一种液压加载的机液混合流测试平台及其应用的制作方法

本发明涉及一种液压加载的机液混合流测试平台及其应用，特别适用于液压机械无级变速器中液压传动单元性能参数的获取及变速器传动效率检测，属于工程机械技术领域。

背景技术：

21世纪是汽车工业飞速发展的时代，汽车工业逐步成为许多国家的支柱产业，为了控制汽车的品质，势必对其总成及零部件提出更严格的要求，变速器是汽车传动系中一个重要的总成，为了对变速器产品的结构和零部件的性能、寿命进行测试和分析，为产品设计和质量的评估提供可靠的科学依据，缩短产品的开发周期和提高产品质量。因此。对变速器系统综合测试平台的研究有特别重要的意义。

由于大部分工程机械(如装载机)的工作环境比较恶劣，载荷变化大，发动机功率得不到充分发挥，这样一来，提高工程机械的工作综合性能，使工程机械在工作中变得更加的高效、耐用、节能和舒适显得更加重要。工程机械的负荷变化剧烈，容易引起车速急剧变化，实现自动变速一直是人们追求的目标。工程机械为了提高对高强度负载的适应能力，主传动系多采用液力机械传动形式，然而液力机械所存在的换挡冲击，工作状态不稳定和传动效率较低等问题，严重影响了整机的动力性、经济性和舒适性。液压传动可提供稳定的最佳速度，并可以准确控制和随意无级变化，但是纯液压传动存在传动效率偏低而导致系统发热严重，液压元件寿命降低等一系列问题。为了克服以上的不足，综合它们的优点，机械液压复合传动是一个非常不错的发展方向。

液压机械无级变速器是一种液压功率流与机械功率流并联的新型传动装置，通过机械传动实现传动高效率，通过液压传动与机械传动相结合实现无级变速，具有良好的无级调速特性，可大幅提高车辆的动力性和燃油经济性，且能实现大功率传递，因此在大功率车辆领域有着广阔的应用前景。

目前设计开发的液压机械无级变速器测试平台大多为产品试制后的专门的试验台架或装置，并且通过一系列的测试试验，试制产品的液压传动单元和机械传动单元往往不是最佳的设计匹配方案，甚至可能出现重新试制产品，导致了产品设计开发的成本比较高和周期比较长，耗费了大量的人力物力。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种液压加载的机液混合流测试平台，该测试平台采用液压加载系统可实现液压机械复合传动系统液压传动单元的性能测试、变速器效率检测以及机械和液压功率流的比例测试，最终实现机液混合流的最优组合分配方案。

本发明还提供上述一种液压加载的机液混合流测试平台的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种液压加载的机液混合流测试平台，包括机械部分和控制部分：

机械部分包括：

输入端依次连接的液压马达、电磁离合器、输入端转速扭矩传感器、分流机构；

分流机构的一个输出端依次连接机械传动单元转速扭矩传感器、机械传动单元输出端液压加载系统；

分流机构的另一个输出端依次连接液压传动单元输入端转速扭矩传感器、被测试的液压传动单元、液压传动单元输出端转速扭矩传感器、液压传动单元输出端液压加载系统；

控制部分包括：

工业控制计算机，与工业控制计算机分别连接的信号采集单元、plc；

信号采集单元通过压力传感器、流量传感器与被测试的液压传动单元连接；信号采集单元还分别与输入端转速扭矩传感器、液压传动单元输入端转速扭矩传感器、机械传动单元转速扭矩传感器、液压传动单元输出端转速扭矩传感器连接；

plc分别连接输入端plc的d/a模块、输出端plc的d/a模块、分流机构控制器、电磁离合器；其中，输入端plc的d/a模块通过动力输入端液压马达调速控制器与液压马达连接，输出端plc的d/a模块通过两个输出端液压加载系统调速控制器分别与机械传动单元输出端液压加载系统、液压传动单元输出端液压加载系统连接；分流机构控制器分别与分流机构、被测试的液压传动单元连接。

