趙川

(重慶車輛檢測研究院有限公司國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，重慶 401122)

商用車制動軟管高溫脈沖試驗設(shè)備開發(fā)

趙川

(重慶車輛檢測研究院有限公司國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，重慶 401122)

制動軟管新標準GB16897-2010《制動軟管的結(jié)構(gòu)、性能要求及試驗方法》已于2011年7月1日正式實施，該標準是在FMVSS106的基礎(chǔ)上修改采用而成。此次標準變更增加了制動軟管高溫脈沖試驗項目，制動軟管為3C和公告強制檢測項目。為保證相關(guān)檢測資質(zhì)和業(yè)務(wù)，迫切需要完善該項目的檢測能力。根據(jù)標準要求的功能，設(shè)計一種汽車用制動軟管高溫脈沖試驗臺，并對某商用車制動軟管進行了高溫脈沖試驗。結(jié)果表明：將自動化技術(shù)應(yīng)用到脈沖試驗中，使試驗更標準化、自動化和智能化，提高試驗精度，滿足商用車制動軟管高溫脈沖試驗新標準。

商用車制動軟管；高溫脈沖試驗；試驗臺架設(shè)計

0 引言

制動軟管新標準GB16897-2010《制動軟管的結(jié)構(gòu)、性能要求及試驗方法》已于2011年7月1日正式實施，該標準是在FMVSS106的基礎(chǔ)上修改采用而成[1-5]。此次標準變更增加了制動軟管高溫脈沖試驗項目，制動軟管為3C和公告強制檢測項目，為保證相關(guān)檢測資質(zhì)和業(yè)務(wù)，迫切需要完善該項目的檢測能力。作者提出基于氣壓增壓的方案，可滿足新標準下商用車，制動軟管高溫脈沖試驗。

1 實驗臺主要功能與整體方案

1.1 高溫脈沖實驗步驟及試驗臺功能

此試驗臺主要用于GB16897-2010中規(guī)定的制動軟管高溫脈沖試驗，該試驗的步驟為：

(1)將制動軟管總成連接到能產(chǎn)生0～11 MPa壓力的壓力循環(huán)裝置上；

(2)向壓力循環(huán)裝置和制動軟管總成注滿制動液，并排出空氣；

(3)將制動軟管總成放置在烘箱內(nèi)，并在30 min內(nèi)使烘箱溫度達到(143±3)℃；

(4)對制動軟管總成施加11～11.5 MPa的壓力，保持(60±6)s，然后降至0，再保持(60±6) s。應(yīng)在2 s內(nèi)達到規(guī)定的壓力，制動軟管總成的壓力循環(huán)至少應(yīng)進行150次。

根據(jù)以上試驗要求，并考慮系統(tǒng)的安全性，試驗臺應(yīng)完成的主要功能為：

(1)能施加11 MPa壓力并控制加壓和泄壓周期；

(2)環(huán)境試驗箱能提供(143±3) ℃ 的溫度環(huán)境，環(huán)境試驗箱能在30 min內(nèi)達到該溫度；

(3)壓力循環(huán)范圍為0～11 MPa，最大壓力誤差±0.5 MPa，升壓和降壓時間在2 s以內(nèi)；

(4)可回收泄漏的液壓油，當油液泄漏量過大系統(tǒng)停止工作并自動報警；

(5)可自動設(shè)置加壓次數(shù)及加壓與泄壓周期，提供數(shù)據(jù)采集與處理等功能；

(6)提供急停按鈕、安全玻璃等保護裝置。

1.2 性能要求

依據(jù)GB16897-2010《制動軟管的結(jié)構(gòu)、性能要求及試驗方法》，同時參考FMVSS106，結(jié)合試驗臺需要完成的主要任務(wù)，對試驗臺總體方案進行設(shè)計。此次試驗臺主要由控制電腦、液壓脈沖發(fā)生裝置與高溫試驗箱組成?？刂齐娔X采用研華IPC-610L工控機，選用抗干擾能力比較強且支持多點數(shù)據(jù)通信的RS485總線實現(xiàn)對增壓器的控制與數(shù)據(jù)傳輸[6-7]。高溫試驗箱采用能在30 min內(nèi)達到規(guī)定溫度的環(huán)境試驗箱。在試驗臺的核心發(fā)生裝置上，通過對比現(xiàn)有試驗臺的發(fā)生裝置，充分結(jié)合了液壓與氣壓的特點，在發(fā)生裝置上采用機械結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、承載能力大、自動化程度高的液壓方案，產(chǎn)生試驗系統(tǒng)所需的循環(huán)壓力；增壓方式上使用一個兩端面積相差很大的活塞，利用氣壓動作迅速、反應(yīng)快等優(yōu)點，合理地控制閥門通斷使空氣填充到活塞兩端，在限時內(nèi)提供系統(tǒng)所需的高壓。

2 試驗臺方案設(shè)計

根據(jù)功能及技術(shù)要求對系統(tǒng)進行整體設(shè)計，原理如圖1所示。該試驗臺主要由液壓脈沖發(fā)生裝置、高溫試驗箱及試件安裝裝置、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)等部分組成。

