汽车变速箱液压加载实验台液压系统设计.doc

汽车变速箱液压加载实验台液压系统设计

汽车液压与气压传动技术课程设计

汽车变速箱液压加载实验台液压系统设计

姓 名：陈 浩
学 号：1301050102
班 级：车辆工程13-1
指导教师：吴 博
学 院：机械动力工程学院
学 校：哈尔滨理工大学
日 期：2015年 12 月 18 日

目 录
1. 主要功能结构 3
1.1. 变速器试验台方案的选择 3
1.2. 机械式变速器试验台的方案确定 3
1.2.1. 变速器试验台架结构分析 3
1.3. 液压加载原理 4
1.4. 加载试验台的结构特点 5
2. 液压系统及其工作原理 7
2.1. 动力方式 7
2.1.1. 驱动方式的选择 7
2.1.2. 试验台加载设计原理 11
3. 技术特点与推广 17
3.1. 该变速器试验台设计优点 17
3.2. 系统优点 17
3.3. 系统特点 17
4. 技术参数 18
4.1. 变速器性能在线检测试验台的基本组成及功能简介 18
4.2. 本试验台设计方案的实现与数据分析 19
4.3. 该变速器试验台设计优点 20
5. 各液压元件的工作原理及特点 21
5.1. 电动液压泵参数 21
5.2. 截止阀 21
5.3. 六通换向阀 21
5.4. 安全阀技术指标 22
5.5. 过滤器 22
5.5.1. 过滤器原理 22
6. 常见故障的诊断方法 23
6.1. 液压系统故障一般分析方法 23
6.1.1. 简易故障诊断法 23
6.1.2. 液压系统原理图分析法 23
6.1.3. 其它分析法 24
6.2. 系统噪声、振动大的消除方法 24
6.3. 系统压力不正常的消除方法 25
6.4. 系统动作不正常的消除方法 25
6.5. 系统液压冲击大的消除方法 26
6.6. 系统油温过高的消除方法 27
7. 液压控制系统的安装、调试和故障处理 28
7.1. 液压控制系统的安装、调试 28
8. 参考文献.........................................................................................................30

1. 主要功能结构
1.1. 变速器试验台方案的选择
汽车变速器组装完毕后要在生产车间进行换挡性能及噪声等项检测，汽车变速器总成校验台即为用于汽车变速器组装完毕后，出厂钱模拟汽车实际工况的实验设备。
机械式变速器试验台方案的选择本课题研制的试验台主要用于检测发动机纵置后轮驱动(FR)乘用车的机械式变速器，试验台能给变速器提供动力，模拟机械式变速器在汽车上输入工况；能给变速器加载，模拟汽车道路行驶阻尼;可以对变速器进行综合性能试验的在线检测[1]。同时，要求该试验台具有一定的通用性和可扩展性，可以检测不同型号的机械变速器;并注意制造成本不宜过高。变速器加载试验台通常有两大类形式，一种是开放式试验台，一种是封闭式试验台[2]。两者区别如表1-1所示。

表1-1 开放式与封闭式试验台比较
根据要求，该试验台为在线检测。因为变速器在设计时已经做过相应的验证。所以，在线试验要求具有方便快捷的特点。并且根据企业经济性的要求我们采用开放式变速器试验台的方案进行设计。其主要结构原理如图1-1。

图1-1 开放式试验台主要结构原理示意图
1.2. 机械式变速器试验台的方案确定
1.2.1. 变速器试验台架结构分析
我们知道汽车在行驶过程中，是将发动机旋转传动的旋转能量通过传动系变成汽车直线行驶的动能[3]。如前所述，在汽车行驶过程中，汽车轮胎与地面的滚动阻力、汽车行驶过程中的空气阻力以及轮胎同地面之间的机械摩擦都要消耗的动能。但是要实现直线行驶时的工况是有困难的，所以通过一定运算将直线运动转化为台架上的转动，以模拟各工况的动量与能量关系。
(1)驱动部分
汽车前进是因为有驱动力输入，我们知道目前是采用发动机来提供动力实现此项功能。试验台也必须有类似装置来模拟动力的输入，考虑到经济，
环境等因素一般采用电机作为试验台的动力输入部分。现在国外也有公司采用发动机直接作为动力的输入部分例如AV L公司，它能更好的模拟实际汽车的运输情况但是造价相当昂贵，国内采用此方式的情况还不多。本试验台采用直流变频调速电机驱动，具有启动力矩大，抗干扰性强，可频繁启动等优点。
(2)加载部分
通过第三章的分析，我们知道了汽车在行驶过程中的各种工况受到不同的负载。我们必须找到一种有效的方式进行模拟这些负载，以更准确的得到变速器的性能。本课题实验对象为纵置形式的变速器，在汽车行驶过程中输出轴将动力通过传动轴、主减和差速器等装置传递给驱动桥使汽车行驶。所以，汽车在行驶过程中所受的负载大小反映在变速器上，即为变速器输出轴所受的阻碍其转动的负载大小，它本身是根据车速、道路状况、不同的行驶状态甚至天气状况等原因而变化的。在该试验台上我们将负载通过一定装置加载变速器的第二轴，即输出轴。考虑到经济性与试验要求，我们采用部分加载的方式，这样大量节约了成本，而且采用全加载的方式，会使整个设备所占空间很大不适合在线检测。
(3)系统可靠稳定
由于试验台的工作本质就是将汽车行驶过程不同工况产生的冲击在试验台上得到真实的再现。若冲击比较大，我们必须要考虑试验台的结构与布置的合理性，以免试验过程中对试验台造成损坏。所以台架整体布置时要使台架受力方面具有良好的刚性。
1.3. 液压加载原理
图1-2是液压加载的原理图,在液压加载试验台上,电机通过皮带把动力传到离合器,再通过变速箱驱动液压泵。载荷由液压系统设定。由于加载元件是液压泵,加载介质是液压油,所以称为液压加载。选用双联泵的好处是选用通径较小的液压元件就可以获得较大的加载功率。

