可加快推土机传动件耐久性测试的试验台的研究

摘要：工程机械企业很少有模拟整机工况对推土机传动件进行耐久性试验的试验台，基于此，从总体方案、驱动系统、加载系统、控制系统、采集系统、上位机系统等方面，设计一种可加快推土机传动件耐久性测试的试验台。

关键词：推土机传动件；试验台；耐久性试验；上位机

基金项目：广西科技计划项目（桂科AB21076017）中型推土机传动系统节能及可靠性技术研究及应用

基金项目：柳州市科技计划项目（2022AAB0102）工程机械自动换挡技术研究与智能化制造

0 " 引言

以整机实际运行工况为基础，笔者设计了一种可加快推土机传动件耐久性测试的试验台。该试验台可将整机平动的能量，等效转化为试验台上飞轮和主轴等机构转动的能量。试验台使用可扩展采集功能的西门子主控制器，通过以太网和上位机进行数据交互。配置变频器实现电动机无极调速，主控制器与变频器通过模拟量交互数据。试验台软件基于程序开发平台进行开发，软件架构包括运行在PC端的上位机和运行于实时系统的下位机。上位机实现与用户的界面交互，下位机实现数据采集和测功功能。

1 " 试验台设计的总体方案

台架原理如下：电动机输出恒定转速，驱动试验件及加载飞轮，变速器循环切换挡位冲击试验件验证其可靠性。在变速器前段增加液力变矩器，作为缓冲装置防止冲击电动机。整个试验台总体由驱动系统、加载系统、控制系统、采集系统、上位机操作系统等组成，试验台总体结构示意如图1所示。

2 " 驱动系统

驱动系统主要有电动机、变频器等组成，采用西门子1PH8型电动机代替发动机为驱动系统提供动力。该型电动机额定功率435KW、额定转速1150r/min。变频器匹配电动机，其调速范围为0～300Hz，具备无极调速功能。

3 " 加载系统

试验台采用简单可靠的机械式加载系统，主要由飞轮、轴承座、底座以及其他零件组成，如图2所示。

试验台采用惯性飞轮给试验件加载，利用飞轮和主轴等转动时的能量等效整机平动时的能量。整机在实际工况下，动能可表示为公式（1）：

（1）

式中：EV为整机动能，J；m为整机质量，kg；v为整机速度，m/；Ji 为整机上旋转部件的转动惯量，kg·m2； ωi为整机上旋转部件的角速度，rad/s。

引入回转质量换算系数δ，公式（1）简化为公式（2）：

（2）

用于工程机械，回转质量换算系数δ可近似取值为1.1[1]。

试验台测试的动能可表示为下列公式：

（3）

式中：ES为试验台的动能，J；JS 为试验台加载系统的转动惯量，kg·m2；ω为试验台飞轮的角速度，rad/s。令公式（2）等于公式（3），即EV=ES，得：

（4）

整机车速与电动机转速的关系式如下：

（5）

式中：ua为整机车速，m/s；iq为总传动比。

ω=2πn nbsp; " " " " " " " "（6）

联立公式（5）、（6），计算试验台加载系统的转动惯量JS ，见公式（7）：

（7）

根据整机车轮的滚动半径和速比，即可确定试验台加载系统的转动惯量。

4 " 控制系统

试验台安装西门子1212CPLC型实时控制器，同时配置模拟量输入输出模块。变频器多功能端子连接到主控器IO点，控制电动机的启停、转速等参数，并反馈变频器状态。

试验台采用电磁换向阀作为换挡机构，通过不断循环换挡冲击试验件，以验证其可靠性。主控制器输出信号给电磁阀，使其导通液压油进入变速器操纵阀实现换挡功能。试验台配置有两组三位四通电磁阀组，通过组合使用实现8个挡位的切换。

5 " 采集系统

西门子模拟量输入模块作为采集仪器，采集试验件温度、压力、流量、转速等信号。K型热电偶温度传感器接线到温度模块，实时读取温度数据。压力及流量传感器将标准0～10V输出信号连接到模拟量输入端子，实时读取传感器数据。在飞轮端配置有欧姆龙接近开关，主控制器自带有6路高速计数通道，实时读取飞轮端转速。

在DB数据块中建立INT数据类型数组，将传感器数据移位到DB数据块中便于与上位机交互数据。为降低控制器循环周期，控制器只读取数据，数据处理与分析由上位机完成。

6 " 上位机系统

上位机系统基于Labview（程序开发平台）开发，上位机系统由前面板与程序框图组成，前面板是程序与用户交流的窗口，设计良好的前面板可以给操作人员带来友好的感觉，程序框图用于开发控制程序，实现控制采集功能。上位机与主控系统基于TCP/IP（传输控制协议/网际协议）通讯，通过读取TCP数据和写入TCP数据函数与控制器交互数据。上位机读取传感器数据及反馈运行状态并将限制参数及控制数据传递给控制器，由控制器执行相关操作。

控制器读取传感器数据并传递给上位机，由上位机进行数据处理及分析。使用均值和滤波函数处理传感器数据保证其准确性，后经缩放转化为实际值。

上位机具备数据存储功能，数据表头自动显示。采集频率可调，最大采样频率可达1000Hz。上位机同时配置有登陆系统，输入正确的账号和密码才能进入试验操作界面。上位机界面如图3所示。

7 " 结束语

推土机传动件耐久性试验台实现了机电液一体化综合运用，液压换挡、机械加载、电气控制试验台及上位机实时监控试验参数，功能完善。试验台配置多种传感器保证试验过程的准确性及安全性，具备24h试验能力。试验台实时记录试验过程中的数据，对加快推土机传动件的优化和改进具有指导性意义。

参考文献

[1] 郝国强，刘泽群，于俊兰.轮式装载机的制动计算和制动器摩

擦性能研究.工程机械，2007，5（17）：26-29.