汽車液壓制動主缸總成密封性檢測系統研究與應用

劉 順

(安徽機電職業技術學院，安徽 蕪湖 241000)

1 引言

汽車液壓制動主缸總成氣密性檢測系統主要由真空系統、氣壓系統、伺服液壓系統、電氣控制系統等部分組成，如圖1所示。伺服液壓系統用于模擬汽車制動過程，提供測試系統要求的加載力或加載位移；真空子系統為汽車制動主缸提供了準確的真空度檢測；氣壓子系統主要用于制動主缸的氣壓密封性檢測，其中包括低壓、中壓和高壓檢測；電氣控制子系統主要是用于對檢測平臺的控制，可以完成實時數據采集任務，同時能夠根據實際要求控制電磁閥和伺服閥。

其檢測系統的結構框圖見圖1。

圖1 汽車液壓制動主缸總成密封性檢測系統結構框

2 檢測系統氣壓子系統的設計

2.1 氣壓子系統的基本原理

氣壓子系統主要是用于試件的氣壓密封性試驗，系統結構如圖2所示。氣源裝置與壓力調節閥串接，其作用是將制動主缸的進氣口壓力穩定在試驗要求的壓力。使用3路調壓回路分別完成低壓、中壓和高壓檢測。當氣源接入制動主缸的排液口，開啟二位三通電磁閥，對制動主缸加壓至規定值，通過壓力傳感器檢測制動主缸腔內的壓力。

圖2 氣壓子系統原理

2.2 氣壓子系統中各元件的選擇

2.2.1 電磁閥選擇

本系統中電磁閥滿足：

(1)

式(1)中，△P：△P=P1-P2，P2為出口絕對壓力；P1為進口絕對壓力。此時氣體的流量達到飽和，流量不會隨著壓差的增加而增大。此時的流量系數為：

(2)

式(2)中，Q為最大流量(760 mmHgabs，15.6 ℃條件下)，8 m3/h；G為比重(空氣=1)；T為流體溫度(℃)，室溫15℃；P1為進口絕對壓力(1kgf/cm2abs)；△P：△P=P1-P2。根據Cv值選擇ASCO系列8262G91常開電磁閥，兩位三通電磁閥采用8320G13常開電磁閥。

2.2.2 其他元件

調壓閥：選用3個調壓回路分別完成低壓、中壓和高壓檢測，壓力調節閥的型號為GR200，GR300，GR300。

差壓傳感器：系統是采用KL11型差壓傳感器，這是一種性能比較優越的傳感器，可以檢測超低差壓，傳感器內置一個小的硅隔膜，這個隔膜是需要經過精密加工技術。測量超低差壓，可測差壓范圍為：0～2 kPa，最大直壓為50 kPa。

3 檢測系統電氣控制系統的設計

電氣控制子系統主要由可編程控制器PLC，模擬量輸入輸出模塊EM235，壓力變送器和顯示裝置等組成，如圖3所示。該系統采用PLC S7-200控制，檢測臺上的位移傳感器和壓差傳感器在實驗過程中將采集到的位移量和壓力的模擬信號經EM235模塊傳送到可編程控制器PLC，壓力信號和位移信號在PLC中經過運算輸出脈沖信號來控制顯示裝置進行壓力和位移量的顯示，PLC根據采集到的模擬信號量比較設定值，實時控制，從而獲得系統的各項性能指標。

圖3 電氣控制子系統組成

3.1 EM235模擬量輸入輸出模塊

在壓力控制系統中，傳感器將檢測到得壓力信號轉換成4～20 mA的電流信號，電流信號經A/D模塊轉換成數字信號后送入PLC中進行處理，EM235是組合模塊，含4路模擬量輸入和1路模擬量輸出。EM235在接入電路工作前需要設置和校準，設置是選擇輸入信號的量程，校準是調整機內放大器的增益。

由于EM235模塊包括4路模擬量輸入和1路模擬量輸出，故選用EM235可以有效的簡化硬件。EM235的電壓輸出范圍-10V～+10V，電流輸出范圍0～20mA；該模塊需要24VDC電源供電，在位于模塊底部端子板右側的DIP開關配置開關1～6可設置模擬量輸入范圍和分辨率。開關設置應用于整個模塊，一個模塊只能設置為一種輸入量程和分辨率，而且模塊設置只有在重新上電后才能生效。

3.2 CPU224模塊

S7-200系列可編程控制器有4個不同的基本型號。不同的型號的CPU內芯片基本相同，實際安裝輸入輸出和通信接口數量不同。每種單元又有交流220V供電和直流24V供電兩種，每種CPU都有繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出三種輸出形式。S7-200系列提供多種規格擴展單元和智能模塊，如數字量輸入輸出和模擬量輸入輸出擴展單元，PID智能模塊和各種通信模塊。

處理器模塊選用的西門子S7-200系列可編程控制器，其包括14個 輸入端口和10輸出端口共24 個數字量I/O點。最多可以擴展成248 路數字量I/O點或35路模擬量I/O點。6個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID 控制器。

3.3 壓力變送器

壓力變送器是工業實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業自動控制中，涉及水利水電、鐵路交通、生產自控、軍工、石化、電力、船舶、機床、管道等眾多行業。

該壓力控制系統選用1151GP3F22壓力變送器，測量最小壓力為1.3 kPa，測量介質可以液體、氣體等。測量最大工作壓力為7 MPa，精度為0.1%，輸出信號為4～20 mA DC(微差壓專用)，電源電壓為24 VDC。

3.4 顯示裝置

為了更好地實現人機交互以及對制動主缸的氣壓和液壓的監控，采用數顯壓力表和報警器來對實時壓力進行觀察，當壓力在正常值范圍，數顯壓力表顯示當前壓力；當壓力不在正常值范圍時，數顯壓力表顯示當前壓力值的同時啟動報警。