图1-2 液压系统原理图
下面不妨以排量为100(mL/r)的这一路来说明液压加载的原理。
根据应用的不同,插装阀可以接成多种形式。在图1中,插装阀接成溢流阀的形式,作用是维持油路有稳定的压力输出。DT1、DT3的通电状况有三种组合,即DT1通电,DT3断电;DT3通电,DT1断电;DT1断电,DT3断电(DT1、DT3同时通电是禁止的),它们可以给系统提供三级压力。压力值可以从压力表X1处读出。调整两路先导阀阀芯弹簧的予压缩量就可以调节回路压力。
电机的转速是恒定的,变速箱等各传动环节的变比也是固定的,对应变速箱不同的档位,液压泵的输入转速是确定的。由于采用了定量泵,所以加载液压回路的流量是确定的。
知道了液压回路的压力、流量,液压加载功率和扭矩就可由公式计算出,加载功率的计算公式见(1)式,加载扭矩的计算公式见(2)式。
（1）
（2）
另一路的加载原理完全相同。
试验台能量转换的过程为:电能通过电动机转化为机械能,机械能通过液压泵、管路、溢流阀等转化为热能。加载能量以热的形式消耗。所以液压加载本质上是能耗加载。
1.4. 加载试验台的结构特点
变速箱试验台适用于各型变速箱的出厂加载试验。通过加载试验,可以鉴别被检测变速箱的缺陷,提高变速箱的出厂合格率。试验台结构见图1-3。

图1-3 液压系统结构图
试验台的工作动力来自电动机。由主电机驱动变速箱,再驱动加载泵,从而实现变速箱的加载。加载功率和扭矩参见公式(1)和(2)。
试验台主要由主电机、台体、行走小车、加载系统等部分构成。设备总重约20kN。
台体是变速箱试验台中的重要部件,变速箱在台体上的定位机构、夹紧机构及加载系的离合器、传动轴、液压泵等都安装在在台体上。行走小车的作用是移动变速箱并辅助台体定位、夹紧变速箱。
变速箱在试验过程中需要有足够的润滑油,以保证变速箱中的齿轮等在试验过程中处于良好的润滑状态,为此试验台配备了润滑系统。润滑系统由输油泵、注油枪、气动油塞、滤油装置等组成,调节气动油塞与变速箱放油口间的距离及输油泵的压力可保证加载过程中变速箱中的润滑油在保持足够油量情况下循环注油。
设备总共使用了五个气缸,分别完成注油枪的前进/后退,离合器的开/合,变速箱润滑油的封堵/排放,小车的拉出、变速箱在台体上的锁紧等动作。
电气控制的核心是PLC,型号为FX2N-48MR,完成系统的自动控制与安全保护。为了方便操作,专门配了操作面板箱及脚踏电气开关。
2. 液压系统及其工作原理
2.1. 动力方式
2.1.1. 驱动方式的选择
在汽车上使用发动机作为提供动力的驱动元，它是使输送进来的燃料而发出动力的部件。如果直接将发动机运用在实验台上提供动力也是可以的，它更能模拟出变速器在汽车上的实际工况。但是利用发动机作为动力源，噪声较大，对工作环境会产生排放及噪声污染;而且，发动机不易调节到要求的稳定转速与扭矩[4]。而用电机代替发动机为该台架提供驱动力完全可以满足我们要求的性能。
1发动机工况的分析
在整车上，汽车变速器通过离合器与发动机紧密联接，因此，变速器试验台应能模拟发动机的运行工况，满足发动机对变速器输入转速和转矩的要求，还应该能按照一定规律调节转矩和转速。选用交流变频调速电机作为驱动电机，要求其能够完全模拟该变速器所匹配的发动机，也即能够覆盖发动机的所有关键特性，下面就发动机的转速特性作简单分析。
如将发动机的功率Pe、转矩Ttq以及燃油消耗率b与发动机曲轴转速n之间的函数关系以曲线表示，则此曲线称为发动机转速特性曲线或简称为发动机特性曲线。如果发动机节气门全开(或高压油泵在最大供油量位置)，则此特性曲线称为发动机外特性曲线;如果节气门部分开启(或部分供油)，则称为发动机部分负荷特性曲线。
图2-1为某台汽油发动机外特性中的功率与转矩曲线[5]。nmin发动机的最小稳定工作转速，随着发动机转速增加，发动机发出的功率和转矩都在增加，最大转矩Ttqmax、时的发动机转速为ntq;再增加发动机转速时，Ttq有所下降，但功率继续增加，一直到最大功率Pemax，此时发动机转速为np;继续增加转速时，功率下降，允许的发动机最高转速为nmax。如转矩的单位以N.m表示，功率的单位以kW表示，转速以rpm表示，则功率与转矩有如下关系:Pe=T.n/9550。变速器试验台方案设计的关键点之一就是要找出能够模拟汽车发动机工况的原动机，且满足试验时对输入转速和转矩的要求。

