泵閥下線測試臺增加清潔度檢測系統(tǒng)研究

王虎，魏存洋，單夢杰

西安雙特智能傳動有限公司 陜西西安 710119

商用車自動變速器包含很多關(guān)鍵液壓總成部件，如油泵、主控閥、電磁閥、緩速器閥以及調(diào)壓閥等。這些泵閥在裝配到變速器前，都需要在泵閥下線測試臺進行下線性能測試，只有性能測試合格的泵及閥體才會被裝配到變速器總成上。

自動變速器的動力傳遞依靠液壓單元實現(xiàn)，液壓單元中的泵閥總成部件作為精密部件，其自身清潔度非常重要，清潔度不合格會將雜質(zhì)輸送到液壓單元，引起液壓單元動作卡滯，最終造成自動變速器質(zhì)量問題，縮短變速器壽命。因此，在泵閥下線測試臺上增加清潔度檢測系統(tǒng)，一方面使用潔凈油沖刷泵閥等被試件，另一方面在沖刷的同時實時監(jiān)測被試件的清潔度，意義重大。

泵閥下線測試臺整體結(jié)構(gòu)

泵閥下線測試臺改造前的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。位于下方的150L油箱的油液，在測試臺工作泵的帶動下，可同時實時供兩個測試區(qū)域的被測件測試循環(huán)使用，被試件的測試油液通過回油管路收回到油箱。該測試臺同時還設置有冷卻系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)被測油液的溫度，設置有蓄能器、調(diào)壓閥等裝置，用于穩(wěn)定流量壓力，調(diào)節(jié)不同壓力。

圖1 臺架整體結(jié)構(gòu)

原測試臺在進油及回油管路上設置了多個5μm濾芯，用于過濾油箱中油液中的雜質(zhì)，通過定期更換濾芯的方式維持油箱中油液的清潔度。管路上的濾芯過濾能力有限，一段時間后隨著濾芯的堵塞油液中流量的通過率會下降，雜質(zhì)的逃逸率會增加，因此增加一種獨立的過濾系統(tǒng)實時過濾油箱油液非常重要。

改造整體方案

此次改造主要實現(xiàn)如下兩部分內(nèi)容。

1）通過給油箱增加獨立的過濾系統(tǒng)，替代之前測試臺管路上的多個單獨濾芯，實現(xiàn)實時過濾油箱中油液中的雜質(zhì)，使油箱中油液始終保持非常潔凈的狀態(tài)。

2）通過在原測試臺被試件到油箱的回油管路上增加清潔度檢測裝置，并修改上位機的測試系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)系統(tǒng)實時監(jiān)測位于回油管路經(jīng)過被試件的油液的清潔度。完成清潔度檢測的油液將回到油箱中。改造整體示意圖如圖2所示。

圖2 改造整體示意

測試流程

清潔度測試執(zhí)行的標準是企業(yè)標準，該標準高于國家標準。即在性能測試結(jié)束后，5min內(nèi)使用在線清潔度檢測儀檢測到從被試件流回到油箱的油液清潔度達到ISO4406標準規(guī)定的18 / 16 / 13清潔度等級，即視為清潔度檢測合格。

此次改造，不改變原有性能測試流程，只是在性能測試開始時同步加入清潔度檢測流程，在性能測試結(jié)束后，加入判斷性能測試是否通過，只有通過性能測試的被試件才會記錄清潔度檢測結(jié)果。測試流程示意圖如圖3。

圖3 測試流程示意

主要部件選型

針對清潔度檢測系統(tǒng)中所涉及的裝置進行了設計和選型。

1.過濾系統(tǒng)

1）選用某型號過濾設備，為三級過濾系統(tǒng)，粗濾器可以濾除大顆粒的雜質(zhì)以保護油泵的正常運轉(zhuǎn)；強磁過濾器可吸附油液中鐵磁性顆粒；精密過濾器采用特殊濾材，具有過濾精度高，通油阻力小，納污容量大等特點。設備粗濾器、精濾器帶有聲光報警及自動停機保護功能，濾油機在使用一段時間后，粗濾芯或精濾芯易被污染物堵塞造成濾筒壓力升高，如超過安全壓力，設備會有聲光報警并且自動停機，必須更換濾芯后方可繼續(xù)使用。

2）過濾設備原理如圖4所示。

圖4 過濾系統(tǒng)原理示意

3）技術(shù)參數(shù)：最大流量100L/m i n；過濾精度3μm；過濾等級，濾前≤NAS1638.10級情況下，經(jīng)循環(huán)過濾后，清潔度等級可滿足≤NAS1638.5級。

2.清潔度檢測裝置

（1）清潔度檢測泵 選用MG300XK/DC24W磁力驅(qū)動齒輪泵，采用直流無刷電動機為動力，電動機軸端和稀土永磁的外磁環(huán)連接，驅(qū)動齒輪泵工作。配置獨立的無刷電動機驅(qū)動器，實現(xiàn)電動機功能控制。其特點是轉(zhuǎn)速可調(diào)，具備測速和正反轉(zhuǎn)功能，噪聲低和體積小，與上位機聯(lián)接可實現(xiàn)智能控制，并能長期穩(wěn)定工作，特別適合頻繁啟停的工作場合。

（2）溢流閥 選用直動式溢流閥（插入式），該閥體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，流量特性好，噪聲小，壓力穩(wěn)定，廣泛應用于小流量系統(tǒng)中。

