孫銳，郭志剛，王曉東，張煒

(1.長春工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，吉林長春 130012；2.長春工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心，吉林長春 130012)

根據(jù)汽車離合器分離系統(tǒng)的操作方式的不同，操縱機(jī)構(gòu)可以分為機(jī)械式和氣壓式兩種［1］。隨著汽車業(yè)的不斷發(fā)展，離合器主缸裝置廣泛應(yīng)用到離合器分離操作機(jī)構(gòu)中。較傳統(tǒng)離合器分離機(jī)構(gòu)，采用離合器主缸機(jī)構(gòu)可以保證分離軸承和分離爪之間常壓緊，當(dāng)摩擦片磨損后不需要調(diào)整間隙，實(shí)現(xiàn)離合器的柔和分離或接觸。

目前，大部分的檢測設(shè)備只能檢測兩項(xiàng)指標(biāo)，并且現(xiàn)有的設(shè)備都只能完成一種類型的主缸檢測，開放性不好，這已不能滿足實(shí)際需求。為了提高檢測的準(zhǔn)確性、精度及檢測速度，作者開發(fā)了一種新型汽車離合器主缸密封性檢測平臺，能完成對汽車離合器主缸總成部件的暢通性、空行程、低壓密封性等3項(xiàng)主要性能指標(biāo)的測試，并能夠完成幾種不同類型主缸的測試［2-3］。

為能滿足工業(yè)現(xiàn)場條件，系統(tǒng)的控制及檢測精度如下:

(1)單件全項(xiàng)檢測時(shí)間為27 s;

(2)各種檢測時(shí)間范圍0.1～20 s，檢測時(shí)間精度 ±0.1s。

(3)壓力測量范圍0～0.2 MPa，測量精度0.05 kPa;

(4)力傳感器1～20 N，測力精度±0.2 N。

1 設(shè)備測試原理

文中對汽車離合器主缸總成部件的暢通性和空行程的檢測采用簡單直觀的氣泡法來實(shí)現(xiàn)。其技術(shù)指標(biāo)分別為:暢通性實(shí)驗(yàn)是向離合器主缸排液孔通入不大于0.1 MPa壓力的氣體，觀察進(jìn)液孔處是否有氣體排出;空行程檢測是向離合器主缸排液孔通入0.05～0.15 MPa壓力的氣體，空氣通過進(jìn)液孔排出，推動活塞推桿，當(dāng)氣體停止排出時(shí)，記錄活塞最小位移量。

汽車離合器主缸泄漏量的檢測方法:運(yùn)用差壓檢測原理對試驗(yàn)臺中的檢測對象進(jìn)行氣體微量泄漏測量［4-10］。其原理是:向密閉容器中充入額定壓力的氣體，切斷氣源保壓，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)通過與主缸相連的差壓傳感器讀出與比較源氣壓的壓力差，根據(jù)壓力下降情況判斷密封是否合格。

由于文中所述泄漏為微量泄漏，可做等溫處理，差壓傳感器所測兩端壓力值的氣態(tài)方程如下:

測試結(jié)束后主缸前后壓力差:

由式 (1)、(2)可得:

由氣體狀態(tài)平衡方程推導(dǎo)出如下氣體泄漏量關(guān)系式:

其中:Q表示泄漏量(mL/min);

V表示主缸工作容積 (mL);

Δp表示壓力差 (Pa);

t表示保壓時(shí)間 (s);

p1表示通入氣體的檢測壓力 (Pa);

p2表示保壓一定時(shí)間后的壓力值 (Pa)。根據(jù)式 (4)可以得到氣體的微量泄漏量，與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較后判斷主缸氣密性是否合格。

2 設(shè)備總體布局和機(jī)械部分的動作原理

設(shè)備總體布局如圖1所示，外形尺寸限制在800 mm×700 mm×1 900 mm范圍內(nèi)。工作臺面下方為電控柜，主要安裝有PLC及相關(guān)模塊、相關(guān)電氣元件、氣動元件等［11-12］。

圖1 離合器主缸測試臺外觀圖

根據(jù)被測總成的相關(guān)尺寸及外形，作者設(shè)計(jì)了如圖1所示的工作臺面的示意圖。工件采用總成的兩個螺栓定位，中間為底胎，上面開有與被測型號主缸對應(yīng)螺栓尺寸的孔和平面，用于安裝主缸總成，在上方裝有氣缸，帶動夾緊裝置;在夾緊裝置的下端，是頂尖部件，此頂尖與主缸的頂尖孔相對應(yīng);在底胎的外圍是兩個360°的T型槽，用來對封堵等氣缸進(jìn)行圓周定位，定位與夾緊裝置可以根據(jù)不同的被測件做相應(yīng)的調(diào)整;在工作臺面的對應(yīng)位置裝有檢測開始和松開夾具等操作按鈕。在設(shè)備的上方安有照明燈，后面一定高度位置安裝工藝卡盒。

3 氣動部分組成及工作原理

氣動部分的執(zhí)行件采用AirTAC的氣動元件，擬采用三聯(lián)件對進(jìn)入系統(tǒng)的壓縮空氣進(jìn)行處理。采用SMC精密調(diào)壓閥手動調(diào)整檢測系統(tǒng)的壓力。調(diào)整后分為兩路分別形成各自對應(yīng)要求的壓力值，通過控制相關(guān)的控制閥來切換系統(tǒng)檢測過程中所需要的檢測壓力。氣壓傳感器采用日本SMC公司的PSE系列產(chǎn)品，用來檢測系統(tǒng)的檢測壓力。從氣源處理元件出口的壓縮空氣在供給檢測氣路的同時(shí)，另分出一路，用來連接系統(tǒng)的各個動作氣缸，其中包括:上氣缸夾緊主缸的動作、主缸供液孔和出液孔的封堵的動作等。

