套對(duì)稱，安裝在大T型槽板上，夾緊車橋的兩個(gè)輪邊輸出端，可根據(jù)不同的被試車橋調(diào)整左右位置。滾輪支架兩套對(duì)稱，安裝在支架總成上，支承車輪轂。


圖1是本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2變速箱的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是夾具總成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3的俯視圖；圖5是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述結(jié)合圖1，4套二次元件1、5、9和13的液壓端口并聯(lián)于恒壓網(wǎng)絡(luò)18、19上。機(jī)械端口通過轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量儀2、6、10和14，變速箱3、7、11和15，連接軸4、8、12、16與被試車輪車橋20、21、22連接在一起。二次元件1工作于馬達(dá)工況，將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，用來模擬車輛發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力，它同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量儀2、HNC100控制器32構(gòu)成轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。二次元件5、9、13工作于泵工況，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，分別對(duì)被試車橋3個(gè)輸出端口進(jìn)行加載；同相應(yīng)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量儀6、10、14，HNC100控制器33、34、35構(gòu)成轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，都包含有內(nèi)環(huán)和外環(huán)兩種控制回路，由對(duì)應(yīng)二次元件的伺服閥、變量缸、位移傳感器構(gòu)成前置級(jí)排量控制回路、即內(nèi)環(huán)，再加上相應(yīng)的二次元件1、5、9、13、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量儀2、6、10、14，就構(gòu)成了轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制回路即外環(huán)。
當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，處于馬達(dá)工況的二次元件1從恒壓油源及管路系統(tǒng)獲取液壓能，并將其轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，經(jīng)過被試件，驅(qū)動(dòng)處于泵狀態(tài)的二次元件5、9、13，實(shí)現(xiàn)加載。此時(shí)，二次元件5、9、13將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能并回饋給恒壓網(wǎng)絡(luò)，再用來驅(qū)動(dòng)二次元件1，在二次元件1和二次元件5、9、13之間，功率流形成閉式循環(huán)。這樣，恒壓油源僅需提供補(bǔ)償系統(tǒng)的容積損失和機(jī)械損失的液壓能，而驅(qū)動(dòng)二次元件1所需的大部分能量都來自二次元件5、9、13，加載系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了能量回收與利用，系統(tǒng)效率高。
由于四套二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量儀2、6、10、14結(jié)合，可以任意將其調(diào)整為轉(zhuǎn)速控制狀態(tài)用作驅(qū)動(dòng)單元，或轉(zhuǎn)矩控制狀態(tài)用作加載單元，因此可以很方便地根據(jù)不同的被試件，任意設(shè)置其中一套二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)單元，另外1套、2套或3套作為加載單元，構(gòu)成2軸、3軸或4軸復(fù)合加載系統(tǒng)。
結(jié)合圖2，驅(qū)動(dòng)變速箱的冷卻潤滑裝置包括電機(jī)及齒輪泵23、過濾器24、風(fēng)冷裝置25，齒輪泵23的入口位于變速箱底部、出口連接過濾器24，冷卻潤滑油經(jīng)風(fēng)冷裝置25后，與變速箱內(nèi)部的噴嘴組件相連。
結(jié)合圖3、4，夾具總成通過支承臺(tái)架26固定在鑄鐵平臺(tái)上，小抱夾總成27安裝在小T型槽板28上，夾緊車橋的二次輸出端，可根據(jù)不同的被試車橋調(diào)整前后位置。大抱夾總成29兩套對(duì)稱，安裝在大T型槽板30上，夾緊車橋的兩個(gè)輪邊輸出端，可根據(jù)不同的被試車橋調(diào)整左右位置。滾輪支架31兩套對(duì)稱，安裝在支架總成上，支承車輪轂。
結(jié)合圖5，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工作原理是邏輯控制單元37與HNC100控制器32、33、34、35組成系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制核心，前者負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集及系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和系統(tǒng)級(jí)保護(hù)，后者負(fù)責(zé)控制算法的實(shí)時(shí)迭代及二次元件1、5、9、13的元件級(jí)保護(hù)。邏輯控制單元37通過以太網(wǎng)接收任務(wù)管理單元38發(fā)出的控制指令，通過AD數(shù)據(jù)采集卡44采集轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量儀2、6、10、14的反饋信號(hào)，然后通過接口45把數(shù)字信號(hào)控制指令傳送給HNC100控制器32、33、34、35，經(jīng)過控制算法迭代，送出二次元件1、5、9、13的啟停和閉環(huán)控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯控制。任務(wù)管理單元38具有人機(jī)交互界面，可進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置、試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和運(yùn)行狀態(tài)信息顯示，通過RS485通訊口發(fā)送油源和變速箱檔位變換指令至PLC控制柜36，實(shí)現(xiàn)油源的啟停和變速箱檔位的變換。