（3）粗濾 選用型號為ZU-H10*30BOP過濾器，該過濾器安裝在清潔度檢測管路上，用來濾除待檢測油液中混入的大塊雜質(zhì)，從而保護清潔度檢測儀內(nèi)部的液壓部件，過濾等級為30μm（清潔度檢測儀通常不檢測高于此過濾等級的顆粒污染物）。該過濾器設有壓差發(fā)信裝置，當濾芯污染堵塞到進出油口壓差為0．35MPa時，即發(fā)出開關(guān)信號，此時更換濾芯，以達到保護系統(tǒng)安全的目的。該過濾器濾芯采用新型化纖過濾材質(zhì)，具有過濾精度高、通油能力大、原始壓力損失小及納污量大等優(yōu)點。

（4）清潔度檢測儀 選用德國HYDAC公司的CS1000系列，其原理是通過一個感光系統(tǒng)檢測含在油流中的污染顆粒物，按照顆粒物的直徑分類和計數(shù)。可持續(xù)監(jiān)測進入的油液固體顆粒污染物粒子數(shù)量，可在屏幕選擇使用不同的清潔度等級標準，比如NAS1638、ISO4406或SAE AS4059標準，精度可達±1/2個ISO等級，測量范圍為ISO 9/8/7(MIN)到ISO25/24/23(MAX)。可在自帶屏幕查看輸出結(jié)果，其連接線束可輸出4～20mA或0～10V模擬信號；同時也輸出兩路開關(guān)信號用于PLC或繼電器；同時也通過RS232、RS485等通信接口輸出結(jié)果，使用HYDAC公司開發(fā)的HSI通信協(xié)議對其發(fā)送指令及解析結(jié)果。本次改造硬件采用RS485接口，通信方式為HSI協(xié)議，通過在原測試系統(tǒng)LABVIEW程序中增加串口通訊模塊與清潔度檢測儀通信。清潔度檢測裝置現(xiàn)場連接如圖5所示。

圖5 清潔度檢測裝置現(xiàn)場連接

控制系統(tǒng)部分

1.硬件修改

微量泵（清潔度檢測泵）、清潔度檢測儀、粗濾壓差報警燈等都采用24V供電，供電接線示意圖如圖6所示。

圖6 控制系統(tǒng)硬件接線圖

微量泵的動力使用直流變頻電動機，通過電動機調(diào)頻旋鈕與溢流閥的配合，使輸入到清潔度檢測儀的持續(xù)待測油液流量穩(wěn)定到30～500mL/min的范圍內(nèi)，并保持一個相對較高的油壓（500psi）。微量泵的啟動通過一個帶燈的按鈕實現(xiàn)。

清潔度檢測儀與測試臺測試系統(tǒng)之間的通信采用RS485串口通信，原測試臺工控機增加PCIE-RS485通訊板卡，清潔度檢測儀通過兩根線連接到通信板卡，實現(xiàn)上位機與清潔度檢測儀的通信。

設置在粗濾上的壓差傳感器，其原理是一個常開開關(guān)，在濾芯堵塞壓力達到一定值后，開關(guān)閉合，點亮壓差報警燈，提醒用戶需要保養(yǎng)更換濾芯。

2.軟件修改

原測試臺的測試系統(tǒng)界面采用Labview程序，此次改造需要將上位機與清潔度檢測儀之間的控制和信息讀取集成到Labview程序中。

在Labview程序中增加VISA模塊并進行配置，VISA模塊用于Labview與HYDACCS1000清潔度檢測儀進行串口通訊，上位機Labview通過HYDAC公司開發(fā)的HSI通信協(xié)議給CS1000設備發(fā)送指令，也通過HSI指令讀取檢測儀狀態(tài)及清潔度檢測結(jié)果。

修改Labview程序，測試界面增加開始測試清潔度按鈕，在點擊按鈕后，按鈕關(guān)聯(lián)的邏輯為上位機發(fā)送HSI指令給CS1000，讀取設備狀態(tài)及清潔度結(jié)果。清潔度檢測儀將會反饋狀態(tài)和清潔度結(jié)果值給上位機，上位機需要將相關(guān)值進行提取，只保留設備狀態(tài)信息、ISO6μm、14μm及流量值顯示到測試界面，其余均不顯示。HSI指令設定為每1min發(fā)送一次，將發(fā)送次數(shù)也顯示到測試界面。

修改Labview程序，測試界面增加停止測試清潔度按鈕，在點擊按鈕后，停止發(fā)送HSI指令給CS1000。

修改Labview程序，增加記錄清潔度結(jié)果按鈕，在點擊數(shù)據(jù)記錄按鈕后，將當前界面下ISO6μm，14μm結(jié)果及循環(huán)次數(shù)記錄到報表中指定位置。

改造完成后的Labview測試界面如圖7和圖8所示。

圖7 Labview測試界面

圖8 Labview測試界面

結(jié)語

增加清潔度測試系統(tǒng)的泵閥測試臺改造完成后已交付生產(chǎn)部門正式運行。過濾系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可將150L油箱中的油液實時大流量過濾滿足供油清潔度要求，在使用潔凈油液沖刷泵閥等被試件后，被試件的清潔度很快能達到企業(yè)標準。新增加的清潔度檢測系統(tǒng)運行穩(wěn)定，在泵閥測試臺測試性能的同時可實時監(jiān)測被試件的清潔度，在清潔度測試完成后，可按照程序中或工藝流程中的規(guī)定，將測試結(jié)果記錄到測試報表中。此次改造，一方面通過提高油液潔凈度沖刷被試件，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，另一方面通過增加清潔度監(jiān)測系統(tǒng)，更好地監(jiān)測被試件的清潔度，將有問題的被試件提前篩選出來。