（机械制造及其自动化专业论文）汽车制动主缸气密性检测的研究与应用.pdf

摘要 摘要 汽车工业是我国国民经济发展的支柱产业，汽车零件的质量是汽车工业发展的 关键，高效、精确、可靠的汽车零部件产品检验是汽车工业发展的重要保证。制动 主缸是汽车制动系统中保障汽车行驶安全性的重要的元件，我国汽车制动主缸生产 企业较多，生产年代较早，但生产的制动主缸仍存在较多问题，如寿命低、泄漏严 熏、宅行程过大或过小等问题，同时现行国家关于制动主缸检测标准中的检测项目 设置、检验方法、检测效率等都有迸一步改善的地方。 本论文围绕国家行业标准o c r 3 1 1 1 9 9 9 汽车液压制动主缸技术条件规定的 检测项目和方法，对汽车制动主缸工作原理、工作性能、主要缺陷的成因进行详细 的分析，总结汽车制动主缸密封检测的理论和试验研究现状，指出传统的湿式法、 冒泡法相对落后，压降法和流量法检测精度低而氦气泄漏检测法成本过高，因此 本检测系统采用差压传感器利用差压原理对汽车制动主缸进行动态密封、静态密封 气密性的检测，同时利用气压测试原理对汽车制动主缸的过油压力、出油压力、空 行程进行在线检测，根据汽车制动主缸总成技术条件及测试方法，研制了制动主缸 测试装置与计算机控制系统，详述了测试装置和控制系统的组成、功能、特点为 制动主缸性能在线检测提供了快速、准确、安全、可靠的检测装置和计算机控制系 统，本文介绍的测试系统是基于工控机的工作性能综合检测与控制系统，以研华数 据采集卡p c l 8 1 2 p g 和p c l 7 2 4 为核心，设计了基于w i n d o w s 的d e l p h i 6 0 开发软 件，对传感器数据进行数据采样和处理，编制了数据采集、数据处理、数据分析、 图形绘制，设置了些监督曲线，实现了显示自动检测过程中的性能参数变化状况， 该技术对发展在线自动检测技术有重要的促进作用，对汽车制造业有着十分重要意 义。 关键词：汽车；制动主缸；密封性能：检测系统 a b s t f a c l a b s t r a c t a u t o m o t i v ei n d u s t r yi sam a i n s l a yo fc o u n ir y ，t h eq u a l i l yo fa u t o m o b ep a r t si st h ek e yo f a u t o m o b i l e i n d u s t r yd e v e l o p m e n t i t i s i m p o r t a n t g u a r a n t e e l h a t p m v i d e sh 远bp r c c i s i o n ，h i g h e 俄c i e n c ya n dh i g hr e l i a b i l i i y f o ra u t o m o b i l e p a n s e x a m i n a i i o nt oa u t o m o b i l em a n u f a c t u r e a u t o n l o b n eb f a k en i a s t e rc y i i n d e ri sj m p o n a n tc o m p o n e n to fa u t o m o b 沁b 糟k es y s t e m ，j tr e i a t e st h e s a f e t yo ft h ed r i v eo fa u i o m o b i l e t h eb r a k em a s t e rw a sp r o d u c em o r ee a r l yi nal a 唱en u m b e ro f e n i 。t p r i s ei no u rc o u n t r y b u tal o to fp r o d u c “se x i s tm a n yf a u l to fm a n u f a c t u r e 蛐da s s e m b l a g e ，s u c h a sl h ek n g t l lo fl i f ci st o os h or i ，i h el e a k i j 】gi ss e v e r i t y ，i h ee m p l yn i nd i s t a n c ei s1 0 0s h o r to r t 0 0l o n g a ts a m et i m e ，c l l n n tt h en a t i o n a lp r o f e s s i o ns t a n d a r dn e e d sf l l n h e ri m p r o v e da b o u te x a m i n a t i o ni t e m c o n s t i t u t i o n ，e x a m i n a o nm e t l l o da n de x a m i n a t i o ne 蜘c i e n c 弘 t h ea f t i d ea c c o r d i n gt ot h et e c