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)化液壓功率回收閉式加載試驗(yàn)臺(tái)，它包括恒壓油源及管路系統(tǒng)、模擬加載系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)四部分。模擬加載系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)單元、二次輸出單元、左輪邊加載單元、右輪邊加載單元組成，機(jī)械系統(tǒng)安裝在整體式鑄鐵平臺(tái)上，被試件安裝在夾具總成上，模擬加載系統(tǒng)以夾具總成為中心，呈十字形布置。驅(qū)動(dòng)單元的雙聯(lián)二次元件經(jīng)過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀連接驅(qū)動(dòng)變速箱的輸入端，驅(qū)動(dòng)變速箱的輸出端通過驅(qū)動(dòng)軸與被試件輸入端連接；二次輸出單元的雙聯(lián)二次元件經(jīng)過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀、二次輸出變速箱、二次輸出軸與被試件二次輸出端連接；左輪邊加載單元的二次元件經(jīng)過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀、左輪邊變速箱、左輪邊加載軸與被試件左輪邊端連接；右輪邊加載單元的二次元件經(jīng)過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀、右輪邊變速箱、右輪邊加載軸與被試件右輪邊端連接，恒壓油源通過油路與模擬加載單元的二次元件連接，向系統(tǒng)提供恒定壓力的液壓油，4組二次元件并聯(lián)于高壓油路與低壓油路之間，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與4組二次元件、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀、變速箱、及恒壓油源相連接，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行程序測控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能綜合性自動(dòng)化液壓封閉式加載試驗(yàn)臺(tái)，其特征是4個(gè)變速箱內(nèi)緊湊布置有齒輪軸，在變速箱的外設(shè)置有與變速箱連成一體的冷卻裝置，變速箱底部裝有液壓油，冷卻裝置電機(jī)連接齒輪泵向變速箱內(nèi)輸送潤滑油、經(jīng)過濾器與風(fēng)冷裝置與變速箱上部的噴嘴組件相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多功能綜合性自動(dòng)化液壓封閉式加載試驗(yàn)臺(tái)，其特征是被試件安裝在夾具總成上，夾具總成固定在鑄鐵平臺(tái)上，小抱夾總成安裝在小T型槽板上，大抱夾總成兩套，對(duì)稱安裝在大T型槽板上，滾輪支架兩套，對(duì)稱安裝在夾具總成上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多功能綜合性自動(dòng)化液壓封閉式加載試驗(yàn)臺(tái)，其特征是加載試驗(yàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是運(yùn)行程序的微型計(jì)算機(jī)和工控機(jī)以及HNC100控制器和PLC控制柜，計(jì)算機(jī)將處理后的操作指令通過以太網(wǎng)傳送至HNC100控制器及PLC控制柜，其中，HNC100控制器對(duì)4組二次元件進(jìn)行轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制和邏輯保護(hù)，PLC控制柜對(duì)油源和變速箱潤滑換檔進(jìn)行管理，計(jì)算機(jī)同時(shí)接收HNC100控制器及PLC控制柜返回的信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能綜合性自動(dòng)化液壓封閉式加載試驗(yàn)臺(tái)，其特征是加載試驗(yàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是運(yùn)行程序的微型計(jì)算機(jī)和工控機(jī)以及HNC100控制器和PLC控制柜，計(jì)算機(jī)將處理后的操作指令通過以太網(wǎng)傳送至HNC100控制器及PLC控制柜，其中，HNC100控制器對(duì)4組二次元件進(jìn)行轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制和邏輯保護(hù)，PLC控制柜對(duì)油源和變速箱潤滑換檔進(jìn)行管理，計(jì)算機(jī)同時(shí)接收HNC100控制器及PLC控制柜返回的信息。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種多功能綜合性自動(dòng)化液壓閉式加載試驗(yàn)臺(tái)。它由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、模擬加載系統(tǒng)、恒壓油源及油路、機(jī)械系統(tǒng)四部分組成。模擬加載系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)單元、二次輸出單元、左輪邊加載單元、右輪邊加載單元組成，試驗(yàn)臺(tái)以被試件為中心呈十字布局，被試車橋車輪放在試驗(yàn)臺(tái)中心，加載單元模擬車輪和后橋產(chǎn)生的阻力負(fù)載為被試件輸出端提供轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩并傳給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。恒壓油源采用電機(jī)帶動(dòng)恒壓變量泵。機(jī)械系統(tǒng)包括夾具總成、鑄鐵平臺(tái)、變速箱和二次元件夾具。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了“1+3”的加載模式，加載功率可達(dá)350KW，能滿足多系列重型越野車驅(qū)動(dòng)橋和車輪的全功率加載試驗(yàn)要求，實(shí)現(xiàn)了加載系統(tǒng)的自動(dòng)化。
文檔編號(hào)G01M17/013GK1844876SQ200610009850
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月24日
發(fā)明者韓俊偉, 姜洪洲, 叢大成, 葉正茂, 趙新通 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)