变速器试验台

2024-09-08

变速器试验台（共9篇）

变速器试验台篇1

一、背景概述

上世纪80年代, 我校的液压教研室和实验室的老师们就设计了液压阀插装试验台, 该试验台属教学和科研教兼用型。是根据典型液压系统常见功能, 设计了同时能进行调速, 压力控制, 减压, 顺序工作, 油缸差动及双泵供油等基本回路, 并可形成一个较复杂的液压系统进行工作。该试验台能完成压力阀, 流量阀, 油泵等性能实验和测定阀的泄流量等功能。

现在我院的师生们做变速器换挡实验时, 只能通过试验台上的仪表判断各个油路是否参与了动作, 而要判断该动作过程中各个仪表上的读数是否准确, 只能手工记录仪表读数再与标准值进行对比, 从而加重了教学任务和实验的复杂程度。随着计算机技术的快速发展, 无论液压系统控制还是液压试验台的测试大多都引入了计算机控制系统。传统的液压实验台已经不能很好的满足正常的实验教学需求, 因此我们设计开发出了一套自动变速器试验台测控系统。

二、研究过程

1、研究内容:

在掌握和理解流体动力学及液压技术, 依靠本学院实验室现有自动变速器试验台的基础上, 对学院原有自动变速器试验台进行改装, 研制出一种非仪表显示的自动变速器试验台的测控系统。该系统可完成实验过程的自动控制, 数据采集, 数据整理, 即时显示, 实验报告生成等功能。

2、基本思路:

启动变速器试验台, 通过观察我们可以发现, 自动变速器试验台在执行换挡动作时, 总共有七条油路在工作, 但每个档位下又有各自相应的油路在动作, 只有在保证每个档位相应油路动作, 同时还要保证油路压力正确的前提下, 自动变速器才能准确顺利的完成换挡。所以这七条油路能否正常工作对变速器能付顺利换挡起着决定性的作用。第一步:我们先利用仪表将变速器正常工作时各个档位相对应的动作油路及压力准确的测出来, 该数据将作为PC机进行数据诊断的依据。如图。

第二步:通过外设油管将自动变速器油路控制的七个接口外接出来, 然后在每条油路上连接一个电磁阀, 再用一个压力传感器将七个电磁阀连接起来, 最后将压力传感器采集的数据送入PC机, PC机可依据自身存储的正确数据进行自动判断。如在P档位时, 正确换挡情况应是, 1号油路和2号油路动作, 其压力值分别为0.24MP和0.33MP, 此时压力传感器会将测得的数据送入数据诊断系统, 如果1号2号油路不动作而其他的油路参与了动作, 或者1号2号油路检测压力不在正常范围之内, 数据诊断系统可进行自动判断, 并在PC机上进行故障显示, 说明P档位时变速器换挡存在故障。

三、结论及建议

通过对学院原有的自动变速器试验台进行改造, 设计开发出一套液压综合试验台及自动测控系统, 该系统能够检测汽车自动变速器各个档位的油压并能进行故障判断。结合PLC控制和PC机数据采集, 串行通讯技术, 能够实现对液压综合实验台的自动控制, 数据采集, 数据处理, 即时显示, 曲线绘制, 实验报告生成等功能, 及能很好地为教学服务又能为科学研究服务。

参考文献

[1]吴勃生、齐英杰:《液压阀插装试验台的设计》, 《东北林业大学学报》, 1990年2期。

[2]邓玉萍、郝云鹏:《用同步阀控制柱塞缸的同步回路的设计与研究》, 《鞍山师范学院报》, 1996年4期。

[3]路书礼、关赫强、林安飞:《丰满大坝溢洪系统液压启闭的同步控制》, 《大坝与安全》, 2003年5月。

[4]朱宏义、秦永法:《自锁液压缸在扫路车中的应用》, 《工程机械》, 2000年11月。

变速器试验台篇2

分析了汽车行驶工况,根据汽车发动机的瞬态工况计算出机械式手动变速器的动态载荷,以此设计出加载试验台控制系统.试验台利用工业PC进行现场数据采集,监视系统运行状态,通过CT-NET总线实现工业PC与CT变频器之间的.通讯,CT变频器软PLC进行电机实时控制,模拟动态载荷并实时加载.

作者：任永强陈清红景兴淇 REN Yong-qiang CHEN Qing-hong JING Xing-qi 作者单位：任永强,陈清红,REN Yong-qiang,CHEN Qing-hong(合肥工业大学,机械与汽车工程学院,合肥,230009)

景兴淇,JING Xing-qi(机械工业第六设计研究院,郑州,450007)

变速器试验台篇3

试验台系统结构

试验台主要由变频柜 (有源整流单元、逆变单元) 、加载电动机、驱动电动机和数据采集设备、PLC控制系统和上位机组成。试验台系统结构如图1所示。

功率驱动装置

功率驱动装置由驱动电动机、加载电动机、整流单元和逆变单元组成。

驱动电动机使用某系列交流电动机, 该电动机是配有鼠笼式转子的强制或密封风冷型异步电动机, 额定功率560k W, 额定转矩3 055N·m。

加载电动机是某公司推出的新一代电动机, 广泛应用于各种运动控制设备和机器上。额定功率为855k W, 额定转矩7 560N·m。

整流单元为直流母线供电, 可以用于多电动机传动系统, 从电网中获取近似正弦曲线的电流并且几乎不产生电源谐波失真。有源整流装置总是与匹配的有源滤波装置一起运行。它包括所需的预充电电路和一个电网净化滤波器。

逆变单元采用某变频装置, 驱动逆变柜与驱动电动机自带的转速传感器构成转速闭环调节系统, 精确控制驱动电动机的转速, 也可以与电动机轴上的转矩传感器构成转矩闭环调节系统。加载逆变柜则与负载电动机的转速传感器构成转速闭环调节系统, 与扭矩传感器构成扭矩闭环调节系统, 精确控制负载电动机的转速和扭矩。

