汽车转向助力泵综合实验台系统的研制

2012年11月第40卷第22期机床与液压MACHINETOOLHYDRAULICSNOV2012VO140NO22DOI103969JISSN10013881201222030汽车转向助力泵综合实验台系统的研制王西建，冀勉河南质量工程职业学院机电工程系，河南平顶山467000摘要综合运用自动控制技术、检测技术与液压控制技术，研制一种可靠、操作简便、智能化的汽车转向助力泵综合试验台，介绍其组成、工作原理、功能特点。运用此试验台可完成助力泵模拟试验、型式试验、出厂检验等，进行满载流量、半载流量、压力、转速、油温、功率和噪声等性能测试，实现了测试过程的自动化。关键词转向助力泵；试验台；自动测试中图分类号TH1379文献标识码B文章编号100138812012220882DEVELOPMENTOFTHESYNTHETICTESTPLATFORMFORAUTOMOTIVEPOWERASSISTEDSTEERINGPUMPWANGXIJIANJIMIANHENANQUALITYPOLYTECHNIC，PINGDINGSHANHENAN467000，CHINAABSTRACTINTEGRATINGCOMPUTERCONTROLTECHNOLOGY，SENSETECHNOLOGYANDHYDRAULICCONTROLTECHNOLOGY，ATYPEOFINTEHIGENTPOWERASSISTEDSTEERINGPUMPSYNTHETICTESTPLATFORMWASDEVELOPEDITSCOMPOSITION，WORKPRINCIPLEANDCHARACTERISTICSWEREINTRODUCEDUSINGTHISPLATFORM，ANALOGEXPERIMENT，TYPEAPPROVALTESTANDFACTORYTESTCANBEMADEAUTOMATICALLY，FULLLOADFLUX，HAFTLOADFLUX，PRESSURE，SPEEDOFROTATION，TEMPERATUREOFOIL，POWER，NOISECALLBEMEASUREDAUTOMATICALLYKEYWORDSPOWERASSISTEDSTEERINGPUMP；TESTPLATFORM；AUTOMATICMEASUREMENT转向助力泵作为汽车转向的理想助力源，是转向系统的“心脏”部位，使用转向助力泵能大大减轻司机的工作强度，从而提高车辆行驶的安全性与舒适性。转向助力泵自身带有流量控制和压力过载保护装置，适用于转速变化而要求泵保持恒定流量、并有过载保护的汽车动力转回系统。因其具有良好的转速和流量特性，被广泛使用于轻、中、重型汽车、重中型卡车、大客车和工程车辆等的转向系统中。在发达国家中，大小汽车的动力转向系统装车率已接近100，目前国内的许多车型也多配置了动力转向系统。在保证泵组件制造精度的同时，泵成品在出厂前必须要经过严格的性能测试，它是保证品质的关键环节。现在许多厂家由于技术水平及条件的限制，使用的转向助力泵性能测试设备存在着操作繁琐复杂、功能欠缺、检测手段落后，对试验人员的素质要求高、测试效率低等缺点。在参照现有试验台并克服其不足的基础上，作者综合运用自动控制技术、检测技术与液压控制技术，研制了一种性能可靠、操作简便、自动化程度高的汽车转向助力泵综合试验台系统。运用此试验台可做模拟试验、型式试验、出厂检验等，可以进行满载流量、半载流量、压力、转速、油温、功率和噪声等性能测试。1试验台系统设计和工作原理11试验台系统设计整个试验台由液压系统、数据采集系统和计算机控制系统组成见图1。液压系统带变送的各类感器压力甑因可编程控制器LLI打印机图1系统组成图1液压系统由油箱附有液位指示计，温度传感器，自动加热控制器，粗滤油器等、精滤油器、变频调速电机、泵台架、各种高压液压元件包括电磁换向阀、流量计、压力表、溢流阀、连接管路、开闭式标准快换接头等组成。