h n i c a lc 叩d i t i o ，t h ct e s t i n gi t e ma n di h ea p p f o a c bo ft h en a t i o n a l p f o f e s s i o s t a n d a r da u t o m o b n eb r a k em a s t e rc y i i n d e rt e c l l n i c a ic o d i t i o n ，t l l ew o r k i l i gp r i n c i p i e ， m e w o r k i n gp e d o 珊a n c e 卸dt h er e a s o no ff a u l tw a sa n a l y z e d t oa u t o t n o b i l eb r a k em a s t e r c y l i n d e ri nd e i a i l ，i h ec h e c kp r i l l c i p l eo fs e a la n dt h ea c i u a l i t yo fd e t e c t i o nr e a r c bw a ss u m m a r i z e d ， t h er e s u l to ft f a d j l j o nl e a kd e t e c i i o ni sd r a g 酉ew i t ho p e r a t e db yw a l e rs e a s o na n db u b b j es o n ，l o w p f e c i s i o nw i t h t h ep r e s s u r e - d r o pm e t h o da n dt h en o wm e a s u r e m e n ia n dc o s tm o r ew i t hh e h u m m e t l l o d ，血e r e f o r e ，t h er e s e a r c hs u b j e c io ft l l i sa n i c i ei n 仃) d u c et h ew o f k i n gp r i n c i p l eo fa * o p e r a t e d d e v i c e sf o rl e a kd e t e c t i o nw i t hd i t i _ e r e n t i a lp r e s s u r ep i c h l p ，t h ed 证e r e n t i a lp r e s s u r em e l h o dw a s u t i l i z e dt oc h e c kw o r k i n gp e r f o m a n c eo fd y 肌m j cs e a la n ds t a t i cs e a l i nt b ed e i e c t i o ns y s t e m a t s a m et i m e ，t h ed e t e c l i o ns y s t e mu t i l i z e sp i e s s u i cp r i l l c i p l et oc h e c ko i l p a s sp r e s s u r e ，o i l - o u tp r e s s u r e a n de m p t ym na b o u tb n k em a s t e r 。y l i n d e ro nl i n e a c c o r d i n gt 0t h et e c h n i c a lc o n d j t i o na n dt e s t i n g a p p f o a c ho fb r a k cm a s t e rc y 】i n d e a n dd e s j 驴el h et e s la n dm e a s u r e m e n d e “c ea n dc o m p u t e rc o n t r o l a l l dd e t e c t i o ns y s t e mf o rt h ep e r f o 肋a n c ea b o u tm a s i e rc y l i n d e lt h ec o m p o s i t i o n ，f u n c l i o n sa n d p e c u l i a r i i y w e r ei n t m d u c e di nd e t a d t h es e ta n dc o n t r o ls y s t c mw i t l l q u i c k ，p r e d s e ，s a f e t ya l l d f e l i a b l ep e d o r m a n c ew a sp r 0 v i d e df o rm a s t e rc y l i n d e rp r o d u c t q u a l i t y o nj i n ed e t e c t i o na n d m e a s u r e m e n t t b i st h e s i si n t r o d u c e ss y n t h e s i z e dd e i e c t i o na n dc o n t r o ls y s t e mb a s e do n1 p cw i t h a u t o m o b i l eh a k em a s t e rc y l i n d e lt h eh a r d w a r er 。