整流柜中安装有控制单元CU320, 控制整个变频柜, 包括整流柜、拖动逆变柜和加载逆变柜。CU320与整流柜、逆变柜以及编码器信号处理器之间通过西门子Drive-Cliq电缆连接。

控制系统

控制系统由PLC控制柜、ETS辅助控制柜、OPD操作台、DAQ数据采集柜组成。其中:PLC控制柜为主控制柜;ETS辅助控制包括从站ET200S, 用于油泵、电磁阀等的控制;OPD操作台含上位监控系统中的MP277操作面板及WMA操作界面;DAQ数据采集柜一台 (与PLC控制柜为同一个柜体) , 用于各种信号的采集, 包括压力信号通道 (22路) 、转矩信号通道 (2路) 、变速器速度信号通道 (8路) 、温度信号通道 (16路) 、电流信号通道 (10路) 、流量信号通道 (6路) 、变速器速度信号高速采集通道 (8路) 、振动信号调整采集通道 (8路) 、数字量输入通道 (16路) 和数字量输出通道 (8路) 。

试验台的控制和调节

试验台的启动信号准备与系统工作流程如图2和图3所示。

试验台上的各种温度、压力、流量、扭矩和振动等检测信号通过数据采集系统存入计算机。上位监控系统由工控机和监控软件构成。上位监控系统与PLC通过Profibus DP相连。通过PLC控制系统, 可对变频调速系统进行控制;通过数据采集系统可对各测试参数进行记录、报警、趋势显示、报表打印及测试结果评估。

PLC采用西门子的S7-315DP/PN系列控制器及模块量模块。控制中心采用某数据采集系统。工业控制计算机选用西门子工控机。PLC配有通过Ethernet通讯的MP277操作面板, 用于显示和操作。

结语

变速器试验台篇4

永磁式缓速器性能指标及试验方法研究

在介绍永磁式缓速器结构、工作原理的基础上,提出了以最大制动力矩、动作时间、制动减速度、热衰退率、恢复差率、漏磁力矩作为永磁式缓速器的.性能测试指标,并提出了相应的试验方法.

作者：王卫 WANG Wei 作者单位：宁波韵升高新技术研究院,浙江,宁波,315040刊名：安全与环境工程英文刊名：SAFETY AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING年，卷(期)：16(4)分类号：X924.4 U463.5关键词：汽车永磁式缓速器性能特性制动

自动变速器性能试验分析篇5

一、换挡试验

换挡试验是指发动机在怠速状态下, 通过改变自动变速器换挡操纵杆的位置, 来测定动力传递到驱动轮所经历的时间, 从而判断故障点。时滞时间是指变速杆从某一挡换入某一挡瞬间, 液压控制系统发生作用, 动力经行星齿轮、传动装置到达驱动轮所经历的时间。

具体表现是:发动机处于怠速时, 将变速杆换入某挡的瞬间, 汽车由静止到产生振动的时间。

测试的目的:测定主油路油压、换挡执行元件 (超速挡直接挡离合器、前进挡离合器、直接挡离合器、第一挡和倒挡) 制动器的工作情况。实验前准备: (1) 在正常油温 (50～80℃) 下进行实验。 (2) 务必在各项实验之间有1min的间隔。 (3) 进行3次测量, 取其平均值。 (4) 将驻车制动器踩到脚底。 (5) 启动发动机, 检查怠速 (在N挡位, 关掉空调) 。 (6) 将换挡杆从N挡换至D挡位。用秒表测量从换挡开始至感觉到震动的时间。用同样的方式, 测量N→D换挡时的时滞, 时滞:N→D小于1.2s, N→R小于1.5s。

时滞试验故障分析如下表:

(1) 如果变速器的ATF油面过低 (所有挡位上的油液低于控制阀体) , 那么, 空气就会从滑阀处进入液压控制系统。系统进入空气后, 就会导致挂挡时滞时间延长, 挂挡后至少需3～4s汽车才能起步。 (2) 如果自动变速器油滤清器堵塞, 也会造成空气进入。随着发动机转速的提高, 油泵因供油不足而产生真空, 油泵外为正压, 油泵内为负压, 此时再好的密封圈也无法阻挡空气的进入。在此情况下, 在大负荷、换挡和满载时, 油泵内会进入较多的空气, 这时, 变速器前部会有轰鸣声, 用手触摸变速器油底壳可以感觉到频率高的震动, 汽车最高时速不超过100km/h, 如果解体变速器会发现中高速制动器摩擦片烧蚀。 (3) 变矩器内支承导轮的单向离合器卡滞, 汽车车速上不去, 换挡试验时, 时滞时间严重滞后。

案例:一辆宝来1.8T轿车, 装有01M变速器。当车辆在变速器D挡行驶时, 出现了3挡升4挡有时出现严重打滑现象。

诊断过程:接车后我们进行了换挡试验 (时滞试验) , 除了D挡外, 其它挡位均正常, 有时偶尔有两个空挡, 变速器在3挡升4挡位时, 打滑明显严重, 由于其它挡位正常, 说明与变速器油位无关。然后我们对问题挡位电磁阀及线路进行了检测, 这些都正常, 我们初步断定可能是手动阀位置不对, 于是我们拆下油底壳进行检查, 结果发现手动操纵杆锁紧螺栓是松动的。由于此螺栓松动, 导致手动阀位置不正确而引起油路串联, 造成变速器出现换挡干涉并产生异响, 并烧蚀了K3离合器摩擦片。维修变速器, 拧紧手动阀螺栓后, 再进行路试, 症状消失。