圖1 制動軟管高溫脈沖試驗臺原理圖

2.1 液壓脈沖發(fā)生裝置

液壓脈沖發(fā)生裝置用于發(fā)出高壓脈沖，對試件循環(huán)加壓[8]。如圖1所示，液壓脈沖發(fā)生裝置主要由油箱、增壓器、電控開關(guān)閥、比例調(diào)壓閥、二位五通閥等幾大部分組成。

增壓器是液壓脈沖發(fā)生裝置的核心，它包含P1～P5等5個接口及1個兩端面積相差很大的活塞。P3口是增壓器進液口，液體從油箱經(jīng)P3口流入增壓器；P4口連接壓力傳感器；P5口為增壓器高壓油輸出口，與被試工件連接；P1與P2口為增壓器壓縮空氣接口，分別通向活塞腔兩端。當壓縮空氣在二位五通閥的控制下從P1口進入活塞腔左端，活塞在氣壓推動下向右運行，并通過活塞小端推動液壓油從P5口輸出，由于活塞面積差導(dǎo)致的增壓作用，輸出油壓等于P1口輸入氣壓的若干倍，實現(xiàn)高壓輸出；控制二位五通閥使壓縮空氣從P2口進入活塞腔右端，則活塞在氣壓作用下向左運動，P5口的液壓隨之下降。

從以上分析可以看出，可以通過二位五通閥控制P5口輸出壓力的通斷，實現(xiàn)液壓的脈沖輸出；增壓器輸出液壓的大小與輸入壓縮空氣的壓力呈固定的比例關(guān)系，可以通過比例調(diào)壓閥調(diào)節(jié)增壓器輸入氣壓的大小，從而控制P5口輸出液壓的值。液壓脈沖發(fā)生裝置可實現(xiàn)液壓脈沖幅值與周期在一定范圍內(nèi)的任意調(diào)節(jié)，具有較強的靈活性。

2.2 高溫試驗箱及試件安裝裝置

高溫試驗箱及試件安裝裝置用于安裝被試工件，并為試驗提供所需的環(huán)境溫度[9]。如圖1所示，該裝置主要由高溫試驗箱、試件安裝裝置、油槽等部分組成。

高溫試驗箱用于提供試驗要求的環(huán)境溫度，試驗箱設(shè)置安裝有安全玻璃的觀察窗口。高溫試驗箱內(nèi)設(shè)試件安裝裝置以安裝被試工件，從增壓器P5口輸出的液壓油通過油管接入試驗箱內(nèi)，直接與被試工件相連。高溫試驗箱底部安裝有油槽以回收漏油，油槽內(nèi)安裝有液位感應(yīng)裝置，將油槽內(nèi)液位信號輸入控制計算機，以便在油液泄漏過大時發(fā)出報警。

在每一個試件的后端安裝有開關(guān)閥，在試驗開始前，保持增壓器活塞在靠左的位置，逐一打開試件后端的開關(guān)閥，直到液壓油從開關(guān)閥流出時再關(guān)閉開關(guān)閥，使試件內(nèi)部充滿液壓油。為保證液壓油的自由流動，油箱的安裝位置應(yīng)適當高于增壓器安裝位置，增壓器安裝位置應(yīng)適當高于試件安裝位置。當每一試件內(nèi)充滿液壓油后，應(yīng)在正式開始試驗前檢查油箱中液壓油是否充足。

2.3 對系統(tǒng)安全性的考慮

在借鑒其他廠家方案的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)安全性采取以下措施：

(1)在高溫試驗箱觀察窗口安裝安全玻璃，試驗箱內(nèi)壁采取加固措施；

(2)設(shè)計過壓、泄漏報警裝置，在發(fā)生泄漏時發(fā)出警報；

(3)設(shè)置急停按鈕，在緊急情況下可切斷電源；

(4)增壓器選用某臺灣品牌的成熟產(chǎn)品，其安全性能得到保障；

(5)液壓管路與接頭的質(zhì)量也是安全性的重要環(huán)節(jié)，將選購高質(zhì)量的管路與接頭；

(6)增壓器氣壓控制裝置選用氣壓控制閥中最受好評的德國FESTO品牌，以保證可靠性。

3 試驗臺測控系統(tǒng)開發(fā)

3.1 測控系統(tǒng)整體方案

數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)通過傳感器采集試驗數(shù)據(jù)，根據(jù)指令輸出控制信號控制液壓脈沖的幅值與頻率，并在試件泄漏時發(fā)出報警，同時還具有試驗結(jié)果處理與輸出功能。如圖2所示，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)主要由壓力傳感器、液位傳感器、工控機、警報器等組成。

圖2 測控系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)

從油槽采集的液位信號被送入工控機，當試件破裂泄漏過大時，工控機根據(jù)液位信號發(fā)出警報信號，警報器發(fā)出警報。壓力傳感器采集增壓器輸出口壓力輸入工控機，用于監(jiān)控試驗過程。工控機根據(jù)操作人員設(shè)置的參數(shù)控制電控開關(guān)閥、比例調(diào)壓閥、二位五通閥等電磁閥，實現(xiàn)對液壓脈沖頻率與幅值的控制。