g a r d s 脚oh i g h p e r f o 珊a n c ed a t ac 0 1 1 e c l i n gc a r d p c l 8 1 2 p ga n dp c l 一7 2 4w h i c hw a sp r o d u c e db ya d 、t e c hc o a si h e c d r e ，t h es o f c w a r e r e g a r d sd e i p h i6 0a st h ed e v e l o p i n gp l a c f o r n l ，l h es o f l w a r ei n d u d e sd a t aa c q u i s i t i o n ，d a t aa n a i y s i s ， c u r v ed r a w i n ga n dp r i n t i n g t h es e tm o u n t ss u p e r v i s i n gc u ew h i c hc a ns u p e i s et h es t a t eo ft e s t i n t i m e t h i st e c h n i q u ec a na c c e l e n t et h ed e v e l o p m e n io fo n l i n ea u t o m a i i cd e i e c i i n g s y s i e m ，“i s m e 柚i n g f u lf o ra u t o m o b i l em a l l u f a c l u r ci n d u s t r yt o o k e y w o r d sa u t o m o b i l e ；b r a k em a s i e rc y l i n d er ，t h ep e r f o r m a n c eo fs e a l i n g ；t e s ts y s t e m n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 鹳：桦嗍：呷 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：菇孵导师签名 纽 牛 趁嘲垂蕴 第1 章绪论 1 1 课题研究的目的及实际意义 中国汽车工业发展迅速，汽车产量从1 9 9 8 年1 6 2 8 j 辆全球排名第十位跃居 2 0 0 5 年5 7 0 7 7 万辆全球排名第三位，汽车销售近5 9 2 万辆，总规模超过德国和日本 跃居全球第二位，其中汽车零部件配套产值占整车6 2 以上。中国入世以来，伴随 着中国汽车的“井喷式”增长，汽车零部件业也实现了持续快速增长，而且增幅超 过了轿车、客车、载货车等行业，在1 2 个小行业中居第一位。汽车制造业是我国重 要的支柱产业，这足国家为汽车制造业的发展所制订的战略目标，汽车工业水平是 一个国家的综合国力和具有的先进t 业生产能力以及技术水平的一个直观而具体的 体现n 我国汽车零部件工业先于整车工业打入国际市场，在出n 产品结构上，仍然 以劳动密集型、低附加值产品为主，但是技术含量高、附加值大的商品也止在逐年 增多。我国汽车零部件产业人均设备率逐年递增，但行业整体的研发投入强度、技 术人员的数量及比例、新产品销售额所占份额等指标长年处于低水平。总体而言， 汽车零部什企业并没有将研发作为重要的发展战略，加大新产品开发、加快产品结 构调整、提高后向整合能力是零部件企、l k 可持续发展的关键。同时在我国随着汽车 拥有量的增加，交通安全事故每年都呈上升趋势，长期以柬，汽车安全技术一直作 为汽车技术发展的三大丰题( 安令、环保、竹能) 之首高速发展，而且在不断严格的技 术法规、标准的推动下，汽车安全技术必将以更快的速度发展口j 。我国已经提出汽车 安全技术目标实现时间表：争取到2 0 1 0 年基本与发达国家同步，这对我国现有汽车 安全技术的发展提出了更高的要求。针对这一现状，国内外汽车制造厂商在进行新 车型丌发的时候均十分莺视其安全性能，研制了一系列的汽牟安全性能测试仪器， 保证了新车型开发的质量。汽车零部件生产厂家如何保证零部件的生产质量，是减 少交通事故发生，保证国家财产和人民的牛命安伞的重要问题，与此同时，汽车生 产的进一步社会化使得竞争h 益激烈，这对厂家提高生产效率、降低生产成本也提 出了更高的要求p j 。汽车液压制动主缸是汽车制动系中的关键部件，存我国，生产企 q p 较多，生产年代较早，但产品质量存在很多问题，有些小企业的情况尤为严重【4 j 。 