图2-1 汽油发动机外特性曲线 图2-2汽车的驱动力
汽车发动机产生的转矩经传动系统传至驱动轮上。此时作用于驱动轮上的转矩Tt产生地面的一对圆周力F0，地面对驱动轮的反作用力Ft(方向与F0相反)即是驱动汽车的外力，此外力称为汽车的驱动力。
2驱动电机的选择
电动机有直流电机和交流电机两大类:直流电机具有较好的启动性能和调速性能[6];而交流电机与直流电机相比，则具有结构简单、制造容易、维护方便和运行可靠等特点[7]。而且，直流电机价格较交流电机昂贵，随着电力电子学和电子技术的发展，使得交流电机的调速性能有了巨大的飞跃，这也就推动了交流电机在机电传动系统中的较为广泛的应用。交流电机有三相异步电动机和同步电动机两种主要的类型[8]:异步电机是工业传动中使用最广泛的一种电动机。该试验台的驱动方式选用三相异步电动机。

图2-3 三相异步电动机外特性曲线 图2-4 电机选择原理图
如图2-3，是三相异步电动机的功率和转矩曲线。可以看出其上有四个特殊点可以得到特性曲线的基本形状和异步电机的运行性能。当T=0, n=n0，电动机处于理想空载工作点，此时电动机的转速n0。T= Tn , n= nN，为电动机额定工作点。T= Tst, n= 0，为电动机的启动工作点。T= Tmax ，n-=nm，为电动机的临界工作点。电机通常用额定值来表示电机运行条件，这些数据大部分都表明在电机铭牌上。下式为转矩一转差率特性的使用表达式，也叫规格化转矩一转差率特性。

我们要验证变速器在汽车发动机各关键特性点上的性能是否达到要求，那么变速器在试验台上也应该囊括它在汽车上的状况。在本试验台中，我们选用电机的首要原则是:驱动电机要能模拟发动机的工况，因此其关键特性须覆盖发动机的关键特性，如图2-4所示。要根据功率与转速特性进行选型，以扭矩转速特性来校验。
因为该试验台采用10%的加载方式，所以电机功率为发动机功率的10%即可。考虑到效率，所以我们选择了15KW的电机进行加载。
以下几点为电机选用时应注意的几点:
a.电机的主要类型：
电动机有直流电机和交流电机两大类:直流电机具有较好的启动性能和调速性能;而交流电机与直流电机相比，则具有结构简单、制造容易、维护方便和运行可靠等特点。而且，随着电力电子学和电子技术的发展，使得交流电机的调速性能有了巨大的飞跃，这也就推动了交流电机在机电传动系统中的较为广泛的应用。交流电机有三相异步电动机和同步电动机两种主要的类型:异步电机是工业传动中使用最广泛的一种电动机;同步电机既可作驱动电机使用，也可作为发电机使用。按功能用途来分如下:
b.电动机容量的选择
电动机的选择主要是容量的选择，如果电动机的容量选小了，一方面不能充分发挥机械设备的能力，使效率降低，另一方面，电动机经常在过载下运行，会使它过早损坏，同时还可能出现启动困难、经受不起冲击负载等故障。如果电动机的容量选大了，则不仅使设备投资费用增加，而且由于电动机经常在轻载下运行，运行效率和功率因数(对异步电动机而言)都会下降。表2-1是电动机容量选择的三项基本原则。

