模擬雨天行車的新型汽車刮水器耐久試驗臺研究

王 丹，陳積先，倪新宇

（國家汽車質量監督檢驗中心 （襄樊）燈光試驗室，湖北 襄樊 441004）

在刮水器的開發試驗中，經常會遇到這樣的情況，電動刮水器總成在開發試驗中耐久性能非常好，但在實際應用中卻不是那么理想。在分析開發試驗與實際應用的不同中，目前國內有相當多的報道都是在研究試驗環境中雨量的多少，卻很少考慮到試驗環境中使用的水的影響。在雨天行車中，不免有泥沙、水混合物濺灑到車輛的擋風玻璃上，這既阻礙了駕駛員的視野，又加速了刮水器刮片的磨損，增大了刮水器總成的運行阻力。而傳統的刮水器總成開發試驗，按現行汽車行業標準，僅用潔凈水噴灑進行耐久性試驗，這樣的試驗是不可能完全真實模擬雨天行車時刮水器的實際工況的，因此，也就不能真實反映刮水器的性能參數是否符合實際要求。

基于上述原因，本文開發設計了一種新型汽車刮水器耐久性試驗臺。利用空氣負壓原理，間歇定時將一定濃度配比的泥土、硅沙和水混合液吸入，并按規定的壓力經噴槍噴射到汽車擋風玻璃表面，完成模擬雨天刮水器的實際工況，以此來檢驗刮水器的耐久性能。

1 系統構成

如圖1所示，試驗臺由支撐系統、噴水系統、電控系統、傳感器等構成。在試驗過程中實時檢測電動刮水器的電流、電壓，以監控電動機的工作狀態；檢測供水的流量和壓力，以保證系統的正常工作。

2 工作原理

2.1 潔凈水系統

潔凈水系統由潔凈水箱、注水球閥、電磁水閥、溢流閥、潔凈水噴嘴和水泵等組成。潔凈水箱經水泵連接潔凈水噴嘴，潔凈水箱和水泵之間還連接有保持供水壓力的溢流閥，水泵經電磁水閥連接潔凈水噴嘴。工作時，先打開注水球閥，通過水源將潔凈水箱注滿，啟動水泵并調節溢流閥，保持潔凈水的供水壓力。潔凈水系統電氣控制如圖2所示。按下開關SB2（即噴水啟動按鈕），繼電器KM1控制電磁水閥打開，此時潔凈水噴嘴就將潔凈水均勻噴灑到被試的擋風玻璃上，噴水指示燈亮。通過繼電器KM2、KM3及刮水器的刮水電動機相連接，實現對刮水電動機的低速、高速運行控制。刮水電動機經連桿機構驅動刮片做往復運動，模擬不同雨量下刮水器的不同工作模式。刮水器的耐久次數通過計數器KJ1記錄。

2.2 泥沙水系統

泥沙水系統由空氣攪拌器、泥沙水噴槍、混合液貯液槽、攪拌電磁氣閥、攪拌壓力減壓閥、噴水電磁氣閥及噴水壓力減壓閥等組成。試驗前，在混合液貯液槽里預先注入水和放入相應比例的灰土、細沙，在泥沙水噴槍開始噴射工作前，由空氣攪拌器將泥沙、水混合物充分攪拌，使泥沙呈懸浮狀。置于混合液貯液槽里的空氣攪拌器是一根長度為800mm的中空不銹鋼直管，其上均布有直徑1.5 mm的噴氣口，利用噴氣攪拌試驗泥沙水混合物。攪拌氣壓為0.15～0.8 MPa， 耗氣量為0.1～0.4 m3／min。 試驗時，由氣源提供的壓縮空氣用軟管連接噴水壓力減壓閥，調節噴水壓力減壓閥，以調節泥沙水噴槍的供氣壓力。于是，當噴水電磁氣閥打開時，泥沙水噴槍就能將泥沙水混合物噴射到被試的擋風玻璃上。調節攪拌壓力減壓閥使攪拌氣壓達到一定值，當攪拌電磁氣閥接通時，氣體即從空氣攪拌器的多個噴氣口中吹出，用大流量氣體沖擊已沉積的泥沙，使之充分懸浮。氣壓越高，攪拌效果越好，但耗氣量也越大。選擇合適的攪拌氣壓，使泥沙保持懸浮，這樣既保證了混合物中的含泥沙比，又減少了耗氣量。