2数据采集系统由数据采集卡、带变送器的各类传感器包括测量压力、温度、流量、转速和收稿日期201LL023作者简介王西建1979一男，研究生学历，讲师，主要从事机电产品设计与制造方面的科研及实验教学工作。EMAILHAPPYWANGXIJIAN126COM。第22期王西建等汽车转向助力泵综合实验台系统的研制89扭矩的传感器、智能型数字显示控制仪等组成。智能仪表由数据采集模块、AD转换模块、信号处理模块和通信模块组成，可以完成物理信号的输入、输出及信号的转换，按预定规律控制、计算和处理，并且能与计算机或其他智能仪表通信。3控制系统由计算机系统、变频调速器、驱动电源、可编程序控制器PLC等组成。计算机系统主要完成数据采集、处理和显示等功能。在WINDOWS操作系统中使用VB编程语言，采用模块化程序设计技术，开发了用户操作界面，实现了人机对话模式。操作软件包含了流程图模块、用户操作模块、通信模块、数据存储模块、数据处理模块和实时数据显示模块等。12工作原理转向助力泵试验台需要检测满载流量、半载流量、额定压力、功率、转速、油液温度、压力脉动、总效率和噪声等参数。所有参数均布置相应的传感器进行测量。此实验台采用变频调速系统模拟汽车发动机转速工况，采用电液控制系统模拟汽车转向系统负载工况和泵轴径向力工况，各种工况参数调节范围宽，采用了带变送器的各类传感器以覆盖整个测量范围。各变送器的输出信号经过AD转换模块、数据处理模块、通信模块等显示及存储。数据采集完毕后，计算机系统可对所测得的数据逐项进行计算处理，得出设定转速下被测泵的流量、压力、功率、转速等有关性能参数，形成测试报表，系统可根据预选设置参数的上、下限判别被测试泵是否合格。同时系统将调用泵性能曲线绘制模块，采用最小二乘法进行曲线的拟合并绘出曲线。根据需要可以打印输出报表和曲线。液压系统工作原理如图2所示。测试前确保连接好液压系统管路。测试时，温度控制器4开始对油箱1中的油自动加热至设定的温度值；然后溢流阀13、节流阀15、16全部自动打开，变频调速电机6开始启动，被测试转向助力泵5开始转动，转速增加，直至设定速度值，让被测泵空载运转几分钟以排除系统回路内的空气；转向助力泵5把经过粗滤油器2的油再经精滤油器9后送入测试回路。此时电磁换向阀14和18都未得电，油直接通过电磁换向阀14左位、节流阀15或16此时阀口全部打开，未节流、电磁换向阀L8中位直接流回油箱。当要测试流量时，让电磁换向阀14的任意一个电磁头得电，油经过此电磁换向阀的左位或右位，经过流量计19或椭圆齿轮流量计20回到油箱。此时，被试泵的压力为零或接近零。当需要做加载实验测试泵出油口压力时做冲击试验，为了防止在压力突然释放时瞬时高压油损坏流量计L9或20，此时电磁换向阀18失电，处于中位，油直接回到油箱，流量计不工作，达到减少流量计使用频率、延长流量计使用寿命的目的。加载方式有手动加载和自动加载两种。做半载流量实验时，同样可以采用手动加载和自动加载。手动节流加载时，通过改变手动节流阀15的操作手柄的角度变化改变节流口通流截面的大小来调节负荷大小，作为泵工作时的不同负载，通过压力表8的反馈来调整手工节流加载调节的动作。自动节流加载时，自动节流阀16上增加了一套反应式步进电机17和减速装置，由计算机控制步进电机旋转，通过压力传感器12的反馈来模拟手工节流加载调节动作。使用自动节流加载功能时，使电磁换向阀14得电，油经过此电磁换向阀右位、自动节流阀16、电磁换向阀18中位回到油箱。测试过程中，根据不同类型泵的不同工况参数，根据计算机设定和提示，按测试按钮直至所有测试项目全部完成，即可模拟不同型号转向助力泵的工作状态及进行恶劣环境下的耐久性试验，对应测出或计算出有关数值并显示。