張春亞，李智，顧熊煒，吳景坤

（1.中華人民共和國(guó)武漢海關(guān)，湖北 武漢 430050；2.湖北中檢檢測(cè)有限公司，湖北 武漢 430056；3.荊州恒隆汽車技術(shù)（檢測(cè)）中心，湖北 荊州 434000；4.江漢大學(xué)機(jī)電與建筑工程學(xué)院，湖北 武漢 430056）

隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，汽車已成為人們生活中不可或缺的交通工具，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器是汽車行駛系統(tǒng)中的重要安全組成部分。汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的作用是增大轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力和改變力的傳遞方向，同時(shí)也是決定汽車主動(dòng)安全性的關(guān)鍵總成，其質(zhì)量直接影響到汽車的穩(wěn)定性、操縱性和可靠性。因此，國(guó)內(nèi)外都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)廠也很注重對(duì)轉(zhuǎn)向器的測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。在測(cè)試系統(tǒng)的研制方面，國(guó)內(nèi)外研制測(cè)試系統(tǒng)的目的基本上都是為了滿足產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)的需求研發(fā)出了形式各異、種類繁多的測(cè)試系統(tǒng)。對(duì)機(jī)械性能、疲勞等可靠性都有了成熟的研究，但對(duì)于磨損性能的研究相對(duì)較少。針對(duì)汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)、性能等方式進(jìn)行分析，依照《QC/T 529-2013 汽車液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器技術(shù)條件與試驗(yàn)方法》與《QC/T 530-2000 汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器總成技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法搭建—個(gè)準(zhǔn)確、高效、穩(wěn)定、低成本的汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器可靠性磨損試驗(yàn)裝置，對(duì)轉(zhuǎn)向器進(jìn)行實(shí)際車況模擬和磨損性能檢測(cè)，為汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的批量化制造與生產(chǎn)質(zhì)量安全提供技術(shù)支持。

1 系統(tǒng)原理與功能

汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器耐磨損實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)采用液壓泵+伺服系統(tǒng)+機(jī)械力控制+數(shù)據(jù)采集和工控組件+溫度控制系統(tǒng)+扭矩控制等來達(dá)到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的綜合性能測(cè)試的要求，通過調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的工作狀況，檢測(cè)元器件的各種參數(shù)性能。

1.1 設(shè)備原理

在汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的輸入端連接旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的輸入軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的助力油的輸入口和輸出口連接輸油管路，通過外置壓力源向動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的助力部分提供指定壓力的壓力油，通過改變動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的輸出軸端負(fù)載強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)帶負(fù)載狀態(tài)下定的壽命和性能測(cè)試。原理圖見圖1、2。

圖1

圖2

1.2 設(shè)備系統(tǒng)功能

系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、實(shí)時(shí)繪制曲線和檢測(cè)空載性能三大功能，從而完成汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器出廠前的可靠性磨損試驗(yàn)，減小因服役壽命周期內(nèi)的失效而導(dǎo)致交通安全事故的概率。（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)觀測(cè)轉(zhuǎn)向器輸出端載荷、輸入端扭矩、輸入端轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)壓力及試驗(yàn)周次。其示值可以實(shí)時(shí)反饋油路供給瞬態(tài)、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)瞬態(tài)及控制精度瞬態(tài)，同時(shí)也為試驗(yàn)的緊急停鈕操作和快速啟動(dòng)操作提供依據(jù)。（2）實(shí)時(shí)繪制曲線。智能繪制載荷—時(shí)間曲線、扭矩一時(shí)間曲線、油壓一時(shí)間曲線、載荷一角度曲線、扭矩一角度曲線和油壓一角度曲線。其圖形可以直觀反映任意二維量值間的瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系及連續(xù)區(qū)間內(nèi)這一對(duì)應(yīng)關(guān)系的變化。（3）檢測(cè)空載性能：在磨損25000 個(gè)循環(huán)之后用來檢測(cè)轉(zhuǎn)向器內(nèi)部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的摩擦力變化。

2 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

2.1 組成結(jié)構(gòu)

（1）設(shè)備工作臺(tái)。工作臺(tái)面由100mm 厚鑄鐵制作，大小控制在長(zhǎng)2500mm×2000mm 范圍內(nèi)，工作臺(tái)面內(nèi)四周有寬30mm×深40mm 的油槽，并有放油孔，放油孔有閥門控制。工作臺(tái)面由焊接支架100mm×100mm支撐，支撐與工作臺(tái)由螺釘或焊接方式固定。工作臺(tái)距地面高度為550mm。支撐支架及工作臺(tái)面四周為天藍(lán)色。在工作臺(tái)下面制作接油盤，接油盤深度為40mm，接油盤四邊距工作臺(tái)面四邊100mm。（2）輸入端加載裝置。輸入端加載裝置由伺服電機(jī)、減速機(jī)、扭矩傳感器、安裝支架及輔具組合而成。伺服電機(jī)、減速機(jī)、扭矩傳感器橫向布置，使輸入加載端處于水平狀態(tài)。扭矩傳感器用于監(jiān)控磨損試驗(yàn)過程中輸入扭矩，扭矩傳感器量程為±50Nm，示值誤差在0.5%以內(nèi)。輸入端與產(chǎn)品間由可伸縮萬向節(jié)連接。安裝支架高度以480mm 為基準(zhǔn)，上下在±100mm 范圍內(nèi)可調(diào)整。（3）負(fù)載裝置。負(fù)載裝置由直線被動(dòng)油缸及油箱組成。負(fù)載油缸水平方向放置，中心高度為210mm，油缸可在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)，擺角范圍不小于±15°，油缸行程不小于400mm，在油缸能產(chǎn)生的負(fù)載不低于±5T，拉壓力傳感器量程為±5T，示值誤差在0.5% 以內(nèi)。（4）電器柜及控制系統(tǒng)。電器柜為乳白色，用于安裝電腦主機(jī)、UPS 電源、伺服驅(qū)動(dòng)器等控制單元，并能保證內(nèi)部通風(fēng)干燥。控制系統(tǒng)基于N1 平臺(tái)開發(fā)。