另外，由于我国现行标准o 佣1 1 1 9 9 9 汽车液压制动主缸技术条件，在检验项目 的设置、检验方法和标准限值的确定方面也有待进一步完善。在实际生产叶1 ，特别 是产品产量较大时的在线检验中，就存在者一些问题和缺陷。例如：检验时间较长， 操作较麻烦，不易实现自动化检验，在线检验的效率较低；同时，制动液对泵体有 腐蚀，对环境有污染，对工人健康有影响。为此，本课题的任务是研制和j r 发了液 腐蚀，对环境有污染，对上人健康有影响。为此，本课题的任务是研制和外发了液 北京工业大学坝十论殳 压制动总泵密封性能检测台，以压缩空气或真空源代替制动液作为检验介质，并采 用微机控制全部检验过程。 1 2 汽车制动主缸气密性检测简介 目前，我国生产的中、轻型汽车，大多数都是采用液压制动系统，汽车在制动 时，出推动液压制动总泵活塞运动而使管路系统压力升高，再使各轮的制动分泵动 作，从而带动制动闸片完成制动工作。因此，制动总泵是汽车制动系统中的一个关 键部件，为了保证液压制动泵的出厂质量，国家有关部门制定了汽车液压制动泵的 检验标准，按照q c 仃3 1 1 1 9 9 9 汽车液压制动主缸技术条件标准规定的检验方法 中，有些是要模拟制动泵的实际工作状况来进行的，因此必须使用制动液来作为检 验介质，检测汽车制动主缸在工作过程中是否存在着泄漏情况，以保证汽车制动主 缸在装配到汽车整车上后，能发挥正常工作性能，确保汽车行驶的制动安全性。 1 3 汽车制动主缸气密性检测的发展状况 1 3 1 汽车测试技术的发展 测试技术的发展与试验检验的完善有密切的关系。由于电子技术的发展，出现 了各种数据采集、变换、放人、贮存、处理、控制等方面的仪器，例如，电测量技 术在现代汽车测试试验中就占有十分重要的地位。电测量技术是指利用各种电子测 量线路和仪器对非电物理量进行测量的方法，它借助于变换器将各种非电量信号， 如应力、力、力矩、压力等物理量变换为电信号，然后对此电信号进行测量，以确 定待测非电量的物理量值。电测量系统具有很高的灵敏度和测量精度，能够测量变 化速率很高的物理量，因而对不同特征的被测信号具有良好的适应性，易于实现多 参量集中同步测量，所使用的变换器尺寸小、重量轻，易于安装，由于变换成电量， 所以便于传输、放大、记录，特别是记录信号可以直接输入计算机进行各种处理1 5 j 。 计算机的应用对汽车测试试验起了巨大的促进作用。计算机在汽车的性能预测、 强度计算上提供了快速、准确的运算一r ：具，从而代替了大量多方案比较试验，计算 机既足计算工具，也是检测试验的主要技术手段，计算机进行数据的采集、处理， 为试验数据分析提供了有力工具【6 j 。在汽车测试试验中，不少设备将计算机作为设备 的组成部分，测试过程的计算机控制使检测试验工作高度自动化，使汽车试验技术 无论在方法上，或是装备上都达到了空前完善的程度i _ ”。 第l 章绪论 1 3 2 国内外汽车制动主缸检测技术的发展状况 汽车制动器是保证行车安全及提高车辆运输效率的机构，必须具有较高的可靠 性。近几年来国外不仅在制动装置的性能、质量和可靠性上有显著提高，而且正向 智能化、轻量化、小型化、节能、保护环境等方面发展。汽车制动泄漏检测技术是 从无到有逐步发展起来的，早在5 0 年代在一些”t ：业发达国家就形成以诊断和在线性 能为主的单项检测技术和生产单项测试设备。6 0 年代后期，国外汽车检测技术发展 很快，并且大量应用电子、光学、理化与机械相结合的光机电、理化机电一体化检 测技术。进入7 0 年代以来，随着计算机技术的发展，出现了汽车泄漏检测诊断、数 据采集处理自动化、检测结果直接打印等功能的汽车性能检测仪器和设备。在此基 础上，为了加强汽车零部件性能检测的管理，各工业发达国家相继建立较为完善汽 车零部件检测站和检测线，使汽车零部件检测制度化p ”】。国外进入二十一世纪以来， 汽车零部件的质量在线控制技术、无损检测与评价技术、统计过程控制技术及精密 传感器技术等高新技术的应用已逐步深入。 我国正从扩大普通制动元件标准装备的批量上下功夫，向制动装置的性能、质量、 寿命、和可靠性方面发展，对智能化、节能、轻量化、小型化及保护环境方面的研 究还处于初级阶段。而且我国制动零部件生产企业设备相对落后，产品水平、质量、 寿命，制动系统的设计、研发水平与国外的还有较大差距，国内只有极少数的企业 对轻型汽车的制动系统有一定的设计能力，但迄今为止还没有具有全面轿车制动系 统设计能力的企业，这就需要完善和发展现有技术体系，加速我国汽车制动自主开 发能力的形成。早在上个世纪4 j 0 年代，一些发达的国家就对汽车的单项性能进行测 试，7 0 年代后汽车测试技术发展很快，逐步将单项测试联成多项测试的检测线，电 子计算技术的发展又加速了汽车测试的自动化进程，出现了自动测试、自动处理数 据、自动输出检测结果，大大提高了测试效率和测试精度【1 1 】。 