在氣路連接中為了控制附加檢測管路的容積，避免對主缸檢測精度的影響，對于非動作的檢測管路采用高精度的不銹鋼管進(jìn)行連接，管路與產(chǎn)品的連接采用快插接方式，測試儀表與管路連接采用測壓軟管連接的方式。

圖2 氣動原理圖

4 設(shè)備動作流程原理介紹

首先，將產(chǎn)品裝到測試臺上，雙手按動啟動按鈕，氣缸對離合器主缸進(jìn)行夾緊和封堵。供液孔通過氣管接到水杯中，夾緊到位后，伺服電機(jī)以設(shè)定的速度推動裝有力傳感器的頂桿結(jié)構(gòu)前行。當(dāng)頂桿運(yùn)動到與離合器主缸推桿接觸并當(dāng)傳感器的壓力值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)輸出信號使伺服電機(jī)停轉(zhuǎn)，并將此時(shí)活塞的位置設(shè)定為測試的初始位置。將一定壓力的壓縮空氣從離合器主缸出液孔充入，操作者通過觀察燒杯中有無氣泡冒出來判斷暢通與否。如有氣泡冒出，為暢通性合格;如無氣泡冒出，為暢通性不合格，不合格時(shí)停止下一步檢測，設(shè)備停止工作，取下工件。

圖3 系統(tǒng)檢測流程圖

如暢通性合格，按動其中一個啟動按鈕，由電機(jī)帶動頂桿向前推進(jìn)設(shè)定的位移并保持不動，從離合器主缸的出液孔連續(xù)通入設(shè)定壓力的壓縮空氣，然后觀察插入水杯內(nèi)并與供液孔連接的管路中是否有氣泡冒出以判斷產(chǎn)品空行程是否合格，如空行程不合格，按停止按鈕，設(shè)備松夾，取下工件。

空行程檢測合格后，按下另一個啟動按鈕，伺服電機(jī)將頂桿推進(jìn)設(shè)定距離保持，將設(shè)定壓力的壓縮氣體由離合器主缸的出液孔通入，當(dāng)壓力達(dá)到檢測值時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣閥門，穩(wěn)定設(shè)定時(shí)間后，在規(guī)定的穩(wěn)壓時(shí)間內(nèi)從出液孔檢測壓力下降值。在穩(wěn)壓時(shí)間內(nèi)活塞以一定的速度及位移往復(fù)運(yùn)動規(guī)定次數(shù)。根據(jù)汽車離合器密封標(biāo)準(zhǔn)判斷產(chǎn)品是否合格，并在面板上顯示出實(shí)際泄漏量，合格和不合格燈指示檢測結(jié)果。檢測結(jié)束后，設(shè)備松夾，取下產(chǎn)品。

5 控制部分的組成及工作原理

控制部分是系統(tǒng)的核心，主要任務(wù)是檢測各種參數(shù)，發(fā)出控制命令。測試臺的控制部分由Siemens公司的S7-200系列PLC CPU、與S7-200 PLC配套的AD模塊、觸摸屏、電機(jī)伺服驅(qū)動器、電機(jī)、位移傳感器、壓力傳感器和按鈕、指示燈等組成。

S7-200系列PLC的主要任務(wù)是發(fā)送命令、接收數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、判斷結(jié)果顯示并利用觸摸屏與操作者進(jìn)行人機(jī)交互;電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)按照控制器的指令運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動機(jī)械結(jié)構(gòu)完成主缸活塞的動作;位移傳感器連接計(jì)數(shù)電路完成脈沖計(jì)數(shù)等操作，從而完成主缸活塞位移量的反饋;壓力傳感器可以將傳感器壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行調(diào)理，并生成標(biāo)準(zhǔn)的模擬量信號，可以利用AD轉(zhuǎn)換將此模擬量信號轉(zhuǎn)換成PLC能處理的對應(yīng)于壓力的數(shù)值，從而獲取壓力參數(shù)。圖4為控制系統(tǒng)基本組成示意圖。

圖4 控制系統(tǒng)基本組成示意圖

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)與分析

表1為采用該測試平臺對汽車離合器主缸進(jìn)行檢測的各項(xiàng)性能參數(shù)與國內(nèi)外同類產(chǎn)品對比結(jié)果。

表1 該測試平臺與國內(nèi)傳統(tǒng)方法及國外領(lǐng)先水平對比

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，作者設(shè)計(jì)平臺較國內(nèi)同類平臺自動化程度高，檢測項(xiàng)目增加了1～2項(xiàng)，檢測速度提高了2～3倍。

表2為對3種不同型號的離合器主缸分別進(jìn)行500次檢測，再通過與實(shí)際的對比，得到的實(shí)際檢測結(jié)果。

表2 3種型號離合器主缸的檢測結(jié)果

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出:該平臺適用于3種產(chǎn)品的檢測，并能夠?qū)γ總€型號的產(chǎn)品進(jìn)行3項(xiàng)指標(biāo)檢測，設(shè)備通用性良好，檢測合格率符合檢測要求。

7 結(jié)束語

介紹了一種新型汽車離合器主缸氣密性檢測設(shè)備，通過在工廠現(xiàn)場的實(shí)踐檢測測試，設(shè)備整體運(yùn)行良好，能夠完成對汽車離合器主缸總成部件的暢通性、空行程、低壓密封性等3項(xiàng)主要指標(biāo)性能的測試，并能完成幾種不同類型主缸的測試，檢測精度達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期目的。

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