表2-1 交流异步电动机容量选择的基本要求
c.电动机额定转速的选择
型式、功率和电压相同的电机，额定转速有几种。在同样的功率下，转速高的电动机转矩小，而转矩取决于电流和磁通，电流和磁通又大体上决定了电动机所用导线和导磁材料的重量，所以转速高的电动机体积小、价格便宜，而且效率也高，转速较高的异步电动机还具有较高的功率因数，因此，选用高速电动机比较合适;但是，如果生产机械的运行速度很低，而电动机转速很高，就要增加一套庞大而昂贵的减速传动装置，机械效率也会降低。所以，必须要全面考虑来选择电动机的额定转速。表2-2是电动机额定转速的选用原则。

表2-2 电动机额定转速的选用原则
在机电传动系统中，电动机及其调速系统的选择是非常重要的。由前面的分析，本试验台采用交流异步电动机作为动力源，因此试验台的传动系统也属于标准的机电传动系统范畴。所以，电动机及其调速系统的选用对本课题研究的试验系统的性能的优劣有着重要的意义。该试验台选用的是皖南电机厂生产的参数为15kW, 4P, 1500rpm, 95.5Nm的变频调速电机。
2.1.2. 试验台加载设计原理
从分析中我们知道汽车行驶过程中受到四种阻力的作用，即滚动阻力、空气阻力、爬坡阻力与加速阻力。其中，加速阻力是汽车在加速、减速时由于汽车惯性而产生阻碍汽车运动的作用，从物理学中我们知道惯性的大小只与质量有关，所以这部分负载可以看成是恒定的。而滚动阻力、空气阻力、爬坡阻力随车速、道路状况等状况会发生不同的变化，属于变化的负载。在该试验台进行加载时，这两部分采用两种不同的方式进行模拟。在本试验台的设计中把变速器负载分解为恒量负载与变量负载，通过惯性飞轮模拟恒量负载;通过改变磁粉制动器励磁电流的大小，调节其输出转矩，实现变量负载的模拟，由此可实现可变负载的加载。在试验台上，变速器各行驶工况模拟过程中，输出端上这两种负载之和应该与第三章所对应的变速器在汽车上各种工况输出端负载相等。
1恒量负载的模拟
在给试验台加载时，我们必须清楚变速器输出轴在各个工况行驶条件下所承受负载的范围。汽车加速行驶时，需要克服本身质量加速运动的惯性，该力称为加速阻力Fj。加速时平移质量产生平移惯性力，旋转质量产生旋转惯性力偶矩。为了能用一个公式计算，一般把旋转质量惯性力偶矩在数值上等效转换为平移质量惯性力。对于固定档位，这时汽车加速阻力如式(( 2-6 )已给出Fj=δm.du/dt。这样汽车将旋转质量产生的惯性质量等效到平移质量中去了。当汽车匀速平稳的运行时，加速阻力为零。在试验台上我们需要将汽车平移运动的加速载荷与滚动部件的加速载荷都等效到变速器的输出轴上所承受的扭矩上。根据上述状况，所以我们需要找到一种合适的加载方式来模拟这一负载形式。通过下式可知部件旋转产生的扭矩只与部件的转动惯量与旋转角加速度有关。
我们在计算变速器输出轴旋转惯量的时候，既包括变速器之后的旋转部件固有转动惯量等效到变速箱输出轴上的转动惯量，又包括车辆行驶过程中的直线运动惯量等效到变速器输出轴上的转动惯量。如下式

根据具体车型所选用轮胎规格，参照汽车轮胎系列国家标准《载重汽车轮胎》:GB9744;《轿车轮胎》:GB9743 )，查出该规格轮胎的最大使用自由直径d(m)。车轮处于无载时的半径称为自由半径。
根据欧洲轮胎与轮惘技术协会(E.T.R.T.O.)推荐的公式，计算滚动圆周:

式中，F—计算常数，子午线轮胎F = 3.05，斜交轮胎F=2.99。
该公式计算的是轮胎在最大载荷、规定气压与车速在60km/h时的滚动圆周。
德国橡胶企业协会制定的Wdk准则中，给出了计算不同车速ua时的滚动周长的公式，单位为mm.
而对于试验台我们也需进行一定的换算，从而得出被测件输出轴部分转动惯量的数值，以便我们进行加载。同样，我们也进行10%的加载。根据该试验台的方案设计结构，这样本试验台惯量模拟部分的惯量由以下部分组成:

根据上式可以知道试验台上，变速器输出轴后端转动惯量的总值。可以求得所需飞轮转动惯量值为:

我们用飞轮模拟汽车变速行使时所受到的载荷。因此，飞轮作为试验台的核心工作部件，它的设计应该是本试验台设计的重点。由式(3-13)可知，模拟惯量的需求。本试验台选用盘式飞轮作为惯量模拟。飞轮的基本结构设计,如下:
上述的内容明确后，下面再来介绍一下盘式飞轮的主要设计过程。当根据实际惯量模拟需求计算出的惯量值确定后，就可以根据下面的公式来确定飞轮的尺寸:

由下图2-5可知，当飞轮需要模拟的转动惯量确定后，选定飞轮的直径D后，就可以求出飞轮的质量m。飞轮的直径越大，飞轮的质量越轻，但直径太大会使得整个机器尺寸过分庞大，给制造、运输、安装带来困难。

图2-5 盘式飞轮的结构示意图
另外，对于盘式飞轮，当确定了飞轮所选材料后就可以知道飞轮的宽度尺寸：

对于旋转飞轮旋转时的安全性的校核，也是试验台设计的重要内容之一。下表2-3则规定了常用的飞轮材料对应的圆周速度许用值。

表2-3 常用飞轮材料的圆周速度许用值
飞轮的圆周速度过大时，将导致边缘部位离心力过大而造成飞轮破裂的事故，因此所选的飞轮直径与对应的圆周速度应小于工程上规定的许用值。惯性飞轮的旋转角速度就等于试验台变速器输出轴的旋转角速度。因此，对于惯性飞轮来说，则有其圆周线速度为:

2变量负载的模拟
1)变量负载模拟的原理
这部分变化的加载阻力主要是模拟在汽车运行过程中，由滚动阻力、空气阻力和爬坡阻力产生的阻碍汽车行驶的载荷。有分析可知由上述三种力而产生的负载在试验台上表现为变速器输出轴而加的扭矩。

上式负载转矩值是一变值，由上式可知，假设道路情况不变，那么在不同车速条件下我们所得到的变速器负载转矩是不同的。车速越大，所对应的转矩越大。当我们有一个确定的转速时，由上式就可以知道变速器输出端相应的负载转矩值和相应的转速。我们在试验台上也要模拟出这一过程。故我们要寻找一种有效的方式来模拟这一负载。由于磁粉制动器具有良好的扭矩控制性，本课题选用了磁粉制动器作为加载部件。
2)应变片式扭矩传感器
电阻应变片简称电阻片或应变片，它是一种将应变转换成电阻变化的元件。电阻应变片由敏感元件、基底和引线组成。将应变片用粘合剂粘贴在试件上，试件受力变形时，应变片也同时发生变形，其电阻随之改变，这种现象称为应变片的应变效应。
应变片可以将应变转化为电阻的变化，但是为了显示与记录应变的大小，还需要把电阻的变化再转变为电压或电流的变化，因此，需要由专用的测量电路，通常采用直流电桥和交流电桥，如下图2-6所示就是常用的用来进行扭转应变测量的电桥线路，这种电桥的主要特点就是能消除拉伸与弯曲的影响。

图2-6 扭转应变测量的电桥线路
另外，在这里需要说明的是，应变片式扭矩传感器上最大的问题之一就是旋转的扭力轴上的应变桥的电压输入以及检测到的应变信号的输出。通常的作法是通过集流环来完成的，其工作原理不是本文内容的重点，因此在这里就不再做过多的介绍。
3联轴器
该设计选用的是武汉正通DJM03Y30/Y30型B1键槽联轴器。在联轴器的选用过程中主要要使转矩满足试验台的设计要求。
4夹具系统
气液联用增压液压缸夹紧，气动电磁阀控制，设双手开关手动操纵;夹紧缸位置(液压缸用磁性开关，每个油缸设1个，共4个)及工作压力(压力开关，总油路设1个)需监控，并在屏幕上显示;若出现欠压、夹紧不到位等异常情况需进行声光报警，在此情况下，电磁离合器断开并逐步降低驱动电机转速。
手动平板滑台前位位置监控，设微动开关(设1个)，确认平板滑台到位后才能进行液压夹紧。手动滑台位置监控，因为3个系列变速器离合器壳有很多品种，故用接近开关或行程开关进行位置监控较困难，此处拟采用拉线式位移传感器进行位置监控，读取位移值设定对应的变速器品种，手动调节时可进行指示灯(指示灯数量根据产品种类数确定)或屏幕指示，以便手动调节时确定前后位置，位移量对应产品品种参数可在屏幕上进行设置。
5带轮传动

图2-7 带轮传动示意图
带传动可以改变传动过程的转速与转矩。带传动是固连于主动轴上的小带轮1、固连于从动轴上的大带轮3和紧套在两轮上的传动带2组成的，如上图2-7。带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲吸振等特点，在机械传动中被广泛应用。选择在磁粉制动器与变速器输出之间用带传动形式进行连接。在带传动中，常用的有平带传动、V带传动、多楔带传动和同步带传动等。在一般机械传动中，应用最广的是V带传动。本试验台即选用V带传动形式//V带的横截面呈等腰梯形，V带上也做出相应的轮槽。传动时。V带只与轮槽的两个侧面接触，即以两侧面为工作面。根据槽面摩擦的原理，在同样的张紧力下，V带传动能产生比平带更大的摩擦力。本试验台选用的是传动比为3.5:1的V带传动。如下图2-8所示即为V带传动的示意图。