我国汽车元件测试技术起步比较晚，上个世纪6 0 年代以后，国家有关部门才 开始逐渐重视，才逐步建立了一些汽车测试设备生产企业，开始制造一些结构简单 的设备，到了7 0 年代，特别是8 0 年代以来，随着我国汽车保有量的迅速增长，促 进了汽车检测维修企业和测试设备生产企业的发展，“六五”期间国家把汽车测试技 术列为重点推广项目，汽车测试技术迅速发展起来了，1 9 8 7 年8 月1 日开始实施的 国标g b 7 2 5 8 8 7 机动车安全运行技术条件，标志着我国机动车的测试技术从人工 经验测试向现代测试技术的转变，1 9 9 9 年实施的q c 厂r 3 1 1 1 9 9 9 汽车液压制动主缸 技术条件检测标准，则标志着汽车制动主缸检测向着规范化、标准化、国际化方 向迈进【“。 1 9 9 0 以来有关汽车制动主缸检测代表性文章有： 北京t 业大学硕上：论文 1 9 9 0 年由王延荣负责起草的国家行业标准的汽车液压制动主缸技术条件 f z b 厂rr 1 0 4 0 0 8 9 。1 9 9 9 年作了修改汽车液压制动主缸技术条件( q c 厂r 3 】i 1 9 9 9 ) 代替了原来的z b 厂r t 2 4 0 0 8 9 0 标准，该文章讨论了汽车制动主缸工作性能要求及检 测方法，为后来的汽车制动主缸技术标准制定打下了基础。 1 9 9 4 年由李开国发表的液压制动主缸批量生产检验方法的研究。该文章第一 次从理论上讨论了“以气代油”进行批量检测的生产线检验技术。 1 9 9 4 年由贺岩松、张伟发表的微机化制动主缸及轮缸实验台的研制，第一次 在制动主缸的测试中引入了单片机数据采集和自动控制【l 4 。 1 9 9 6 年由周星元发表的微机控制制动总泵在线检验实验台，文章提出了差压 法检验密封性能可行性研究i l ”。 1 9 9 9 年由高国有、姜春生发表的汽车液压制动主缸实验研究。第一次对主缸 检测项目进行细化，并对汽车制动主缸的高低温检测提出了可行性方案。 2 0 0 5 年由查宏民、闰祥安、曹玉平发表的真空助力器一制动主缸总成测试装 置。本文根据汽车真空助力器前0 动主缸总成技术条件及测试方法，研制了真空助力 器埔0 动主缸总成测试装置与计算机控制系统，叙述测试装置和控制系统的组成、功 能、特点1 1 6 l 。 1 4 论文的主要工作及内容 汽车的安全性能一直是汽车行业和全社会普遍关心的问题之一。在影响汽车运 行安全的诸多客观因素中，制动性能对行车安全起决定性作用。而制动系统中的各 个零部件的质量和性能直接决定系统的制动性能，汽车零部件自主开发能力是建立 在试验技术和试验设施基础之上的，技术和试验设施在很大程度上决定了产品的性 能和质量，汽车液压制动主缸类产品也面临着同样的问题。现在，国内的许多厂家 正在开发新一代的汽车液压制动主缸类产品，其结构更复杂，功能更完善，性能更 优越，但所增加的功能与性能都需要通过测试来保证其质量，因此测试成本也在不 断增大，当然先进的检测设备和检测方法是对液压制动主缸进行严格的定量检测的 重要前提条件，没有先进的检测设备和检测方法，就无法严格保证液压制动主缸产 品的质量，因此，采用现代高新技术和检测方法，研制一套能对液压制动主缸类产 品的质量和性能进行全面检测的测试系统，对产品逐一进行出厂前的性能检测，是 提高产品质量及保障交通安全的需要。因此研制先进的检测设备，提高气制动主缸 类产：品的质量，提高生产效率，保证安全行车，减少交通事故是本课题的最终目的。 本人在对梆姘 二汽通用矗菱制动器厂多次实地调查中发现，住其实验室或生产车间 有各种各样、互不相同的测试汽车制动主缸的系统，但他们存在一个共同的问题是： 信号的采集与控制、信号的分析与处理等方面还存在些问题，造成检测精度较低、 可靠性差、检测效率不高等。本论文课题在满足国家相关标准和企业相应的技术条 件要求下，主要从提高汽车制动主缸检测精度、可靠性、效率方面对测试台进行方 案可行性研究，本课题开发研制的汽车制动主缸性能测试系统，应用高精度传感器、 数字转换装置和计算机及其外部设备进行自动测量、试验和数据处理，从而达到自 动化程度高、测试精度好、结构简单、适应工业现场流水线作业需要。测试系统有 机地融合了现代检测手段、计算机控制技术、自动化技术和可靠性理论，使测试与 试验摆脱小规模、单参数和单功能的状态，向工程规模化发展，满足了汽车气制动 主缸现场进行性能测试和产品质量监测的需要。另外，由于制动主缸性能测试系统 的使用，提高了测试效率和测试精度，而且在检测过程中还能发现了该产品在设计 上存在的一些问题，为产品设计及产品性能的进一步完善提供了技术基础。 北京1 ：业人学硕：t 论文 第2 章汽车制动主缸气密性检测系统方案设计 2 1 汽车制动主缸工作原理 2 1 1 汽车制动系基本原理 使行驶中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽车的速度保持稳定，以及使已 停驶的汽车保持不动，这些作用统称为汽车制动。对汽车起到制动作用的制动系统 是作用在汽车上，其方向与汽车行驶方向相反的外力。作用在行驶汽车上的滚动阻 力、上坡阻力、空气阻力都能对汽车起制动作用，但这外力的大小都是随机的、不 可控制的。因此，汽车上必须装设一系列专门装置，以便驾驶员能根据道路和交通 等情况，借以使外界( 主要是路面) 在汽车某些部分( 主要是车轮) 施加一定的力， 对汽车进行一定程度的强制制动。