制動鉗所需液量試驗臺研制

熊虎，程華國，徐康，熊志強

（國家汽車質量監督檢驗中心［襄陽］，襄陽441004）

制動鉗所需液量試驗臺研制

熊虎，程華國，徐康，熊志強

（國家汽車質量監督檢驗中心［襄陽］，襄陽441004）

本文針對制動鉗所需液量測試的特點及要求，介紹了一種運用齒輪流量計的制動鉗所需液量試驗臺設計方案，包括了試驗臺結構的確定、齒輪流量計及加壓裝置的選型、試驗臺參數匹配等。通過與滴定管測量方法進行對比，新試驗臺在測量結果準確性和重復性方面有了顯著提升，同時提高了檢測效率。

制動鉗；所需液量；齒輪流量計

熊虎

畢業于中國農業大學車輛工程專業，現任國家汽車質量監督檢驗中心（襄陽）總成試驗室責任工程師，主要從事行走系統試驗研究。

1　前言

近年來隨著國內汽車產銷量的快速增長，人們對于汽車的安全性和舒適性要求也越來越高，目前大多數乘用車都采用了液壓盤式制動器總成，制動鉗是液壓盤式制動器總成的重要部件，是汽車重要的安全部件之一。制動鉗所需液量指為保持制動鉗鉗體內一定液壓所需注入的制動液液量，是制動系統匹配設計中的一個重要參數，過多會影響汽車制動的安全性，造成制動主缸排量不夠，建壓困難，踏板行程過大等不良后果，而過少會影響汽車的舒適性，制動時無腳感，踏板硬。行業上也注重制動鉗所需液量的測量，已在QC/T592-2013《液壓制動鉗總成性能要求及臺架試驗方法》，對其試驗方法進行描述。總之對制動鉗所需液量進行準確測量對于制動鉗設計研發具有重要意義。

2　總體結構確定

目前國內制動鉗所需液量測量儀器普遍采用滴定管、試管等，此種測量方式易受測試者的讀數誤差、管壁殘留、管液高度造成的壓強等影響，導致測量結果誤差大、重復性差，并且試驗操作復雜，測量效率低。隨著測試技術的發展，齒輪流量計開始應用到液體體積測量。國外一些廠家開發出了精度高的齒輪流量計產品。齒輪流量計測量結果數字顯示，直觀穩定，串聯在管路中，不存在管壁殘留和管液高度差造成的壓強等問題，本試驗臺考慮采用齒輪流量計進行試驗臺設計，并對兩種方法檢測效果進行比較分析。試驗臺的組成如圖1所示，主要有液壓源、壓力傳感器、齒輪流量計、開關閥等。

試驗臺設計要著重解決以下問題：1、制動鉗所需液量測量的壓力范圍在0～20 Mpa，需選擇合適的液壓源。2、齒輪流量計齒積不超過0.03 ml，耐腐蝕，耐沖擊。3、試驗臺操作簡單，提高檢測效率。

3　試驗臺設計

3.1液壓源的選擇

目前液壓源有液壓泵站、氣液增壓器等。液壓泵建壓速度快，壓力穩定，但是體積大，維護保養費用高。氣液增壓器體積小，價格低，保養維護方便，建壓性能可以滿足試驗要求。因此本試驗臺決定采用氣壓增壓器作為液壓源。

氣液增壓器工作原理如圖2。其動力源是壓縮空氣，油液只起增壓作用，它由氣缸、增壓缸、補油杯組成。當壓縮空氣進入氣缸內左腔（面積為S1），推動氣缸內活塞右移時，其活塞桿就對液壓腔（面積為S2）內油液產生一個高壓P液，根據氣缸內活塞受力平衡條件得：

式中：P氣為氣缸內壓縮空氣的壓力；P液為增壓缸內高壓油的壓力；S1為氣缸內活塞的面積；S2為增壓缸內柱塞的面積；η0為氣缸內活塞移動時的機械效率；η1為增壓缸內活塞移動時的機械效率；i為增壓比。

氣液增壓器工作氣壓為0～0.7 Mpa，制動鉗的測量液壓要求0～20 Mpa，計算可得增壓比i≥28.6，實際選擇增壓器增壓比為30，工作介質可以是DOT3/DOT4制動液。

