動(dòng)力轉(zhuǎn)向耐壓軟管高溫脈沖試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

王哲，賈京生，孔德嘉

(中汽認(rèn)證中心，北京 100044)

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動(dòng)力轉(zhuǎn)向耐壓軟管高溫脈沖試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

王哲，賈京生，孔德嘉

(中汽認(rèn)證中心，北京 100044)

根據(jù)SAE J188中對(duì)高溫脈沖試驗(yàn)的要求，研制一種動(dòng)力轉(zhuǎn)向耐壓軟管高溫脈沖試驗(yàn)檢測(cè)裝置。該檢測(cè)裝置在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí)，還具備高精度、可靠性和高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

轉(zhuǎn)向耐壓軟管；高溫脈沖試驗(yàn)；檢測(cè)裝置

0 引言

隨著我國(guó)汽車工業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)汽車安全性的要求尤其是預(yù)防事故發(fā)生的要求愈加嚴(yán)格。由于液壓系統(tǒng)的管路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，各種控制油液的閥門數(shù)量繁多，后期的保養(yǎng)維護(hù)需要成本；整套油路經(jīng)常處在高溫高壓狀態(tài)下，使用壽命也會(huì)受到影響，這些因素都會(huì)造成轉(zhuǎn)向助力軟管的老化、損壞。因此，對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)和測(cè)試對(duì)于保障車輛的安全有著重要的意義。

作者將根據(jù)《動(dòng)力轉(zhuǎn)向耐壓軟管高容積膨脹型——SAE J188》標(biāo)準(zhǔn)(簡(jiǎn)稱SAE J188)中對(duì)高溫脈沖試驗(yàn)的要求，提出一種動(dòng)力轉(zhuǎn)向耐壓軟管高溫脈沖試驗(yàn)檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)方案。應(yīng)用此方案已研制出檢測(cè)裝置，在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí)，還具備高精度、高可靠性和高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

1 整體設(shè)計(jì)方案

1.1 SAE J188標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)脈沖試驗(yàn)的要求

SAE J188 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)脈沖試驗(yàn)的要求如下：

試驗(yàn)條件:

油溫：135 ℃；

環(huán)境溫度：(135±10) ℃；

脈沖頻率：(30 ～40) 次/min；

脈沖時(shí)間：壓力升高時(shí)間(0.20±0.10) s ，高壓保持時(shí)間(0.65±0.20) s，壓力降低時(shí)間(0.0±0.10) s；

壓力范圍：類型1：(0～0.69)～10.3 MPa；類型2：(0～0.69)～9.3 MPa。

脈沖壽命:對(duì)于檢驗(yàn)試驗(yàn)，脈沖應(yīng)超過(guò)100 000次不損壞；對(duì)于質(zhì)量鑒定試驗(yàn)，脈沖應(yīng)超過(guò)225 000次不損壞。

1.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.2.1 加壓功能的實(shí)現(xiàn)

此高溫脈沖試驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)進(jìn)行動(dòng)力轉(zhuǎn)向軟管的高溫脈沖試驗(yàn)測(cè)試。

由于測(cè)試周期特別長(zhǎng)，在液壓控制系統(tǒng)的原理選擇上，對(duì)于被測(cè)軟管的充壓，作者選擇采用蓄能器充壓的方式。電機(jī)泵組只負(fù)責(zé)向蓄能器充壓，使蓄能器內(nèi)蓄積一定的高壓壓力油，然后利用蓄能器蓄積的高壓壓力油向被測(cè)軟管內(nèi)充壓，當(dāng)蓄能器內(nèi)蓄積的高壓壓力油釋放到一定程度后，再啟動(dòng)電機(jī)泵組向蓄能器內(nèi)充壓，使其再一次達(dá)到預(yù)設(shè)的蓄積高壓壓力油量，由蓄能器繼續(xù)向被測(cè)軟管充壓。這種過(guò)程循環(huán)往復(fù)，直至測(cè)試過(guò)程結(jié)束。這種控制原理將極大地節(jié)省能源，有效降低測(cè)試成本。