这种可控的对汽车进行制动的外力，统称为制动 力，这样的一系列专门装置即称为制动系【1 7 】。汽车制动系布置如图2 1 所示，图2 1 中各序号所代表的零部件分别为：1 一驻车制动压杆按钮；2 弹簧；3 一限位块；4 棘爪 压杆；5 0 形圈；6 棘爪；7 棘爪销；8 棘爪齿板 9 驻车制动操纵车下；1 0 滚轮：1 1 调整拉杆；1 2 调节阀接右后制动器油管；1 3 一右后制动器；1 4 ，左后制动器；1 5 感载 弹簧；1 6 压力调节阀；1 7 驻车制动操纵缆绳；1 8 调节阀接左后制动器油管；1 9 一左 后制动器油管；2 0 右后制动器油管；2 1 平衡杠杆；2 2 防尘套；2 3 一支架；2 4 一驻车制 动操作手柄；2 5 希0 动踏板；2 6 一真空助力器；2 7 左前盘式制动器；2 8 一左前盘式制动 器油管；2 9 主缸主动腔接右前盘式制动器油管；3 0 右前盘式制动器。 图2 1 红旗c a 7 2 2 0 型轿车制动系统图 f i g 2 1r e d - n a gc a rc a 7 2 2 0b r a k es y s i e m 第2 章汽车制动主缸气密性检测系系统方案设计 2 1 2 制动器的工作原理 一般制动系的工作原理可用图2 2 所示，图示用种简单的液压制动系示意图来 说明。一个以内圆面为工作表面的会属的制动鼓8 固定在车轮轮毂上，随车轮一同 旋转。在固定不动的底板1 1 上，有两个支撑销1 2 ，支撑着两个弧形制动蹄1 0 的下 端。制动蹄的外圆面上装有摩擦片9 。制动底板上还装有液压制动轮缸6 ，用油管5 与装在车架上的液压制动主缸4 相连通。主缸活塞3 可由驾驶员通过制动踏板机构 来操作。 图2 2 制动系工作原理示意图 f i g 2 - 2b r a l 【es y s t e mo p 。r a t i n gp r i n c j p l es c b e m a t i cd i a 乎砌 汽车行车制动系是强制汽车从行驶状态减速或停车的装置。在行车出现意外情 况时，为了避免出交通事故，需要在尽可能短的距离内迅速降低车速乃至停车，因 此，汽车行驶安全性与制动系的可靠性密切相关。 2 。1 3 汽车制动常见故障及原因 汽车行驶安全性与制动系的可靠性密切相关，在课题研究过程中，我们到柳州 五菱汽车制动器厂，深入调查并了解汽车制动主缸对汽车制动过程中汽车制动带来 的常见故障及原因，常见与主缸有关的故障有： 制动缸及制动管如接头处) 漏或阻塞，制动液不足，制动油压下降而失灵【1 8 】。 制动缸、制动管内进入空气使制动迟缓，制动管路受热，管内残余压力太小， 致使制动液气化，管路内燃现气泡。由于气体可压缩，因而在铡动时导致制动力矩 下降。 制动时分泵活塞行程过大，以致制动迟缓、制动力矩下降。 北京t 业大学硕l 论文 制动总泵、分泵皮碗( 或其他件) 损坏，制动管路不能产生必要的内压，油液 漏渗，致使制动不良【1 9 l 。 分析故障现象及原因见表2 1 ： 表2 1 汽车制动常见故障及原因 t a b l e 2 1a u t o m o b i l eb f a l 汜c o i i l i i l o nf a i l u r ec a u s e 故障现象故障产生的( 部分) 原因 制动踏板行程过大，触及驾驶室地板制动系统中某处严重泄漏 踩f 制动踏板后，制动力严重不足主缸、轮缸或制动管路溜油 制动时不能立即减速或停车油管接头或油管破裂漏油 制动跑偏某个轮缸内部有空气 制动突然失灵主缸皮碗损坏、踩翻或制动管破裂，制动液 漏尽 2 2 汽车制动主缸密封性能检测要求 2 2 1 上汽通用五菱汽车制动主缸结构特点 a b s ( 汽车制动防抱死系统) 制动主缸在汽车上的应用，给制动主缸制造和测 试都带来了新的问题，例如在汽车制动时a b s 起作用，则a b s 制动主缸将把轮缸 在减压过程中排出的制动液重新泵入制动主缸，制动主缸活塞由于制动主缸容积的 变化会反复往返运动。特别是在低附着系数路面制动时，制动主缸活塞运动区域离 平衡孔很近，高压脉动极易破坏制动主缸密封圈。密封圈失效意味着制动主缸失效。 为此，人们用中心阀取代了平衡7 l ，a b s 制动主缸与普通制动主缸的区别就在于， a b s 制动主缸有中心阀，无平衡孔；而普通制动主缸有平衡孔，而无中心阀。a b s 制动主缸结构如图2 3 、图2 4 所示。在非制动状态时，制动主缸活塞在回位弹簧作 用_ f 回位， 中心阀阀芯杆顶在中心阀阀芯顶丌支架1 的中轴上，中心阀打开，轮缸 侧和制动主缸侧制动液压力相等；制动时，活塞前移，中心阀阀芯顶杆脱离支架l 的 中轴，在回位弹簧和制动液压力作用下，中心阀关闭，活塞前端形成密封压力腔f 图 8 右图) 。a b s 制动主缸的另一个特点是，没有预压阀。这是因为a b s 的液压控制 单元中的常开阀两边设有过滤精度极高的过滤网，阀上还有节流孔，它们共同起到 了预压阀的作用，因此a b s 制动主缸不再另设预压阀f 2 “2 “。 