2.2 安裝方式

被試總成試驗(yàn)時(shí)應(yīng)參考原車布置方式，在相應(yīng)的試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行。故該設(shè)備結(jié)構(gòu)采用臥式，即保證轉(zhuǎn)向器輸入軸水平放置，臂軸垂直向下，垂臂的安裝位低于輸入軸，垂臂端球銷的球心在垂臂下方。

2.3 技術(shù)參數(shù)

（1）液壓油溫度范圍，常溫+10～150℃。（2）耐壓油壓范圍20MPa。（3）流量范圍30L/min 以內(nèi)。（4）輸出端扭力傳感器，最大50Nm±0.5%。（5）輸入軸旋轉(zhuǎn)角度：任意角度。（6）輸入軸轉(zhuǎn)速：0～60r/min，最高120r/min。（7）循環(huán)定義：從中間位置開始，到右極限位置，再到中間位置，再到左極限位置，再回到中間位置。（8）施加直線載荷在擺臂上，使工作油壓達(dá)到轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)的最大工作油壓的82%。

3 技術(shù)關(guān)鍵和解決的技術(shù)問題

現(xiàn)有的汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器可靠性耐久試驗(yàn)裝置底端的平臺(tái)為T 字形平臺(tái)，成本較高，且安裝不牢固，極易發(fā)生脫落現(xiàn)象，試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的油不易回收和收集，造成浪費(fèi)，不便清理，且裝置不便拆裝，因此，設(shè)計(jì)一種準(zhǔn)確、高效、穩(wěn)定、低成本以及多功能綜合的汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器雙工位可靠性磨損試驗(yàn)裝置。對(duì)耐磨損測(cè)試裝置系統(tǒng)的組成和試驗(yàn)裝置原理掌握了解以及對(duì)轉(zhuǎn)向器進(jìn)行可靠性分析，輸入端阻力加載，助力模擬試驗(yàn)裝置幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)的正確性。本試驗(yàn)所研發(fā)的汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器耐磨損試驗(yàn)測(cè)試裝置滿足下列要求：（1）能夠模擬轉(zhuǎn)向盤對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的輸入軸進(jìn)行角度和力矩的控制，實(shí)現(xiàn)正向驅(qū)動(dòng)。（2）能夠?qū)崿F(xiàn)路面負(fù)載的模擬，提供更真實(shí)地疲勞磨損試驗(yàn)條件，實(shí)現(xiàn)逆向驅(qū)動(dòng)。（3）轉(zhuǎn)向器達(dá)到符合量程的助力泵站，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力轉(zhuǎn)向。（4）具備各種傳感器監(jiān)控，如角度、扭矩、力、溫度、壓力、流量，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集。（5）本試驗(yàn)裝置有很好的綜合測(cè)試能力，除了常規(guī)的磨損性能試驗(yàn)外，還可以進(jìn)行環(huán)境因素的可靠性試驗(yàn)，如環(huán)境溫度變化、助力油高溫、超壓試驗(yàn)和環(huán)境高溫高壓磨損試驗(yàn)。

4 結(jié)語

以上為汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的介紹和描述、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器耐磨損試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)、試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)的驗(yàn)證等相關(guān)研究，通過最終實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析，本項(xiàng)目以汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器為研究對(duì)象，對(duì)該轉(zhuǎn)向器的可靠性磨損性能試驗(yàn)為研究主題，以該轉(zhuǎn)向器的應(yīng)力分布與壽命周期、磨損指標(biāo)與磨損特征為研究重點(diǎn)，對(duì)比了國(guó)內(nèi)外檢測(cè)實(shí)驗(yàn)方法，確立了本試驗(yàn)裝置的檢測(cè)方法。對(duì)測(cè)試試驗(yàn)裝置的構(gòu)架進(jìn)行了分析，綜合采用汽車動(dòng)力學(xué)理論、可靠性磨損試驗(yàn)等手段對(duì)轉(zhuǎn)向器的磨損性能測(cè)試進(jìn)行研究分析，運(yùn)用交流伺服液壓技術(shù)、智能集成技術(shù)與微機(jī)測(cè)控技術(shù)，建立了軟、硬件模塊并且研制出了汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的檢測(cè)試驗(yàn)裝置，能夠有效地實(shí)現(xiàn)確定的檢測(cè)方法，對(duì)檢測(cè)試驗(yàn)裝置的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析，與理論分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，證明了該測(cè)試裝置系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計(jì)了一臺(tái)準(zhǔn)確、高效、穩(wěn)定、低成本以及多功能綜合的汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器雙工位耐磨損試驗(yàn)裝置系統(tǒng)，對(duì)轉(zhuǎn)向器進(jìn)行實(shí)際車況模擬和磨損性能檢測(cè)。

汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器雙工位測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，大大提高了可靠性磨損試驗(yàn)的效率，且該裝置比普通裝置具有實(shí)用性強(qiáng)、安全性良好、易操作、準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)。