大載荷機械功率柔性傳遞裝置的製作方法

2023-05-26 16:44:51

專利名稱：大載荷機械功率柔性傳遞裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及實驗仿真系統，特別是涉及可以在用於實驗仿真系統中的大載荷機械功率傳遞裝置。
背景技術：
考核傳動裝置特別是採用液力綜合傳動裝置的車輛，在複雜路況(或海況)及上下坡、左右傾斜時，傳動裝置的各個液力元件的性能、液壓系統的供油平衡、各個部件的潤滑等能否滿足設計要求，是十分必要和關鍵的環節。當車輛或者特種車輛戰車在變角度、角加速度的運動狀況下，油液對油路的衝擊是否會造成滲漏；油路的薄弱環節何在；各部件的機械性能、效率及可靠性是否經受得住惡劣海況的衝擊，等等問題的解決，全憑理論設計或實車測試是不夠的，必須藉助於臺架試驗，提供設計和改進的數據，加快研製進度。國際上，發達國家建有傳動傾斜試驗臺，考核傳動裝置在各種傾斜路況和海況下供油、潤滑系統的工作狀態和總體匹配性能。但其產品造價高昂，並且無法在傳動傾斜試驗臺上加載大功率負載。迄今為止，國內只能通過實際跑車試驗對傳動裝置進行考核，這種辦法常出現數據參數不完整，故障無法再現，故障原因很難判斷，故障排除困難。特別地，特種車輛傳動裝置計較為複雜，某些特種車輛甚至含陸上和水上兩套傳動裝置，因此其供油、潤滑系統的正常工作和系統散熱設計難度很大。若沒有相應的試驗手段充分對傳動系統進行不同路況和海況的模擬實驗，實車試驗尤其是海上試驗的風險和難度將非常大。隨著新型車輛研製周期越來越短，對傳動系統的可靠性要求越來越高，儘快建立傳動裝置的傾斜試驗臺，用試驗臺模擬傳動系統各種傾斜路面下的受力及工作狀況，對其性能進行臺架測試，對液力綜合傳動裝置的深入研究提供試驗依據，意義非常重要。為了使傾斜試驗臺能夠很好地模擬車輛的實際工況，通過傾斜試驗臺給被試傳動裝置施加大負載是必須的。然而，由於傾斜試驗臺連同被試的傳動裝置是處於運動狀態，因此被試的傳動裝置和加載測功機之間不可以採用機械連接。因此，存在對一種大功率機械功率柔性傳遞裝置的需要。

發明內容
針對現有技術的缺陷，本發明提供了一種大載荷機械功率柔性傳遞裝置，其包括兩個電渦流測功機、兩個液壓馬達和兩個液壓泵，其特徵在於:電渦流測功機安裝在搖擺平臺兩側地面上，作為主要加載控制裝置；兩個液壓馬達固定在搖擺平臺兩側地面上；兩個液壓泵固定在搖擺平臺上並分布於被試件兩側；其中，每一個電渦流測功機都與一個液壓馬達機械連接，使得加載能量由測功機直接傳至液壓馬達；每一個液壓泵通過一根高壓軟管連接到一個液壓馬達；液壓馬達將電渦流測功機發出的機械能轉換成液壓能，然後通過高壓軟管傳送至液壓泵上；液壓泵將液壓能轉換成機械能後直接通過機械連接件傳送至被試件上。所述的大功率傳動裝置傾斜路況試驗模擬系統，進一步包括:設置在液壓泵和被試件之間的減速箱，其中，減速箱固定於搖擺平臺上並機械連接到被試件，液壓泵機械連接到減速箱。所述的大功率傳動裝置傾斜路況試驗模擬系統，其中，兩套加載測功機、液壓泵、液壓馬達與被試件一起被靈活配置，可組成「一」型、「L」型以及「T」型。所述的大功率傳動裝置傾斜路況試驗模擬系統採用閉環控制，其中，由電渦流測功機自帶的扭矩儀提供測功機處的輸出目標扭矩，輸入扭矩儀提供被試件獲得的輸入扭矩，比較目標扭矩和輸入扭矩直至二者一致。其中，大載荷機械功率柔性傳遞裝置具有電子慣量模擬功能，可以模擬不同的車重在加速時的慣量加載試驗。本發明不使用大功率控制閥，避開了難以解決的大功率控制閥的散熱問題。系統簡單，易於實現，控制精度高，體積小。運用本發明，解決了大運動平臺上的大功率加載問題。