L一油箱卜租滤油器3、4温度传感器5一被测转向泵6一变频调速电机卜转矩传感器8一速度传感器9一精滤油器1O一压力表L1一截止阀12一压力传感器L卜溢流阀14一两位三通电磁换向阀1卜手动节流阀16一自动节流阀L7一步进电机L8三位四通电磁换向阀L9一电子流量计2O一椭圆齿轮流量计图2液压系统原理图2汽车转向助力泵试验台性能特点和功能1试验台操作简便。只需按一次“测试”按钮，即可全自动完成试验方法所规定的全部动作与数据测试，显示屏能即时显示测试结果，并可根据预选设置参数的上、下限判别测试工件是否合格。2试验台兼容性强。能对不同型号和参数的转向助力泵进行测试。3试验台智能化程度高。采用计算机控制的液压系统和机电伺服系统为动力，全部驱动和加载均下转第100页100机床与液压第40卷AL一A0A2A1I一A0I5在加工A前，检测工人已经对A进行了测量，记其实际值为A。在加工完A后，若其实际尺寸A满足式5，则此工件为合格品；若不满足式5，则计算出A1一AL再对式5两端进行修正A1A0AX一1一A2A1一A0MI得AL一AOAXA2A1MI一A0I6依照式6对加工出的A再进行判断，若在此范围内，则设计尺寸A。可以达到要求，若不在，则为废品，应立即报废。此方法简单易行，即可在车间由工人人工测量和计算完成，又可将其程序化，当加工出的A超出传统极值法计算的范围时，工人只需输入测量的实际值A，由计算机自动对工艺尺寸进行修正，再进行判断。如果尺寸链中组成环多于2个时，则以A代表相应增环尺寸之和，A代表所有减环之和，则同样可得出以上结论。例如在上例中如果直接应用此方法，则结果如下当A150MM，AT2404MM时，由于A2超出式1计算的范围，则计算A1一ALI02MM由A一A0A2A1I一AOI得40MMA2404MM则当A404MM时，为合格品。或者当TIA1499MM0T1，此时01MM由A1I一AO2A1一AO得399MMA2403MM则当A在此范围内时，即为合格品。而按照传统的极值法计算，结果为40MMA402MM，可见改进型的极值法有效地避免了机械零件加工过程中假废品的出现。3结论提出一种改进型的极值法，此方法直接根据上一道工序的实际尺寸计算出来的中间变量和由组成环及封闭环的极限尺寸来判断工件的加工尺寸是否合格，符合实际的加工过程，克服了传统极值法的缺陷。该方法简便易行，切实可靠，对生产具有指导意义。参考文献【1】范希营机械加工中假废品的研究J，机床与液压，20046172173【2】陈志亮工艺尺寸的解算方法分析J机床与液压，20016162163【3】刘学军制造过程中“假废品”现象解决的根本途径J机械研究与应用，200612196【4】王启平机械制造工艺学M哈尔滨哈尔滨工业大学出版社，1999【5】陈锡渠基于公差带位置的工件假废品判别J制造技术与机床，20076106108上接第89页可实现自动化和智能化，从而减轻了劳动强度，提高了操作准确度；全部测试参数压力、流量、温度、转速、扭矩等均采用高精度测量传感器，通过数据采集卡和计算机连接，进行连续动态测量，实现计算机智能数据采集、分析、处理，即时数据显示，自动生成曲线等功能，实现了人机对话。4试验台功能齐全。具备自动和手动测试功能，可提供手动加载装置和自动加载装置。3汽车转向助力泵性能实验中的技术特点1采用变频调速系统模拟汽车发动机转速工况，采用电液控制系统模拟汽车转向系统负载工况和泵轴径向力工况，各种工况参数调节范围宽，模拟逼真。2采用计算机测控系统实现转向助力泵实验的自动测试与控制、生成测试报表和绘制性能曲线，实验效率高，被测试泵的性能检测、显示和记录准确。3采用组合式专用夹具实现被测试泵与电机传动轴自动定心、快速装卸，被测试泵无划伤、无失转、无安装轴向推力。4采用标准快换接头，拆接