趙川

(重慶車(chē)輛檢測(cè)研究院有限公司國(guó)家客車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，重慶 401122)

商用車(chē)制動(dòng)軟管高溫脈沖試驗(yàn)設(shè)備開(kāi)發(fā)

趙川

(重慶車(chē)輛檢測(cè)研究院有限公司國(guó)家客車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，重慶 401122)

制動(dòng)軟管新標(biāo)準(zhǔn)GB16897-2010《制動(dòng)軟管的結(jié)構(gòu)、性能要求及試驗(yàn)方法》已于2011年7月1日正式實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)是在FMVSS106的基礎(chǔ)上修改采用而成。此次標(biāo)準(zhǔn)變更增加了制動(dòng)軟管高溫脈沖試驗(yàn)項(xiàng)目，制動(dòng)軟管為3C和公告強(qiáng)制檢測(cè)項(xiàng)目。為保證相關(guān)檢測(cè)資質(zhì)和業(yè)務(wù)，迫切需要完善該項(xiàng)目的檢測(cè)能力。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求的功能，設(shè)計(jì)一種汽車(chē)用制動(dòng)軟管高溫脈沖試驗(yàn)臺(tái)，并對(duì)某商用車(chē)制動(dòng)軟管進(jìn)行了高溫脈沖試驗(yàn)。結(jié)果表明：將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到脈沖試驗(yàn)中，使試驗(yàn)更標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化和智能化，提高試驗(yàn)精度，滿(mǎn)足商用車(chē)制動(dòng)軟管高溫脈沖試驗(yàn)新標(biāo)準(zhǔn)。

商用車(chē)制動(dòng)軟管；高溫脈沖試驗(yàn)；試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)

0 引言

制動(dòng)軟管新標(biāo)準(zhǔn)GB16897-2010《制動(dòng)軟管的結(jié)構(gòu)、性能要求及試驗(yàn)方法》已于2011年7月1日正式實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)是在FMVSS106的基礎(chǔ)上修改采用而成[1-5]。此次標(biāo)準(zhǔn)變更增加了制動(dòng)軟管高溫脈沖試驗(yàn)項(xiàng)目，制動(dòng)軟管為3C和公告強(qiáng)制檢測(cè)項(xiàng)目，為保證相關(guān)檢測(cè)資質(zhì)和業(yè)務(wù)，迫切需要完善該項(xiàng)目的檢測(cè)能力。作者提出基于氣壓增壓的方案，可滿(mǎn)足新標(biāo)準(zhǔn)下商用車(chē)，制動(dòng)軟管高溫脈沖試驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要功能與整體方案

1.1 高溫脈沖實(shí)驗(yàn)步驟及試驗(yàn)臺(tái)功能

此試驗(yàn)臺(tái)主要用于GB16897-2010中規(guī)定的制動(dòng)軟管高溫脈沖試驗(yàn)，該試驗(yàn)的步驟為：

(1)將制動(dòng)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(dòng)軟管總成注滿(mǎn)制動(dòng)液，并排出空氣；

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

(4)對(duì)制動(dòng)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(dá)到規(guī)定的壓力，制動(dòng)軟管總成的壓力循環(huán)至少應(yīng)進(jìn)行150次。

根據(jù)以上試驗(yàn)要求，并考慮系統(tǒng)的安全性，試驗(yàn)臺(tái)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(yàn)箱能提供(143±3) ℃ 的溫度環(huán)境，環(huán)境試驗(yàn)箱能在30 min內(nèi)達(dá)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(shí)間在2 s以?xún)?nèi)；

(4)可回收泄漏的液壓油，當(dāng)油液泄漏量過(guò)大系統(tǒng)停止工作并自動(dòng)報(bào)警；

(5)可自動(dòng)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(hù)裝置。

1.2 性能要求

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

2 試驗(yàn)臺(tái)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)功能及技術(shù)要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，原理如圖1所示。該試驗(yàn)臺(tái)主要由液壓脈沖發(fā)生裝置、高溫試驗(yàn)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(dòng)軟管高溫脈沖試驗(yàn)臺(tái)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(duì)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(kāi)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(gè)接口及1個(gè)兩端面積相差很大的活塞。P3口是增壓器進(jìn)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(dāng)壓縮空氣在二位五通閥的控制下從P1口進(jìn)入活塞腔左端，活塞在氣壓推動(dòng)下向右運(yùn)行，并通過(guò)活塞小端推動(dòng)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(shí)現(xiàn)高壓輸出；控制二位五通閥使壓縮空氣從P2口進(jìn)入活塞腔右端，則活塞在氣壓作用下向左運(yùn)動(dòng)，P5口的液壓隨之下降。

從以上分析可以看出，可以通過(guò)二位五通閥控制P5口輸出壓力的通斷，實(shí)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(guò)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(shí)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(qiáng)的靈活性。

2.2 高溫試驗(yàn)箱及試件安裝裝置

高溫試驗(yàn)箱及試件安裝裝置用于安裝被試工件，并為試驗(yàn)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(yàn)箱、試件安裝裝置、油槽等部分組成。