二、失速试验

失速试验是在车速为零的前提下, 测试发动机转速的试验。即在挡位处于前进挡或倒挡时, 踩住制动踏板, 发动机处于最大转矩工况, 而此时自动变速器的输出轴及输入轴均静止不动, 变矩器的涡轮不动, 只有变矩器壳及泵轮随发动机一同转动, 此工况为失速情况, 此时, 发动机的转速为失速转速。

1.失速试验目的

(1) 检查液力变矩器各部件性能是否良好。例如泵轮与涡轮之间的液流传动性能, 导轮的液流传导性能, 导轮单向离合器锁止导轮及准确释放性能等。 (2) 检查自动变速器内部行星齿轮机构、换挡执行机构是否正常。例如:齿轮传动是否完好, 离合器制动器摩擦元件间是否具有承受大扭矩而不打滑的能力。 (3) 发动机的输出功率是否正常。 (4) 辅助其他试验或结合其他试验进行故障诊断。

2.失速试验时, 变速器内部受到一个极大的扭矩负荷, 因此要事先做好以下几方面工作:

(1) 根据生产厂家的设计说明及变矩器的技术现状分析, 是否适合进行失速试验。 (2) 确认发动机加速性能良好, 否则造成测得的失速转速对自动变速器的技术性能反映失真。 (3) 变速器内的油面与油温必须正常, 保证测试结果准确, 防止对变速器的损害。 (4) 脚制动器与驻车制动器的性能良好, 保证试验时能充分地将车轮制动住, 满足测试操作的要求, 并保证安全。 (5) 汽车须有良好的安全条件。用三角木将车轮塞住, 汽车周围不应有影响安全的人或障碍物。 (6) 必须保证测出发动机的转速。

3.试验步骤

变速箱试验台节能改造篇6

作为装载机的主要传动部件,变速箱性能对装载机质量影响巨大,因而在变速箱的生产研发过程中,必须对产品做多种性能试验,掌握各项性能指标,因此,性能试验台也就成了变速箱生产研发中的一项重要工具。

1变速箱性能试验台主要构成

我们原有的变速箱性能试验台由试验台主体、变速箱液压/冷却系统、电气工作系统、计算机控制系统等组成。试验台主体包括设备安装平台、电机驱动装置、输入端转矩转速传感器装置、变速箱安装装置、输出端转矩转速传感器装置、增速箱、涡流测功机等。试验台主体结构如图1所示。

1—电机驱动装置2—输入端转矩转速传感器装置3—变速箱安装装置4—输出端转矩转速传感器装置5—增速箱6—涡流测功机

2试验台改造原因

试验台采用三相交流电机驱动(额定功率:250 k W),负载采用涡流测功机(吸收功率:315 k W/额定转矩:2 000 N·m)。在做变速箱寿命试验时,要模拟发动机115 k W输出,变挡位带负载工作300~500 h,耗电至少34 500 k W·h,能耗巨大,费用高昂。而且因为试验台设立时面对的是机械换挡式变速箱,试验操作较为麻烦,已经无法满足现在电磁阀液控变速箱的试验要求。因此,我们对试验台进行改造,以满足试验要求。

装载机电磁阀液控变速箱具有R1、R2、R3、N、F1、F2、F3、F4等多个变速挡位,在做寿命试验时需要模拟实际工况,在变换挡位、变换负载、变换速度等多种情况下长时间运行,输入转速有时要求达到2 500 r/min或更高,输出负载可能高达5 000 N·m,能耗更加巨大,费用高昂。因此我们对试验台进行改造,主要针对计算机控制系统与电气工作系统,试验台主体只需用加载电机代替涡流测功机作为变速箱负载,其余部分都可用回原有的设备,大大减少了改造工程,降低了改造费用。

3试验台改造

试验台计算机控制系统可采用原有的操作台、工控机、显示器、数据板卡等构成,采用简体中文Windows XP中文操作系统,用图形软件(Lab VIEW)编程,按照试验的要求,设计了自动/手动两种试验形式,简化了实验操作方式,操作台上只有电源控制、冷却水控制,其他如电机、变速箱挡位等所有控制都在电脑软件中完成。

手动实验状态,可以在电脑显示屏上直接选择变速箱挡位,对驱动电机进行变频调速,对加载电机的输出扭矩连续调节。

自动试验状态,只需输入试验要求的转速、扭矩、挡位等参数,即可让变速箱在变挡位、变扭矩状态下连续循环运行,满足试验要求。

同时计算机控制系统可实时监控/采集转矩、转速、油温、油压、流量等参数(图2),生成EXCEL文件,输出试验报告,试

验操作极为方便。

3.1电气工作系统

驱动电机选用250 k W、4极三相交流异步电动机,采用变频器闭环控制、无极调速,转速范围:0~2 200 r/min。

加载电机选用250 k W、4极三相交流异步电动机,可提供0~1 530 N·m转矩,采用变频器闭环控制。因为变速箱试验输出扭矩可能高达5 000 N·m,为满足试验需要,在加载电机前,选用速比为3倍的升速箱,以达到升速降扭的作用,理论上可做到最大输出扭矩相应提高3倍,即4 590 N·m,可满足试验要求。

变频控制系统选用西门子工程型变频调速器(SIMOVERT MASTERDRIVES),负载端用整流回馈系统,加载电机工作在发动机状态,所发电能通过整流回馈装置直接回馈给直流母线。

电气工作系统由自耦变压器、整流回馈单元、公共直流母线、逆变单元、驱动电机、加载电机等部件组成,主回路框图如图3所示。

工作时,由驱动电机提供动力,驱动变速箱工作,在不带载工作时,驱动电机由外部电网提供电能,将三相交流电整流成直流电,通过公共直流母线送往逆变单元,再由逆变单元逆变成三相交流电,可根据需要改变输出电压与频率,实现变频调速目的。

