转向泵综合性能试验台硬件的研究和开发

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【摘要】本文在分析与研究转向泵综合性能检测技术的基础上，对检测系统的硬件进行设计，研制出了能够自动完成转向泵型式试验和出厂试验的检测系统。本文主要通过液压系统的设计来实现转向泵试验台，并采用单片机控制辅助，以实现试验过程的自动化，能够完成国家试验标准作规定的相关试验项目，操作简便，工作效率高。测试结果能真实、准确地反应转向泵流量、转速、压力等使用性能。最后本文进行了工作总结和展望。

【关键词】转向泵、液压系统、试验台、单片机

1.引言

1.1研究本课题的目的和意义

随着国家经济实力的增长，汽车已经逐步走进千家万户。汽车转向泵作为汽车转向系统的助力源，其性能好坏对汽车动力转向系统的性能有着重要的影响，并将直接影响带汽车的转向和操纵稳定性。关系到驾驶员的行车安全和家庭幸福。现代小型汽车应具有操纵轻便、转向灵敏、安全可靠等性能，此外还要满足噪音低、污染小、运行平稳等舒适性等要求，这些性能主要取决于提供动力油源的转向泵性能。所以转向泵在出厂前要经过严格的性能测试。由于汽车转向泵的特殊结构和使用要求，转向泵试验台既要能测量一般液压泵的流量、压力、转速、温度、转矩，还要能够测量转向泵特有的性能。转向泵综合性能试验台是对转向泵进行性能测试的装置，为了适应大批量的作业，既保证质量有提高效率，试验台操作应简单、只需要按下数字选择按钮就可以设定所需的试验流程。显示屏能及时的显示测试结果，并根据预选设置上、下判别测试工件是否合格，一旦有试验项目不合格，能自动停止后续的测试流程。

2.试验台结构简介

2.1 试验台测试系统

？ ？ 该试验台的测试参量有转速、流量、压力、温度等4个参量。

？ 转速传感器是电感式传感器，它的输出为正弦波信号，经三极管放大后，由施密特电路（4093芯片）整形，并经电阻分压，输入到反向器（4011）的输入端，再由反向器的输出端接到计算机7210板的G2端。由于4093芯片的可靠触发电平在6 V以上，所以加在三极管及4093上的电压均采用12 V，这样经4093整形后输出的高电平为12 V，低电平为0 V，而计算机输入电压以不高于5 V为宜，所以经电阻分压，再经反向电路后，将5 V电压的脉冲信号送入计算机。

？

2.2试验台计算机系统

控制软件为基于MS-DOS操作系统的先进多任务工业控制组态软件，该软件具有全中文图形提示、操作简便可靠、界面好等优点。经实践证明是一个较为优秀的工业控制组态软件。

（1）硬件系统

？ ？ 主机为IPC486DX4/100；

？ ？ NA5411和ACL7120控制模板；

？ ？ EPSON 300K打印机。

？ （2）软件系统

？ 工业控制组态软件可图形显示工况，在线打印报表，提供手动及自动操作画面。在手动操作中具有图形提示功能。

？ 本工业控制组态软件由以下文件组成：

？ CHZHI.EXE 可执行软件；

？ SYS.DAT 组态数据文件；

？ CQHI16J.1 16点阵字库；

？ CBTYPE.DAT 型号数据文件。

3.试验台液压系统原理分析及液压回路设计

3.1功能要求

转向泵检测系统主要目的是检测转向泵的性能，保证出厂转向泵的质量，提高检测的效率和水平，同时也为开发新产品提供试验数据依据。具体功能要求如下：

（1）能够进行转向泵的型式试验和出厂试验，满足动、静态特性要求；

（2）采用单片机集中控制方式，具有手动和自动两种操作方式；

（3）能够实时数字显示流量、压力、转速、温度等试验数据；

（4）具有油温、电机过热报警装置；

（5）通过设置试验参数，可以进行多种类型转向泵检测。

3.2 液压回路的设计

试验系统用比例溢流阀进行加载，采用单片机控制，实现试验过程的自动化，减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率和精度。

但比例阀对液压油液的污染比较敏感，故需要配备精度较高的过滤器。而高精度过滤器在试验过程中容易堵塞，故在设计中串联节流阀以备用，当比例溢流阀出现故障时通过换向阀使节流阀工作，采用手动加载，在不停机的情况下实现生产的连续性。

4.液压元件的计算及选择

4.1液压系统参数要求

液压系统参数要求如表4-1所示：

技术指标 要求

液压油过滤精度 不低于25um

仪表测量精度等级 不低于B级

进口温度 50士50℃

最大公称压力 20MPa

液压油型号 N46号普通液压油

表4-1

4.2参数计算

4.2.1液压系统元件设计压力

被试泵最大压力为10.5MPa，考虑到过载，各个液压元件设计压力为：10.5 X 1.25=13.2MPa。

4.2.2液压系统最大流量

最大流量10士2L/min。

4.2.3主要参数的选择

从上文可知，液压系统的最高工作压力p=10.5 MPa，各个液压元件设计压力p=13.2MPa；液压系统最大流量Q=8- 12L/min，根据这些参数，下面进行液压系统主要元件的选择[9]。

4.2.4驱动电机

在工作循环中，如果液压泵的压力和流量比较恒定

N= PpQp/ηp （4-1）

式中 PP―液压泵的最大工作压力（Pa）；

QP―液压泵的流量（m3/s）；

ηp―液压泵总效率，从[9]表43.4-9中，液压泵ηp一般选取ηp ≥0.81。

根据公式可知，流量与压力乘积最大时，计算出的功率即为电机最高工作功率，取系统压力P=13.2 MPa， Q=12L/min， n =0.81代入上式计算得

N= PpQp/ηp =（13.2×106×12×10-3）/0.81×60=30 Kw

4.2.5选择驱动电机

根据所计算的驱动功率，电动机和常用低压电器/9.1-5Y系列（IP44）小型三相异步电动机技术数据表中选用Y200L1-2型电动机。

结论

本课题所研究的转向泵综合性能检测系统，可以完成动力转向泵的型式试验和出厂试验。在转向泵出厂前使用该检测系统不但能确保产品的质量，同时也为研究和开发多种型号的转向泵新产品提供了检测设备。针对转向泵的试验项目设计了规范的试验程序，采用电液控制系统自动完成转向泵的性能检测，实现了检测过程自动化、且系统运行可靠。

参考文献

[1] 黄金国，《转向器性能试验台测控系统的研究与开发》，武汉理工大学硕士学位论文，2005；

[2] 关景泰，《机电液压控制技术》，同济大学出版社，2003；

[3] 陈家瑞，《汽车构造》，北京：人民交通出版社，1999；

[4] 李卓森，乔淑平，蓝晓理，《悬架系统及转向系统》，长春：吉林科学技术出版社，1998；

[5] 齐志鹏，《汽车悬架和转向系统的结构原理与检修》，北京：人民邮电出版社，2002；