圖1是根據本發明的大功率傳動裝置傾斜路況試驗模擬系統的總體原理圖。圖2是根據本發明的大載荷機械功率柔性傳遞裝置的原理圖。圖3為採用大載荷機械功率柔性傳遞裝置時，單側加載設備需要覆蓋的扭矩、轉速功率曲線。圖4為大載荷機械功率柔性傳遞裝置的控制原理框圖。圖5為電液隨動試驗平臺運動示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，而不是用於限制本發明。圖1示出了本發明的大功率傳動裝置傾斜路況試驗模擬系統的總體原理圖。傳動裝置傾斜路況試驗模擬系統主要分成三大部分:電液隨動試驗平臺，電液加載子系統和測試子系統。這三大部分相互協調運行，可完成系統各項性能指標，其各自控制系統具有聯繫又相對獨立，自成一體，可單獨使用，可各自進行功能擴展。本發明中，傳動裝置傾斜路況試驗模擬系統把常規的動力輸入裝置安裝在一個三自由度運動平臺上，被試件(傳動裝置)跟動力輸入裝置連接後，運動平臺可以升沉0.5米，俯仰32度，側傾25度，模擬各種傾斜路面和海況。傳動裝置傾斜路況試驗模擬系統可以進行傳動裝置在複雜路面和多種海況行駛時的加載、供油、潤滑系統的工作狀態、總體匹配性能以及可靠性考核試驗。電液隨動試驗平臺由全數字液壓伺服系統控制搖擺平臺帶動電液加載子系統、被試件及測試子系統，以一定幅值和頻率搖擺運動(也可以靜止不動)，模擬各種傾斜路況和海況，做加載和潤滑等試驗。測試子系統實現試驗過程中各種參數的採集、存儲和顯示等功能，並能實現多種數據在線處理和數據後處理功能。整個試驗系統能夠模擬上下坡、各種傾斜路面和最大三級海上工況，實現了半實物在環試驗模式，突破了傳統的實物控制與傳感分析模式。測試子系統包括上位機和下位機。上位機安放於電液隨動試驗平臺(搖擺平臺)上，與電液隨動試驗平臺一起搖擺運動。而採集數據並顯示的下位機則安放於控制室，便於控制人員操作控制。上位機與下位機之間採用一根雙絞線實現乙太網的數據傳輸，最大限度降低運動電纜的數量來增加測試子系統的可靠性。為保證安放於搖擺平臺上的上位機各部分連接可靠，上位機的各模塊均採用螺栓固定，其電纜連接頭也均選用帶螺栓的扁平電纜。上位機的機箱內部電纜走線固定牢固，不留任何鬆動部分。上位機的板卡與傳感器之間連接採用轉接板形式。設計各種參量的轉接板，用螺栓固定於導軌上。電液加載子系統包括大載荷機械功率柔性傳遞裝置，由一個主電機、液壓系統和兩套加載測功機、液壓泵、液壓馬達等組成，配置靈活，可組成「一」型、「L」型以及「T」型以適應多種形式的傳動裝置。液壓系統有兩個作用:其一是為液壓泵和馬達提供所需的液壓油，其二是為傳動裝置提供運轉所需的油源。參見圖1，根據本發明的大功率傳動裝置傾斜路況試驗模擬系統中，搖擺平臺用於模擬各種路面和海況上的車輛或船艦，伺服液壓系統用於為搖擺臺施加搖擺動力，動力電機用於對被試件進行正向動力輸入，離合器用於接合動力和切斷動力，液壓泵和液壓馬達共同實現搖擺臺上下動力柔性傳遞，電渦流測功機用於經液壓泵和液壓馬達對被試的傳動裝置加載以模擬車輛行駛中的阻力，變頻控制及功率反饋系統(即變頻器組)用於控制動力輸入和加載，測試子系統用於對大功率傳動裝置傾斜路況實驗進行數據採集及分析。