优选的，工业控制计算机还分别连接有报警器、显示器、试验台工作状态指示灯。

优选的，液压马达一端连接泵站。

优选的，分流机构输出端的联接轴通过联轴器分别连接液压传动单元输入端转速扭矩传感器一端、机械传动单元转速扭矩传感器一端；液压传动单元输入端转速扭矩传感器另一端通过联轴器与被测试的液压传动单元连接。

优选的，液压马达通过联轴器与电磁离合器连接。

优选的，机械传动单元转速扭矩传感器、液压传动单元输出端转速扭矩传感器的输出端通过联轴器连接加载液压泵，加载液压泵输出端连接单向阀，单向阀一端依次连接溢流阀、流量计、冷却器、油箱，单向阀另一端连接补油泵，补油泵输入端通过联轴器连接电动机。

优选的，分流机构包括由行星轮系齿圈、行星轮系行星轮和行星轮系行星架组成的行星轮系，以及齿轮a和齿轮b形成的固定齿轮传动，以及离合器l1、离合器l2、离合器l3和离合器l4，以及分流机构控制器的执行元件；分流机构外伸分流机构输入轴、液压传动单元联接轴和机械传动单元联接轴。此设计的好处是，分流机构不同离合器的接合可实现液压功率流和机械功率流不同的工作方式，从而实现液压机械复合传动系统液压传动单元的覆盖全工况性能测试。

优选的，试验台工作状态指示灯包括红、绿、黄三种色灯。此设计的作用是，不同颜色色灯的指示内容为：正常工作时设置绿灯指示、正常停机时设置黄灯指示、异常停止时设置红灯指示同时有声音报警。

一种液压加载的机液混合流测试平台的工作方法，包括以下步骤：

通过工业控制计算机和plc两级控制方式，实现输入端液压马达、输出端液压加载系统中加载液压泵不同的工作模式：

(1)恒转速模式：该模式下的液压马达、加载液压泵在控制系统和控制程序的调节控制下，根据转速的实测值的反馈与给定值进行比较调节，通过控制器按给定的控制方式自动调整，改变液压马达、加载液压泵的输出转速，使之维持在设定值；

(2)恒转矩模式：该模式下的液压马达、加载液压泵在控制系统和控制程序的调节控制下，根据转矩的实测值的反馈与给定值进行比较调节，通过控制器按给定的控制方式自动调整，改变液压马达、加载液压泵的输出转矩，使之维持在设定值；

(3)恒功率模式：液压马达、加载液压泵在控制系统和控制程序的调节控制下，使液压马达、加载液压泵的输出功率维持在给定值；

以及，分流机构控制器控制分流机构中四个离合器的接合状态，实现不同的工作模式：

(1)液压传动单元正向汇流传递功率模式

当离合器l1和离合器l3接合时，分流机构内部机械传动单元联接轴与行星轮系齿圈连接，液压传动单元联接轴通过由齿轮a和齿轮b形成固定齿轮传动始终与行星轮系太阳轮连接，分流机构输入轴与行星轮系行星架连接，此时液压传动单元联接轴的转速随分流机构输入轴转速的增大而增大，构成了输出转速随液压马达输出转速的增大而增大的正向汇流传动；

(2)液压传动单元反向汇流传递功率模式

当离合器l2和离合器l4接合时，分流机构内部机械传动单元联接轴与行星轮系行星架连接，液压传动单元联接轴通过由齿轮a和齿轮b形成固定齿轮传动始终与行星轮系太阳轮连接，分流机构输入轴与行星轮系齿圈连接，此时液压传动单元联接轴的转速随分流机构输入轴转速的增大而减小，构成了输出转速随液压马达输出转速的增大而减小的反向汇流传动；

