工程機械變速箱總成性能檢測分析試驗臺的製作方法
2023-05-08 08:16:11
工程機械變速箱總成性能檢測分析試驗臺的製作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及一種用於檢測變速箱出廠前的檢測分析試驗臺及試驗方法，特別 設及一種工程機械變速箱總成的各性能檢測分析的試驗臺及其試驗方法。
【背景技術】
[0002] 變速箱是現工程機械的重要傳動部件，其為了能在整機裝配前準確地評價出該變 速箱的傳動質量和性能，變速箱在出廠前均會放置在試驗臺上進行檢測。現變速箱試驗臺 過多採用的是滿流測功機、液力測功機，即在試驗臺中由驅動電機產生能量經過待測變速 箱到終端的加載設備，運樣驅動電機的能量通過待測變速箱消耗於終端的加載設備，造成 能量消耗大，不宜用於長期試驗中。
[0003] 另，工程機械的變速箱的輸出均是與液力變矩器連接，目前的變速箱試驗臺設計 主要只針對變速箱的出廠檢測和性能檢測（即傳動效率的檢測），對於液力變矩器的出廠檢 測只能在不同試驗臺進行測試，即變速箱與液力變矩器分別在不同試驗臺上進行，而變速 箱與液力變矩器是一同使用的，運就造成兩者不能準確模擬在同一工況下的性能試驗，試 驗可靠性較低；同時，現有的試驗臺無法對變速箱進行NVH檢測，使變速箱的品質性能無法 得到進一步提局。
[0004] 有鑑於此，本申請人對上述問題進行深入研究，遂由本案產生。 【實用新型內容】
[000引本實用新型的目的在於提供一種工程機械變速箱總成性能檢測分析試驗臺，其可 實現變速箱與液力變矩器在同一工況下進行性能試驗，還能對變速箱進行NVH檢測，使變速 箱的品質得W提高，並具有節能，省電的優點。
[0006] 為了達成上述目的，本實用新型的解決方案是：
[0007] -種工程機械變速箱總成性能檢測分析試驗臺，包括基座，設置在基座上的待測 變速箱，待測液力變矩器和驅動電機，驅動電機的輸出端與待測變速箱的輸入端傳動連接， 待測變速箱的輸出端與待測液力變矩器的輸入端傳動連接;還包括第一轉矩轉速傳感器、 第二轉矩轉速傳感器、第=轉矩轉速傳感器、陪侍齒輪箱、加載電機、振動傳感器、噪聲傳感 器、數據採集卡、控制器和上位機，上述驅動電機的輸出端通過上述第一轉矩轉速傳感器與 上述待測變速箱的輸入端傳動連接，上述待測變速箱的輸出端通過上述第二轉矩轉速傳感 器與上述待測變速箱的輸出端傳動連接，上述待測液力變矩器的輸出端通過上述第=轉矩 轉速傳感器與上述陪侍齒輪箱的輸入端傳動連接，上述陪侍齒輪箱的輸出端與上述加載電 機的輸入端連接，上述加載電機經共直流母線與上述驅動電機供電連接;上述振動傳感器 安裝在上述待測變速箱上，上述噪聲傳感器固定安裝於上述待測變速箱的上方，上述第一 轉矩轉速傳感器的輸出端、第二轉矩轉速傳感器的輸出端、第=轉矩轉速傳感器的輸出端、 振動傳感器的輸出端和噪聲傳感器的輸出端均通過上述數據採集卡與上述上位機數據傳 送連接，上述上位機經上述控制器與上述驅動電機和上述加載電機控制連接。
[0008] 上述噪聲傳感器設置有=個，上述噪聲傳感器的檢測端朝下設置，並與上述待測 變速箱之間的間距為0.3m，s噪聲傳感器分別處於上述待測變速箱的左上方、正上方和右 上方，=噪聲傳感器的輸出端均與上述上位機的輸入端連接。
[0009] 上述待測變速箱具有輸入軸、中間軸和輸出軸，上述待測變速箱輸入軸的軸承座、 上述待測變速箱中間軸兩端的軸承座及上述待測變速箱輸出軸的軸承座上均安裝有上述 振動傳感器。