式中,N为转速;F为频率;P为电机极对数。

当试验变速箱需要带负载时,负载扭矩完全由加载电机提供,此时通过逆变单元2,根据需要的负载扭矩与负载转速,使电动机形成需要的同步转速n1,而驱动电机通过变速箱带动加载电机转子以转速n同向运转,转子转速n超过同步转速n1,电动机工作在回馈制动状态,因为n>n1,转差率s=(n1-n)/n1<0,所以转子电动势反向(E=s E1<0),转子电流反向,转子电磁转矩反向,为制动转矩。此时驱动电机带动加载电机转子以高于电动机同步转速旋转,加载电机将驱动电机输入的机械功率转成电功率输出回馈给系统,加载电机以发电机状态工作,这时所发电能通过整流回馈系统的逆变单元2,整流成直流电回馈公共直流母线,供给驱动电机工作,减少了外部电网的电能输入,达到了节能效果。

此外,由于两个系统共用一个整流单元,共用直流母线,加载产生的能量回馈给驱动电机使用,全部在系统内部消耗,不影响外部电网,使设备更加简单、紧凑,减少了安装空间,大大降低了设备成本。而且变速箱带载试验负载为电负载,负载做功全部回馈系统内部使用,使得变速箱带载试验所消耗电能几乎与不带载试验相当,极大地降低了能耗,效果显著。

3.2电气安装布置

我们将工控机、显示器等控制系统安装在操作台上,与动力柜分开,操作部分采用36 V安全电压,使操作更加安全。而驱动电机、加载电机的变频器、整流回馈单元、主控开关等安装在动力柜中,因为变频器的无线干扰辐射是由带有微处理器的控制部分决定的,对计算机的数据传输影响较大,因此应将其密闭安装于动力柜中,以减少干扰,同时各种数据传输、传感器都应使用屏蔽电缆,以保证各种传输数据准确无误,避免错误。而选用的西门子变频系统配有进线电抗器,有较好的高频谐波抑制效果,降低了对系统数据的干扰。

4实际耗能测量

在实际工作中,我们对变速箱进行300~500 h的寿命试验,试验要求变速箱输入转速2 000 r/min,各挡位输出扭矩R1:3 150 N·m、R2:1 875 N·m、F1:3 150 N·m、F2:1 875 N·m(相当于实际工作中,变速箱安装在装载机上,装载机发电机输入功率115 k W的常态工作状况)。各挡位分别运行10~15 min,自动换挡,长时间循环运行,能耗巨大,费用高昂。

式中,W为能耗(k W·h);P为功率(k W);H为时间(h);U为电压(V);I为电流(A);T为扭矩(N·m);n为转速(r/min)。

变速箱空载运行时,电网电压为378 V,驱动电机输入电流为100 A,电网侧试验台消耗总电流为103 A。实际消耗电功率P为:

P=U×I/1 000=378×103/1 000≈38.9 k W

变速箱带指定扭矩负载输出时,用电压、电流表测量各点参数如表1所示,功率用公式P=U×I/1 000计算获得。

分析表1数据可知:

P≈P1-P2

式中,P为试验台实际消耗功率,在电网供电端测得;P1为驱动电机输入功率;P2为加载电机回馈功率。

也就是说,改造后的试验台,变速箱带载工作时,实际消耗的能量约为驱动电机消耗的能量减去加载电机回馈给系统的电能,带载工作实际耗电量与空载运行相当,每小时可节省约74 k W·h电能,这也与我们的理论估算相符。

以F1挡位为例计算:

若按一次寿命试验带载运行300 h计算,可节省电能:

节能效果显著,经济效益巨大。

5结语

变速箱试验台控制系统篇7

1 试验台性能

1)模拟发动机性能:功率600 kW,最高转速3 600 r/min,最大转矩3 000 N·m,调速范围30～3 600r/min。

2)模拟负载性能:最高转速3 000 r/min,最大转矩8 500 N·m,调速范围30～3 000 r/min。

3)系统稳速精度为0.05%FS,动态速降为0.2%,稳定调节时间<3 s。

4)转矩响应时间<5 ms,转矩控制精度<±0.5%FS,PID调整至稳定状态时间≤1 s。

5)电机正反转双向运行。

6)可以在全功率和全速度范围内任意转速转矩点连续运转。

7)通过软件控制具有模拟发动机特性曲线的功能。

8)控制系统可以模拟同功率发动机性能曲线运转,具有电子惯量系统。

9)控制系统具有控制台操作、计算机操作两种操作方式。

10)控制台操作通过操作按钮和电位器实现电机控制。

11)计算机操作具有通过计算机键盘鼠标实现电机的随机控制和电机按程序预设的工作点和工作时间自动完成试验过程。

12)动力电机控制方式。模拟发动机油门控制方式(开环),P=f(v) ;定转速控制方式(闭环),v=f(t);定转矩控制方式(闭环),M=f(t)。动力电机控制系统可实现电子惯量控制系统功能,使动力电机在试验过程中能更接近发动机性能。

13)加载测功机控制方式。定转速控制方式(闭环),v=f(t);定转矩控制方式(闭环),M=f(t);M(n)方式加载,M=f(n),n=f(t);左右差速加载控制方式,n1-n2=f(t);左右差转矩加载控制方式,M1-M2=f(t);道路载荷谱输入加载,M=f(n,t);程序加载。实现连续加减速试验。从1档连续不间断地加速到6档,测试试验件从零速到最高速的时间。可实现大半径转向试验。

14)主要试验项目。①自定义的开发研究试验,设备可以单独控制,控制方式可以合理自由组合,实现试验目的。②传动系统工作状态模拟试验,加速性能试验(电机P=f(v),测功机M=C),制动性能模拟试验(电机P=0,测功机M=f(t)),自动换挡模拟试验(电机P=f(v),测功机M=f(t))。③预定义的程序试验。简单程序循环;简单程序多重循环;高级程序循环 (换挡)。