(3)液压传动单元单一传递功率模式

当离合器l3和当离合器l4接合时，行星轮系的传动比为1，机械传动单元联接轴不进行功率传递，此时分流机构输入轴功率输入，分流机构内部液压传动单元联接轴的功率输出；

最终通过工业控制计算机和plc两级控制方式，模拟车辆动力传动系统中动力需求场的功率变化，从而提高传动系统试验能力、扩大适用范围。

本发明的有益效果在于：

1)本发明提供的一种液压加载的机液混合流测试平台可实现液压机械无级变速器中液压传动单元的性能测试及变速器效率检测，通过模拟实际工况与工作条件，测试平台能够对液压机械无级变速器产品的结构和零部件的性能、寿命进行测试和分析，实现复合传动中机械流与液压流达到最佳分配比例。同时为产品设计和质量的评估提供可靠的科学依据，缩短产品的开发周期和提高产品质量。

2)本发明测试平台还可为液压机械无级变速器整机的性能测试及静液压传动系统性能测试提供测试平台，一机多用，使用范围广。

3)本发明测试平台采用液压加载系统，制作成本低，维修方便，测试时试验效率高，载荷调节方便、稳定。

4)本发明试验台采用转速闭环控制，测试试验转速的稳定性良好，试验台结构设计合理、简单可靠、运行安全、节约成本。

附图说明

图1为本发明液压加载的机液混合流测试平台结构示意图；

图2为本发明分流机构传动结构示意图；

图3为本发明液压加载系统原理图；

图4为本发明液压加载的机液混合流测试平台控制原理图；

其中：1-输入端plc的d/a模块；2-plc(可编程序控制器)；3-报警器；4-显示器；5-试验台工作状态指示灯；6-工业控制计算机；7-信号采集单元；8-压力传感器；9-流量传感器；10-输出端plc的d/a模块；11-输出端液压加载系统调速控制器；12-输出端液压加载系统调速控制器；13-液压传动单元输出端液压加载系统；14-机械传动单元输出端液压加载系统；15-液压传动单元输出端转速扭矩传感器；16-被测试的液压传动单元；17-机械传动单元转速扭矩传感器；18-液压传动单元输入端转速扭矩传感器；19-分流机构控制器；20-分流机构；21-输入端转速扭矩传感器；22-电磁离合器；23-液压马达；24-泵站；25-动力输入端液压马达调速控制器；

201-行星轮系行星轮；202-行星轮系齿圈；203-离合器l3；204-离合器l4；205-齿轮a；206-液压传动单元联接轴；207-机械传动单元联接轴；208-太阳轮齿轮轴；209-齿轮b；210-行星轮系太阳轮；211-行星轮系行星架；212-分流机构输入轴；213-离合器l1；214-离合器l2。

131-加载液压泵；132-单向阀；133-补油泵；134-滤油器；135-冷却器；136-流量计；137-溢流阀；138-压力传感器。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图3所示，本实施例提供一种液压加载的机液混合流测试平台，该测试平台主要包括机械部分和控制部分两大方面：

机械部分包括：

输入端依次连接的液压马达23、电磁离合器22、输入端转速扭矩传感器21、分流机构20；

分流机构20的一个输出端依次连接机械传动单元转速扭矩传感器17、机械传动单元输出端液压加载系统14；

分流机构20的另一个输出端依次连接液压传动单元输入端转速扭矩传感器18、被测试的液压传动单元16、液压传动单元输出端转速扭矩传感器15、液压传动单元输出端液压加载系统13；

控制部分包括：

工业控制计算机6，与工业控制计算机分别连接的信号采集单元7、plc2；

信号采集单元7通过压力传感器8、流量传感器9与被测试的液压传动单元16连接；信号采集单元7还分别与输入端转速扭矩传感器21、液压传动单元输入端转速扭矩传感器18、机械传动单元转速扭矩传感器17、液压传动单元输出端转速扭矩传感器15连接；

plc2分别连接输入端plc的d/a模块1、输出端plc的d/a模块10、分流机构控制器19、电磁离合器22；其中，输入端plc的d/a模块10通过动力输入端液压马达调速控制器25与液压马达23连接，输出端plc的d/a模块10通过两个输出端液压加载系统调速控制器11、12分别与机械传动单元输出端液压加载系统14、液压传动单元输出端液压加载系统13连接；分流机构控制器19分别与分流机构20、被测试的液压传动单元16连接。