图2-8 V带传动示意图
3. 技术特点与推广
3.1. 该变速器试验台设计优点
1.该试验台通过惯性飞轮模拟汽车行驶过程的恒惯量，磁粉制动器模拟变量负载，实现了在同一个台架上即具有恒惯量负载又具有变负载的模拟。这一功能的实现具有重要的意义，也是该台架的一大特色。
2.可验证变速器各档位传动比的精确性，通过变速器输入端转速、转矩传感器的转速与磁粉制动器上编码器所测输出端的转速之间的对应关系，能准确的测出变速器所在档位，与对应变速器的型号。验证出变速器各档传动比是否精确，以确定出问题发生的档位，便于处理。
3.2. 系统优点
汽车变速箱液压加载实验台液压系统采用叠加阀控制，系统配置继承整齐美观，便于集中控制，使用维护方便。
3.3. 系统特点
液压控制无冲击，离合器的开合动作过程准确、速度适宜；可以实现注油缸前进速度的合理控制；可有效调整夹紧缸的夹紧力打消掉以实现变速器在试验台上的可靠夹紧；通过快进-工进-快退循环，实现了输出端花键与变速器输出轴的链接，节省时间、链接可靠、可是变速器在链接过程中免受损坏。
4. 技术参数
由分析可知，该变速器试验台主要是由驱动电机、惯性飞轮组件、加载装
置、传动组件(同步带轮副、传动轴、连轴器)等部分组成。根据试验台的实际使用要求，该试验台还包括扭矩转速测量、定位夹紧、气动滑台、电气控制单元以及其它的一些辅助机构真正满足了变速器在线性能检测的需求。
4.1. 变速器性能在线检测试验台的基本组成及功能简介
如图4-1该试验台主要由驱动系统、传动系统、夹具系统、惯性飞轮、气动控制系统、安全防护系统、电气控制系统、床身基础系统等组成。

图4-1 变速器试验台组成原理图
4.2. 本试验台设计方案的实现与数据分析
下表为所侧某一型号变速器的数据测量结果:

表4-1 型号一变速器所对应的测量结果

表4-2 型号二变速器所对应的测量结果
通过编码器反馈给PLC模拟量模块的数值判断变速器所处的档位，即变速器档位的自动识别。PLC根据变速器的档位进行自动加载，并且自动加载量可以手动调节，磁粉制动器具有手动调节电流、电压的功能。通过试验数据分析可以得出:输入和输出端转速、传动比、输入扭矩均非常稳定，通过控制磁粉制动器的电流来进行加载的方法是一种非常实用的方法，在该试验台中取得良好的使用效果，但是磁粉制动器的控制精度不是十分准确，而且也不易控制，主要与磁粉制动器的结构有关。但是在磁粉制动器前端加入了转速、转矩传感器，通过对转矩的调节控制使该试验台完全能够满足变速器在线检测的要求。
4.3. 该变速器试验台设计优点
1.该试验台通过惯性飞轮模拟汽车行驶过程的恒惯量，磁粉制动器模拟变量负载，实现了在同一个台架上即具有恒惯量负载又具有变负载的模拟。这一功能的实现具有重要的意义，也是该台架的一大特色。
2.可验证变速器各档位传动比的精确性，通过变速器输入端转速、转矩传感器的转速与磁粉制动器上编码器所测输出端的转速之间的对应关系，能准确的测出变速器所在档位，与对应变速器的型号。验证出变速器各档传动比是否精确，以确定出问题发生的档位，便于处理。
5. 各液压元件的工作原理及特点
5.1. 电动液压泵参数
输出压力：70Mpa   
功率：220VAC 350W
最大工作压力：70Mpa 200cc/min
最小工作压力：1.5Mpa 20000cc/min
油量：2.5L
机器重量：14kg
机器尺寸：385x130x250
液压泵链接各种分流体设备如图5-1所示。

