歐陽(yáng)光明，李曉梯，才維富，王 偉

（1.長(zhǎng)春科威機(jī)械有限責(zé)任公司，長(zhǎng)春130103；2.吉林省長(zhǎng)達(dá)通信技術(shù)有限公司，長(zhǎng)春130022；3.黑龍江省泰來(lái)縣金澤自來(lái)水有限公司，黑龍江 齊齊哈爾162400；4.空軍航空大學(xué)飛行訓(xùn)練基地一團(tuán)機(jī)務(wù)大隊(duì)，長(zhǎng)春130103）

0 前言

轉(zhuǎn)向器是汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中最重要的部件，它的工作性能直接影響汽車(chē)的安全操控。汽車(chē)轉(zhuǎn)向器總成性能試驗(yàn)臺(tái)是測(cè)試汽車(chē)轉(zhuǎn)向器性能的關(guān)鍵設(shè)備之一。試驗(yàn)臺(tái)準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性以及高精度和智能化的測(cè)試方法是汽車(chē)轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。

轉(zhuǎn)向器總成試驗(yàn)是轉(zhuǎn)向器出廠前的最后一道檢驗(yàn)工序，是保證轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)很多轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)廠家使用的轉(zhuǎn)向器總成試驗(yàn)臺(tái)精度差、效率低、操作時(shí)由工人手動(dòng)完成被檢測(cè)部件的裝夾工作，很不方便，在切換檢測(cè)項(xiàng)目時(shí)需要人工干預(yù)，自動(dòng)化和智能化程度低[1－4]。除功能上存在缺陷外，還存在測(cè)試速度慢、液壓系統(tǒng)噪聲大、效率低等問(wèn)題[3－4]。要解決以上問(wèn)題，就必須按新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)全新的汽車(chē)轉(zhuǎn)向器總成試驗(yàn)臺(tái)，在充分考慮試驗(yàn)臺(tái)的先進(jìn)性、可靠性、穩(wěn)定性和高效率的前提下，要求試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)美觀、智能化高、部件裝夾方便、功能完善、縮短產(chǎn)品測(cè)試時(shí)間并盡量降低噪聲，以適合于大批量生產(chǎn)。

1 轉(zhuǎn)向器總成性能試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)原理及實(shí)現(xiàn)

1.1 轉(zhuǎn)向器總成性能試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)原理

依據(jù)汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC／T529—2000《汽車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器總成臺(tái)架試驗(yàn)方法》和QC／T530—2000《汽車(chē)轉(zhuǎn)向器總成技術(shù)條件》，自主開(kāi)發(fā)了以ECU控制為核心，以組合設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)，采用最新機(jī)電控制技術(shù)，通過(guò)改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)和選擇高精度傳感器，可自動(dòng)完成各種型號(hào)轉(zhuǎn)向器的在線性能檢測(cè)，包括轉(zhuǎn)向器總?cè)?shù)、空載轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、回力特性、轉(zhuǎn)向靈敏度特性、內(nèi)泄漏、回正能力、功能試驗(yàn)、傳動(dòng)比和齒條行程等。

轉(zhuǎn)向器總成性能試驗(yàn)臺(tái)原理框圖如圖1所示，總體裝配圖如圖2所示。整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)可分為機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)及軟件3大部分。

