变速器机械封闭试验台自动化改造设计解析

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①作者简介：孙聪（1988—），男，满族，辽宁大连人，本科，助理工程师，研究方向：机械结构设计，自动化改造。

DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.31.062
变速器机械封闭试验台自动化改造设计解析
①
孙聪 宋世欢
(大连电瓷集团输变电材料有限公司 辽宁大连 116620)
摘 要：作为汽车传动系统关键组成，汽车变速器性能会与传动系统性能有直接关联。

为保证汽车正常行驶体验，会通过对变速器试验台的运用，对变速器性能展开测试与试验研究，进而为变速器结构调整与性能提升提供数据支持。

通过对变速器基本情况的分析，对变速器机械封闭试验台自动化改造设计展开深层次探究，期望能够为自动化机械封闭试验台设计与应用提供一定启示。

关键词：液压加载系统 自动化改造 变速器 改造设计中图分类号：U260 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2019)11(a)-0062-02
汽车变速器主要用于车轮行驶速度变速与发动机转速协调，是保证汽车发动机性能发挥质量的重要设备。

在汽车行驶时，可通过对变速器的运用，使车轮与发动机件产生多种变速比，能够通过换挡确保发动机始终保持最佳动力性能状态。

1 变速器机械封闭试验台自动化改造策略
1.1 原理分析
机械封闭式试验台由传统系连接件、拖动电机以及传动箱等几部分所组成，在进行试验过程中，会遵照几步，逐步展开测试：（1）启动拖动电机，带动传动部件、试验变速器进行运转；（2）当转速到达额定转速之后，向加载器中输入油压，进行加载器加载；（3）当加载到额定载荷时，系统会逐渐趋于稳定，变速器寿命试验也会逐步展开。

按照相应规范，档位测试时间是根据循环次数进行确定的，强调每次单试验时间不会超过2h，如果超过时间，需要停车换挡再进行操作。

1.2 试验台问题
改造前试验台主要存在几个方面的问题：（1）拖动电机转速不达标。

因为运用的是普通异步交流电机，可进行转速试验存在限制，所以无法对试验转速展开精准调节；（2）加载器压力主要以手动控制模式为主，在液压油温度发生变化时，转矩也随之发生了改变，需要手动进行转矩调整，人员工作量相对较大；（3）试验时间以及档位数据需要由人工进行记录，人员工作劳动强度较大，很容易会引起试验管理方面问题。

1.3 改造总体规划
为妥善解决试验台问题，设计人员决定对试验台实施自动化改造。

为保证试验台运行自动化水平，在改造时会通过几项设计，达到预期改造目标：（1）对变频电机、变频器展开运用，做好试验转速调控；（2）用PLC输出电压对液压比例阀展开控制，代替传统手动调压阀，实现自动化扭矩控制；（3）做好测控软件设计与运用，对整体系统展开科学控制，实现自动记录、档位提示以及试验时间计时功能，确保试验管理可以得到有效规范，试验系统自动化水平可以得到显著提升。

2 变速器机械封闭试验台自动化改造设计
2.1 硬件部分
（1）变频电气系统。

按照改造规划思路，会通过对75kW交流异步变频电机的运用，代替传统电机，而变频器会通过对特定品牌设备的运用，满足转速调控各项要求。

（2）液压加载系统。

液压系统在运作过程中，在其内容会形成压力差，是构成加载心轴加载力矩重要内容，所以在进行力矩调节时，可通过对油压数值展开调整的方式，做好负载转矩调节，达到预期自动化扭矩控制效果。

（3）测控系统。

测控系统主要包括上位工控机以及下位机PLC两部分所组成，其中PLC采用特定品牌公司所生产设备，工控机选用某知名品牌工控机设备。

两者之间通讯，会通过对特定品牌通讯协议的使用，完成一系列通讯控制。

在系统中，在PLC控制变频器系统支持下，工控机可自动对变频电机展开启动、停止以及速度调节等操作，在试验系统转速达到相应要求之后，工控机会自动获取当时试验转矩数据。

如果试验转矩与设定转矩存在差异，需要运用PLC模拟信号输出端电压信号控制比例阀，对液压加载器内油压展开调节，进而实现对试验转矩的有效控制。

此外，还需运用其展开数据采集、储存以及试验计时等一系列操作。

2.2 软件部分
2.2.1 软件设计方案
在启动测控程序之后，操作人员会将变速器试验规范、档位信息等数据输入到其中，自动完成试验流程设计。

在试验流程建设完成后，会由存储、自动控制循环以及计时循环和数据采集等四个模块，对试验过程展开控制，而各模块之间信息传输以及通讯，会在消息队列机制支持下完成。

2.2.2 程序设计
（1）试验流程设计：按照设计方案规划，在进行试验流程设计时，会通过输入变速器试验规范与变速器单位信息两种二维表完成流程设置，并会将生成数据存储到相应数据库之中，以供后续程序自控过程中展开参数获取。

输入数据，主要有试验转矩、试验时间以及试验转速等。

此外，会及时对试验信息展开记录，并会在各档位试
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验结束后，及时进行试验流程表数据库信息更新操作，能够保证数据库内信息时效性与真实性，可将档位试验时间以及其他状况真实描述出来，能够为试验高质量管理工作开展提供有利支持。

（2）自动控制循环设计：控制循环重点功能在于对转速转矩展开实时监控，所以会按照超时事件方式，在规定时间内，在事件结果内没有出现其他事件时，自动展开超时事件，进而对事件发生时试验台运行状况展开检测，确定此时传感器转速转矩数值，以通过比较分析，确定额定数值设置范围。