图5-1 电动液压泵示意图
5.2. 截止阀
1、GB/T 12233-2006《通用阀门 铁质截止阀与升降式止回阀》
2、GB/T 12235-2007《通用阀门 法兰连接钢制截止阀与升降止回阀》
3、JB/T53165-92《高压平衡截止阀》
4、GB/T 587-2008《船用法兰青铜截止阀》
5、GB/T 590-2008《船用法兰铸铁截止阀》
6、GB/T 8464-2008《铁制和铜制螺纹连接阀门》
7、GB8465.2-87《内螺纹连接闸阀、截止阀、球阀、止回阀 基本尺寸 铁制截止阀》
5.3. 六通换向阀
公称通径(mm)50～150 适用温度(℃)室温～80 公称压力(MPa)1.0 适用介质润滑油 连接形式法兰 强度试验压力(MPa)1.5 密封试验压力(MPa)1.1 耐压试验温度(℃)常温
5.4. 安全阀技术指标
公称通径∶DN 4-25㎜
公称压力∶PN 25MPa
适用介质∶氧气、氮气、氩气、空气等
适用温度∶-40℃-+80℃
阀体∶铸钢/不锈钢
阀座∶铜
阀顶、阀杆∶不锈钢 质管道上不可缺少的一种装置,通常安装在减压阀、泄压阀、定水位阀或其它设备
弹簧∶弹簧钢
5.5. 过滤器
过滤器是输送介的进口端，用来消除介质中的杂质，以保护阀门及设备的正常使用。当流体进入置有一定规格滤网的滤筒后，其杂质被阻挡，而清洁的滤液则由过滤器出口排出，当需要清洗时，只要将可拆卸的滤筒取出，处理后重新装入即可，因此，使用维护极为方便。
5.5.1. 过滤器原理
过滤器待处理的水由入水口进入机体，水中的杂质沉积在不锈钢滤网上，由此产生压差。通过压差开关监测进出水口压差变化，当压差达到设定值时，电控器给水力控制阀、驱动电机信号，引发下列动作：电动机带动刷子旋转，对滤芯进行清洗，同时控制阀打开进行排污，整个清洗过程只需持续数十秒钟，当清洗结束时，关闭控制阀，电机停止转动，系统恢复至其初始状态，开始进入下一个过滤工序。
设备安装后，由技术人员进行调试，设定过滤时间和清洗转换时间，待处理的水由入水口进入机体，过滤器开始正常工作，当达到预设清洗时间时，电控器给水力控制阀、驱动电机信号，引发下列动作：电动机带动刷子旋转，对滤芯进行清洗，同时控制阀打开进行排污，整个清洗过程只需持续数十秒钟，当清洗结束时，关闭控制阀，电机停止转动，系统恢复至其初始状态，开始进入下一个过滤工序。
过滤器的壳体内部主要由粗滤网、细滤网、吸污管，不锈钢刷或不锈钢吸嘴、密封圈、防腐涂层、转动轴等组成。
6. 常见故障的诊断方法
液压设备是由机械、液压、电气等装置组合而成的，故出现的故障也是多种多样的。某一种故障现象可能由许多因素影响后造成的，因此分析液压故障必须能看懂液压系统原理图，对原理图中各个元件的作用有一个大体的了解，然后根据故障现象进行分析、判断，针对许多因素引起的故障原因需逐一分析，抓住主要矛盾，才能较好的解决和排除。液压系统中工作液在元件和管路中的流动情况，外界是很难了解到的，所以给分析、诊断带来了较多的困难，因此要求人们具备较强分析判断故障的能力。在机械、液压、电气诸多复杂的关系中找出故障原因和部位并及时、准确加以排除。
6.1. 液压系统故障一般分析方法
6.1.1. 简易故障诊断法
    简易故障诊断法是目前采用最普遍的方法，它是靠维修人员凭个人的经验，利用简单仪表根据液压系统出现的故障，客观的采用问、看、听、摸、闻等方法了解系统工作情况，进行分析、诊断、确定产生故障的原因和部位，具体做法如下：
    1）询问设备操作者，了解设备运行状况。其中包括：液压系统工作是否正常；液压泵有无异常现象；液压油检测清洁度的时间及结果；滤芯清洗和更换情况；发生故障前是否对液压元件进行了调节；是否更换过密封元件；故障前后液压系统出现过哪些不正常现象；过去该系统出现过什么故障，是如何排除的等，需逐一进行了解。
    2）看液压系统工作的实际状况，观察系统压力、速度、油液、泄漏、振动等是否存在问题。
    3）听液压系统的声音，如：冲击声；泵的噪声及异常声；判断液压系统工作是否正常。
    4）摸温升、振动、爬行及联接处的松紧程度判定运动部件工作状态是否正常。
    总之，简易诊断法只是一个简易的定性分析，对快速判断和排除故障，具有较广泛的实用性。
6.1.2. 液压系统原理图分析法