另外，對(duì)被測(cè)軟管的壓力油降壓釋放，作者考慮了一種更加綠色環(huán)保的控制思路和控制原理。在第一次使被測(cè)軟管內(nèi)充滿測(cè)試油液并將其加熱到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試溫度后，就使其一直保持在被測(cè)軟管內(nèi)不釋放出去。對(duì)被測(cè)軟管的升壓、降壓不采用傳統(tǒng)的利用液壓閥換向充入高壓油液、釋放掉油液，循環(huán)進(jìn)行充入、釋放的方式，而是利用液壓缸換向?qū)Ρ粶y(cè)管內(nèi)油液進(jìn)行加壓、釋壓，并且被測(cè)管內(nèi)油液不再被釋放回油箱的控制方式。這樣就可保證被測(cè)管內(nèi)油液始終保持，由于被測(cè)管一直處于高溫箱內(nèi)，其環(huán)境溫度一直保持，而被測(cè)管內(nèi)油液沒(méi)有對(duì)外交換，因此被測(cè)管內(nèi)油液溫度會(huì)得到很好的保持。

由于該設(shè)備為測(cè)試設(shè)備，按照標(biāo)準(zhǔn)需要連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間不間斷進(jìn)行測(cè)試檢驗(yàn)，因此，為了保證設(shè)備工作可靠性和設(shè)備正常使用壽命，在升壓降壓控制回路上設(shè)計(jì)了雙冗余液壓回路。

1.2.2 高溫功能的實(shí)現(xiàn)

為滿足環(huán)境溫度要求，此設(shè)備的高溫箱安裝了4根加熱管，3根工作、1根備用，每根2 kW；并且箱內(nèi)配有4個(gè)軸流風(fēng)扇，2個(gè)正轉(zhuǎn)2個(gè)反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)箱內(nèi)各點(diǎn)的溫度。試驗(yàn)時(shí)，3根電阻絲和風(fēng)扇共同工作，以使環(huán)境溫度快速達(dá)到要求。其中風(fēng)扇速度分為高速、中速和低速擋，可按需要進(jìn)行變換。

為滿足油溫要求，傳統(tǒng)高溫脈沖設(shè)備多采用一套加熱裝置先將液壓油加熱到135 ℃后，再打到試驗(yàn)軟管中；而且還需要添加一臺(tái)制冷設(shè)備，用以給回流油液降溫。但結(jié)合節(jié)省空間和降低復(fù)雜度的要求，作者考慮在此設(shè)備中將液壓缸直接放在高溫箱中，使液壓油隨著環(huán)境溫度升高而升高, 同時(shí)不需要添加一臺(tái)制冷設(shè)備降油溫。

1.2.3 特殊元器件的選擇

針對(duì)軟管脈沖試驗(yàn)225 000次的壽命要求和試驗(yàn)頻率、時(shí)間的要求，作者在此設(shè)備中采用2組TV-3型高速繼電器進(jìn)行試驗(yàn)。在試驗(yàn)一定次數(shù)后，自動(dòng)切換到另一組高速繼電器繼續(xù)工作，這樣在總試驗(yàn)次數(shù)下，在繼電器的壽命內(nèi)可完成試驗(yàn)。

1.2.4 電氣控制的實(shí)現(xiàn)

此設(shè)備采用歐姆龍的PLC作為主控制單元，以實(shí)現(xiàn)不同功能：配合繼電器和液壓閥進(jìn)行液壓動(dòng)作控制；配合固態(tài)繼電器控制高溫箱的加熱功能；配合模擬量擴(kuò)展模塊、溫度控制器、溫度傳感器、數(shù)字壓力傳感器、3塊抗震壓力表和LabVIEW軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示和采集，采集后的數(shù)據(jù)會(huì)在程序中進(jìn)行分析判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果做出不同的液壓動(dòng)作控制，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。以上設(shè)計(jì)提高了此設(shè)備控制的可靠性、精確性和通用性。

