液力變矩器性能試驗臺設計與研究

張金剛，徐增豪

（上海理工大學 機械工程學院，上海 200093）

0 引言

液力變矩器是一種以液體為介質， 用來傳遞動力的傳動機構。它具有對外載荷自動適應的能力，能夠無級調速和變矩， 目前廣泛應用于工程機械、汽車的傳動系統中， 其性能直接影響車輛的品質。液力變矩器性能試驗臺是對變矩器靜態、動態性能測試的專用設備。它不僅可以為新產品的開發提供試驗數據， 同時也可以為生產的系列化產品提供特性標定。試驗臺的測試精度直接影響著試驗結果的準確性， 其測試周期往往影響產品的開發周期。因此開發一個測試精度高、測試周期短和試驗數據處理快速準確的綜合試驗臺具有很大的實際意義。

1 試驗臺整體結構設計

液力變矩器最終是要用于車輛的傳動系統之中的， 性能試驗主要測試變矩器輸入、輸出端的轉速和轉矩， 因此對于試驗臺設計的原則就是：1）從變矩器的角度講， 要能夠比較理想地模擬變矩器在傳動系統中實際工作條件， 從而較準確地得到變矩器實際工作的理論性能；2）從測試的角度講，要能夠準確和快速地檢測、采集和處理信號。根據以上原則， 試驗臺主要由驅動裝置、變矩器工裝、變矩器、變矩器油路供給系統、加載裝置、傳感器、信號傳輸系統和信號處理系統等組成，如圖1所示。整個試驗臺的參數測試和處理以一臺計算機為核心， 通過labview軟件實現對整個試驗臺的測試控制以及試驗數據的處理。

2 液力變矩器測試連接裝置

液力變矩器測試連接裝置屬于車輛測試領域，目的是提供一種結構簡單、通用性好、測試精度和效率高的裝置。本實用新型由端蓋、滑動支架、軸承、法蘭盤、輸入板、渦輪軸、內花鍵軸、密封環、軸座、固定支架和聯軸器組成，各零件上的孔或槽共同形成進油、回油油路，傳動軸的動力通過法蘭盤、輸入板和變矩器的輸入導座傳遞到變矩器，導輪軸座前端花鍵與液力變矩器的單向離合器內圈連接。本實用新型結構簡單、成本低、測試精度和效率高，可有效避免各環節壓力油的泄漏，通用性好，在測試過程中可取代各種變速器及動力傳動的連接機構，能十分方便地應用于各種變矩器的測試，且非常便于生產加工和測試安裝。

3 實驗裝置分析

裝置的選擇方案和設計直接影響試驗精度， 信號處理手段直接影響測試周期以及試驗數據處理的速度、精度。以下是對各主要組成部分的分析。

圖2 液力變矩器測試連接裝置

3.1 驅動裝置以及加載裝置

根據試驗要求， 試驗臺驅動和加載裝置必須滿足：實現全部工作范圍內輸入轉速和輸出轉速的穩定運轉；動態響應速度要快。

驅動裝置可以選取發動機、直流電機或者交流電機。發動機作為驅動裝置與實際使用工況一致， 但是要得到穩定轉速較難。直流電機轉速易于控制， 受負載變化的影響小， 但是響應速度相對較慢。交流電機通過調頻器可以實現高精度的控制，響應速度快。負載裝置可以通過液壓技術實現， 也可以用直流測功機、電渦流測功機和交流矢量測功機。液壓技術已經比較成熟， 但是在系統的輸出穩定性上不易控制。直流測功機響應速度快， 但是體積大， 慣性大；電渦流測功機結構簡單， 慣性小， 易于控制， 但是動態響應慢；交流矢量測功機體積小， 慣性小， 易于控制， 動態響應快， 試驗精度高。綜合以上分析， 驅動裝置采用交流電機， 加載裝置采用交流矢量測功機。

3.2 變矩器油路供給系統

液力變矩器供油系統一方面提供液力變矩器運行所必須的油壓， 另一方面保證油溫處在正常工作范圍之內。大量的試驗表明， 供油系統設計的合理與否直接影響變矩器性能， 從而影響測試精度，尤其是油溫控制的設計。本系統采用了雙循環供油方案，即冷油循環和熱油循環混合供油。用兩個可調流量閥控制變矩器入口冷熱油比例， 提高了對油溫的控制能力， 有效防止油溫過高帶來的變矩器性能下降，產生明顯的測試誤差。

3.3 數據采集虛擬儀器實驗系統

在現今的機械實驗測試領域，傳統的實驗測試方式已無法適應信息社會的要求，無論是實驗周期、實驗精度還是性價比，都越來越顯示出其局限性。虛擬儀器系統概念是對傳統儀器概念的重大突破。“虛擬”主要有兩個方面的含義:1）它的面板是虛擬的；2）它的測試功能是由軟件編程來實現。虛擬儀器與傳統儀器的最大不同之處就在于應用的靈活性和功能的重構性上。它的基本思想是利用計算機管理儀器，組織儀器系統，進而逐步代替儀器完成某些功能，如數據的采集、分析、顯示和存儲等。因此，利用虛擬儀器進行液力變矩器全性能實驗的開發，靈活性強。

圖3 供油系統原理圖

4 測試分析

試驗前首先將輸入端和輸出端傳感器調零，將待測試產品裝入試驗臺架，開啟油泵，啟動原動機并將轉速整到600r/min，調整油泵流量至6-10 L/min ，將原動機轉速調整到設定轉速1700 r/min，調節液力變矩器進出口壓力：進口P1=0.4-0.8MPa，出口油壓：P2=0-0.2MPa，以上工作完成后，當液力變矩器進口油溫達到80℃以上時即可通過控制臺記錄以下試驗數據：

1）輸入轉速n1

2）輸入扭矩M1

3）輸出轉速n2

4）輸出扭矩M2

將以上原始數據輸入《液力變矩器試驗總表》并通過以下計算公式得出以下數據

1）i=n2/n1

2）K=M2/M1

3）η=n2/n1×m2/m1=ik

圖4 測試系統初始界面

5 結論

論文初步設計了液力變矩器性能試驗臺的整體結構，變矩器工裝、供油系統，討論了動力裝置，加載裝置的選取及全性能實驗的測試方法與實驗結果，本實驗臺對液力變矩器出廠性能提供了強有力的保障，也為新產品的開發提供了實驗依據。通過采用LabVIEW 軟件對本實驗進行開發，發現其靈活性強，且開發時間短。

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