控制系统具有自定义的开发研究试验功能,控制设备可以单独控制,控制方式可以合理自由组合,实现试验目的。

2 控制系统构成

变速箱换档试验台控制系统主要由动力驱动系统、加载控制系统、测控系统、液压系统、辅助机械等系统组成。

动力电机为1台ABB电机,额定电压 AC 690 V,额定功率620 kW,额定转速2 251 r/min,额定频率37.9 Hz,最高转速3 600 r/min。

力矩测量:HBM公司T10F转矩传感器,3 kN。

加载电机为2台ABB电机,额定电压 AC 690 V,额定功率1 200 kW,额定转速2 200 r/min,额定频率37.1 Hz,最高转速3 000 r/min。

力矩测量:HBM公司T10F转矩传感器,10 kN。

变频电机驱动系统由ABB公司ACS800多传动模块组成,ISU整流器型号为:ACS800-207-0940-7,额定功率928 kW,额定电压AC 690 V。动力电机逆变器型号为:ACS800-107-1160-7,额定输出功率900 kW,额定电压AC 690 V。加载电机逆变器型号为:ACS800-107-1760-7,额定输出功率1 400 kW。电机、逆变器的选型基于按重载应用考虑,具有5 min工作周期内1 min 150%过载能力。

试验台的自动化控制系统设计成3级网络控制,传动为零级,通过传输速率10 Mb/s的光纤连接与ABB公司高性能控制器AC80连接。基础自动化级为1级,采用西门子公司带有Profibus-DP通讯接口的S7-300可编程控制器。上位监控计算机为2级,采用西门子Wincc监控软件完成对整个控制系统的监控、操作、设定,操作界面全汉化方便使用。为了便于维护、提高可靠性和减少电缆敷设量,操作台设有ET200M远程站,基础自动化级和传动级远程I/O站以及AC80之间通过Profibus-DP进行数据通讯,上位机和基础自动化级之间的通讯采用Ethernet TCP/IP通讯。

西门子公司的S7-300系列高性能PLC完成整个试验台的启动、运转、连锁控制,试验程序的执行由ABB公司高性能控制器AC80完成。由于采用高性能的AC80控制器和PLC控制器,系统具有很快的数据处理能力和较大的程序存储能力,可完成复杂的试验控制。系统可存储试验件在不同工况下的转速、转矩等的函数,通过人机接口选择试验工况并输入相关试验参数使试验自动运行;系统还可存储不同发动机的特性曲线,可以控制动力电机按照发动机特性运行。监控计算机具有整个试验台控制系统的监控功能、故障诊断功能。

PLC作为上位监控微机的接口,主要完成对试验台的动力系统和辅助系统的顺序逻辑控制、故障信号处理以及PROFIBUS DP、Ethernet TCP/IP网络通讯。监控系统除完成电气系统的诊断、报警和存储、监控电气系统外,还完成试验程序的编制及调用、原始数据输入、画面显示、生产报表打印等工作。并对整个电气系统各监控状态画面进行显示,实时显示给定转速、给定转矩、实测转速和转矩的变化曲线,并实现动力输出、测功机加载、数据采集的操作控制。并具有远程计算机监控、远程计算机权限内操作的功能。PLC控制系统还具有换档控制输出,按试验要求编制程序,控制10路换档控制器的通断,控制信号指令发出的时间可以由软件控制并可以通过监控画面进行修改。系统构成见图1。

3 控制功能实现

3.1 加载方案

根据试验台要求,选择电力测功机加载。采用电力测功机方案是因为电力测功机和其它测功机加载相比具有以下特点:1)优异的加载特性。具有额定转速以下(直至零转速)恒转矩特性。电涡流测功机、水力测功机等加载器的低速性能不好,在一个相对低转速下甚至无法加上转矩(负载)。电力测功机非常理想地解决了这一问题,这对于电机、变频器和低速变速箱性能测试来说至关重要。2)具有正反转向同样的加载特性。一些加载器只能一个方向加载,例如水力测功机等,而电力测功机可以方便地改变加载方向,对于那些需要频繁改变转向的试验是非常必须的。3)节能环保。采用电力回馈,大大节约能源消耗。一般可以节能80%以上(主要取决于被测系统损耗),对于需要长时间工作的试验系统,节能效益非常可观(例如内燃机、变速箱出厂试验)。4)正向加载(发电机运转)、反转倒拖(电动机运转),无环流任意切换。这对于那些既需要加载又需要倒拖的试验(例如内燃机试验、变速箱转向试验)非常方便。5)全数字化调节,精度高、稳定性及可靠性好、响应快。6)使用方便。无需水冷、油冷装置;调节方便;设备简单,占地少。7)具有消除电机惯量的功能即电子惯量功能。各种不同加载器的性能特点见表1。

考虑试验台的先进性、合理性以及扩展性要求,试验台动力和加载部分控制均采用变频器直接驱动变频电机,电机驱动采用ABB公司的ACS800系列多传动模块,整流器选用由IGBT组成的具有能量回馈功能的ISU整流器。其中1台变频电机作电动运行(或发电运行),作为试验台的动力;2台变频电机作发电运行或电动运行,用作变速箱的加载力矩即加载系统,由于采用直流公共母线运行方式,驱动部分和加载部分组成电功率闭环,加载电机将产生的电能回馈到直流母线乃至电网,达到较好节能效果,实现电能循环。这样整个系统消耗较小的电功率,整个试验台系统装机容量可以降低。

电力测功机的加载电机共由2台交流变频电机组成,单边为1台交流变频电机,试验变速箱与电力测功机之间直接连接,没有变速箱。由于没有变速箱,在做加速试验时连续无间断从零速到最高转速运行。采用电力加载系统可以实现零转速满转矩控制,而这是采用其它加载形式无法做到的。