3.2齒輪流量計的選擇

齒輪流量計的結構如圖3，工作原理是在一個慣性負載和阻尼負載很小的齒輪馬達的內壁安裝電脈沖發生裝置［1，2］，工作中馬達每轉過一個齒發出一個脈沖，一個脈沖代表一個流量單位Qr，即一個齒積，通過前置放大器將信號轉換為方波信號，見圖4。在單位時間內記錄脈沖的個數n，流過齒輪流量計的流量是nQr。

選用某進口齒輪流量計，齒積為0.025 ml，耐高壓，工作介質可以是DOT3/DOT4制動液。

3.3機械設計

試驗臺結構緊湊，移動方便。主體框架采用輕型鋁型材和鋁板，樣品安裝部位凹槽采用不銹鋼板彎折而成，能很好的防濺液、防腐蝕。此外，試驗臺設計了廢液回收管路，防止廢液對環境污染。

3.4電路、氣路設計

試驗臺需對齒輪流量計、壓力傳感器、電磁閥等進行供電，對電磁閥進行通斷控制，對所需液量進行清零設置，以及對制動壓力、所需液量進行儀表顯示，系統電路圖見圖5：

試驗臺氣路組成見圖6，通過電磁閥進行加壓和泄壓切換，通過減壓閥對輸出液壓進行調節。

4　試驗臺使用

為了對齒輪流量計測量結果進行驗證，用滴定管（最小刻度值為0.02 ml）和齒輪流量計分別對不同型號制動鉗進行多輪所需液量測量，兩種方法僅改變測量儀器，其它影響因素如加壓方式、液壓管路布局方式、試驗樣品、選用制動液等均保持一致，減少因為除測量儀器之外的誤差。

以下選取了采用滴定管和齒輪流量計，分別對某制動鉗8 MPa、12 MPa、16 Mpa制動壓力下測得的所需液量檢測數據，見表1，表2：

表1　用滴定管法測量某制動鉗所需液量

表2　用齒輪流量計法測量某制動鉗所需液量

對測量結果分別進行不確定度分析，由于僅改變測量儀器，假定兩種測量方法其它影響因素的標準不確定度 us相同，故只對測量結果的標準不確定度 um進行分析。

表3　極差系數C

滴定管測量時串聯在制動鉗排氣孔處，滴定管與試驗臺油杯處有液面差會產生壓強，可能導致測量值偏大，由于受管壁殘液影響，可能導致測量值偏小，再考慮到測量者的讀數誤差，這些都會對測量結果的不確定度產生影響。齒輪流量計測量影響因素少，測量結果的可靠性更高。

5　結論

由于采用了氣液增壓器，試驗臺結構緊湊，輸出壓力可達20 MPa以上。選擇齒積為0.025 ml的齒輪流量計，消除了壓差、管壁殘液、讀數誤差等影響因素，降低了測量結果不確定度。流量計串聯在管路中，使試驗操作簡單，提高了檢測效率。

［1］Deane J. Flow Sensing Know- how. Control Engineering.1999， 46（9） ： 170～ 172.

［2］Henry M P. Clark C. Response of a Coriolis Mass Flow Meter to Step Changes in Flow Rate. Flow Measurement & Instrumentation， 2003， 14（3） ： 109～ 120.

專家推薦

鄧祖國：

本文介紹了一種運用齒輪流量計測試的制動鉗所需液量的新方法；該方法與傳統的滴定管測量方法相比，測量結果準確性和重復性方面有了顯著提升，同時提高了檢測效率。

Design of a Test-bed for Required Fluid Amount by the Brake Caliper

XIONG Hu， CHENG Hua-guo， XU Kang， XIONG Zhi-qiang
（ National Automobile Quality Supervision and Test Center ［Xiangyang］， Xiangyang 441004， China ）

According to the characteristics and requirements ofthe brake caliper required fluid amount test， this paper puts forward a test-bed projectusing gear flow meter， including the determination of the structure， the selection of gear flow meter and pressure device etc. Comparing with the traditional measurement method using buret， the accuracy and repeatability has been significantly improved， the testbed also improves the detection efficiency.

Brake caliper； fluid quantity needed； gear flow meter

U467.3

A

1005-2550（2015）04-0061-04

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.04.013

2015-03-05