汽車變速器總成性能加載試驗臺研制過程中的問題

文/劉青華

1 測試臺工作過程

1.1 變速器定輸入轉速試驗

變速器安置在臺架后，夾緊、主驅動軸及加載軸的伸縮都是利用液壓系統控制相應的液壓缸驅動相應機構來實現?？刂戚斎攵俗冾l器轉速，對各檔進行試驗。PC機通過PLC系統及采集系統，記錄各檔的輸入轉速、輸入扭矩、輸出轉速、輸出扭矩等數據，并在屏幕上繪制成曲線顯示。

1.2 變速器空載損耗試驗

斷開輸出端與負載間的離合器，輸入轉速從規定的初始轉速開始，以規定的轉速間隔上升至額定轉速，再以相同間隔回復至初始轉速，對各檔進行試驗，記錄各檔數據，并繪制輸入轉速與空載功率損耗的關系曲線。

1.3 振動、噪聲試驗

啟動試驗臺，分離離合器并掛一檔，接合離合器，轉速在檢測速度時運轉3-4s，同時記錄轉矩及轉速等數據；完成記錄后，分離離合器，并掛至二檔，進行測試；依次升檔至五檔。通過加速度傳感器，噪聲儀測量NVH及噪聲。

2 系統組成及功能描述

變速器安置在臺架后，主驅動及加載是由電機完成的。

被測變速箱的輸入和加載系統選擇兩臺交流變頻器系統。其中，輸入軸端由交流變頻電機實現定速驅動。在負載端，交流變頻電機工作于發電機狀態，同時通過變頻器轉矩控制功能，實現額定加載；在用作負載端的交流變頻器系統，作為發電機回饋的電能，直接通過變頻器的公共直流母線，返還給驅動電機使用，有效避免變頻器對電網的污染，并可降低整臺設備的工作能耗。輸入端安裝有離合器，可以根據需要在換擋時斷開來自驅動電機的運動和動力，同時減少變速器一軸側的轉動慣量，輸出端安裝有離合器，并可在需要時斷開或切換來自變速箱輸出端的負載或驅動。

測量記錄數據包括：輸入轉速、輸出轉速測量，輸入扭矩、輸出扭矩測量。測試臺設有計算機管理系統，將實驗過程中采集的相應數據及身份信息被傳送到計算機系統存儲并顯示相應的過程曲線，保存在數據庫中的數據并可根據變速箱編號查詢。

驅動、負載電機系統選擇需要注意的問題：

（1）電機的選擇，首先根據變速器的輸入特性，可以確定測試時變速器需要的輸入扭矩及輸入速度，根據扭矩及速度可以選擇相應的電機。然后選擇負載端電機，由于變速器的負載端需要覆蓋整個二軸的輸出特性，比如在一檔的時候速度不高但是需要較大的扭矩，對應到了高檔位速度高但是扭矩不大。所以需要根據變速器每個檔位的齒數比將輸出端的轉速及扭矩列出來對比樣本中矩頻圖選擇合適的電機，大部分情況下負載電機要比驅動電機的功率要大一些。

（2）主回路的電源經過同一斷路器或空氣開關再經過各變頻器的交流輸入電抗器進入變頻器。本系統由于傳動側的變頻器處于電動狀態，加載側的變頻器處于發電狀態，因此實際的進線電流并不大，因此開關的規格可按照輸入側的變頻器功率要求配置。進線電抗器的作用是保證在交流供電的情況下的直流母線互聯時，對變頻器的輸入功率模塊進行保護。根據電網電壓的不同，可以選擇電壓降為1%或1.7%的輸入電抗器。

（3）直流母線將兩臺丹佛斯FC302變頻器的直流端連接在一起，為保護變頻器在任何一臺變頻器直流端短路故障時保護另外的一臺變頻器，需要接入快速熔斷器進行保護，快速熔斷器的選擇可按照輸入側變頻器的功率（此端功率較?。┻x擇即可。建議參比Siba,Bussmann等品牌進行選擇，類型至少應為aR型，電壓不要低于660VAC.一般按照變頻器交流輸入側的最大輸入電流（60秒的持續電流）值再乘以1.2-1.6倍選擇快熔的電流值即可（冷態和熱態的值有些差異）。如變頻器的輸入電壓為380-500V等級的，37KW，60秒的持續輸入電流值為90.2A，直流母線快熔的電流選擇范圍為100-160A，如：Siba-20-189- 20，160A,660V。

（4）制動電阻的選擇，因為系統由于直流母線互聯，負載側的回饋能量基本被輸入側利用，制動基本不會被使用，但考慮到在一些工況狀態變化情況下，如快速停機的情況避免變頻器過壓跳閘等，還是加上電阻為好，電阻的功率選擇可以小一些，按10%甚至更小的制動周期選擇即可。因此變頻器的選擇上盡量選擇小功率的帶制動單元，這樣可以更經濟些。

（5）速度反饋的光電編碼器的選擇，光電編碼器用于測量實際的電機轉速，用于變頻器的速度控制和轉矩控制，特別是轉矩控制時，編碼器的分辨率越高，越有利于提高轉矩的控制精度。建議系統的選擇編碼器的分辨率最好不低于2048PPR,對于選擇采用變頻器T32,33接入的推挽式編碼器，PNP,NPN的輸出方式均可使用。注意編碼器至變頻器接線防干擾的處理。

（6）試驗臺的測量及控制系統包括轉速測量、扭矩測量、軸徑跳動測量、端面跳動測量、PLC、工控機、軟件等。測試數據與工件編號綁定后被存儲到測量PC中并且如果有需要可以將測量數據傳送到網絡硬盤中。測量控制系統采用PLC作為運動控制核心，PLC控制器的電源前端加有隔離變壓器和（或）濾波器，防止電網的波動和噪聲污染使PLC發生故障。全部電控元件（電機、電磁閥等）都可在觸摸屏上實時控制或監控，并顯示諸如產量等生產信息；用手動工作方式時，可以對每一個電控元件進行手動操作；系統如發生故障，人機界面可顯示報警信息；通過觸摸屏可對所有生產參數進行修改，但必須有相應權限（通過密碼實現）。具體測量有采集卡有PC采集數據并且由測量PC完成數據分析的工作。

3 小結

通過對變速器加載測試臺在設計過程中若干問題的討論，我們明確了使用電機模擬汽車發動機和負載，能夠更加真實的反映在變速器在實際工作時的狀態。并且由于使用電機，可以方便的改變測試的轉矩轉速以適應不同型號的變速器，可以使測試臺適應當前對工業自動化的柔性化智能化的要求。