李 智 曾 蕾 郭 鑫 柳 穎 張及亮

（1.中國檢驗認證集團湖北有限公司 湖北武漢 430050；2.湖北中檢檢測有限公司）

1 前言

近年來，隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，汽車已發(fā)展成一種性能要求高、負荷變化大的運輸工具[1]。優(yōu)良耐久的汽車零部件產品，是汽車整車安全和各項性能的基本保障，因而汽車零部件產品的質量問題，受到了社會各界的廣泛關注。汽車管路作為汽車動力系統的關鍵部件之一，其可靠性直接影響汽車的安全性能。

汽車管路是汽車動力系統中的重要組成部分，它本身的機械性能、物理性能、密封性能及可靠性等各項性能都需要考核指標，燃料或其他潤滑液體一旦泄露具有非常大的安全隱患，極易導致發(fā)動機艙或駕駛艙自燃或爆炸等重大事件，可能導致人員傷亡，危害人身安全，并或可能導致重大事故，造成巨大的經濟損失。其次，汽車行駛過程中發(fā)動機溫度較高，此時管接頭管體部位會有所膨脹，如果管接頭部位突發(fā)松動或斷開的情況，汽車將瞬間失去動力，其危險性巨大。

2 實驗系統原理與功能

2.1 實驗系統的原理

汽車管路耐可靠性溫度、濕度、振動及壓力脈沖試驗系統采用高低溫濕熱環(huán)境箱+環(huán)境箱內置振動臺裝置管路調節(jié)裝置+壓力脈沖系統+伺服液壓站+數據采集+工控系統幾部分組成，以此達到汽車管路的綜合性能測試的要求。本文在溫度、濕度、振動、壓力脈沖這4 種環(huán)境參數同時變化的條件下進行管路部件實現帶負載狀態(tài)的可靠性壽命和性能檢驗測試。

2.2 實驗系統的功能

實驗設備的系統功能是將汽車管路放入一個特定的溫濕度條件環(huán)境中，同時使汽車管路內部具有特定的壓力脈沖、試驗介質的循環(huán)流量與溫度，壓力脈沖波形按指定方式進行，通過調節(jié)及控制脈沖壓力與頻率等各項參數指標，使其運行功能狀態(tài)達到實際的裝車使用狀態(tài)，然后進行溫度、濕度、振動及壓力脈沖性能等疲勞壽命檢測，可快速、穩(wěn)定、可靠地檢測出汽車管路是否達到標準技術要求。

汽車管路耐可靠性溫度、濕度、振動及壓力脈沖試驗系統具有實時數據監(jiān)控、實時曲線繪制和檢測脈沖壓力沖擊性能的三大功能，可以完成汽車管路在出廠前可靠性安全試驗檢測。

（1）實時數據監(jiān)控：動態(tài)觀測汽車管路可靠性測試系統的壓力與試驗次數。可實現無人值守，圖形自動記錄及實驗數據自動保存。

（2）實時曲線繪制：智能繪制所需的方波、梯形波、三角波、正弦波、水錘波等曲線。

（3）檢測脈沖壓力沖擊性能：采用了兩級脈沖壓力閉環(huán)控制模式和變截面液壓缸增壓方式；液壓系統具有自動補油功能、自動抽油功能及自動冷卻功能，可以達到0～100 MPa 的脈沖壓力沖擊性能測試。

3 實驗系統設計

3.1 組成結構

汽車管路耐可靠性溫度、濕度、振動及壓力脈沖試驗系統采用高低溫濕熱環(huán)境箱+環(huán)境箱內置振動臺裝置管路調節(jié)裝置+壓力脈沖系統+伺服液壓站+數據采集+工控系統等幾部分組成，其原理結構詳見圖1。

圖1 高低溫濕熱環(huán)境振動壓力脈沖試驗系統

3.2 電器柜及控制系統

由計算機與美國NI 采集卡控制系統組成，不間斷電源（UPS）、伺服驅動器等控制單元，脈沖壓力在調節(jié)范圍內任意可調，控制精確高。

3.3 技術參數

（1）高低溫濕熱環(huán)境箱溫度范圍：-40℃~150℃。

（2）高低溫濕熱環(huán)境箱濕度范圍：20%~98% RH。

（3）振動頻率：10~100 Hz。

（4）主泵出口壓力：0~40 MPa，可連續(xù)調節(jié)。

（5）脈沖壓力：0~100 MPa，可連續(xù)調節(jié)。

（6）脈沖壓力重復值：峰值誤差小于0.5 MPa。

（6）脈沖頻率：0.1~10 Hz，可連續(xù)調節(jié)。

（7）試驗介質：水、防凍液、液壓油或制動液等。

（8）介質溫度：室溫～（150±3）℃。

（9）循環(huán)次數：＞1.0×107次。

（10）試驗波形：方波、梯形波、三角波、正弦波、水錘波。

（11）動力系統冷卻方式：水冷。

4 技術關鍵和解決的技術問題

現有的汽車管路耐可靠性實驗設備為單獨的壓力脈沖試驗設備和單獨的振動試驗設備，都是分別進行相關項目測試，極易造成資源浪費、成本增加，沒有達到實車運行狀態(tài)下的檢驗要求。因此，設計一套安全穩(wěn)定的多功能綜合的汽車管路耐溫度、濕度、振動及壓力脈沖試驗系統很有必要。

