变速箱变角度测试系统

郭玉宝，孙 勇，谢建宇

(长春机械科学研究院有限公司，吉林 长春 130103)

变速箱变角度测试系统

郭玉宝，孙 勇，谢建宇

(长春机械科学研究院有限公司，吉林 长春 130103)

介绍了一种新型变速箱测试系统，该系统能够使变速箱在空间位置成一定的姿态，模拟变速箱在上坡、下坡、斜坡等不同工况的状态，实现变速箱在各个工况下进行不同挡位的换挡与跑合试验，从而测试出变速箱的扭矩、转速、温度、油温等物理量，用以评价变速箱的性能以及质量。

变速箱；变角度；测试系统；试验台

1 引 言

变速箱是机械产业中非常重要的零部件，其性能及质量严重影响到整机的使用，变速箱的测试则是评价变速箱性能及质量的重要手段。在行走机械及工程机械的变速箱测试中，经常采用的测试方式是随整机进行野外测试，可测试变速箱在不同状态下的性能及质量，但成本高、测试周期长。本试验系统采用室内测试的方式，模拟实际使用工况对变速箱性能进行测试。

本测试系统采用变频电机带动变速箱进行转动，传动装置采用带传动，扭矩测试使用扭矩传感器，转速测试采用光电编码器， 由液压装置驱动形成角度状态，由回转支撑结合角度状态，模拟出整机的上坡、下坡、斜坡等不同工况，从而对变速箱的转速、转矩、温度、油温等不同物理量在不同工况下进行测试。该测试系统亦可进行长时间的疲劳跑合试验。

2 整机主要技术指标

(1)旋转角度：0°-360°；

(2)倾斜角度：0°-30°；

(3)倾斜角度精度：1°；

(4)最大扭矩：500N·m；

(5)最大转速：2400r/min；

(6)标称功率：200kW；

(7)起测转速：300r/min；

(8)扭矩量程：1kN·m；

(9)扭矩精度等级:±1.5%(10%-100%)；

(10)采样频率：转速、扭矩信号1000Hz。

3 主要工作原理

由液压缸支撑倾斜平台形成0-30°无级可调的倾斜角度，由回转支撑在倾斜平台上形成0°-360°无级可调的回转角度，倾斜角度与回转角度相互配合，可模拟出变速箱不同使用工况，如上坡、下坡、倾斜行走等，如图1所示。

图1 姿态模拟的工作原理

变频电机带动的传动装置及变速箱等安装到倾斜平台上，变频电机根据试验要求输入不同转速，通过扭矩传感器采集扭矩以及转速，采用PLC控制变速箱的电动换挡。在试验过程中，对试样的输入转速、温度、压力等数据进行采集，最终通过工控机进行数据处理，并保存及显示。

4 系统结构

主机由变速箱(试样)1、扭矩传感器2、轴承座3、变频电机4、移动支腿5、旋转驱动装置6、倾斜平台7、液压支撑缸8、回转支撑9、底部平台10、回转锁紧装置11、回转平台12等零部件组成，如图2所示。

图2 主机外形图

4.1 变速箱

变速箱为被测试样，可兼容电动换挡变速箱。本测试系统可最多采用6路控制电压24V、电流大于700mA的电路进行电动换挡驱动，同时可采集12路压力信号、8路温度信号(PT100)、5路转速信号、10路开关量信号(滤芯堵塞报警信号、液位信号)。以上信号自动采集，并通过工控机进行数据处理保存及显示等。

4.2 扭矩传感器

扭矩传感器采用HBM公司生产的T40B高精度扭矩传感器(如图3所示)。T40B数字扭矩传感器采用磁学转速技术，能够在具有油污和灰尘的恶劣工业环境下使用。

图3 T40B扭矩传感器

T40B采用的磁学脉冲测量技术能够提供非常高的脉冲输出能力，可达1024脉冲/转，并且在转速非常低的情况下，也具有极高的测量精度。本系统采用的扭矩传感器的量程为1kN·m，精度为±0.5%(10%-100%)。

4.3 轴承座

轴承座是传递扭矩、承受皮带弯矩的主要部件，其内部由两组高速轴承组成，最大可承受6000r/min的转速。轴承座一边由带轮输入，另一边带动扭矩传感器，是承上启下的重要部件。轴承座简图如图4所示。

图4 轴承座简图

4.4 变频电机

变频电机是带动变速箱转动的原动力，本系统采用ABBA公司生产的四级变频电机，型号为315L4B，最大超频达100Hz，额定扭矩1273N·m，额定转速1488r/min，标称功率200kW。

5 传动系统主要零部件主要参数的选择

电机功率200kW，电机额定转速1488r/min(4级电机)，电机额定扭矩1273N·m，变速箱要求扭矩500N·m，转速要求为2400r/min。

5.1 设计功率计算

Pd=KaP=200kW×1.6×1.05=336kW

式中，Ka为工况系数，取1.6，且为增速传动，工况系数Ka再乘系数1.05；P为电机功率，200kW；Pd为设计功率。

5.2 带型的选择

根据设计功率336kW、转速2400r/min，依据图5选定带型，皮带采用窄V带15N,15J。

图5 皮带选型图表

5.3 传动比的计算

从动端最大转速n1=2400r/min，原动机(电机QABP-315L4B)额定转速n2=1488r/min，则传动比为：

i=n1/n2=2400/1488≈1.61∶1

6 技术特点及先进性

6.1 试验方法的先进性

(1)可进行性能测试，也可进行疲劳测试。

(2)可在实验室内完成模拟变速箱在行走过程中，上坡、下坡、倾斜行走等各种姿态，且坡度无级可调，解决了随整机测试结果不稳定、耗费资金大、测试时间长等问题。

(3)变速箱与其它零部件隔离开，保证测试结果的准确性。

(4)可配合高低温箱，进行高低温下的性能测试。

(5)可配合水冷及风冷系统，对变速箱进行冷却。

6.2 设计的先进性

(1)倾斜坡度可无级调节。

(2)回转角度0°-360°可无级调节。

(3)倾斜回转均为自动控制。

(4)通过回转与倾斜的相互配合，模拟出上坡、下坡、倾斜行走等不同状态。

(5)可对电气自动换挡变速箱进行电气驱动，试验过程中通过软件的设置程序，自动进行不同挡位之间的切换，从而进行自动无人值守试验。

7 结束语

变速箱变角度测试系统可实现室内模拟野外整车测试，节约成本，且参数可控性强，整机二次开发性强，自动控制性好，属国内首创的变速箱试验系统。

[1]JB/T9720-2001 工程机械 变速器性能试验方法[S].

[2]王三民.机械设计计算手册[M].第二版.化学工业出版社,2012.

Variable Angle Testing System for Gearbox

Guo Yubao, Sun Yong, Xie Jianyu

(Changchun Research Institute for Mechanical Science Co., Ltd. Changchun 130103, Jilin, China)

Variable angle testing system for gearbox is a new type of test bench which can make the running test through the servo motor, and simulate the different gearbox working condition, such as uphill and downhill slope road condition. At the process of gearbox running and shifting, the data of torque, rotation speed, temperature, oil temperature are obtained, and the performance and quality of the gearbox are evaluated.

gearbox; variable angle; testing system; test bench

2016-11-02

郭玉宝(1982-)，男，汉族，本科学历，工程师，研究方向：电液伺服试验设备及非标试验设备。

TH87

B

10.3969/j.issn.1674-3407.2016.04.015