试验台动力和加载电机均有独立的相同系列的逆变器控制,具有整体一致性的设计结构,每台电机的工作状况可以独立控制,无论电动和发电还是转速和转矩控制,可根据不同试验内容,自由设定或转换。ACS800系列高性能的4象限传动模块整流器允许以电动模式和发电模式进行整个功率范围的能量转换,两种模式之间的转换是非常快的,这基于DTC技术的快速控制性能,从电动功率模式(Pn)到发电功率模式(-Pn)的转换仅需要几个ms,且转换过程连续无滞后。这种性能可以满足复杂的试验控制要求,如在转向试验中加载电机从发电工作状态快速转变为电动工作状态作为动力电机使用。

3.2 恒转矩控制

控制系统的转矩控制采用DTC控制,在额定转矩下,转矩阶跃响应时间<5 ms。在额定转矩时,非线性度为±1%。控制系统转矩控制采用转矩直接和间接混合控制系统,在转矩DTC控制环上,增加直接转矩控制作为转矩控制微调,使转矩控制达到控制精度要求。直接转矩检测选用HBM公司的T10F转矩传感器。试验台转矩控制精度优于±0.5%。其中转矩控制部分框图见图2。

3.3 模拟发动机油门控制方式

根据试验科目,预先设定一个恒定的加载转矩,根据油门开度信号,AC80按照预知的发动机特性曲线,实时计算出驱动电机的转速给定,在实际输出转矩小于发动机输出转矩时,拖动电机按照恒转速方式运行,当实际输出转矩大于发动机输出转矩时,拖动电机按照发动机转矩曲线方式运行,并根据实际情况实施“熄火停车”。该试验科目用来模拟变速箱从1档连续升到最高档,车辆从零速连续加速到最高速的换档状态,检测换档时间是否紧凑、转速(车速)有无冲击等。

3.4 电惯量模拟功能

电惯量模拟和机械惯量模拟问题,应该说机械模拟更精确,没有时间滞后。但是,机械模拟存在范围限制和级差限制,因此现在采用较少。电动加载控制系统除要根据试验要求调节加载力矩外,更重要的一项功能是根据不同的车重通过电惯量模拟的方法对加载系统的能量进行补充。计算出加载电机的加速度dn/dt,

Td =π·M·R2/30·η×(dn/dt) (1)

根据式(1),当加速时,加载电机自动增加负荷(转矩),而当减速时加载电机自动减小负荷(转矩)。可实现电惯量模拟的目的。

采用专用软件包,快速精确地计算加载电机实际加速度,完成惯量模拟。电惯量模拟控制原理见图3。

4 结束语

该试验台已于2006年5月成功使用在某车辆研究所变速箱试验台,试验台功能、数采精度完全满足要求,各种指标均达到设计要求,工作稳定。

摘要：采用全数字化、全网络化集散控制技术和电功率封闭技术模拟变速箱的全部工作状态、过程:驱动—发动机制动—反拖—换档—离合器结合驱动等,完成正拖换档、正拖加载、反拖加载和反拖换档等。检验自动变速箱换档动作时序及各种因素对变速器换档时的影响。用于控制和测量变速箱的转速、转矩、功率、传动效率、温度等各种参数。动力系统的驱动、加载电机采用单独变频器驱动,驱动部分和加载部分组成电功率闭环,加载电机将产生的电能回馈到直流母线乃至电网,达到较好节能效果,实现电能循环。

关键词：变速箱,电力测功机,电功率封闭,自动控制

参考文献

[1]ABB电气传动系统有限公司.ACS800系统软件7.X固件手册[Z].北京:北京ABB电气传动系统有限公司,2005.

[2]ABB电气传动系统有限公司.ACS800 IGBT供电控制程序7.X固件手册[Z].北京:北京ABB电气传动系统有限公司,2005.

一种汽车自动变速器实验台的研制篇8

关键词：AT,实验台,电路,设计

1 概述

本文设计的奥迪A6 AT实验台是以室内多媒体教学为重点, 故明确的目标就是设计尽量简洁、合理、直观并安全, 有针对性地确定实验台结构, 选择各元器件, 连接电路, 以便能使学生在实验期间直观地了解掌握AT的工作原理并使之加深印象, 达到良好的教学效果。

2 系统的总体设计

2.1 实验台总体方案的选择和确定

实验台架采用刚架结构形式支承整个系统, 这样既能减少材料节省成本, 也减轻了整个实验台的质量, 便于整体移动。控制面板采用硬质白色塑料未原材料, 同样也达到了节省成本减轻重量的效果。

2.2 ABS实验台基本工作原理

在以多媒体教学的前提下, AT实验台的基本工作原理可以从机械系统和电控系统两个方面来阐述:

一、机械系统:动力由驱动电机提供, 电机电源采用380V/50HZ的外接电源, 并可通过变频调速器调节转速。电动机工作后, 通过带传动带动一根传动轴转动, 动力再传到AT的液力变矩器。输出加载采用盘式制动器, 踩下制动踏板, 液压系统传递制动力使制动盘工作, 降低AT的转速。

二、电控系统:由蓄电池供电, 通过熔断丝、点火开关到达AT电脑, 使各个传感器、指示灯、轮速显示模块等处于工作状态。其中模拟故障开关为常闭型, 正常状态下电路均通电。通过通断故障模拟开关可设置多个系统故障, 这样即可要求学生诊断并排除故障。显示面板上印有实验台电路原理图, 图中设有 (C1~C19) 19个信号检测端子, 端子设置位置和实际电路相对应。这样可在实验过程中方便直观地利用万用表、试灯等检测工具测出相应的信号或参数, 以增强学生对AT系统电路的理解和掌握能力。