第2 章汽车制动主缸气密性检测系系统方案设计 图2 3 制动主缸剖视图 f i g 2 3b r a k em a s t e rc y n l i d e r c t i o n a lv i e w 图2 4 a b s 主缸总成示意图 f j g 2 - 4a b sm a s t e rc y l i n d e rs c h e m a t i cd i a g r a m 2 2 2 上汽通用五菱汽车制动主缸主要检测内容 为满足信息化带动工业化的要求，同时也为了参与汽车零部件国际化要求，在 满足匡i 家行业标准的前提下，柳州上汽通用五菱对汽车制动主缸生产线提出了流水 线检测项目如+ 卜： ( 1 ) 静态负压密封性能试验； ( 2 ) 静态正压密封性能试验； ( 3 ) 动态密封性能试验( 附带做出空行程检测) ； 北京工业大学硕士论文 ( 4 ) 过油压力检测； ( 5 ) 出油压力检测； ( 6 ) 空行程检测。 2 2 ，3 制动主缸生产线检测台检测标准和规范 2 2 3 1 静态密封性能主缸内部和外部之间各部位的密封性能检测： ( 1 1 静态负压密封性能试验试验方法：分别从主缸两进油口抽真空，两出油口封 闭，采用差压法测试主缸内部与外部的密封性。 试验真空度：8 0 4 k p a ( o 8 b a r ) ，压力可调范围0 9 0 k p a ，真空要求稳定。 检测时间：1 5 秒； 稳定时间：1 0 秒； 允许泄漏值：不大于1 0 0 p a ； ( 2 ) 静态正压密封性能试验试验方法：分别从主缸两进油口通入气压，两出油口 封闭，采用压差法测试主缸内部与外部的密封性。 试验压力：不大于2 0 0 k p a ( 2 b a r ) ( 通过减压阀手动调整) ，气源气压在0 6 m p a 以下： 检测时间：1 5 秒； 稳定时间：5 秒； 允许泄漏值：不大于1 0 0 p a 。 2 2 3 2 动态密封性能试验试验方法：制动主缸主皮碗越过补偿孔后，采用压差法 进行全行程内检测( 或设定行程) ，活塞推进速度可调。 负压检测：8 0 4 k p a ( o 8 b a r ) ，压力可调范围0 9 0 k p a ，真空要求稳定： 检测时间：不超过3 0 秒； 稳定时问：1 0 秒； 允许泄漏值：l p a 。( 本测量项舀附带检测出空行程) 2 2 3 ，3 过油压力试验方法如图2 5 所示，主缸第一活塞推进5 m m 后，进油口输 入2 0 0 l 【p a 或设定气压值( 通过手动调整减压阀) ，检测主皮碗不再过气的时候残余 压力值，如图2 3 所示。此项 乍为选择项。不要求1 0 0 检_ ；雯i l ，不要求试验节拍时间。 第2 章汽车制动主缸气密性检测系系统方案设计 皮碗 弹簧 图2 5 过油压力检测图 f 培2 - 5t h ep a s s - 0 i lp r e s s u r ed e t e c o nd i a g f a m 2 3 汽车制动主缸使用性能的影响因素分析 汽车制造业中很多阀类及泵类的壳体件都采用锌、铝合金压铸成型。由于在成 型过程中不易控制均匀的冷却速度、合金中杂质的影响、模具及设备等多方面原因， 会导致铸件内部含有气体而产生气孔、缩孔、组织疏松等缺陷。制动主缸是汽车制 动系统液压传动装嚣中的重要保安零件，即便采用金属型铸造工艺生产铝合金制动 主缸，其废品率也较高，主要有： 铸造缺陷： 缩松和针孔，在规定压力下有渗漏现象【2 2 】。 切削加工：切削加工造成过大的加工误差，缸体内壁的粗糙度过大等。 皮碗破损：皮碗破损而使制动主缸失效，皮碗破损的原因有：加工因素如生产 厂家加工、装配水平对制动主缸质量的影响，或在皮碗唇边伸入补偿孔内。如图2 6 所示，补偿孔处锐边较锋利或有毛刺；皮碗自身力学性质因素等原因造成皮碗在运 动过程中的破坏。 剀2 6 皮碗损坏示意恻 f i g 2 - 6k a t h e r b u c k e tb r e a k a g es c h e m a t i cd i a g f a m 北京丁业大学硕士论文 装配缺陷：如安装过程中造成回位弹簧的底面与中心不垂直，活塞形成偏力， 皮碗在间隙较大的一边根部在液压和边缘摩擦力的作用f ，伸入活塞与缸壁的间 隙中受到啃切，使皮碗根部被啃穿，如图2 7 所示。 气蚀：温度恒定条件下，由于油液流经节流口或阀口时易形成高速射流而使 图2 7 装配缺陷示意图 f i g 2 - 7a s s e m b 】a g ed e f e c ts c h e m a t i cd i a g r a m 液体的绝对压力降低到低于该液体的蒸汽压，使液体中产生大量气泡，称为气穴， 气穴发生时使液体流动性变差，并伴有噪声和振动，严重时会产生爬行影响执行机 构的运动精度，当附着在金属表面上的气泡破灭时，它所产生的局部高温和高压使 金属剥落使表面粗糙，出现小坑称为气蚀【2 3 】。 2 4 汽车制动主缸检测行业标准简介 各种检测标准都是一个动态的过程，都是一个不断完善的过程，都是一个寻找 最好的、最合理的方法的过程。汽车制动主缸的检测标准也是一样的，原来有原来 的标准，但是随着技术的进步，这个标准也由于检测方法的不同，而不断的改进。 在1 9 9 9 年中国汽车工业总公司起草了q c 仃3 1 l 一1 9 9 9 汽车液压制动主缸技术条件 这样一个行、l k 标准，它一直沿用到现在，在某些场合还在使用这个标准。