動(dòng)力換擋變速箱試驗(yàn)臺(tái)測控系統(tǒng)的研究

魯鳳明 譚曉東

摘 要：在對某型號動(dòng)力換擋試驗(yàn)臺(tái)深入研究后，從變速箱的技術(shù)要求、功能參數(shù)、對外接口及現(xiàn)場實(shí)際著手，完成了測控系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了裝置的測控功能。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，證明了測控系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的測量變速箱運(yùn)行過程中的各項(xiàng)參數(shù)，為變速箱能否正常工作提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：變速箱；測控系統(tǒng)；中值濾波

中圖分類號：TH132 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）29-0074-02

Abstract： After a certain type of power shift test-bed has been deeply studied， from the technical requirements， functional parameters， external interface and the actual situation of the gearbox， the design of the measurement and control system has been completed， and the measurement and control function of the device has been realized. Through the field test， it is proved that the measurement and control system can accurately measure the parameters in the running process of the gearbox， which provides the basis for the gearbox to work normally.

Keywords： gearbox； measurement and control system； median filter

引言

某型號動(dòng)力換擋變速箱通過一個(gè)能充排油的變矩器附加了一個(gè)變速箱，在不需要改變發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的情況下就能使車輛獲得不同的速度和牽引力，與電力傳動(dòng)相比，基于液力傳動(dòng)的動(dòng)力換擋變速箱具有重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此在公務(wù)車，作業(yè)車，軌道車，調(diào)車機(jī)車，養(yǎng)路機(jī)械等方面有著廣泛的應(yīng)用[1～3]。但在實(shí)際工作中，變速箱運(yùn)行前及檢修后對變速箱的檢測成為了急需解決的問題，因此在對液壓動(dòng)力換擋變速箱試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)、工作原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了深入的研究后，設(shè)計(jì)了動(dòng)力換擋變速箱試驗(yàn)臺(tái)測控系統(tǒng)以方便對動(dòng)力換擋變速箱的運(yùn)行是否正常做出判斷。

1 測控系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)

動(dòng)力換檔變速箱可以通過離合器在前進(jìn)檔和后退檔之間轉(zhuǎn)換。變矩器可以根據(jù)負(fù)載狀況自動(dòng)地改變輸出軸的扭矩。扭矩通過液壓傳輸并能夠減少任何的機(jī)械沖擊。其中前進(jìn)檔和后退檔由24V電磁閥控制，通過電磁閥的接通、斷開進(jìn)行傳動(dòng)箱的換擋、換向控制，另外箱體有轉(zhuǎn)速傳感器接口、測溫接口、測壓接口，使用壓力、溫度、轉(zhuǎn)速傳感器等測量變速箱壓力、溫度、轉(zhuǎn)速，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測控制箱壓力、溫度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，使變速箱工作在正常范圍。變速箱由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過扭矩儀及聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)。測控系統(tǒng)試驗(yàn)方案如圖1所示。

2 測控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

液壓動(dòng)力換檔變速箱測控系統(tǒng)主要有顯示屏、工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊、開關(guān)電源、斷路器、繼電器等組成。數(shù)字量輸入接口對檔位信息進(jìn)行采集。數(shù)字量輸出接口對檔位、前進(jìn)、后退電磁閥進(jìn)行控制。利用模擬量輸入接口采集變速箱的壓力、溫度等模擬量，經(jīng)過測控系統(tǒng)進(jìn)行濾波處理后，將壓力、溫度的實(shí)時(shí)值與設(shè)定上下限值比較，超過上下限后，自動(dòng)停機(jī)使變速箱安全運(yùn)行[4]；實(shí)時(shí)顯示壓力、溫度等趨勢曲線，而且可以記錄歷史數(shù)據(jù)。在試驗(yàn)臺(tái)上設(shè)置前進(jìn)、后退以及換擋按鈕，考慮安全，增設(shè)了急停按鈕；從便于觀察角度，設(shè)置了前進(jìn)、后退以及故障指示燈。動(dòng)力換擋變速箱測控系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

