汽車變速箱在線加載試驗臺的研究與設(shè)計

丁正山

（廣州市嘉特斯機電制造有限公司，廣東廣州510850）

0 引言

變速箱是汽車動力總成部分的關(guān)鍵核心部件，其性能的優(yōu)劣直接影響到車輛的舒適性、經(jīng)濟性和動力性能。人民生活水平的不斷提高，推動著對駕駛的舒適性和動力性能要求的大幅度提高。同時，隨著環(huán)保意識、節(jié)能意識的提高，用變頻調(diào)速電機來代替實車上的發(fā)動機進行動力拖動的試驗方式也得到了認可和應用。汽車變速箱在線加載試驗臺用于對變速箱運行過程中所需的驅(qū)動扭矩、驅(qū)動轉(zhuǎn)速等試驗條件進行模擬和再現(xiàn)，對變速箱運行工況進行部分載荷加載，并在試驗過程中對變速箱總成運行相關(guān)的扭矩、轉(zhuǎn)速、各擋位速比、空擋開關(guān)/倒車開關(guān)信號、傳感器速比/里程表等參數(shù)進行存儲、顯示、存檔。

1 手動變速箱在線加載試驗臺設(shè)備主要技術(shù)指標

（1）試驗臺分別可對9擋、10擋、12擋、16擋四種系列變速箱總成進行性能測試。

（2）試驗臺具有自動上料、自動裝夾、自動按照試驗流程測試的功能。

（3）試驗臺控制計算機具有扭矩、轉(zhuǎn)速和功率參數(shù)設(shè)定、修改、采集、判斷、存儲、顯示功能，具有單步調(diào)試和異常情況急停、參數(shù)保護等功能。

（4）試驗臺總功率：100 kW。

2 手動變速箱在線加載試驗臺設(shè)備基本工作條件

（1）運行電源滿足GB/T 4720—1984《電控設(shè)備第1部分：低壓電器電控設(shè)備》的要求：電壓380 V±15%、220 V±15%，頻率50 Hz±2%。

（2）節(jié)拍≤240 s（裝夾及卸夾總時間小于25 s）。

（3）按年工作日250天計，每天兩班制，每天工作8 h。

3 手動變速箱在線加載試驗臺工作流程

試驗臺可在3種模式下運行：

（1）自動模式：試驗臺依次連續(xù)進行空擋測試、低速同步器測試、高速同步器測試、各擋位加載試驗等試驗，換擋按照固定順序人工操作完成。

（2）手動模式：試驗臺可以選擇試驗內(nèi)容進行試驗，臺架啟動、停止和下一步試驗的操作進行需要人為命令。

（3）調(diào)整模式：可根據(jù)需要定制試驗內(nèi)容，試驗參數(shù)在一定權(quán)限下可設(shè)置。

4 主要試驗內(nèi)容

主要試驗內(nèi)容及方法如表1所示。

表1 主要試驗內(nèi)容及方法

5 設(shè)備的重要組成部分

試驗臺主要用于對變速箱進行下線前的加載校驗試驗。如圖1所示，試驗臺由驅(qū)動組件、加載組件、變速箱夾具組件、頂升組件、機床組件、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)（手動）、變頻控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等主要部分組成。

5.1 驅(qū)動組件

驅(qū)動組件由西門子電機、扭矩傳感器、聯(lián)軸器、電磁離合器和軸承座等組成。驅(qū)動單元作為一套組件，它的主要功能是提供驅(qū)動力，驅(qū)動扭矩過載保護，時時準確測量輸入端的扭矩，模擬變速箱離合器斷開和接通驅(qū)動電機到變速箱的動力。測速編碼器以對驅(qū)動速度信號進行反饋，實現(xiàn)速度的閉環(huán)控制。

圖1 變速箱在線加載試驗臺

5.2 加載組件

加載組件由加載花鍵套、軸承座、膜片聯(lián)軸器、西門子電機、加載組件滑臺組成。右側(cè)電機通過聯(lián)軸器和軸承座相連，從而使動力傳輸?shù)阶兯傧涞妮敵鲚S。在變速箱上裝有工藝法蘭，當加載滑臺由伺服電機進給推動前進時，裝在變速箱里凸緣法蘭上的工藝法蘭便與加載系統(tǒng)的加載頭相連，使動力連接到變速箱的輸出端。

5.3 變速箱夾具組件

變速箱夾具組件由夾具支架、夾緊杠桿缸、變速箱夾緊到位檢測銷組成。變速箱采用一面兩銷定位于變速箱夾具組件上；變速箱夾緊到位檢測銷用于檢測夾具體上的銷子是否已經(jīng)插入變速箱托盤定位面板的銷孔內(nèi)，當檢測到銷子插入到位后，夾緊杠桿缸才能夾緊變速箱，從而有效防止誤傷變速箱殼體。

5.4 頂升組件

變速箱托盤由輸送輥道輸送至頂升組件時，托盤在輥道上定位，頂起組件位置檢測開關(guān)檢測托盤到位，油缸上升；頂升到位后，氣缸帶動頂起組件滑動與夾具組件對接。

5.5 電氣控制系統(tǒng)

變速箱在線加載試驗臺的電控分為三部分：第一，以西門子S7-300 PLC為核心，與PLC采用PROFIBUS總線方式關(guān)聯(lián)的現(xiàn)場模塊和觸摸屏等外圍設(shè)備作為此部分的I/O，處理試驗臺的整體動作及故障；第二，以西門子變頻器為核心，為臺架提供動力以及協(xié)調(diào)上下位機按試驗流程進行試驗；第三，以一體化工作站計算機為核心，以數(shù)據(jù)采集卡、開關(guān)量I/O卡和相應的端子板組成信號I/O模塊，完成試驗臺的測量、分析等任務。這三部分之間由多種通信網(wǎng)絡(luò)進行連接實現(xiàn)信號和數(shù)據(jù)交互。電氣控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。

6 試驗結(jié)果分析

如圖3所示，通過轉(zhuǎn)速、扭矩輸出曲線，擋位速比、倒車開關(guān)/空擋開關(guān)信號、里程表/傳感器速比等各開關(guān)量采集信號，即可判斷變速箱裝配質(zhì)量。

圖2 電氣控制系統(tǒng)框圖

圖3 試驗結(jié)果分析界面圖

7 結(jié)語

本文所述試驗臺用于對變速箱工作狀況進行測試，并獲取一定量的主、客觀試驗數(shù)據(jù)。它能檢驗變速箱總成在線裝配質(zhì)量，提高產(chǎn)品下線合格率，并為總成裝車提供參數(shù)。變速箱總成在試驗臺上運行工況用以對其進行在線磨合，能夠提高產(chǎn)品下線質(zhì)量。