工业控制计算机6还分别连接有报警器3、显示器4、试验台工作状态指示灯5。试验台工作状态指示灯5包括红、绿、黄三种色灯。不同颜色色灯的指示内容为：正常工作时设置绿灯指示、正常停机时设置黄灯指示、异常停止时设置红灯指示同时有声音报警。

液压马达23一端连接泵站24，由泵站向其提供液体压力。液压马达23的另一端通过联轴器与电磁离合器22连接。

分流机构输出端的联接轴通过联轴器分别连接液压传动单元输入端转速扭矩传感器18一端、机械传动单元转速扭矩传感器17一端；液压传动单元输入端转速扭矩传感器18另一端通过联轴器与被测试的液压传动单元16连接。

机械传动单元转速扭矩传感器17、液压传动单元输出端转速扭矩传感器15的输出端分别通过联轴器连接两个加载液压泵131，加载液压泵131输出端连接单向阀132，单向阀一端依次连接溢流阀137、流量计136、冷却器135、油箱，单向阀132另一端连接补油泵133，补油泵133输入端通过联轴器连接电动机。

如图2所示，分流机构20包括由行星轮系齿圈202、行星轮系行星轮201和行星轮系行星架211组成的行星轮系，以及齿轮a205和齿轮b209形成的固定齿轮传动，以及离合器l1213、离合器l2214、离合器l3203和离合器l4204，以及分流机构控制器的执行元件；分流机构20外伸分流机构输入轴212、液压传动单元联接轴206和机械传动单元联接轴207。分流机构不同离合器的接合可实现液压功率流和机械功率流不同的工作方式，从而实现液压机械复合传动系统液压传动单元的覆盖全工况性能测试。

实施例2：

如图4所示，一种液压加载的机液混合流测试平台的工作方法，利用实施例1的技术方案模拟车辆动力传动系统中动力需求场的功率变化，具体操作过程如下：

通过分流机构控制器19控制分流机构20中四个离合器接合状态的工作模式：

(1)液压传动单元正向汇流传递功率模式

当离合器l1213和离合器l3203接合时，机械传动单元联接轴207与行星轮系齿圈202连接，液压传动单元联接轴206通过由齿轮a205和齿轮b209形成固定齿轮传动始终与行星轮系太阳轮210连接，分流机构输入轴212与行星轮系行星架211连接，此时液压传动单元联接轴206转速的随分流机构输入轴212转速的增大而增大，构成了输出转速随液压传动单元液压马达输出转速的增大而增大的正向汇流传动；

(2)液压传动单元反向汇流传递功率模式

当离合器l2214和离合器l4204接合时，机械传动单元联接轴207与行星轮系行星架211连接，液压传动单元联接轴206通过由齿轮a205和齿轮b209形成固定齿轮传动始终与行星轮系太阳轮210连接，分流机构输入轴212与行星轮系齿圈202连接，此时液压传动单元联接轴206转速随分流机构输入轴212的转速增大而减小，构成了输出转速随液压传动单元液压马达输出转速的增大而减小的反向汇流传动；

(3)液压传动单元单一传递功率模式

当离合器l3203和离合器l4204接合时，行星轮系的传动比为1，机械传动单元联接轴207不进行功率传递，分流机构输入轴212功率输入、液压传动单元联接轴206的功率输出。

动力输入端选用液压马达23连接分流机构20，可以实现液压传动和机械传动的输入端的速比任意调节，通过速比的调节，实现速比的自动校定和比较，测试确定满足整个复合传动系统的液压传动单元性能测试和最佳比例分配范围，同时根据选用匹配发动机的万有特性曲线编制控制程序，通过工业控制计算机6与(可编程控制器)plc2两级控制方式，可以模拟发动机的动力特性为测试平台提供动力源，尽量使被测试液压传动单元的试验工况与实际使用工况最接近，提高传动系统测试试验能力、扩大测试范围的要求。