圖1 轉(zhuǎn)向器總成性能試驗(yàn)臺(tái)原理圖

1.2 轉(zhuǎn)向器總成性能試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向器試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)圖如圖3所示。機(jī)械裝置主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、夾具裝置、負(fù)載系統(tǒng)、夾具等組成。為了使試驗(yàn)更接近于實(shí)際，工件放置與車(chē)上狀態(tài)一致，驅(qū)動(dòng)裝置作為動(dòng)力輸入，根據(jù)試驗(yàn)對(duì)象的不同，可在水平方向X－Y軸移動(dòng)調(diào)整，并可繞垂直Z軸做±45°旋轉(zhuǎn)，以滿(mǎn)足多品種的要求。進(jìn)行正向驅(qū)動(dòng)（輸入軸驅(qū)動(dòng)）時(shí)，伺服電機(jī)通過(guò)行星減速器、扭矩傳感器、聯(lián)軸器、輸入軸、轉(zhuǎn)向器，對(duì)轉(zhuǎn)向器驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。夾緊和負(fù)載裝置設(shè)在左右雙層滑臺(tái)上，主滑臺(tái)作為殼體夾緊，上滑臺(tái)為負(fù)載加載裝置，結(jié)構(gòu)緊湊可靠。負(fù)載系統(tǒng)采用伺服系統(tǒng)作為加載器，通過(guò)伺服電機(jī)及控制元件模擬所需負(fù)載，以完成轉(zhuǎn)向機(jī)的功能試驗(yàn)；在做轉(zhuǎn)向機(jī)回正試驗(yàn)時(shí)，伺服電機(jī)又可作為驅(qū)動(dòng)器，對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器進(jìn)行逆向驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了加載（功能）和回正試驗(yàn)的連續(xù)自動(dòng)測(cè)試，突破了傳統(tǒng)落后的回正試驗(yàn)測(cè)試方法。檢測(cè)系統(tǒng)加載裝置采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)使加載載荷準(zhǔn)確可靠，轉(zhuǎn)向機(jī)齒條通過(guò)頂桿直接作用于力傳感器上，通過(guò)傳感器及相應(yīng)的控制單元，可任意調(diào)整負(fù)載力并保持恒定，適應(yīng)范圍廣，同時(shí)準(zhǔn)確、方便、可靠?？蛰d試驗(yàn)時(shí)負(fù)載裝置退后，齒條處于自由狀態(tài)，需要加載時(shí)，負(fù)載裝置前進(jìn)加載。在需要固定夾緊時(shí)，負(fù)載裝置前進(jìn)加載一定力后兩鎖緊油缸自動(dòng)夾緊，使其間隙為0，實(shí)現(xiàn)夾緊。該自動(dòng)加載裝置的設(shè)計(jì)成功，為檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制創(chuàng)造了條件，這也是檢測(cè)系統(tǒng)有別于國(guó)內(nèi)外其他同類(lèi)檢測(cè)系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)之一。

圖2 總體裝配圖

圖3 轉(zhuǎn)向器總成性能試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)

1.3 轉(zhuǎn)向器總成性能試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)的作用是為轉(zhuǎn)向器、工件定位等提供動(dòng)力。為了轉(zhuǎn)向機(jī)試驗(yàn)不受液壓波動(dòng)的影響，該液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)成分離式雙液壓系統(tǒng)，即將試驗(yàn)液壓系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)分開(kāi)，以保證試驗(yàn)液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定；試驗(yàn)液壓系統(tǒng)采用一個(gè)柱塞變量泵獨(dú)立供油，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)流量及壓力，完全滿(mǎn)足了多種動(dòng)力轉(zhuǎn)向器輸入流量、壓力不同的要求。試驗(yàn)系統(tǒng)采用了供油、回油雙過(guò)濾，即進(jìn)油口粗濾，回油口精濾的雙重過(guò)濾系統(tǒng)，保證了油液清潔度，清洗、更換濾網(wǎng)均很方便。

比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)電液控制調(diào)節(jié)所需流量，通過(guò)壓力、流量傳感器組成的監(jiān)控顯示系統(tǒng)，向轉(zhuǎn)向機(jī)提供以滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向機(jī)性能參數(shù)要求的流量和壓力油。

針對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)泄漏流量測(cè)試難度較大的問(wèn)題，系統(tǒng)中采用了德國(guó)威仕流量傳感器，并將流量傳感器安裝在轉(zhuǎn)向器進(jìn)油口，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向器工作油流量與泄漏流量同時(shí)測(cè)量，解決了困擾動(dòng)力轉(zhuǎn)向器檢測(cè)系統(tǒng)的流量測(cè)試問(wèn)題。

試驗(yàn)完成，系統(tǒng)中還具有對(duì)試驗(yàn)件排油的功能；壓縮空氣通過(guò)氣源調(diào)節(jié)器，經(jīng)過(guò)換向閥進(jìn)入轉(zhuǎn)向器，在壓縮空氣的作用下將油通過(guò)換向閥排入到油箱。

1.4 轉(zhuǎn)向器總成性能試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)及軟件的實(shí)現(xiàn)