在變速箱的輸入信號中，需要采集變速箱的轉(zhuǎn)速信號。使用扭矩傳感器采集轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速信號，將信號通過信號轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成4-20ma電流信號，通過屏蔽電纜接到數(shù)據(jù)采集模塊，利用RS485串口將數(shù)據(jù)輸送到工控機(jī)進(jìn)行濾波處理，在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的測量。

變速箱模擬量主要采集變矩器、離合器、潤滑油壓力，壓力測量范圍均為0-3MPa，精度0.2級，選擇壓力傳感器，輸出4-20ma電流信號； 液壓油正常溫度范圍為80℃～100℃，精度0.2級，選擇溫度傳感器-輸出信號為4-20ma電流信號，使用屏蔽電纜將模擬量信號傳輸給數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊帶有RS485通訊接口，通過RS485接口將數(shù)據(jù)傳送到工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與顯示。

3 測控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

測控系統(tǒng)軟件使用MCGS組態(tài)軟件完成上位機(jī)的編程，實(shí)現(xiàn)對變速箱的數(shù)據(jù)采集和變速箱換擋任務(wù)。

MCGS軟件主要實(shí)現(xiàn)如下功能：（1）對檔位、報(bào)警等開關(guān)量信號采集。（2）對油溫、壓力等模擬量信號采集并進(jìn)行濾波處理。（3）對檔位進(jìn)行控制。（4）對轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。（5）與數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行通信。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)由22個(gè)工況組成，每個(gè)工況使變速箱運(yùn)行在不同檔位時(shí)檢測變速箱的油溫與壓力，如果檢測數(shù)據(jù)合格，進(jìn)行下一檔位測試，直到完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，控制流程如圖3所示。

3.1 模擬量量程轉(zhuǎn)換

由于壓力、溫度等模擬量信號是4-20ma電流信號，經(jīng)過模擬量模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，但不能直觀的在顯示屏上顯示當(dāng)前的壓力和溫度數(shù)值，因此需要進(jìn)行數(shù)字量到工程量的轉(zhuǎn)換。模擬量的輸入/輸出都可以用下列的通用換算公式換算：

其中：

Ov=[（Osh-Osl）*（Ish-Isl）]+Osl （1）

Ov：換算結(jié)果；Iv：換算對象；Osh：換算結(jié)果的高限；Osl：換算結(jié)果的低限；Ish：換算對象的高限；Isl：換算對象的低限。

它們之間的關(guān)系可以如圖4所示：

3.2 濾波處理

由于變速箱工作現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，周圍存在大量干擾源，例如變頻器、高壓電機(jī)等，受到干擾的模擬量在進(jìn)入測控系統(tǒng)時(shí)有可能產(chǎn)生誤差，使測量結(jié)果不準(zhǔn)確。除了在硬件上需要做防干擾措施外，還可以在軟件上進(jìn)行數(shù)字濾波處理。在此使用中值濾波對模擬量進(jìn)行濾波處理。中值濾波法對偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定造成的誤差所引起的脈動(dòng)干擾有效。由于變速箱采集的主要為壓力、溫度信號，采用中值濾波效果較其它濾波方法好，因此采用中值濾波法。中值濾波就是在一個(gè)采樣周期對某一信號連續(xù)采樣n次，然后進(jìn)行排序，取中間值作為本次采樣周期的采樣值[5]。中值濾波程序流程圖如圖5所示。

4 結(jié)束語

傳動(dòng)箱試驗(yàn)臺(tái)已投入使用，經(jīng)過現(xiàn)場測試，對變速箱的壓力、溫度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)測量準(zhǔn)確，變速箱測控滿足要求，從而為變速箱的檢測提供了依據(jù)，保證了變速箱的生產(chǎn)及檢修質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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