1.2.5 設(shè)備特點(diǎn)對(duì)比表

從電機(jī)功率、加壓方式、繼電器控制、介質(zhì)電加熱功耗、制冷設(shè)備、特殊液壓元器件選擇、總能耗等方面將此設(shè)備和國(guó)內(nèi)其他廠家設(shè)備進(jìn)行對(duì)比，具體如表1所示。

表1 此設(shè)備和國(guó)內(nèi)其他廠家設(shè)備特點(diǎn)對(duì)比

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

電氣控制系統(tǒng)的核心為可編程控制器PLC，利用安裝在Windows系統(tǒng)平臺(tái)下的專業(yè)FA整合工具包軟件CX-One 4.0，結(jié)合線下模擬在線運(yùn)行程序CX-Programmer，對(duì)PLC進(jìn)行合理的程序編寫與配置;通過(guò)PLC的通信功能與上位機(jī)人機(jī)界面互換數(shù)據(jù)，采用工業(yè)自動(dòng)化控制軟件——LabVIEW，設(shè)計(jì)開放式的人機(jī)界面，可獨(dú)立于開發(fā)環(huán)境運(yùn)行在上位機(jī)中，有效地對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理。PLC對(duì)徑向油泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電磁換向閥等電磁激勵(lì)型閥體發(fā)出控制數(shù)字信號(hào)并接收來(lái)自數(shù)字壓力、溫度傳感器反饋的模擬量信號(hào)，以及手動(dòng)泄壓，手動(dòng)設(shè)置啟、停等機(jī)械電氣按鈕等開關(guān)量。經(jīng)過(guò)一系列的動(dòng)作，最終完成對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的控制。總體實(shí)現(xiàn)方案圖如圖1所示。

3 檢測(cè)裝置最終效果

此檢測(cè)裝置(見圖2)經(jīng)過(guò)調(diào)試后，滿足SAE J188標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高溫脈沖試驗(yàn)的要求，能完成試驗(yàn)項(xiàng)目。現(xiàn)在設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際狀況為：設(shè)定的脈沖壓力為9.3 MPa和10.5 MPa；脈沖工作頻率為35 次/min；電機(jī)功率為3 kW；溫度為135 ℃；電器控制與電磁閥為雙回路；能耗計(jì)算：液壓工作電機(jī)功率為3 kW，每次給蓄能器加壓到22 MPa時(shí)停止工作，期間電機(jī)工作時(shí)間為150 s。當(dāng)蓄能器壓力降到11 MPa時(shí)，設(shè)備再次啟動(dòng)液壓工作電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)壓動(dòng)作。在蓄能器壓力從22 MPa降到11 MPa期間，電機(jī)空閑時(shí)間可達(dá)1 260 s。

圖2 裝置實(shí)物圖

按脈沖工作頻率35 次/min、試驗(yàn)次數(shù)為225 000次計(jì)算，總試驗(yàn)時(shí)間需要107.14 h。若以每小時(shí)液壓工作電機(jī)運(yùn)行10 min計(jì)算，電機(jī)總運(yùn)行時(shí)間為17.85 h(占總試驗(yàn)時(shí)間的16.7%)，所以液壓工作電機(jī)總能耗為53.57 kW·h，實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能。

4 結(jié)束語(yǔ)

汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向軟管是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中重要的零部件之一，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家多已實(shí)施比較完善的相關(guān)技術(shù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。隨著國(guó)內(nèi)私家車保有量逐年上升，汽車零部件相關(guān)的檢測(cè)設(shè)備在國(guó)內(nèi)的發(fā)展前景廣闊、潛力很大。