3 系统的硬件设计

AT实验台由多个元器件组成, 在选择部件的同时还应考虑到实用性、使用环境、制造成本、安全性等多方面的因素。机械部分涉及:轴承、联轴器、V带、大众片刹等。

3.1 实验台电源的选择

在该套AT实验台系统中, 需要使用到电源的有AT电脑 (12V) 、电动机 (380V) 。由于系统中的用电系统并不多, 为了节约成本, 控制电路部分采用12V的蓄电池作为电源, 机械部分则将380V作为驱动电机的电源。

3.2 驱动电机的选择

在本系统中, 电动机是实验台的动力源, 为了模拟不同车速下的制动, 要求电动机调速方便, 启动较快。电动机是系列化的标准产品, 其中以三相异步电机应用为最广。考虑到实验台的具体工作环境和要求, 选用Y系列的电动机, 并对照常用三相异步电动机产品型号、结构特点及应用场合, 初步确定为小型三相异步电动机。功率估算在电机拖动范围内

PW≥F阻= (η轴承×7) ×η皮带×η盘刹+2kw<5kw

当踩下刹车产生输出阻力, 5kw电机远不能克服输出阻力, 此时连接电源的刹车开关, 将电源切断, 故刹车阻力为0, 即η盘刹取1, ηAT阻力, 据调查估计为2kw。

3.3 变频调速器的选择

变频器类型的选用, 要根据负载的要求来进行。由于本AT实验台系统的电机用于驱动皮带轮, 其负载转矩正比于转速的平方, 低速下负载转矩较小, 通常可以选用普通功能型U/f控制变频器。通过查阅《交流变频调速器选用手册》, 初步选用惠丰HFV-315型变频器。

4 系统的电路设计

4.1 奥迪A6 AT系统原始电路的分析、整理

设计本实验台电路的第一步就是将奥迪A6 AT系统的原始电路图进行详细的分析, 理解并最终整理出一套纯粹的包含电源、接地、电脑、传感器、执行器及辅助件 (如导线、熔断丝等) 的AT系统电路原理图。

4.2 实验台主体部分电路设计

AT实验台主体部分设计的电路相对较少, AT ECU放在显示面板右下角, 它引脚上的很多连线都将和控制柜内的元件相连接然后传至显示面板各相应引脚。此外, 在主体部分还涉及到电机调速变频器的连接线路及传感器负信号线上的检测端孔的连接等。

4.3 实验台控制部分电路设计

控制控制部分电路是实验台电路最重要的组成部分, 即相对主体以机械部分为主, 控制部分以电路为基础, 将实验台所需的开关、指示灯等元件相连接起来。控制部分电路的设计主要是在从原始电路中整理出来的AT系统电路图上加入或舍去一些线路元件, 详细设计过程如下:

4.3.1 轮速信号显示模块设计

AT实验台显示面板上对三个传感器均用四位七段LED数码管设有轮速显示模块。通过从轮速传感器上采集到转速信号送到显示模块内的单片机, 信号再经过处理, 由LED显示。显示模块主要硬件单片机AT89S52、四位七段LED84S数码管、时钟电路。

4.3.2 故障开关的选择布置

故障开关是AT实验台作为多媒体教学设备的特色设置, 可在教学过程中通过通断开关人为设置故障, 学生就可用相应的检测工具进行故障诊断、分析、排查, 从而加强学生实际操作能力。本次设计的故障开关数量共有19个, 均为常闭开关, 分布在多条线路上, 将它的位置设在控制柜的侧面。

4.3.3 检测端口的布置

和故障开关相似的, 检测端口也是实验台的特殊设计。不同的是开关用于设置故障, 而检测端口的设计就是为了方便地通过检测相应的信号或参数从而排除故障。

5 系统的测试和实验项目

目前本系统的软硬件开发工作已基本完成, 对系统做了测试, 并开发了一些实验项目, 总体来说, 达到了设计目标。目前基于该系统可开设的实验有:可演示自动变速箱的空档起动、倒档运行、各前进档的跳档运行等工作过程;有专门的智能故障设置, 可设置自动变速箱的常见故障等。

结语

本系统的创新点如下:通过变频器调节驱动电机的转速, 实现AT在不同转速下进行换档;可动态设置AT系统故障, 符合教学对AT系统实验台的要求;设置了和实验台原理图相融合的检测端口, 更便于教学过程中实际故障检测排除的方便性。以上是本人对该项目的一个粗浅的总结, 不妥之处敬请指正。

参考文献

[1]陈开考.自动变速箱原理与检修[M].浙江大学出版社.2006.

[2]朱迅.汽车自动变速器维修[M].机械工业出版社.2002.

变速箱在线试验台技术研究应用篇9

关键词：变速箱,在线试验台,阶次分析,故障诊断

1 引言

汽车变速箱直接影响着汽车行驶的安全性和燃油经济性,所以变速箱作为传递运动和动力的齿轮装置在传动机械中具有重要的作用。但由于其本身结构复杂、工作环境恶劣等原因,齿轮及变速箱容易受到损害和出现故障,即使是新变速箱也可能由于装配、加工误差等原因而出现故障。以往变速箱的出厂检测都是以人工判断为主,由操作人员凭听觉判断是否出现异常噪声等现象,并以此作为判断齿轮箱好坏的依据,这就存在很大的主观性和不确定性。另外,当前我国汽车市场火爆,变速箱生产厂商生产任务繁重,再加上人力成本逐年增加,亟需一种高度自动化的变速箱试验台架来代替人工的操作,提高生产效率。

国内外研究机构试验台开发出了形式各异、种类繁多的试验台架基本上满足产品质量检测的需要。国外的几家著名台架公司,如采埃孚(ZF)、吉孚(GIF)等,开发了不同种类的试验台架,基本上是以计算机测控为主[1]。但是,国外设备结构复杂,维护困难,通用性差,一旦需要增加变速箱品种,必须增加新的设备,因而带来了一些经济损失。