[0010] 本實用新型的有益效果如下:通過第一、二、=轉矩轉速傳感器的採集數據可得到 待測變速箱的輸入、輸出轉速，待測液力變矩器的輸入、輸出轉速，從而可計算得到待測變 速箱和待測液力變矩器的傳動效率，實現對待測變速箱出廠試驗檢測的同時，也可檢測液 力變矩器的傳動效率試驗，且待測變速箱和待測液力變矩器連接在一起進行測試，使變速 箱和液力變矩器的測試能夠保證在同一工況條件下，並能夠更加符合測試對象的實際工作 情況，試驗可靠性高；同時，通過振動傳感器和噪聲傳感器可對變速箱工作情況下的振動情 況和噪聲情況進行採集，得W進行NVH檢測，從而計算得到變速箱的振動和噪聲特徵，從而 了解變速箱的振動源和噪聲源，為降低變速箱的振動和噪聲提供可靠的理論依據，W提高 變速箱的品質和運行壽命;另，待測液力變矩器輸出的能量可經陪侍齒輪箱傳遞給加載電 機發電，加載發光電機發出的電再回饋給驅動電機再利用，實現能量的重新利用，節能，省 電。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0012] 圖2為本實用新型的控制原理框圖；
[0013] 圖3為振動傳感器和噪聲傳感器的安裝示意圖；
[0014] 圖4為上位機的振動和噪聲分析流程圖；
[0015] 圖5為振動信號分析流程圖；
[0016] 圖6為噪聲信號分析流程圖。
【具體實施方式】
[0017] 本實用新型的一種工程機械變速箱總成性能檢測分析試驗臺，如圖1、2所示，包括 基座1、待測變速箱2、待測液力變矩器3、驅動電機4、第一轉矩轉速傳感器5、第二轉矩轉速 傳感器6、第=轉矩轉速傳感器7、陪侍齒輪箱8、加載電機9、振動傳感器10、噪聲傳感器11、 上位機100、數據採集卡200和控制器300;其中：
[0018] 該待測變速箱2、待測液力變矩器3、驅動電機4和加載電機9均安裝在基座1的上表 面上，且待測變速箱2的輸出軸線、待測液力變矩器3的輸出軸線、驅動電機4的輸出軸線和 加載電機9的輸出軸線在同一直線上，該驅動電機4的輸出端通過第一聯軸器12與待測變速 箱2的輸入端傳動連接，且聯軸器12與待測變速箱2的輸入端之間安裝有該第一轉矩轉速傳 感器5,用於測量待測變速箱2輸入端的轉速，該待測變速箱2的輸出端通過第二聯軸器13與 待測液力變矩器3的輸入端傳動連接，且待測變速箱2的輸出端與第二聯軸器13之間安裝有 該第二轉矩轉速傳感器6,用於測量待測變速箱2輸出端的轉速，該待測液力變矩器3的輸出 端通過第=轉矩轉速傳感器7與陪侍齒輪箱8的輸入端傳動連接，陪侍齒輪箱8的輸出端通 過第=聯軸器14與加載電機9的輸入軸傳動連接，該加載電機9經共直流母線與驅動電機4 供電連接，即在加載電機9的輸出端上連接傳動系統的變頻器15，變頻器15將加載電機9產 生的電能存儲在共直流母線中，共直流母線中的電能再經變頻器16供給處於電動狀態的驅 動電機4使用。
[0019] 如圖3所示，所述的振動傳感器10設置有四個，四個振動傳感器10分別安裝在待測 變速箱2上，該待測變速箱2具有輸入軸2a、中間軸化和輸出軸2c，且該待測變速箱2對應於 輸入軸2曰、中間軸化和輸出軸2c處相應設置有軸承座，四個振動傳感器10對應安裝在待測 變速箱2的輸入軸2a的軸承座，待測變速箱2的中間軸化兩端的軸承座及待測變速箱2的輸 出軸2c的軸承座上，各振動傳感器10為磁座式振動傳感，其設置在軸承座上可使振動信號 的監測較為理想和精準。
[0020] 所述的噪聲傳感器11設置有=個，噪聲傳感器11的檢測端朝下設置，並與待測變 速箱2之間的間距為0.3m，S噪聲傳感器11分別處於待測變速箱11的左上方、正上方和右上 方。