泥沙水是由噴槍噴淋，圖3為噴槍結構原理圖。工作時，壓縮空氣PS流經主噴口 （直徑為6 mm噴嘴）高速噴出，在槍體內部產生一個負壓PO，負壓將貯液槽中的混合液吸入，并在高速氣流帶動下經擴散口向外高速噴出，從而形成噴射。噴槍安裝在框架上，可隨意調節位置。它的主要參數如下：①噴射流量：在抽吸液體高度≤0.5 m時，噴射流量大于0.2dm3／min；②噴射面積：距噴射口300mm處，噴射范圍圓形截面直徑為350mm；③噴射時間由控制系統任意設定。

試驗時，空氣攪拌器和泥沙水噴槍工作原理如圖4所示。外部供氣經空氣過濾器，用軟管連接本試驗系統，接通氣源開關，首先調節減壓閥2使攪拌氣壓達到0.4MPa左右，當電磁閥V2接通時，氣體即從空氣攪拌器的多個小孔中吹出，選擇合適的經驗氣壓，使氣體沖擊已沉積的硅砂和泥土充分懸浮。然后調節減壓閥1使噴槍供氣壓力達到0.6MPa。于是，噴槍就能將攪拌好的混合液噴射到擋風玻璃上。電磁閥V1、V2分別由控制系統電路控制通斷時間。

泥沙水控制系統由泥沙水噴淋計時器與攪拌計時器組成，泥沙水噴淋計時器與噴水電磁氣閥V1相連接，攪拌計時器與攪拌電磁氣閥V2相連接。空氣攪拌器和泥沙水噴槍電氣控制見圖5，兩路實現自動間歇循環控制，攪拌與噴淋間歇進行，同時泥沙水噴淋計數器與泥沙水噴槍相連接，實現噴淋次數計數。

2.3 試驗過程

試驗開始時，設定好泥沙水噴淋計時器、攪拌計時器后，啟動控制系統，污水系統就按照設定好的時間間歇噴灑泥沙水混合物到被試的擋風玻璃上；潔凈水系統長期工作直到整個試驗結束。控制系統工作時，同時控制刮水電動機運轉，并由刮水電動機驅動連桿機構、由連桿機構帶動刮片在擋風玻璃上刮刷。同時，泥沙水噴淋計數器、耐久次數計數器完成泥沙水噴淋的次數和刮片刮刷耐久次數的計數。達到設定值，整個系統停止工作。這樣在污水系統、潔凈水系統和控制系統的協同工作下，能夠真實模擬雨天在泥水路面時泥水噴淋，刮水器的實際工作情況。

3 應用效果

試驗臺應用效果如圖6所示。通過潔凈水系統、泥沙水系統和定時控制系統的協同工作，真實模擬雨天行車的路況。試驗時，當刮水耐久試驗系統只使用純凈水時，刮臂、刮片的壽命可達到50萬次以上；開啟泥沙水系統后，因為泥沙對刮水器總成系統耐久性能有一定影響，刮臂、刮片的壽命只有26萬次左右。

分析泥沙對刮水器總成的影響如下：①泥沙進入主刮和副刮在刮臂的臂板與臂座連接處，使刮水器運轉伴有撞擊聲，一段時間后，臂板與臂座連接處的拉力彈簧及掛鉤因疲勞而變軟，拉力不足，使刮片翻邊困難并伴有撞擊聲；②泥沙噴射到擋風玻璃表面，刮片長期磨損有了傷痕或者附著物，便會造成擦拭上的不均勻，刮片出現抖動、跳動、不翻邊、翻邊轟轟聲等現象；③泥沙增大了膠條與玻璃表面間的摩擦力，刮片膠條出現涂層磨損、變形、有裂口、小凹坑、有附著物和鉚釘生銹等現象。結果見圖7～圖10。

4 總結

通過試驗，說明泥沙水對汽車刮水器總成的耐久性能確實有一定影響。而本試驗臺考慮到路面泥沙對刮水器耐久試驗的影響，使汽車刮水器的室內試驗更加真實地反映雨天行車的實際工況，使得檢測方式更加科學，檢測結果更加精確，為更準確地模擬實車車況檢測刮水器的性能提供了參考。

［1］趙 巖.汽車雨刮系統的設計與實現［J］.現代科學儀器， 2009， （1）： 47-49.

［2］陳遠齡.機床電氣自動控制［M］.重慶：重慶大學出版社，1995.

［3］婁 云.RTD-JY-02A型刮水間歇繼電器的研制［J］.汽車電器， 2008， （11）： 1-4.