重型變速器加載下線測試方法研究

董少甫， 吳 哲， 韓 偉， 弓 宇， 石獻金， 楊 帥

（機械科學(xué)研究總院集團有限公司 中機生產(chǎn)力促進中心， 北京100044）

0 引言

目前常見的重型變速器下線檢測臺架從結(jié)構(gòu)上分，有如下幾種形式：①單驅(qū)動空載臺架。此類臺架結(jié)構(gòu)只有一臺驅(qū)動電機及變速器的安裝工裝，功能簡單，設(shè)定一個固定轉(zhuǎn)速，帶動變速器一軸運轉(zhuǎn)，換擋測試變速器是否存在故障，故障檢出率低；②帶慣量電機的空載臺架，此類臺架在單驅(qū)動空載臺架的基礎(chǔ)上增加了具有慣性模擬功能的電機，但幾乎無加載能力；③測功機加載臺架，此類臺架增加了測功機加載模塊，有一定的加載能力，但無法測試反拖工況；④近幾年出現(xiàn)的四象限加載臺架，采用驅(qū)動電機模擬發(fā)動機， 加載電機模擬負載， 可以四象限工作，測試變速器正反拖等各種工況。

四象限加載臺架具備了測試變速器各種工況的能力，但由于研究不夠深入、測試方法比較簡單，有部分有問題變速器不能被識別：①無法采取有力的技術(shù)手段進行控制換擋過程，存在工人違反工藝操作漏掛擋位、檢測時間不夠的現(xiàn)象，導(dǎo)致變速箱存在故障流出； ②采用手工檢測各壓力開關(guān)的通斷，容易導(dǎo)致漏檢或?qū)⒐ぷ鞑环€(wěn)定的開關(guān)誤認為合格，而導(dǎo)致故障流出；③無試車檢測記錄存儲功能，無法有效監(jiān)控試車過程和進行產(chǎn)品質(zhì)量追溯[1，2]。

本文針對目前變速器下線檢測現(xiàn)狀以及檢測設(shè)備存在的問題，通過技術(shù)研究，采取點點突破和技術(shù)創(chuàng)新的研究思路全面解決難點問題， 具體通過技術(shù)調(diào)研方式獲取對標參照，關(guān)鍵技術(shù)研究，形成試驗臺總體下線測試方法方案。

1 測試方法研究

1.1 測試方法總體方案

通過調(diào)研多家試驗臺架供應(yīng)商和變速器廠家， 了解目前試驗臺臺架的優(yōu)缺點，通過與變速器廠家溝通，進一步了解產(chǎn)品在測試中存在的問題， 并結(jié)合本研究所多年做試驗臺架的經(jīng)驗，研究出一種可靠、安全、快速、有效的變速器下線測試方法[3，4]。

本測試方法基于四象限下線加載臺架， 具體測試方法框架如圖1 所示。

圖1 測試方法框架Fig.1 Testing method framework

1.2 程序化試驗加載模塊

變速器下線加載試驗臺每個擋位的加載測試過程如圖2 所示：①帶載換擋階段，本階段加載輕微反拖載荷，模擬換擋過程中汽車慣性負載；②正拖負載施加，反拖負載施加，本階段通過驅(qū)動、加載電機扭矩變化，使變速器正齒面接觸，模擬正拖；③帶載加載階段，本階段驅(qū)動在一定時間內(nèi)升速，帶正拖負載，模擬汽車的加速過程；④帶載高速滑行，此階段保持高速恒速，帶正拖負載，模擬汽車高速行駛過程；⑤反拖負載施加，本階段通過驅(qū)動、加載電機扭矩變化，使變速器反齒面接觸，模擬反拖；⑥帶載減速過程，此過程驅(qū)動在一定時間內(nèi)減速到怠速，帶反拖負載，模擬汽車剎車過程。

圖2 加載過程Fig.2 Testing method framework

通過對圖2 所示加載過程的分析， 研究程序化試驗方法，采用掃碼二維碼的方式，自動提取調(diào)用與當前被測變速器對應(yīng)的程序，程序強制掛擋流程運行時間。變速器信息數(shù)據(jù)庫和加載配方采用Excel 表格式輸入，方便快速修改和讀取。

1.3 測試測量模塊

（1）加載測試模塊。 開發(fā)一種適用于變速器下線試驗噪音檢測與評估技術(shù)。 采用噪音、振動協(xié)同檢測手段，通過聲級計及加速度計對故障信號進行采集， 采用高速通信板卡＋專用數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)傳輸、存儲、數(shù)據(jù)處理等，采樣頻率高，同步性好；開發(fā)試驗故障數(shù)據(jù)庫，建立振動噪音結(jié)果異常特征與被試件故障的關(guān)聯(lián)， 通過大數(shù)據(jù)處理、機器自學(xué)習(xí)等技術(shù)，判斷產(chǎn)品合格性，實現(xiàn)對故障信息的對比、分析與評價。

傳統(tǒng)工人通過辨識試驗過程中的變速器噪音來判斷被試件是否故障的手段， 首先會受到工人技能水平的不同，而產(chǎn)生差異，其次很多故障難以用耳朵去區(qū)分。 針對這種問題，本測試方法中引入NVH 測試系統(tǒng)，上位機軟件增加故障數(shù)據(jù)庫， 在變速器測試過程中實時測試振動信號，NVH 結(jié)果異常特征與被試件故障建立關(guān)聯(lián)， 大數(shù)據(jù)處理，自學(xué)習(xí)獲得故障閾值，通過相關(guān)頻率階次的振動閾值判斷產(chǎn)品合格性及故障點。 此過程臺架擋位信號與NVH 系統(tǒng)經(jīng)行交互，為自動過程[5]。