动力输出端负载模拟装置采用液压传动单元输出端液压加载系统13、机械传动单元输出端液压加载系统14，用来模拟车辆工作路况负载阻力。

如图3所示，液压加载系统中加载液压泵131与单向阀132连接，单向阀132组成液压系统的整流回路控制装置，用以切换试验泵的进油和回油的油路，控制被换向及换向速度，提高换向稳定性，减小液压冲击，溢流阀用于实现液压系统的安全阀调定压力和测试过程中的加载，在加载液压泵131的输出油路上并联补偿泵133，通过滤油器134从油箱吸油，当被试液压传动单元低速运行时，就能保证有足够的流量通过加载溢流阀，确保加载系统中压力的建立和稳定。液压油路中的各种参数的测定由压力传感器138及流量计136测出。冷却器135对液压系统油液进行冷却。

控制系统采用工业控制计算机与(可编程控制器)plc两级控制方式，模拟车辆动力传动系统中动力需求场的功率的变化，从而提高传动系统试验能力、扩大适用范围的要求。

在工业控制计算机6与(可编程控制器)plc2两级控制下，液压马达和液压泵加载系统可以实现不同的工作模式：

(1)恒转速模式。该模式下的液压马达、加载液压泵在控制系统和控制程序的调节控制下，根据转速的实测值的反馈与给定值进行比较调节，通过控制器按给定的控制方式自动调整，改变液压马达、加载液压泵的输出转速，使之维持在设定值。

(2)恒转矩模式。该模式下的液压马达、加载液压泵在控制系统和控制程序的调节控制下，根据转矩的实测值的反馈与给定值进行比较调节，通过控制器按给定的控制方式自动调整，改变液压马达、加载液压泵的输出转矩，使之维持在设定值。

(3)恒功率模式。液压马达、加载液压泵在控制系统和控制程序的调节控制下，使液压马达、加载液压泵的输出功率维持在给定值。

输入端液压马达设置恒转速模式，输出端液压加载系统模拟实际工况设置恒转矩、恒转速和恒功率三种工作模式；分流机构根据实验要求设置液压传动单元正向汇流传递功率模式实现测试液压传动单元正向汇流传递功率时的性能测试；分流机构液压传动单元反向汇流传递功率模式实现测试液压传动单元反向汇流传递功率时的性能测试；当设置分流机构从以上两种工作模式相互切换时，可以测试多段液压机械复合传动系统液压传动单元的性能测试。当分流机构设置液压传动单元单一传递功率模式时，可实现纯液压传动系统的性能测试。

试验台工作状态指示灯设置为红、绿、黄三种颜色。指示内容为：正常工作时设置绿灯指示、正常停机时设置黄灯指示、异常停止时设置红灯指示同时有声音报警。设备报警采用指示灯的同时、设备计算机显示的文字和声音指示，直到按下报警解除按钮。

通过控制程序可以实现动态加载，模拟液压机械复合传动系统实际工况和规定的循环工况；控制系统和控制程序根据不同的测试试验方案可以对输入端液压马达与输出端加载液压泵的转速、转矩设置不同设定值，采用闭环控制方式，可以完全满足液压机械复合传动系统中液压传动单元的性能测试和整个传动系统的机械传动功率流和液压传动功率流的比例测试；试验过程中根据实际要求，操作人员将控制程序调试好，按下启动按钮即可，可以实现全过程的控制及性能测试；试验中的各个测量数值及分析结果通过工业控制计算机和显示器可以实时地显示、处理、存储和打印。与传统的试验台相比，采用本测试平台可以简便可靠的进行液压机械复合传动系统液压传动单元的性能测试，同时为产品设计和质量的评估提供可靠的科学依据，缩短产品的开发周期和提高产品质量。

上面以具体实施例予以说明本发明的结构及工作原理，本发明并不局限于以上实施例，根据上述的说明内容，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。