大功率傳動裝置傾斜路況試驗模擬系統還包括液壓油源和減速箱。減速箱設置於液壓泵和被試件(被試的傳動裝置)之間，用於液壓泵和被試件之間的速度匹配。液壓油源為電液隨動試驗平臺和電液加載子系統提供液壓油。電液隨動試驗平臺為三自由度電液隨動試驗平臺，主要進行側傾、前傾和升沉運動，既可以完成單自由度運動，也可以完成雙自由度或三自由度的複合運動。如圖5所示為電液隨動試驗平臺運動示意圖。其中繞X軸旋轉為側傾，繞Y軸旋轉為前傾，沿Z軸為升沉。電液隨動試驗平臺運動的主要參數按照三級海況及最大縱坡、側坡等相關參數進行設計，用以模擬不同路況和海況對車輛傳動系統的影響。電液隨動試驗平臺可以模擬傳動裝置所在的車輛的整車動態運動。本發明中，整車動態運動採用隨動試驗平臺模擬，發動機採用交流變頻電機即變頻器組模擬，路面阻力採用電力測功機模擬，三者共同作用，即可模擬傳動裝置在實際跑車過程中的運動和受力情況。電液隨動試驗平臺的控制系統和電液加載子系統的控制系統同時工作，使隨動試驗平臺和電液加載子系統同時動作。主電機工作，電磁離合器(即圖1中的離合器)接合，將動力傳給被試件。根據加載控制系統給出的加載指令，電渦流測功機進行加載工作。測功機的加載能量由液壓馬達轉換成液壓能，通過高壓軟管，柔性傳遞給液壓泵。液壓泵將收到的液壓能轉換成機械能作用於被試件，實現對被試件的加載。同時，隨動平臺改變傾斜角度、角速度及角加速度，分別模擬複雜路面和不同的海況。被試件的各項測試參數通過測試子系統採集、存儲和顯示作用下，將過程參量:壓力、扭矩、轉速、流量、轉角、溫度、位移、水平度及振動等信號記錄下來，同時上傳至數據管理系統，供各終端顯示和使用。車輛在傾斜姿態、各種路面及水上顛簸衝擊下，其供油系統和潤滑系統工作是否可靠以及加油量多少與油麵高底對傳動性能的影響，必須經過傾斜加載試驗才能檢查發現。由於被試件(被試的傳動裝置)處於搖擺的平臺上，如何在高速大搖擺的平臺上實現大載荷加載是一項關鍵技術。在現有技術中，常常採用電渦流測功機作為加載裝置，這種加載裝置技術成熟，控制精度高，控制模式靈活多變，具有很強的擴展性。然而，由於加載測功機和被試件之間必須機械連接，必須將測功機直接安放於平臺上與被試件一起高速搖擺才能實現加載。而測功機尺寸、重量均較大，隨動試驗平臺的尺寸和承載能力無法滿足。與之相比，液壓加載具有簡單易行、所需元件數量少、調速範圍寬、可以連續加載，能遠距離控制等優點。更重要的是，藉助油管、動力傳輸具有柔性連接的特質，加上液壓加載機械部件體積小，重量輕，因而液壓加載是大載荷加載的最佳方式。但是，在液壓加載中，大功率控制閥的散熱問題一直是行業難題。對於大功率傳動裝置傾斜路況試驗模擬系統，若採用全液壓加載方式，則大功率控制閥的散熱將難以解決。本發明中，採用泵馬達和電渦流測功機二者組合來進行大載荷加載，不僅充分發揮液壓伺服系統加載優點又能發揮測功機加載的優點，同時克服了液壓加載和測功機加載各自的缺點。這種方式採用先進的控制技術和模擬技術，實現了柔性、高精度加載功能。參見圖2，示出了本發明的大載荷機械功率柔性傳遞裝置的原理圖。大載荷機械功率柔性傳遞裝置包括兩個電渦流測功機、兩個液壓馬達和兩個液壓泵。電渦流測功機安裝在搖擺平臺兩側地面上，為主要加載控制裝置。每一個電渦流測功機與都與一個液壓馬達採用機械連接，使得加載能量由測功機直接傳至液壓馬達。