在完成超时事件数值与设定试验转速转矩数值比较后，会生成相应控制量对下位机PLC实施输出控制。

（3）计时循环设计：在进行计时循环设计过程中，会按照试验流程设定试验时间，对试验系统启停展开控制。

系统可采用定时循环结构模式，利用固定可控循环时间，保证计时操作精准性。

在程序内，启动计时操作是在转速转矩达到试验设定后置位时开始的，每次循环时间增加较为规律，一次增加在1秒左右。

在时间增加到和设定试验时间相同数值时，会出现停车事件。

自动控制循环在接到事件相关信息之后，会及时发出停车指令，停止展开试验台操作。

（4）数据采集设计：工控机和数据采集模块之间，会通过对相应协议的运用完成信息通讯。

在实际进行通讯时，工控机会向采集模块发动字符串，而模块在接收到模块之后，会自动将字符串传输到相应通道之中。

通道共有8条，其中1-4主要传输温度信息；5-6主要传输压力信息；7-8主要传输振动信息。

通过对字符串的数据类型转换与拆分，可以准确获得传感器各
项数据信息。

（5）数据显示与存储：此部分设计主要用于试验台运行状态参数以及相应数据显示与储存，强调不仅要对实时数据信息展开存储与显示，同时还要对历史信息进行记录，应通过对不同使其数据信息的对比与分析，确定试验台各项性能是否得到切实优化，试验系统操作性能是否达到了最佳，进而为变速器自动化检验奠定扎实基础，保证变速器测试结果可信度与精准度。

3 结语
经过改造之后，试验台转速转矩实现了自动控制，数据采集以及处理操作也开始执行自动化模式，原有系统所存在的操作不便问题得到了妥善解决，实验测试效率得到了显著提升。

由于本文所述试验台自动化设计未必适合所有试验台改造，所以改造设计人员在具体进行设计时，需要做好试验台具体运行状况调查与分析，并要按照分析结果以及变速器检测目标，制定出可行性较高的改造设计方案，以为最终改造设计质量提供可靠保障。

参考文献
[1] 常凯,宣自洋,陈书宏.公共直流母线电封闭式变速器试验台控制系统设计[J].制造业自动化,2015(11):4-7.
[2] 马渝翔,王开,吴哲.新能源汽车变速器在线加载试验台设计[J].机床与液压,2017(22):1-4.
[3] 曲晓华.液压阀试验台控制系统的研制[J].机械工程与自动化,2014(1):168-169.(上接61页)
致拨叉位置的不准确，也可能是限位开关存在不正确的安
装而导致反馈信号发生错误[3]。

3.2 主轴定位的不准确影响自动换刀
对主轴进行定位后，发现其位置存在一定的偏移，对主轴的驱动系统进行检查，其没有任何的报警，且机械部分的结构又较为简单，对机床定位通过编码器实施，其定位的动作具有良好的正确性，因此其故障现象由于电气部分问题而导致的可能性十分小。

然后对此引起故障的机械部门进行考虑，可能是由于编码器连接问题造成的，后对其连接部分进行检查，则查找出编码器上的连接套螺钉有松动情况，导致编码器和主轴进行连接的区域存在过大的间隙，则需要把螺钉按照要求进行良好固定。

3.3 数控加工中心存在无显示的故障
若数控加工中心使用中和调试中，并没有对故障区域进行显示，系统也能够持续地运行，但是其显示器却出现故障，在通过重启操作后，其故障又没有了。

面对数控机床这种故障，相关维修人员需要通过经验实施判断，对各种元件接触的性能进行检查，来判断是否由于存在接触的不良而导致故障出现，并且还需要对显示板进行检查。

检查中可以通过手动模式逐一进行检查，来对故障进行诊断[4]。

3.4 加工中心运动不平衡
加工中心运动不平衡主要是由于坐标轴存在振动和爬行等情况，出现这种情况往往是和多种原因存在密切关系，可能由于机械传动的系统存在问题，也可能由于伺服进给的系统存在调整和设定的不当情况。

在对此故障进行诊断中，要先将机场的操作方式设置为手动的方式，通过手摇脉冲的发生器对Y轴的进给进行控制，发现其Y轴
存在振动，长时间的移动下Y轴的速度单元报警灯亮起，这就说明了Y轴伺服的驱动器存在过流的报警，则分析其故障的原因可能是电机的负载过大、机械传动的系统不良、位置环的增益过高和伺服的电动机存在故障等。

在故障的排除中，可以使用互换法来对故障原因进行确认。

4 结语
综上所述，数控加工中心在使用中常见诸多类型的故
障，为了保证其具有良好的使用性能，满足加工生产的需要，就要针对其故障类型进行有效的诊断，并根据故障情况对故障实施有效的维修，这也是保证数控加工中心良好运用和提高机械加工生产质量的必要途径。

参考文献
[1] 朱秀荣.数控铣床与加工中心典型故障诊断与维修[J].长春师范大学学报,2015(6):61.
[2] 陈辉雄.数控加工中心机床常见故障诊断与解决措施[J].中国机械,2016(3):92-94.
[3] 吴世东.数控加工中心机床常见故障诊断与维修[J].中国设备工程,2018,403(18):51-52.
[4] 卞仕新.数控加工中心ATC装置常见故障诊断及控制分析[J].南方农机,2017(19):79-80.
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