拖拉机离合器盖压盘总成试验装置开发

郭晓博，刘玉婷，刘增凯，王宁毅，郭军卫

（1.洛阳拖拉机研究所有限公司，洛阳 471039；2.凯迈（洛阳）测控有限公司，洛阳 471003；3.中信重工工程技术有限责任公司，洛阳 471003）

0 引言

拖拉机离合器是拖拉机产品的一个关键零部件，但是截至目前，在我国拖拉机零部件测试领域，还没有一种结构紧凑、可靠，测量过程简单，测量结果精确，自动化程度较高的拖拉机离合器盖压盘总成试验装置[1-4]。现有的技术和装置，因需要依靠人力手动调节压盘位移，导致测量不够精确，测量数据不易同步、不能连续采集数据样本，需要耗费大量人力资源，测量过程费时费力，导致测试结果难以精确符合要求。

1 试验装置硬件构架

试验装置立足于被试拖拉机离合器盖压盘总成测试需求，并充分考虑解决现有试验装置结构复杂、测量过程繁琐、测量结果准确度低等问题。该试验装置确定的设计思路不仅考虑了整体的自动控制功能，还充分考虑了如何提高测量结果准确度。

试验装置的硬件设施是能否顺利实现测控的基础，构架的设计是否合理，直接影响控制的难易程度以及软件编写的难易程度，硬件设施的选型对参考软件的设计和测控精度也有很大的影响，所以拖拉机盖压盘总成试验装置的硬件设计非常关键。

试验装置硬件架构主要包括控制计算机、控制软件、数据采集控制设备、位移传感器、拉力传感器、电机控制器等。

试验装置对计算机性能要求不高，常规配置的计算机可以满足需求。

控制软件基于美国NI公司的LabVIEW软件进行设计。数据采集控制设备选用美国NI公司的数据采集控制卡，具备模拟量输入、数字量输出功能，可以采集位移传感器、拉力传感器传入的数据，同时可以输出信号至电机控制器，控制贯通轴式步进电机动作。

位移传感器、拉力传感器采用进口高精度传感器，以保证测量准确可靠。

贯通轴式步进电机以及电机控制器选用高精度步进电机，以确保整个系统的控制准确度。

图1为拖拉机离合器盖压盘总成试验装置控制系统框架图。

图1 拖拉机离合器盖压盘总成试验装置控制系统框架图Fig.1 Tractor clutch cover plate assembly test device control system frame diagram

2 试验装置机械结构设计

根据拖拉机离合器盖压盘总成产品特点及其测试需求，设计了拖拉机离合器盖压盘总成试验装置，包括驱动装置、力测量机构、位移测量机构和盖压盘安装固定机构。其中，驱动装置包括贯通轴式步进电机、贯通轴式步进电机贯通轴、贯通轴式步进电机固定螺钉、防脱弹垫、防脱螺母；力测量机构包括上连接支座、上固定销轴、上关节轴承连接杆、上双头螺栓、精密拉力传感器、下双头螺栓、下关节轴承连接杆、下固定销轴、下连接支座；位移测量机构包括上连接支座、位移传感器固定装置、位移传感器、位移传感器固定螺钉；盖压盘安装固定机构包括拉杆、拉杆固定半圆块、拉杆固定半圆块防脱套、压盘。拖拉机离合器盖压盘总成试验装置的结构示意图如图2所示。

图2 拖拉机离合器盖压盘总成试验装置结构示意图Fig.2 Tractor clutch cover plate assembly test device structure diagram

部件连接方式为：拉杆穿过压盘、被试离合器盖压盘总成样品、固定支架的中心孔，一端通过拉杆固定半圆块压住压盘，一端与上连接支座相连，拉杆固定半圆块防脱套套在2个拉杆固定半圆块外面，压盘压在被试离合器盖压盘总成样品上面，被试离合器盖压盘总成样品放置在固定支架上端面正上方，上关节轴承连接杆通过上固定销轴与上连接支座联结，精密拉力传感器通过上双头螺栓与上关节轴承连接杆联结，下关节轴承连接杆通过下双头螺栓与精密拉力传感器联结，下连接支座通过下固定销轴与下关节轴承连接杆联结，贯通轴式步进电机贯通轴穿过防脱弹垫、防脱螺母与下连接支座联结，防脱弹垫通过防脱螺母与下连接支座、贯通轴式步进电机贯通轴连为一体。固定支架下的横板上通过贯通轴式步进电机固定螺钉固定连接有贯通轴式步进电机。贯通轴式步进电机通过贯通轴式步进电机固定螺钉固定连接在固定支架下的横板上，位移传感器的活动端通过位移传感器固定装置固定连接在上连接支座上，上连接支座上通过位移传感器固定装置固定连接位移传感器的活动端。

控制计算机与数据采集控制设备电联结，拉力传感器、位移传感器、电机控制器与数据采集控制设备电联结，电机控制器与贯通轴式步进电机电联结。

3 试验装置原理及试验方法

本试验装置的工作原理：整个试验装置由贯通轴式步进电机驱动，通过贯通轴式步进电机贯通轴来控制被试离合器盖压盘总成样品的位移和压紧力。将被试离合器盖压盘总成样品安装好之后，在控制软件中将当前位置位移置零，然后按照设定的位移使被试离合器盖压盘总成样品进行分离结合动作，整个过程中计算机以100 Hz采样频率自动采集保存整个过程中的数据，并自动计算试验结果、绘制试验曲线。

试验方法是一套试验装置的具体操作规范，与试验装置的结构息息相关，同时又需要满足相应的标准规定，最终将试验装置与相关标准的要求融合，完成所需的测试需求。根据试验装置结构，并参照JB/T 6703—2014《拖拉机离合器 台架试验方法》中离合器盖、压盘总成性能试验的规定[5]，试验装置试验方法规定如下：

1）将被试拖拉机离合器盖压盘总成安装于拖拉机离合器盖压盘总成试验装置上；

2）将拖拉机离合器盖压盘总成试验装置所有部位连接紧固好，确认防脱螺母锁死；

3）开启控制计算机，预热10 min；

4）操作控制计算机，使贯通轴式步进电机模拟盖压盘总成的分离接合动作数次后，将贯通轴式步进电机归至零位，使得精密拉力传感器显示为零，同时将位移传感器置零；

5）开启系统数据采集功能，使贯通轴式步进电机执行拉动作，直至达到被试拉机离合器盖压盘总成最大分离行程，等待1 s后，使贯通轴式步进电机继续执行拉动作，使被试拉机离合器盖压盘总成压盘总位移超过最大分离行程，然后使贯通轴式步进电机执行复位动作，直至位移恢复为0；

6）将控制计算机采集的分离特性数据、曲线及负荷特性数据、曲线导出；

7）关闭控制计算机，将被试拖拉机离合器盖压盘总成拆下，完成试验。

4 结束语

拖拉机离合器作为拖拉机的关键零部件，其性能的优劣，决定着拖拉机的用户体验。一旦发生故障则会导致车辆无法运行，因此设计出一个性能良好、质量可靠的离合器非常重要。但如何对离合器产品本身进行测试以及如何设计出相应的试验装置，却是广大科研机构和企业一直探索的问题。

本课题设计了一种结构简单、可靠，测量过程简单，测量结果精确，自动化程度较高的拖拉机离合器盖压盘总成试验装置，可以进行拖拉机离合器盖压盘总成分离特性和负荷特性试验，测试结果稳定可靠。