3.2 測控系統(tǒng)軟件

測控軟件包括實時在線數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)設(shè)置等幾大模塊，各模塊又包含若干功能模塊，整個程序結(jié)構(gòu)如圖3所示。此試驗臺主要針對制動軟管的高溫脈沖試驗，目的明確，如何合理設(shè)計該模塊以方便試驗人員的操作、減少試驗人員的工作強度便成為該測控軟件設(shè)計的關(guān)鍵。

圖3 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為合理設(shè)計在線試驗?zāi)K的結(jié)構(gòu)，采用了如下策略：系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定一套滿足國標試驗相應(yīng)的參數(shù)，設(shè)備啟動后為系統(tǒng)默認參數(shù)，直接進入信息錄入界面，操作人員只需要錄入試件名稱、試件編號、生產(chǎn)廠家、試驗人員和試驗日期等基本參數(shù)，便可開始試驗。如需在其他情況下更改脈沖間隔、循環(huán)次數(shù)等其他參數(shù)時，再返回主界面更改。通過以上策略，在簡化系統(tǒng)的同時大大方便了試驗人員的操作，軟件界面如圖4所示。

圖4 試驗臺測控軟件界面

高壓油輸出實時曲線顯示區(qū)用于高壓脈沖的實時顯示，該圖形由壓力傳感器實時采集獲取。試驗信息顯示區(qū)可以實時顯示增壓器輸入氣壓、輸出油壓的傳感器實時采集值，并顯示了高壓脈沖次數(shù)等信息。參數(shù)設(shè)定及操作區(qū)用于錄入試件信息，設(shè)置脈沖高低壓保持時間、試驗設(shè)定脈沖數(shù)等參數(shù)，錄入試件信息并設(shè)置脈沖參數(shù)后點擊“開始試驗”按鈕則系統(tǒng)根據(jù)所設(shè)置的脈沖信息和脈沖數(shù)開始進行試驗。

4 試驗結(jié)果

實驗系統(tǒng)如圖5所示。根據(jù)標準要求，高溫試驗箱提供在30 min內(nèi)使溫度達到(143±3)℃的試驗要求，液壓脈沖發(fā)生裝置能在2 s內(nèi)施加0～11 MPa 或者11～0 MPa壓力并控制加壓和泄壓周期，按照試驗設(shè)定的參數(shù)完成標準中規(guī)定的循環(huán)次數(shù)。試驗中獲取的壓力脈沖曲線如圖6所示。

圖5 制動軟管高溫脈沖試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖6 高壓脈沖曲線圖

試驗結(jié)果顯示：整個試驗臺性能穩(wěn)定、關(guān)鍵機構(gòu)工作可靠，滿足商用車制動軟管高溫脈沖試驗新標準。

5 總結(jié)

通過分析GB16897-2010《制動軟管的結(jié)構(gòu)、性能要求及試驗方法》制動軟管耐高溫脈沖性標準，確定了制動軟管高溫脈沖試驗臺的主要功能，對比現(xiàn)有試驗設(shè)備的優(yōu)缺點，在滿足試驗要求的前提下選用不需要冷卻系統(tǒng)的液氣相結(jié)合的增壓方案，降低了試驗成本，增強了試驗臺的通用性和靈活性。試驗臺采用一鍵式啟動模式，在可視化的操作界面設(shè)定好相關(guān)參數(shù)后，便能自動完成試驗，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，提升了操作的便利性，避免了人工提取數(shù)據(jù)造成較大誤差這一現(xiàn)象，提高了試驗的精準度。

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DevelopmentofHighTemperaturePulseTestEquipmentforCommercialVehicleBrakeHose

ZHAO Chuan

(National Bus and Coach Quality Supervision and Test Center,Chongqing Vehicle Test amp; Research Institute, Chongqing 401122, China)

Brake hose new standard GB16897-2010Brakehose-Structure,PerformanceandTestMethodshas been formally implemented in July 1, 2011. The standard is based on the FMVSS106 modified from the adoption. In the standard change,the brake hose high temperature pulse test project is increased, brake hose is 3C and mandatory examination of public notice project.In order to ensure the relevant testing qualification and business, the testing ability of the project should be improved urgently. According to the functions of the standard, a high temperature pulse test rig for automobile brake hose was designed, and a high temperature pulse test was carried out on a commercial brake hose.The results show that the application of modern automation technology in pulse test makes the test more standardized, automatic and intelligent, improves the testing accuracy and meets the new standards of high temperature pulse test for commercial vehicle brake hose.

Commercial vehicle brake hose; High temperature pulse test; Test bench design

TH132

B

1674-1986(2017)11-031-04

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.11.007

2017-06-21

趙川(1978—)，男，工學(xué)學(xué)士，主要從事機動車及其零部件檢測研究。E-mail：zhaochuan@cmhk.com。