4.1 關鍵技術

（1）采用多路多工位，可同時進行汽車管路的多路試驗測試而互不影響，被測的汽車管路在壓力脈沖試驗過程時爆破，不影響其他的汽車管路繼續(xù)測試。

（2）采用工控計算機進行數據采集和可編程邏輯控制模式（PLC）。其中，實驗系統使用的環(huán)境溫度、介質溫度、振動頻率、脈沖壓力和波形、試驗次數均可通過PLC 控制面板而設定。

（3）采用蓄能器實現蓄能及補壓，提高壓力脈沖系統的可靠性、穩(wěn)定性和使用壽命。

（4）采用自動補液，對所流失或者消耗掉的液體能進行及時補充，以達到穩(wěn)定的輸出壓力與實驗壓力[3]。

（5）試驗開始時，自動排除汽車管路內的空氣進行測試，具有拆卸被測汽車管的泄露介質，實現液體自動回收。

（6）液壓油冷卻方式。采用油箱內液壓油自循環(huán)冷卻，加水冷卻器冷卻，保證電機、泵能長時間穩(wěn)定地工作，在液壓站外側，安裝水冷散熱器對液壓系統進行冷卻[4]。

4.2 解決的技術問題

（1）研究了系統增壓實現方式，設計了完善的液壓系統測試回路。液壓系統采用了液壓工作站功能、自動補油功能、自動抽油功能、自動冷卻功能等。

（2）研究了壓力脈沖液壓系統的結構和原理以及更加完善的壓力脈沖控制策略，從而實現了壓力脈沖的穩(wěn)定控制及輸出。

（3）研究并開發(fā)壓力脈沖的電氣控制液壓伺服系統，對控制策略及壓力脈沖伺服系統設計方案進行了試驗驗證，實現了壓力脈沖的周期控制和峰值控制模式。

（4）研究了系統增壓方式。由液壓泵直接提供高達100 MPa 的壓測試力，現有技術條件下不可能或者說不經濟，需要采用一級或多級增壓來實現較高的脈沖壓力。

（5）研究了液壓伺服系統的設計和優(yōu)化，壓力脈沖試驗測試系統達到了穩(wěn)定、可靠等目標。實現了物理保護和軟件保護、自動識別壓力泄漏功能及各類有效的安全保護措施。

上述5 個方面的問題，是研制高性能耐溫濕度、振動、耐壓、爆破及壓力脈沖系統必須解決的關鍵問題。其控制設置靈活、調節(jié)簡便、穩(wěn)定可靠。

5 結論

本文對汽車管路可靠性進行介紹，對汽車管路耐溫度、濕度、振動及壓力脈沖實驗系統進行設計研究與實現，以該汽車管路的應用分布、壽命周期、壓力脈沖與振動特征為研究重點，對比了國內外檢測試驗方法，確立了本試驗系統的檢測方法。同時，本文對測試實驗系統的構架進行了分析，綜合采用汽車動力學理論、可靠性耐溫度、濕度、振動及壓力脈沖實驗等手段對汽車管路的耐溫度、濕度、振動及壓力脈沖性能測試進行研究，運用環(huán)境溫度技術、交流伺服液壓技術、智能集成技術與微機測控技術，建立了軟、硬件模塊，研制出了汽車管路的耐溫度、濕度、振動及壓力脈沖檢測實驗系統，能夠有效實現確定的檢測方法，并對檢測實驗系統的測試結果進行分析，與理論分析的結果進行對比，證明了該測試系統的可靠性，設計出了一套安全準確、穩(wěn)定的多功能綜合的汽車管路耐溫度、濕度、振動及壓力脈沖實驗系統，可對汽車管路進行實際車況模擬和耐溫度、濕度、振動及壓力脈沖性能的檢測[5]。

汽車管路耐溫度、濕度、振動及壓力脈沖實驗系統的設計和實現，尤其4 種參數綜合一起同時對某一樣品進行試驗檢測，能更加真實地模擬復雜自然環(huán)境條件，最大程度上發(fā)現產品的故障點和薄弱點，大大提高了可靠性耐溫度、濕度、振動及壓力脈沖試驗的效率，將其提供給生產廠商或研發(fā)部門，可不斷改進和完善產品質量，提高其檢測效率。