[0021 ]四振動傳感器10的輸出端，S噪聲傳感器11的輸出端，第一轉矩轉速傳感器5的輸 出端，第二轉矩轉速傳感器6的輸出端，及第=轉矩轉速傳感器7的輸出端均通過該數據採 集卡200與上位機100數據傳送連接，且上位機100通過控制器300與驅動電機4和加載電機9 轉矩、轉速控制連接，即由上位機100發出控制指令，此控制指令經控制器300來控制驅動電 機4和加載電機9的轉速及轉矩。
[0022] 本實用新型的工程機械變速箱總成性能檢測分析試驗臺的有益效果如下:通過第 一、二、=轉矩轉速傳感器的採集數據可得到待測變速箱的輸入、輸出轉速，待測液力變矩 器的輸入、輸出轉速，從而可計算得到待測變速箱和待測液力變矩器的傳動效率，實現對待 測變速箱出廠試驗檢測的同時，也可檢測液力變矩器的傳動效率試驗，且待測變速箱和待 測液力變矩器連接在一起進行測試，使變速箱和液力變矩器的測試能夠保證在同一工況條 件下，並能夠更加符合測試對象的實際工作情況，試驗可靠性高；同時，通過振動傳感器和 噪聲傳感器可對變速箱工作情況下的振動情況和噪聲情況進行採集，得W進行NVH檢測，從 而計算得到變速箱的振動和噪聲特徵，從而了解變速箱的振動源和噪聲源，為降低變速箱 的振動和噪聲提供可靠的理論依據，W提高變速箱的品質和運行壽命;另，待測液力變矩器 輸出的能量可經陪侍齒輪箱傳遞給加載電機發電，加載發光電機發出的電再回饋給驅動電 機再利用，實現能量的重新利用，節能，省電。
[0023] 採用上述工程機械變速箱總成性能檢測分析試臺的具體試驗方法，包括如下步 驟：
[0024] -、上位機100初始化，並在上位機100上輸入待測變速箱2的型號及試驗類型的相 關參數，準備試驗開啟條件;其中試驗類型參數包括空載試驗參數、傳動效率試驗參數、加 載試驗參數、超載試驗參數和噪聲試驗參數；
[0025] 二、啟動驅動電機4,加載電機9,上位機100經控制器300對驅動電機4和加載電機9 分別進行轉速、轉矩控制，之後第一轉矩轉速傳感器5、第二轉矩轉速傳感器6、第=轉矩轉 速傳感器7、各振動傳感器10和各噪聲傳感器11開始測量，第一轉矩轉速傳感器、第二轉矩 轉速傳感器、第=轉矩轉速傳感器、各振動傳感器和噪聲傳感器的採集數據經數據採集卡 200通過W太網發送給上位機100;
[0026] =、上位機100通過接收模塊接收第一轉矩轉速傳感器、第二轉矩轉速傳感器、第 =轉矩轉速傳感器、振動傳感器和噪聲傳感器的採集數據，並通過分析系統對採集數據具 有數據分析，具體的是:上位機接收的第一、二、=轉矩轉速傳感器的採集數據通過上位機 的轉速分析模塊進行傳動效率分析處理，分析得到待測變速器和待測液力變矩器的傳動效 率;如圖4所示，上位機接收的振動傳感器的採集數據通過上位機的振動分析模塊進行振動 分析，分析得到待測變速箱的振動特性，上位機接收的噪聲傳感器的採集數據通過噪聲分 析模塊進行噪聲分析，分析得到變速箱的噪聲特性；
[0027] 該振動分析模塊具有時域分析模塊，用於變速箱勻速轉動分析的頻譜分析模塊， 用於變速箱勻速轉動分析的功率譜密度分析模塊，及用於變速箱非勻速轉動分析的階次分 析模塊，如圖5所示，此振動分析模塊的具體流程是:上位機對驅動電機進行轉速控制，之後 根據各振動傳感器的振動信號判斷是否為勻速運行，當選擇"是"時採用功率譜密度分析模 塊進行分析，得到信號能量，當選擇"否"時結合轉速信號和等角度採樣數據採用階次分析 模塊進行分析，分析所得的數據進行實時顯示並保存;該轉速分析模塊、振動分析模塊及噪 聲分析模塊分析得到的數據均發送至上位機的顯示模塊中顯示出來，並在上位機的保存模 塊中保存。