轉(zhuǎn)向總成性能試驗(yàn)臺(tái)動(dòng)作、壓力、流量等控制原理如圖4所示。當(dāng)通過(guò)觸摸屏選定試驗(yàn)項(xiàng)目后，系統(tǒng)根據(jù)所要求的試驗(yàn)條件，向輸出模塊發(fā)出控制信號(hào)，控制繼電器卡上各繼電器（線圈）的通斷，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)中各電磁閥的通斷。在動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的動(dòng)作過(guò)程中，計(jì)算機(jī)通過(guò)A／D板采樣的油溫、流量、扭矩和負(fù)載等參數(shù)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的位置和狀態(tài)，再根據(jù)這些參數(shù)的變化輸出控制狀態(tài)，使動(dòng)力轉(zhuǎn)向器完成規(guī)定的動(dòng)作。試驗(yàn)完成后，計(jì)算機(jī)將結(jié)果顯示在屏幕上，也可打印輸出。

基于LabVIEW開(kāi)發(fā)的測(cè)試軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，包括參數(shù)設(shè)置、測(cè)量、在線及遠(yuǎn)程控制模塊。參數(shù)模塊完成參數(shù)設(shè)置，測(cè)量模塊完成規(guī)定的試驗(yàn)，系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲(chǔ)和打印等功能?？刂颇K對(duì)轉(zhuǎn)向器輸入端正反轉(zhuǎn)，伺服的向前、向后加載。該系統(tǒng)也具有遠(yuǎn)程故障診斷功能。

由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，除有用信號(hào)外，還往往帶有現(xiàn)場(chǎng)和過(guò)程通道中的電場(chǎng)、磁場(chǎng)等各種干擾信號(hào)。結(jié)合汽車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的測(cè)試要求，分別提出了軟件和硬件抗干擾措施。

控制系統(tǒng)采用研華工控機(jī)獨(dú)立完成。整個(gè)測(cè)控工作的邏輯動(dòng)作及數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、打印、存儲(chǔ)等功能全部由計(jì)算機(jī)完成，并能修改試驗(yàn)所需的各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)測(cè)試過(guò)程的各類(lèi)參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)并顯示，檢測(cè)最終結(jié)果滾屏顯示。實(shí)物照片如圖5所示。

圖4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工作原理

圖5 新型轉(zhuǎn)向器總成性能試驗(yàn)臺(tái)

2 結(jié)語(yǔ)

采用縮緊缸實(shí)現(xiàn)可靠定位，負(fù)載裝置帶有彈性體，并與伺服電機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)恒力控制；采用伺服電機(jī)和擰緊輸入軸同時(shí)后退和力傳感器檢測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)齒條施加恒定負(fù)載；采用量程范圍寬的流量計(jì)，在液壓系統(tǒng)只有一個(gè)泵供油情況下實(shí)現(xiàn)大流量和小流量控制；為了使試驗(yàn)數(shù)據(jù)精確可信，試驗(yàn)過(guò)程穩(wěn)定可靠，在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中，采取數(shù)據(jù)高速自動(dòng)采集與智能化分析處理方法；上位計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的Lab－VIEW具有友好的人機(jī)界面；在控制策略上采取了多項(xiàng)智能化的故障診斷和故障預(yù)報(bào)手段。

研究開(kāi)發(fā)的檢測(cè)裝備可與國(guó)外一些先進(jìn)的同類(lèi)產(chǎn)品相媲美，價(jià)格僅為國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品的三分之一。研發(fā)的轉(zhuǎn)向器總成性能試驗(yàn)臺(tái)滿(mǎn)足用戶(hù)需要，市場(chǎng)前景廣闊。

[1]劉國(guó)章，包志超.《JB2957—81汽車(chē)轉(zhuǎn)向器總成技術(shù)條件》的制定與實(shí)施（下）[J].汽車(chē)技術(shù)，1983（2）：58－60.

[2]包志超.轉(zhuǎn)向器總成性能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[J].汽車(chē)技術(shù)，1986（5）：18－21.

[3]范永光，易孟林，曹樹(shù)平.重型越野車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能試驗(yàn)臺(tái)CAT系統(tǒng)的研制[J].機(jī)械與電子，2002（6）：54－56.

[4]吳永強(qiáng)，高利利.動(dòng)力轉(zhuǎn)向器總成走合試驗(yàn)臺(tái)研制[J].汽車(chē)科技，2005（5）：50－53.