汇流行星排包箱温度特性试验研究

2018-06-24张金石王立勇唐长亮

设备管理与维修 2018年13期

张金石，王立勇，唐长亮，陈涛

（北京信息科技大学现代测控技术教育部重点实验室，北京 100192）

0 引言

汇流行星排是综合传动装置的关键部件，运行工况恶劣、故障频发，严重制约传动装置的使用寿命和可靠性。通常情况下，汇流行星排在失效之前并无明显前兆。由于是转向功能的汇流装置，当发生严重故障时会造成车辆无法转向或转向失灵，这在车辆的使用过程中非常危险。

汇流行星排包箱中有很多相对滑动的金属接触面，如汇流排齿轮、轴承等。互相接触的金属在相对滑动时会产生摩擦热，而影响机械零件的性能和寿命。此外摩擦热量的不断产生，会使包箱内温度不断升高，当达到某个临界值时会加剧润滑油的变化，当润滑系统出现严重问题时，会导致汇流行星排包箱内齿轮烧毁等不可控的严重后果。通过控制转速和负载功率运行参数以及改变油品工作环境，测得在不同运行工况下的包箱温度。分析运行参数，油品环境对汇流行星排包箱温度的影响。

1 汇流行星排试验台

汇流行星排试验台主要由驱动电机、汇流行星排包厢、冷水机、电涡流测功机，润滑泵站，转矩转速传感器组成（图1）。

图1 试验台结构实物图

试验台采用西门子1PH8电机作为汇流行星排的驱动设备。电机与转矩转速传感器相连，电机作为动力源输出转速和转矩。测功机选用湘仪GW160型电涡流测功机，通过调节励磁电流对汇流行星排输出轴的进行加载。测功机是根据作用力矩与反作用力矩大小相等、方向相反的原理来测量扭矩，因此所测扭矩可以通过作用在测功器上的旋转力矩（即制动器外壳反力矩）来指示。

泵站为汇流行星排提供润滑油并进行循环，润滑油液经冷却器进行冷却，冷却循环介质为纯净水，冷水机为电涡流测功机和冷却器进行冷却。电涡流测功机通过设定负载功率来模拟汇流行星排工作的负载，对输出轴产生阻力矩进行加载，转矩转速传感器用来测定汇流行星排包箱两端输入输出的转速转矩。

2 试验方案

2.1 传感器布置

根据汇流行星排工作状态和工作环境，采用接触式测温法。接触式测温采用电阻式温度传感器，结构简单可靠，可直接反映被测对象真实温度，可对被测对象任何部位多点集中测量。

汇流行星排台架中测量油压、油温、流量、转速、转矩等物理参数的传感器精度要求各不相同，根据各传感器的工作环境，经济适用，响应速度等要求选择。离合器包箱内温度变化幅度较小，使用PT100温度传感器，操纵控制流量和润滑流量均使用液体涡轮流量计监测，输入输出转速、转矩传感器相同，使用湘仪JC2C型传感器。

由于汇流排工作处于旋转状态，传感器不易固定且不能与摩擦面直接接触，综合考虑采用将温度传感器粘贴在包箱内壁和轴承座的方法。下箱体温度传感器布置位置如图2所示。

温度传感器布置实物如图3、图4所示，图3和图4为下箱体温度测点 T1，T2，T3，T4，T5 的布置，图5为上箱体温度测点T6和T7的布置位置。

图2 温度传感器布置示意图

图3 温度测点T3位置

图4 温度测点T1、T2、T4、T5位置

图5 温度点T6，T7位置

2.2 试验过程

试验持续时间 4 d，每天 8 h。（1～3）d，用清洁油品润滑汇流行星排包箱，分别改变驱动电机的转速及测功机的加载功率。第四天，用重度污染油品润滑汇流行星排包厢，并改变电机转速和加载功率。记录润滑油在每个工况试验时的温度。

水温控制要求满足冷却系统的制冷要求，加载功率不能超过当前转速下电机最大转速的输出值，通过计算及试验测试的方法，得到试验加载的最大功率。

3 试验结果及讨论

3.1 清洁油品试验温度变化情况

汇流行星排包箱温度随输入转速和负载功率变化的规律，如图6，图7和图8所示。

如图6～图8所示，在进行清洁油品的污染度试验中，最开始的时候各测试点的温度随输入转速和加载功率的增加而升高，随着时间的延长，系统产生的热量与系统散失的热量趋于动态平衡，导致温度不再明显升降。但温度会随着输入转速和负载功率的改变而上下波动，如图7中，在（250～350）min，负载功率基本保持不变，输入转速下降，温度下降。图8中，在（350～450）min，输入转速基本保持不变，温度随负载功率的上升而升高。