[0028] 其中，階次分析模塊的階次分析步驟是先對待測變速箱不同檔位下的振動傳感器 的信號根據式①和式②進行等角度重採樣計算，計算得出的等角度重採樣數據作為振動信 號階次分析的參考基頻；
[0029] D
[0030] ②
[0031] 其中，A 0J為間隔採樣角度，Ei為第一轉矩轉速傳感器的等角度重採樣點數，IiJ為 各檔位下相對輸入軸的傳動比（其中i = 1、2, ?? 5分別表示5種檔位，j = 1、2、3分別表示輸入 軸、中間軸和輸出軸，如112表示檔位1下中間軸相對輸入軸的傳動比值），M為信號的總採樣 樣本點數，L為採樣的總長度；
[0032] 再對待測變速箱輸入軸轉速信號的實時採集數據採用離散傅立葉變換計算方式 進行計算即可得到階比幅值，此階比幅值結合等角度重採樣數據可得到階次分析譜，此階 次分析譜由上位機顯示出來，利用此階次分析譜即得到待測變速箱發生故障的故障源;該 離散傅立葉變換計算方式如下：
[0033]
[0034]
[0035] ⑤
[0036] 其中：f j為參考軸基準頻率（j = 1、2、3，j = 1代表輸入軸基準頻率，j = 2代表中間 軸基準頻率，j = 3為輸出軸基準頻率），化為輸入軸的轉速，即第一扭矩轉速感應器的測量 值，I ij為各檔位下相對輸入軸的傳動比（其中i = 1、2…5分別表示5種檔位，j = 1、2、3分別表 示輸入軸、中間軸和輸出軸，如Il2表示檔位I下中間軸相對輸入軸的傳動比值）;化為相對參 考軸的階次，Fn為被分析對象的頻率值，此頻率值由被分析對象所在基準軸的轉速頻率與 該被分析對象的傳動齒輪齒數的乘積即可計算得到，叫為參考軸轉速(j = l、2、3分別表示 輸入軸、中間軸和輸出軸），即輸入軸的轉速為第一扭矩轉速感應器的測量值，中間軸和輸 出軸的轉速相應通過中間軸與輸入軸的傳動比和輸出軸與輸入軸的傳動比即可計算得出， 式⑤的M為信號的總採樣樣本點數，X(Oj)為階比幅值；
[0037] 所述的噪聲分析模塊具有時域分析模塊、頻譜分析模塊和能量譜分析模塊，如圖6 所示，該噪聲分析模塊的具體方式是:各噪聲傳感器的噪聲信號採用A計權聲壓計算方式計 算得出是否大於正常運行聲壓值，該轉速分析模塊、振動分析模塊及噪聲分析模塊分析得 到的數據均發送至上位機的顯示模塊中顯示出來，並在上位機的保存模塊中保存；當選擇 "是"時上位機發出故障報警信號，當選擇"否"時通過採用能量譜分析模塊和頻譜分析模塊 進行分析，可得到各種幅值W頻率為變量的頻譜能量函數，從而得到各頻率下的噪聲能量 分布，此噪聲能量通過上位機實時顯示並保存。
[0038] 通過此工程機械變速箱總成性能檢測分析試驗方法，具有如下有益效果：
[0039] -、通過第一、二、=轉矩轉速傳感器的採集數據可得到待測變速箱的輸入、輸出 轉速，待測液力變矩器的輸入、輸出轉速，從而可計算得到待測變速箱和待測液力變矩器的 傳動效率，實現對待測變速箱出廠試驗檢測的同時，也可檢測液力變矩器的傳動效率試驗， 且待測變速箱和待測液力變矩器連接在一起進行測試，使變速箱和液力變矩器的測試能夠 保證在同一工況條件下，並能夠更加符合測試對象的實際工作情況，試驗可靠性高；
[0040] 二、通過各振動傳感器的振動信號並結合上述階次分析方法可得到待測變速箱的 振動特徵，同時結合變速箱的運行特徵頻率能夠更準確地定位待測變速箱的故障部件，為 後續提高和改變變速箱性能提供可靠的理論依據;並通過上述階次分析模塊能夠實現對非 平穩信號的診斷分析；
[0041] =、通過各噪聲傳感器的噪聲信號可得到待測變速箱的噪聲特徵，並根據噪聲特 徵可得到待測變速箱出現故障的信息；