2 试验台总体设计

该试验台为整体式布局如图1,动力组件和传动组件全部集成在一块大底座上。台架主要是由驱动系统、加载系统(左加载单元、右加载单元)、夹具系统、试验台上件轨道及物流系统和换档执行机构组成。

驱动系统由驱动电机、输入端扭矩传感器、扭矩限制器、驱动轴承座和电磁离合器组成。驱动单元作为一套组件,它的主要功能是提供驱动力,输入扭矩过载保护,实时准确测量输入端的扭矩,断开和接通驱动电机到变速器的动力。

左右加载单元均由加载电机、多楔带、传动轴承座、万向传动轴、加载轴承座组成。左侧加载电机和多楔带、左侧传动轴承座、万向传动轴、左侧加载轴承座依次相连,从而使动力传输到变速器的输出轴。左右的加载轴承座都可以在自己的平移油缸的作用下移动,以此来满足不同变速箱品种的要求。

夹具单元由夹具体、变速器定位销、变速器检测块、夹紧缸组成。夹具体下方装有滑块导轨,在气缸的推动下夹具体可以在导轨上滑动;当夹具体处于前位时,夹具体此时的位置是抓取变速器的位置;当夹具体处于后位时(即左侧),夹具体此时的位置是变速器试验开始后的位置。

轨道及物流系统:变速器的到达试验台前先经过转台,转台转过90°后将变速器送至平移转换台,平移转换台再将变速器送至输送料轨道上。移转换台有两组滚道和三个位置,通过输入输出滚道的位置切换,可以使变速器的输送料效率得到很大的提高。变速器到达试验台并停止移动后,顶起定位机构处的位置检测开关检测到载有变速器的托盘已到位,顶起机构可以自动或手动将托盘顶起,使托盘上升脱离输料滚道。

换档机构:换档机构由升降伺服电机、换档伺服电机、减速机、扭矩传感器和换档头组成,根据系统的命令,通过一系列的动作使得换档机构可以像人手那样完成换档试验[2],在过程中传感器可以实时监测,任何异常的情况都会被检查发现,发现后会立刻报警,自动切断电源,从而保证安全生产。

3 控制系统设计

试验台是通过空档试验、动态换档试验、倒档加载试验、正拖加载、反拖加载等试验内容,对变速箱总成各档位工作运行状况进行试验。这就对于控制系统提出了很高的要求。

MF70/65B在线加载试验台的电气控制可分为三部分:(1)以西门子S7-300PLC为核心,通过西门子的总线连接外围一系列的现场模块和触摸屏作为它们的输入和输出,这样试验台就可以完成其所需要的动作,以及监测故障信息;(2)以CT变频器及内部集成的CPU为核心,为台架提供动力以及协调上下位机按试验流程进行试验[3];(3)以工控机作为核心,其中集合了数据采集板卡,输入输出板卡等组成的输入输出模块,完成一些分析和测量的任务。其中,这三部分之间由多种通讯网络连接进行信号和数据交互,其电气控制系统框图如图2所示。

4 实验分析系统

试验台核心部分是故障诊断系统。这个试验台的故障诊断系统是以虚拟仪器为载体的,使用阶比分析方法的诊断系统。本文的故障诊断系统分为硬件部分和软件部分。硬件部分由振动信号传感器、编码器、采集卡和工控机组成。软件主要是显示系统状态,以及实现人机交互。

现在的故障诊断系统中主要是经验系统。但是经验系统只能保存以前的完整的信息,对于当前的信息却不能及时地继承下来,使得系统不能实时更新。所以,一个全新的以经验系统和实时诊断更新系统相结合的系统被提出来,我们称之为专家系统。它具有完整的知识库,可以自动学习,使得知识库可以及时更新。本文专家系统(如图3)可以及时发现变速箱的故障,并及时更新专家系统的数据库。

各部分详细说明:

(1)振动信号采集,可以获取振动信号,将其采集到工控机中作为诊断故障的依据。

(2)提取信号特征,主要是对时域信号的有量纲特征值(方差,平均幅值,均方幅值,峰值等)以及无量纲特征值(峭度,波形指标,峰值指标,脉冲指标);阶比特征参数就是阶比变换后的复制、倒谱和解调谱等。

(3)统计及加权,它可以总结变速箱振动信号特征并加以分析。变速箱的某一方面的最新特点会被统一起来和以往的特点进行综合,得到基准F。根据经验,选择基准F的2~6倍作为基准。所以,确定阈值为F·(1+δ)(δ为经验系数)。

(4)判断准则,将信号新特征和阈值进行比较,设置不同的适合自己的可信度,得到最终的故障概率。例如变速箱有7个特征值,其可信度根据经验列表如表1。当1、5、7位置大于阈值,其故障概率为:15%+8%+11%=34%。

(5)数据特征存储结构,分别为正常特征、故障概率、故障类型。里面可以任意删减和增加故障类型。

(6)人机交互,实时更新数据,人为调整参数和增减故障类型等。

5 实验结果分析

本试验系统自动生成参考的阈值,也就是特征的上限。然后会对被测实际的变速箱生成一个新的谱线,当生成谱线在阈值下面,表示没有故障的生成。超过阈值则表示有故障了,在根据超出阈值的位置,判断什么地方出了故障,如图4所示。

6 结语

本文根据变速箱运行原理,自动实现了变速箱的在线加载以及故障诊断,取得了明显效果。减少了线体上工作的人员,控制了厂商生产成本,可以实时监测和判断变速箱生产质量。

变速箱在线加载试验台的研制成功对变速箱故障诊断具有很重要的意义,将有广阔的市场和应用前景。