在檢測(cè)方面，制定更加人性化的技術(shù)法規(guī)，發(fā)展更加全面的檢測(cè)手段，有助于從根本上保障汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性。但是相關(guān)檢測(cè)設(shè)備要充分考慮兼容性、節(jié)能性，提高測(cè)試設(shè)備可靠性的同時(shí)還要提高設(shè)備利用率。因此動(dòng)力轉(zhuǎn)向耐壓軟管高溫脈沖試驗(yàn)設(shè)備的出現(xiàn)，使得試驗(yàn)脈沖的發(fā)生更為簡(jiǎn)單便捷，與傳統(tǒng)脈沖設(shè)備相比，減少了介質(zhì)加熱和散熱的功耗，降低制作成本，壓力值及升壓速率也能夠嚴(yán)格控制，有不可替代的優(yōu)越性,節(jié)省了能耗和成本。

另外，此設(shè)備中采用了小功率液壓泵加高效能、大容積蓄能器組的功率匹配方法，既能滿足大容積軟管的瞬間大功率要求，又能極大地減少泵的工作時(shí)間，達(dá)到了節(jié)能目的；而且通過(guò)液壓回路的特殊設(shè)計(jì)，使得高溫脈沖試驗(yàn)中的熱量損失很小，系統(tǒng)無(wú)需使用冷卻設(shè)備。

總之，創(chuàng)新的設(shè)計(jì)使得動(dòng)力轉(zhuǎn)向軟管檢測(cè)操作更加簡(jiǎn)捷，測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確、可靠，具有很好的市場(chǎng)推廣價(jià)值。

【1】動(dòng)力轉(zhuǎn)向耐壓軟管高容積膨脹型—SAE J188[S].

艾仕得發(fā)布全球Imron聚氨酯面漆新品牌標(biāo)示系統(tǒng)

2016年9月1日，全球領(lǐng)先的液體和粉末涂料供應(yīng)商艾仕得涂料系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)隆重推出其標(biāo)志性品牌之一Imron?聚氨酯涂料的全新視覺(jué)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)。Imron聚氨酯涂料是面向全球商用車輛制造商和商用修補(bǔ)漆市場(chǎng)的高品質(zhì)產(chǎn)品組合。

大半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，Imron聚氨酯面漆已成為領(lǐng)先重型卡車、公共汽車和鐵路客車制造商的面漆首選。Imron具有卓越的耐久性，涂覆在表面涂層和清漆之上時(shí)具有出色的抗涂鴉性能，同時(shí)還具有可靠的耐腐蝕性能、優(yōu)異的耐化學(xué)品性能、耐候性以及耐沖擊性能。這些品質(zhì)使Imron成為備受全球商用車輛制造商認(rèn)可的涂料品牌。

Imron的新標(biāo)識(shí)集成了3個(gè)要素——鉆石、道路和盾牌。3個(gè)要素組合在一起來(lái)揭示出客戶信賴的Imron的品牌特性。新標(biāo)識(shí)中的鉆石體現(xiàn)了Imron涂料的耐久性和堅(jiān)韌性；道路表示Imron所應(yīng)用的嚴(yán)苛環(huán)境；而盾牌則傳達(dá)出Imron對(duì)車輛防護(hù)的承諾。新標(biāo)識(shí)將有四種顏色，暗指Imron有豐富色彩方案可供客戶選擇。

(來(lái)源：艾仕得涂料系統(tǒng))

Design of High Temperature Impulse Test Device for Power Steering Pressure Hose

WANG Zhe,JIA Jingsheng,KONG Dejia

(China Certification Center for Automotive Products,Beijing 100044,China)

According to SAE J188 requirements to high temperature pulse test, a high temperature impulse test device for power steering pressure hose was developed. The detection device meets the requirements in the standard and has high accuracy, reliability and energy efficient.

Power steering pressure hose; High temperature pulse test;Detection device

2016-06-09

王哲，男，大學(xué)本科，從事檢測(cè)設(shè)備開發(fā)工作。E-mail:wangzhe@cccap.org.cn。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.09.012

U463.4

B

1674-1986(2016)09-054-03