兩個液壓馬達固定在搖擺平臺兩側地面上。兩個液壓泵固定在搖擺平臺上並分布於被試件兩側。每一個液壓泵通過一根高壓軟管連接到液壓馬達。液壓馬達將電渦流測功機發出的機械能轉換成液壓能，然後通過高壓軟管傳送至液壓泵上。液壓泵將液壓能轉換成機械能後直接通過機械連接件傳送至被試件上。可選地，根據被試件需要，可以在液壓泵和被試件之間增加減速箱等裝置。此時，液壓泵機械連接到減速箱，減速箱固定於搖擺平臺上並機械連接到被試件。根據本發明，兩套加載測功機、液壓泵、液壓馬達與被試件一起的配置靈活，可組成「一」型、「L」型以及「T」型以適應多種形式的傳動裝置。本發明中，由於大載荷機械功率柔性傳遞裝置中，最多只有液壓泵和減速箱位於搖擺平臺上(在不包含減速箱的情況下，只有液壓泵位於搖擺平臺上)，而且由於液壓泵相比電渦流測功機體積小、重量輕，容易安裝於搖擺平臺上。同時，由於採用電渦流測功機和液壓馬達-液壓泵的組合，克服了單純採用電渦流測功機必須固定在搖擺平臺上以及單純採用液壓加載時需採用大功率控制閥的缺陷。電渦流測功機作為扭矩加載控制裝置，液壓泵-液壓馬達則作為加載傳送裝置，將電渦流測功機輸出的加載功率傳送至被試件，從而實現柔性加載功能。電渦流測功機和液壓加載馬達安放於地面基座板上。液壓加載泵則固定於搖擺的平臺上，直接作用於被試件。液壓加載泵和液壓加載馬達通過高壓油管相連接。當液壓加載泵隨平臺高速大搖擺時，加載能量通過柔性高壓油管能可靠傳送至連接液壓加載馬達，從而實現柔性加載連接功能。根據本發明的大載荷機械功率柔性傳遞裝置，簡化了控制系統，不需要控制閥組和補油系統，避開大功率控制閥的散熱難題，能發揮測功機加載的優勢，通過液壓泵-馬達裝置將加載扭矩直接傳送至被試件，實現高精度扭矩柔性加載功能。圖3為採用大載荷機械功率柔性傳遞裝置時，單側加載設備需要覆蓋的扭矩、轉速功率曲線。圖中，雙線表示被試的傳動裝置的功率特性曲線，實線為測功機扭矩-轉速特性曲線，虛線為測功機功率曲線。圖3中可看到，大載荷機械功率柔性傳遞裝置基本能夠覆蓋被試的傳動裝置的特性。要對傳動裝置進行實際路況的加載試驗，以驗證設計指標是否達到設計指標，就要求模擬車輛在加速行駛時的車重和路面坡度，也就是慣量。臺架試驗一般採用慣性飛輪模擬，但這種方式耗時耗力，常採用際跑車進行這方面的考核。大載荷機械功率柔性傳遞裝置具有電子慣量模擬功能，可以模擬不同的車重在加速時的慣量加載試驗。在試驗時，只要根據不同的車重，對大載荷機械功率柔性傳遞裝置的加載電機輸入相應的加載參數，就可以進行試驗。電子慣量不使用慣性飛輪組，不僅減輕了平臺的承重負擔，節約了空間，同時還節省成本，增大了試驗的方便性，提高工作效率。大載荷機械功率柔性傳遞裝置由電渦流測功機產生加載功率，由液壓系統傳遞加載功率至被試件。由於液壓系統的洩露，必然會帶來一定的功率損失，即電渦流測功機部分的輸出扭矩與被試件獲得的輸入扭矩不一致。為了達到高精度加載控制，採用閉環控制技術。如圖4所示，示出了大載荷機械功率柔性傳遞裝置的控制原理框圖。由電渦流測功機自帶的扭矩儀提供測功機處的輸出扭矩，輸入扭矩儀(即圖4中的扭矩儀2)提供被試件獲得的輸入扭矩。兩個扭矩同時進入主控器，由主控器和計算機對電渦流測功機輸出值進行控制調整，從而保證被試件獲得的輸入扭矩與目標扭矩一致。由電渦流測功機輸出目標扭矩，通過監測輸入扭矩儀，調整測功機輸出扭矩，直至輸入扭矩儀監測到的扭矩與目標扭矩一致。