（2）粘連測量模塊。 由于變速器內(nèi)空間有限，各個齒輪之間配合緊湊， 有時避免不了非接觸齒輪之間相互摩擦，造成變速器粘連等情況。 針對這一情況，研究了一種測量粘連扭矩的測量方法，試驗臺架裝夾完成后，變速器掛空擋， 輸出電機將法蘭盤抱死， 進行一軸空轉(zhuǎn)扭矩測試，通過輸入電機逐漸加大扭矩，當扭矩達到一定值后，輸入電機帶動一軸開始轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)五圈，輸出實時扭矩曲線，并計算平均值與峰谷值之差（均不包括啟動峰值點），系統(tǒng)記錄測試結(jié)果， 并把測試結(jié)果和系統(tǒng)設(shè)定的一軸空轉(zhuǎn)扭矩標準值進行比對， 根據(jù)比對結(jié)果判斷變速器是否發(fā)生了粘連。

（3）開關(guān)測量模塊。操作人員將試驗臺架處的開關(guān)檢測線纜，連接到變速器相應(yīng)的插頭處后，正常進行試驗操作，不需要再對開關(guān)狀態(tài)進行人工識別，試驗臺測試過程中，根據(jù)一些邏輯判斷，可以自動識別開關(guān)的通斷狀態(tài)，并且保存并記錄該開關(guān)的通斷次數(shù)。 所測開關(guān)涵蓋了空擋開關(guān)、倒擋開關(guān)、取力器開關(guān)、高低擋開關(guān)等類型。測試完成后，開關(guān)檢測結(jié)果以圖像形式顯示在屏幕上，并保存與試驗報告中。如若該次試驗中，沒有檢測到某種開關(guān)或者通斷次數(shù)遠遠低于正常次數(shù)， 可以在屏幕上報警并有相應(yīng)的文字提示。

1.4 數(shù)據(jù)管理模塊

每次試驗完成后，對本次數(shù)據(jù)進行處理，并在界面上顯示、后臺保存和調(diào)用回放等。考慮到數(shù)據(jù)存儲量大等特點，以二進制形式存儲，并通過Access 數(shù)據(jù)庫記錄數(shù)據(jù)索引，具體數(shù)據(jù)管理模塊框架如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)管理模塊Fig.3 Data Manager

2 測試方法驗證

2.1 試驗臺架關(guān)鍵參數(shù)選擇

綜合以上各種試驗臺架的對比， 本測試方法基于四象限加載試驗臺架，試驗臺架的關(guān)鍵參數(shù)如表1 所示。

表1 試驗臺架關(guān)鍵參數(shù)指標Tab.1 Key parameters of test- bed

2.2 程序化試驗加載模塊試驗

以某一變速器廠的12 擋變速器為例，根據(jù)其加載工藝要求，形成加載方案，7 擋-8擋-9 擋-10 擋-11 擋-12 擋-高速R 擋-1 擋-2 擋-3 擋-4擋-5 擋-6 擋-低速R 擋，具體的各個擋位的加載時間和加載量如表2 所示。

表2 變速器加載配方Tab.2 Gearbox loading formula

2.3 測試測量模塊試驗

（1）加載測試模塊試驗。 為了測試研究方法的實際效果， 在試驗臺架上根據(jù)表2 的加載配方對變速器進行加載測試，測試結(jié)果表明該加載配方與設(shè)定的數(shù)據(jù)吻合，實際加載曲線如圖4 所示。

圖4 加載曲線Fig.4 Load curve

（2） 粘連測量模塊試驗。 試驗過程測量一軸空轉(zhuǎn)扭矩，輸出電機工作在零速模式將法蘭盤抱死，輸入電機工作在扭矩模式下，慢慢加大扭矩，直到一軸開始旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)5 圈后試驗結(jié)束。 在這過程中一直記錄輸入端扭矩傳感器的值， 并計算該過程的平均值10.31Nm， 峰谷值差2.99Nm，變速器工藝要求扭矩參數(shù)20Nm 以下，滿足工藝要求。

（3）開關(guān)測量模塊試驗。 把測量線束接到變速器的壓力開關(guān)上，在試驗過程中，檢測壓力開關(guān)的通斷情況，通斷次數(shù)在工藝要求內(nèi)，若無問題，即可滿足出廠要求。

2.4 數(shù)據(jù)管理模塊

一臺變速器試驗完成后， 通過NVH 測試可以實時得出內(nèi)部傳動部件的合格或不合格結(jié)論性意見，同時試驗的數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，方便以后查看并進行大數(shù)據(jù)分析。

3 結(jié)論

在重載汽車變速器下線加載試驗中研究一套合適的測試方法， 不僅能夠高效的對出廠的重型變速器進行下線加載測試，篩選問題變速器，提高出廠產(chǎn)品合格率；并且能夠建立起變速器故障數(shù)據(jù)庫， 為分析故障原因和優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。 試驗結(jié)果表明該下線測試方法能有效、可靠的檢測出各種故障， 問題變速器的檢出率達到99%以上，能夠滿足重型變速器加載下線檢測需求。