高溫試驗(yàn)箱用于提供試驗(yàn)要求的環(huán)境溫度，試驗(yàn)箱設(shè)置安裝有安全玻璃的觀察窗口。高溫試驗(yàn)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(guò)油管接入試驗(yàn)箱內(nèi)，直接與被試工件相連。高溫試驗(yàn)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(hào)輸入控制計(jì)算機(jī)，以便在油液泄漏過(guò)大時(shí)發(fā)出報(bào)警。

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

2.3 對(duì)系統(tǒng)安全性的考慮

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

(1)在高溫試驗(yàn)箱觀察窗口安裝安全玻璃，試驗(yàn)箱內(nèi)壁采取加固措施；

(2)設(shè)計(jì)過(guò)壓、泄漏報(bào)警裝置，在發(fā)生泄漏時(shí)發(fā)出警報(bào)；

(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(tái)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(gòu)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(píng)的德國(guó)FESTO品牌，以保證可靠性。

3 試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

3.1 測(cè)控系統(tǒng)整體方案

數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)通過(guò)傳感器采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)指令輸出控制信號(hào)控制液壓脈沖的幅值與頻率，并在試件泄漏時(shí)發(fā)出報(bào)警，同時(shí)還具有試驗(yàn)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(jī)、警報(bào)器等組成。

圖2 測(cè)控系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)

從油槽采集的液位信號(hào)被送入工控機(jī)，當(dāng)試件破裂泄漏過(guò)大時(shí)，工控機(jī)根據(jù)液位信號(hào)發(fā)出警報(bào)信號(hào)，警報(bào)器發(fā)出警報(bào)。壓力傳感器采集增壓器輸出口壓力輸入工控機(jī)，用于監(jiān)控試驗(yàn)過(guò)程。工控機(jī)根據(jù)操作人員設(shè)置的參數(shù)控制電控開(kāi)關(guān)閥、比例調(diào)壓閥、二位五通閥等電磁閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓脈沖頻率與幅值的控制。

3.2 測(cè)控系統(tǒng)軟件

測(cè)控軟件包括實(shí)時(shí)在線(xiàn)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(gè)程序結(jié)構(gòu)如圖3所示。此試驗(yàn)臺(tái)主要針對(duì)制動(dòng)軟管的高溫脈沖試驗(yàn)，目的明確，如何合理設(shè)計(jì)該模塊以方便試驗(yàn)人員的操作、減少試驗(yàn)人員的工作強(qiáng)度便成為該測(cè)控軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

圖3 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為合理設(shè)計(jì)在線(xiàn)試驗(yàn)?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(mǎn)足國(guó)標(biāo)試驗(yàn)相應(yīng)的參數(shù)，設(shè)備啟動(dòng)后為系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)，直接進(jìn)入信息錄入界面，操作人員只需要錄入試件名稱(chēng)、試件編號(hào)、生產(chǎn)廠家、試驗(yàn)人員和試驗(yàn)日期等基本參數(shù)，便可開(kāi)始試驗(yàn)。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(shí)，再返回主界面更改。通過(guò)以上策略，在簡(jiǎn)化系統(tǒng)的同時(shí)大大方便了試驗(yàn)人員的操作，軟件界面如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控軟件界面

高壓油輸出實(shí)時(shí)曲線(xiàn)顯示區(qū)用于高壓脈沖的實(shí)時(shí)顯示，該圖形由壓力傳感器實(shí)時(shí)采集獲取。試驗(yàn)信息顯示區(qū)可以實(shí)時(shí)顯示增壓器輸入氣壓、輸出油壓的傳感器實(shí)時(shí)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(shí)間、試驗(yàn)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(diǎn)擊“開(kāi)始試驗(yàn)”按鈕則系統(tǒng)根據(jù)所設(shè)置的脈沖信息和脈沖數(shù)開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn)。

4 試驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖5所示。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，高溫試驗(yàn)箱提供在30 min內(nèi)使溫度達(dá)到(143±3)℃的試驗(yàn)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(yàn)設(shè)定的參數(shù)完成標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的循環(huán)次數(shù)。試驗(yàn)中獲取的壓力脈沖曲線(xiàn)如圖6所示。

圖5 制動(dòng)軟管高溫脈沖試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖6 高壓脈沖曲線(xiàn)圖

試驗(yàn)結(jié)果顯示：整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)性能穩(wěn)定、關(guān)鍵機(jī)構(gòu)工作可靠，滿(mǎn)足商用車(chē)制動(dòng)軟管高溫脈沖試驗(yàn)新標(biāo)準(zhǔn)。

5 總結(jié)

通過(guò)分析GB16897-2010《制動(dòng)軟管的結(jié)構(gòu)、性能要求及試驗(yàn)方法》制動(dòng)軟管耐高溫脈沖性標(biāo)準(zhǔn)，確定了制動(dòng)軟管高溫脈沖試驗(yàn)臺(tái)的主要功能，對(duì)比現(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，在滿(mǎn)足試驗(yàn)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(yàn)成本，增強(qiáng)了試驗(yàn)臺(tái)的通用性和靈活性。試驗(yàn)臺(tái)采用一鍵式啟動(dòng)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(dòng)完成試驗(yàn)，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(yàn)的精準(zhǔn)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(jī)動(dòng)車(chē)及其零部件檢測(cè)研究。E-mail：zhaochuan@cmhk.com。