[0042] 四、結合振動信號和噪聲信號得W進行NVH檢測，從而計算得到變速箱的振動和噪 聲特徵，從而了解變速箱的振動源和噪聲源，為降低變速箱的振動和噪聲提供可靠的理論 依據，W提局變速箱的品質和運行壽命；
[0043] 五、上位機可輸出待測變速箱在各檔位下的傳動效率關係曲線、空載下損失關係 曲線、液力變矩儀的傳動效率關係曲線、試驗中溫升曲線等，使測試數據一目了然，並測試 數據能夠得W保存，方便技術員後續數據的查詢和分析。
[0044] W上所述僅為本實用新型的優選實施例，凡跟本實用新型權利要求範圍所做的均 等變化和修飾，均應屬於本實用新型權利要求的範圍。
【主權項】
1. 一種工程機械變速箱總成性能檢測分析試驗臺，包括基座，設置在基座上的待測變 速箱，待測液力變矩器和驅動電機，驅動電機的輸出端與待測變速箱的輸入端傳動連接，待 測變速箱的輸出端與待測液力變矩器的輸入端傳動連接;其特徵在於:還包括第一轉矩轉 速傳感器、第二轉矩轉速傳感器、第三轉矩轉速傳感器、陪侍齒輪箱、加載電機、振動傳感 器、噪聲傳感器、數據採集卡、控制器和上位機，上述驅動電機的輸出端通過上述第一轉矩 轉速傳感器與上述待測變速箱的輸入端傳動連接，上述待測變速箱的輸出端通過上述第二 轉矩轉速傳感器與上述待測變速箱的輸出端傳動連接，上述待測液力變矩器的輸出端通過 上述第三轉矩轉速傳感器與上述陪侍齒輪箱的輸入端傳動連接，上述陪侍齒輪箱的輸出端 與上述加載電機的輸入端連接，上述加載電機經共直流母線與上述驅動電機供電連接;上 述振動傳感器安裝在上述待測變速箱上，上述噪聲傳感器固定安裝於上述待測變速箱的上 方，上述第一轉矩轉速傳感器的輸出端、第二轉矩轉速傳感器的輸出端、第三轉矩轉速傳感 器的輸出端、振動傳感器的輸出端和噪聲傳感器的輸出端均通過上述數據採集卡與上述上 位機數據傳送連接，上述上位機經上述控制器與上述驅動電機和上述加載電機控制連接。2. 根據權利要求1所述的工程機械變速箱總成性能檢測分析試驗臺，其特徵在於:上述 噪聲傳感器設置有三個，上述噪聲傳感器的檢測端朝下設置，並與上述待測變速箱之間的 間距為0.3m，三噪聲傳感器分別處於上述待測變速箱的左上方、正上方和右上方，三噪聲傳 感器的輸出端均與上述上位機的輸入端連接。3. 根據權利要求1所述的工程機械變速箱總成性能檢測分析試驗臺，其特徵在於:上述 待測變速箱具有輸入軸、中間軸和輸出軸，上述待測變速箱輸入軸的軸承座、上述待測變速 箱中間軸兩端的軸承座及上述待測變速箱輸出軸的軸承座上均安裝有上述振動傳感器。
【專利摘要】本實用新型公開一種工程機械變速箱總成性能檢測分析試驗臺，包括基座、待測變速箱、待測液力變矩器和驅動電機，還包括第一、二、三轉矩轉速傳感器、陪侍齒輪箱、加載電機、振動傳感器、噪聲傳感器、數據採集卡、控制器和上位機，驅動電機、第一轉矩轉速傳感器、待測變速箱、第二轉矩轉速傳感器、待測液力變矩器、第三轉矩轉速傳感器、陪侍齒輪箱與加載電機依次連接，加載電機與驅動電機供電連接；各傳感器均與上位機數據傳送連接，上位機與驅動電機和加載電機控制連接。
【IPC分類】G01M13/02
【公開號】CN205384141
【申請號】CN201520981873
【發明人】戴厚德, 吳周新, 詹小朋, 趙家宏, 邵遠鵬, 董明堂, 林志榕, 夏許可, 蘇詩薦, 曾雅丹
【申請人】泉州裝備製造研究所, 福建晉工機械有限公司
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2015年12月1日