本發明的大載荷機械功率柔性傳遞裝置採用機械加載和液力加載相結合的方式，通過液力元件傳遞加載功率,實現高速大搖擺件上的功率加載。這種加載方式避開了純液力加載的散熱難題，還提高了加載精度，節省了空間，降低了搖擺臺上的承重要求。大載荷機械功率柔性傳遞裝置具有多種加載控制方式，低速使用時可加載範圍寬，轉矩大，慣量小，反應快速，精度高，在試驗過程中可根據路面狀況相應改變傳動系統的負荷，以達到對傳動系統性能和可靠性考核。大載荷機械功率柔性傳遞裝置功率配置等各項指標完全能夠基本覆蓋中等功率戰車傳動裝置的性能及加載試驗要求，扭矩控制精度達±0.6% FS,轉速控制精度達±3rpm。電液加載子系統各項指標如表I所不。表2大載荷機械功率柔性傳遞裝置指標
權利要求
1.一種大載荷機械功率柔性傳遞裝置，其包括兩個電渦流測功機、兩個液壓馬達和兩個液壓泵，其特徵在於: 電渦流測功機安裝在搖擺平臺兩側地面上，作為主要加載控制裝置； 兩個液壓馬達固定在搖擺平臺兩側地面上； 兩個液壓泵固定在搖擺平臺上並分布於被試件兩側； 其中，每一個電渦流測功機都與一個液壓馬達機械連接，使得加載能量由測功機直接傳至液壓馬達；每一個液壓泵通過一根高壓軟管連接到一個液壓馬達；液壓馬達將電渦流測功機發出的機械能轉換成液壓能，然後通過高壓軟管傳送至液壓泵上；液壓泵將液壓能轉換成機械能後直接通過機械連接件傳送至被試件上。
2.如權利要求1所述的大功率傳動裝置傾斜路況試驗模擬系統，進一步包括: 設置在液壓泵和被試件之間的減速箱， 其中，減速箱固定於搖擺平臺上並機械連接到被試件，液壓泵機械連接到減速箱。
3.如權利要求1所述的大功率傳動裝置傾斜路況試驗模擬系統，其中，兩套加載測功機、液壓泵、液壓馬達與被試件一起被靈活配置，可組成「一」型、「L」型以及「T」型。
4.如權利要求1所述的大功率傳動裝置傾斜路況試驗模擬系統，其採用閉環控制，其中，由電渦流測功機自帶的扭矩儀提供測功機處的輸出目標扭矩，輸入扭矩儀提供被試件獲得的輸入扭矩，比較目標扭矩和輸入扭矩直至二者一致。
5.如權利要求1所述的大功率傳動裝置傾斜路況試驗模擬系統，其中，大載荷機械功率柔性傳遞裝置具有電子慣量模擬功能，可以模擬不同的車重在加速時的慣量加載試驗。
全文摘要
本發明公開了一種大載荷機械功率柔性傳遞裝置，包括兩個電渦流測功機、兩個液壓馬達和兩個液壓泵。電渦流測功機安裝在搖擺平臺兩側地面上，為主要加載控制裝置；兩個液壓馬達固定在搖擺平臺兩側地面上；兩個液壓泵固定在搖擺平臺上並分布於被試件兩側；每一個電渦流測功機都與一個液壓馬達機械連接，使加載能量由測功機直接傳至液壓馬達；每一個液壓泵經一根高壓軟管連接到一個液壓馬達；液壓馬達將電渦流測功機發出的機械能轉換成液壓能，並通過高壓軟管傳送至液壓泵上；液壓泵將液壓能轉換成機械能後直接通過機械連接件傳送至被試件上。本發明不使用大功率控制閥，避開了難以解決的大功率控制閥的散熱問題，解決了大運動平臺上的大功率加載問題。
文檔編號G01M13/02GK103115769SQ201110364048
公開日2013年5月22日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者卜樹峰, 毛明, 張立群, 宋美球, 劉曉蓉, 周廣明, 徐宜, 黨玲, 胡培林, 吳才成, 呂慶軍, 劉雲鵬, 張洪彥 申請人:中國北方車輛研究所