    根据液压系统原理图分析液压传动系统出现的故障，找出故障产生的部位及原因，并提出排除故障的方法。液压系统图分析法是目前工程技术人员应用最为普遍的方法，它要求人们对液压知识具有一定基础并能看懂液压系统图掌握各图形符号所代表元件的名称、功能、对元件的原理、结构及性能也应有一定的了解，有这样的基础，结合动作循环表对照分析、判断故障就很容易了。所以认真学习液压基础知识掌握液压原理图是故障诊断与排除最有力的助手，也是其它故障分析法的基础。必须认真掌握。
6.1.3. 其它分析法
    液压系统发生故障时，往往不能立即找出故障发生的部位和根源，为了避免盲目性，人们必须根据液压系统原理进行逻辑分析或采用因果分析等方法逐一排除，最后找出发生故障的部位，这就是用逻辑分析的方法查找出故障。为了便于应用，故障诊断专家设计了逻辑流程图或其它图表对故障进行逻辑判断，为故障诊断提供了方便。
6.2. 系统噪声、振动大的消除方法
表6-1 系统噪声、振动大的消除方法
故障现象及原因
消除方法
故障现象及原因
消除方法
1.泵中噪声、振动，引起管路、油箱共振
1.在泵的进、出油口用软管联接
2.泵不要装在油箱上，应将电动机和泵单独装在底座上，和油箱分开
3.加大液压泵，降低电动机转数
4.在泵的底座和油箱下面塞进防振材料
5.选择低噪声泵，采用立式电动机将液压泵浸在油液中
4.管道内油流激烈流动的噪声
1.加粗管道，使流速控制在允许范围内
2.少用弯头多采用曲率小的弯管
3.采用胶管
4.油流紊乱处不采用直角弯头或三通
5.采用消声器、蓄能器等
2.阀弹簧所引起的系统共振
1.改变弹簧的安装位置
2.改变弹簧的刚度
3.把溢流阀改成外部泄油形式
4.采用遥控的溢流阀
5.完全排出回路中的空气
6.改变管道的长短、粗细、材质、厚度等
7.增加管夹使管道不致振动
8.在管道的某一部位装上节流阀
5.油箱有共鸣声
1.增厚箱板
2.在侧板、底板上增设筋板
3.改变回油管末端的形状或位置
6.阀换向产生的冲击噪声
1.降低电液阀换向的控制压力
2.在控制管路或回油管路上增设节流阀
3.选用带先导卸荷功能的元件
4.采用电气控制方法，使两个以上的阀不能同时换向
3.空气进入液压缸引起的振动
1.很好地排出空气
2.可对液压缸活塞、密封衬垫涂上二硫化钼润滑脂即可
7.溢流阀、卸荷阀、液控单向阀、平衡阀等工作不良，引起的管道振动和噪声
1.适当处装上节流阀
2.改变外泄形式
3.对回路进行改造
4.增设管夹
6.3. 系统压力不正常的消除方法
表6-2 系统压力不正常的消除方法
故障现象及原因
消除方法
压力不足
溢流阀旁通阀损坏
修理或更换
减压阀设定值太低
重新设定
集成通道块设计有误
重新设计
减压阀损坏
修理或更换
泵、马达或缸损坏、内泄大
修理或更换
压力不稳定
油中混有空气
堵漏、加油、排气
溢流阀磨损、弹簧刚性差
修理或更换
油液污染、堵塞阀阻尼孔
清洗、换油
蓄能器或充气阀失效
修理或更换
泵、马达或缸磨损
修理或更换
压力过高
减压阀、溢流阀或卸荷阀设定值不对
重新设定
变量机构不工作
修理或更换
减压阀、溢流阀或卸荷阀堵塞或损坏
清洗或更换
6.4. 系统动作不正常的消除方法
表6-3 系统动作不正常的消除方法
故障现象及原因
消除方法
系统压力正常执行元件无动作
电磁阀中电磁铁有故障
排除或更换
限位或顺序装置（机械式、电气式或液动式）不工作或调得不对
调整、修复或更换
机械故障
排除
没有指令信号
查找、修复
放大器不工作或调得不对
调整、修复或更换
阀不工作
调整、修复或更换
缸或马达损坏
修复或更换
执行元件动作太慢
泵输出流量不足或系统泄漏太大
检查、修复或更换
油液粘度太高或太低
检查、调整或更换
阀的控制压力不够或阀内阻尼孔堵塞
清洗、调整
外负载过大
检查、调整
放大器失灵或调得不对
调整修复或更换
阀芯卡涩
清洗、过滤或换油
缸或马达磨损严重
修理或更换
动作不规则
压力不正常
见5.3节消除
油中混有空气
加油、排气
指令信号不稳定
查找、修复
放大器失灵或调得不对
调整、修复或更换
传感器反馈失灵
修理或更换
阀芯卡涩
清洗、滤油
缸或马达磨损或损坏
修理或更换
6.5. 系统液压冲击大的消除方法
表6-4 系统液压冲击大的消除方法
现象及原因
消除方法
换向时产生冲击
换向时瞬时关闭、开启，造成动能或势能相互转换时产生的液压冲击
1.延长换向时间
2.设计带缓冲的阀芯
3.加粗管径、缩短管路
液压缸在运动中突然被制动所产生的液压冲击
液压缸运动时，具有很大的动量和惯性，突然被制动，引起较大的压力增值故产生液压冲击
1.液压缸进出油口处分别设置