但它有它 的不足，就像液试法检测汽车制动主缸一样，它是在液试法的基础上定的，所以它 也存在着液试法存在的不可避免的缺点，像污染、腐蚀等。 近年来，在北工大汽车制动研究所老师和相关部门的共同努力下，一套新的行 业标准逐渐在形成，这就是汽车液压制动主缸组装工艺过程负压密封试验要求。 这个标准主要是在气试法的基础上起草的，它避免了液试法的诸多不足。它规定了 汽车液压制动主缸总成在本企业组装生产过程中的相关工序负压密封性能试验方 法、步骤及要求。它适用于汽车液压制动主缸总成在组装生产过程中的相关工序负 鹾密封性能1 0 0 检测。这个标准可同时适用于汽车用离合器操纵机构主缸组装生产 1 2 第2 章汽车制动主缸气密性检测系系统方案设计 过程中的相关工序负压密封性能1 0 0 检测。这套标准是为汽车制动主缸的检测专门 起草的，汽车制动主缸结构如图2 8 所示。图中所示的各序号零部件分别为：1 主缸 缸体；2 皮圈( 付皮碗) ；3 第一活塞；4 第一供液腔；5 主皮碗；6 第一制动腔；7 一 排液孔；8 残留阀总成：9 第二：活塞：1 0 一第二供液腔；1 1 第二制动腔；1 2 补偿孔； 1 3 供液孔。 i 图2 - 8 串列双腔式制动主缸总成 f i g 2 - 8 1 h n d e md u a l c a v i t yb r a k em a s t 盯c y l i n d e ra s s e m b l a 窘eu n i t 标准的基本技术要求是： 液压制动主缸应按规定程序批准的图样和技术文件制造，并应符合本标准的要 求； 液压制动主缸表面应清洁、无锈蚀、毛刺、裂纹和其他缺陷，液压制动主缸组 装前，所有零件都应清洁，无污物。为防止产品贮存期间制动液对其零部件的腐蚀 和保证真空状态制动液的填充，零件不得有制动液和其它试验液，但允许有油膜； 在进行相关工序闻性能测试时，应满足制动主缸应完成装配工序：装第一、二活 塞分总成、拧紧限位螺钉和装好孔挡圈。如若装配成总成并带有残留阀请将残留阀 处于开启状态的基本要求。 标准的性能要求是： 动态负压密封性( 全行程或设定行程) ：5 秒真空泄漏值= o 1 k p a ； 最大行程：不小于设计值的9 5 ； 空行程：第一、二活塞行程不大于3 m m ，( 或由供需双方商定) ； 静态( 初始位置) 负压密封性：1 5 秒真空泄漏值= o 1 k p a 。 北京t 业大学硕士论文 2 5 汽车制动主缸检测原理 2 5 1 以气代油检测可行性分析 ( 1 ) 泄漏量的测定对于处于平衡状态下的一定量的气体，其状态可用p ( 绝对压 力) 、v ( 气体体积) 、t ( 绝对温度) 来描述。般情况下，当其中一个状态参量发 生变化时，其它两个状态参量也定发生变化。这三个状态参量之间定存在某种 关系，即其中一个状态参量是其它两个状态参量的函数，如r = r ( p ，矿) 。这就是一 定量气体处于平衡态时的物态方程。 理想气体是指在在温度不太低( 与室温相t e ) 和压强不太大( 与大气压相比) 时，满足三条实验定律和a v o g a d r o 定律： b o y l e m a r i o t t e 定律：等温过程中有p y ：c d ”盯； g a y l u s s a c 定律：等体过程中有三一c o n “： z c h a r l e s 定律：等压过程中有二；c d h “。 i 同时根据a v o g a d r o 定律可知，在标准状态下，1 摩尔任何气体所占有的体积为 2 2 4 升。根据以上定律当理想气体处于平衡态时，物态参量之间的关系有： p y ；旦月丁 ( 2 1 ) 肘 式中r 普适气体常量( 月= 1 0 1 3 1 0 5 2 2 4 1 0 一3 2 7 3 。8 3 l ，用o f k 一1 ) ： 肌为理想气体的质量； m 一为理想气体的摩尔质量 方程( 2 1 ) 通常称为c l 印e y r 咖方程。 简单推导：由三条实验定律，可得华：c ，根据a v 。g a d r 0 定律，在标准状态 r = 1 0 1 3 1 0 5 尸缸，瓦= 2 7 3 k 时，m 肘理想气体的体积为= 罟2 2 - 4 ”，。，代入 ( 2 1 ) 式有： c 。学：旦尺( 2 2 ) lm 对于一定质量的气体，若其处于两个不同的平衡态，其物态参量之间的关系是 只一罡k ，。 一i “。 若在气体状态变化过程中，其质量发生变化，式( 2 3 ) 就不成立。 由于主缸测试过程期是在宦温、压力不太大的状态下进行的，空气与理想气体 相当接近，测试是在温度变化不大的情况f 完成的，因此可认为测试是一个等温过 第2 章汽车制动主缸气密性检测系系统方案设计 程，根掘p 1 v 。= p 2 v 。+ p 。v l ，从而有v l = p v ( p 。) ，其中v 厂泄漏气体体积； 根据以上定律和公式可以推导现密封检测中气体泄漏量q 为； q = p v e ，( p 。t m t ) ( 2 4 ) 式中q 一气体泄漏量； v 一等效内腔容积： t - 一测试时间； 卜差压传感器的显示值； p 。t 。