专利名称：：汽车液压助力转向器可靠性试验台的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及汽车液压助力转向器可靠性试验台，属设备测试类(G01M)。(二)
背景技术：
汽车动力转向器是汽车的关键部件。对动力转向器产品进行性能测试是一个重要的项目，国内许多机构都对液压转向器试验台系统有所研究，其产品各有特点中国计量学院的试验台系统，能实现以下的功能转向器空载总圈数和空载力矩、转向器满负载时输入轴力矩、自由间隙测定、转向器灵敏度和力特性、转向器的回正能力等，试验台设计布局接近实际，但施加的负载是固定的简单负载，模拟效果比较小。华东交通大学的试验台系统，结构较简单，采用PLC控制，可靠性较高，但对负载的模拟较简单，且采用PLC的成本相对较高。可见国内的转向器测试系统研究都偏重总体性能测试。结构上多采用模拟规律的负载，对路面模拟有限。中国专利申请'汽车转向器总成变负荷实验台系统'专利申请号02109786.0，负载大小由转向器输入端加载箱来完成，加载箱是通过一个扭矩弹簧来模拟轮胎的扭矩力，此种模拟不适合输入端没有传感器表示扭矩大小的系统，同时不能通过对输出端负载的控制实现对输入端的性能测试。中国专利'汽车液压助力转向器耐久性实验装置'ZL200820088910.X转向器输入端直接由电机连接，液压助力的液压系统直接由油泵电机控制，阻力模拟主要由一组对称的气缸完成，增加一对行程开关实现气缸推杆的换向。此装置只能完成耐久性试验一项测试，且没有路面不平振动模拟系统。(三)
发明内容本实用新型提供的汽车液压助力转向器可靠性试验台及程控试验方法，其目的是提供一个试验台能完成可靠性试验标准中的全部试验，且具有真实的路面不平模拟变荷系统、优化的使用、安装等性能。技术方案如下汽车液压助力转向器可靠性试验台，在试验台上能完成疲劳试验、磨损试验、强制转向实验，逆向超载和超压试验，其特征是该试验台设有A)转向器输入系统，是提供模拟输入信号和输入端的驱动的机械系统，有顺次传动连接的伺服电机、减速器和万向节；万向节输出端与转向器输入端连接；转向器与水平方向保持倾斜；减速器和万向节间用联轴器连接；B)转向器输出系统是在转向器实验中提供模拟输出信号、提供输出端的驱动和负载的机械系统设有一个双作用直线液压缸；此液压缸由相互密封隔离的前方油缸和后方隔离室组成，油缸内有固定于活塞向前伸出油缸的前杆和向后伸出至隔离室的后杆；前杆前端装有拉压力传感器，并通过前端的带第一关节轴承的联轴器与转向器输出端摇臂连接；转向器输出端按试验需要配设限位挡块；C)汽车模拟振动系统是在疲劳、磨损和强制转向试验中模拟汽车的振动在液压缸缸体末端设计有耳内孔，耳内孔中安装第二关节轴承，第二关节轴承内装固定安装于偏心轴外的偏心套，偏心轴与变频电机输出端传动连接；D)支撑系统在基础台上固定有支撑伺服电机和成速器的升降台、支撑转向器的支架、支撑偏心轴的轴承座；E)电控系统设有工控机和系统软件，用以控制伺服电机、液压系统电磁阀、转向器、拉压力传感器以及变频电机；F)液压系统设有转向器回路和输出液压回路；输出液压回路包括的双作用直线液压缸、液压泵、换向用三位四通电磁阀和与此电磁阀相配合的两个节流阀，并配置电控统形成输出系统的驱动和负载模拟装置。上述各系统的具体结构在后面结合附图详述。本实用新型的有益效果1)本实用新型提供的一个融合了电气、机械及液压技术的转向器可靠性测试的专用试验平台，可以完成可靠性试验标准中的五项试验(见表l)，实现了系统的多功能。表l是按照QC/T529《汽车动力转向器总成台架试验方法》及QC/T530《汽车动力转向器总成技术条件》标准要求的可靠性试验的五项试验及本实用新型中所用系统。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>试验名称试验方法试验要求本实用新型中所用系统逆向超载试验将总成安装在试验台架上，在有动力情况下，把输入端刚性固定在直线行驶的位置，与转向摇臂中心线成90°方向逐渐施加载荷，或者在齿条输出端施加载荷，分别由两个方向完成。试验后继续进行功能试验。要求试验过程中不得出现外渗和其它异常情况，总成不得存在破损现象，功能试验正常。转向器、限位挡块输出系统(驱动)液压系统电控系统超压试验将总成安装在试验台架上，在摇臂最大摆角处或最大位移处安装挡块，转动输入端，使总成进口压力分别为2.5倍(输出力矩》2500Nm的总成)或2.0倍(输出力矩《2500Nm的总成)的最大工作压力，由两个方向完成。要求试验过程中不得出现外渗，壳体不得有裂纹现象。输入系统(驱动)转向器、限位挡块液压系统电控系统2)设置汽车模拟振动系统，首先偏心套固定安装于偏心轴外，使两者不能发生相对转动，当偏心轴由变频电机驱动旋转时，带动偏心套一起旋转，形成一个小偏距的偏心振动装置；再通过第二关节轴承和耳内孔直接将偏心套与液压缸连接起来，形成了一个占用空间很小的紧凑、安全性高的一个连接装置，这种偏心模拟振动通过与液压缸耳内孔的连接，把抖动传递到整个系统，提供了一个更接近实际路面的负载，使试验效果贴近实际。3)由于关节轴承特有的可调心性，在液压缸前端与摇臂联轴器间装第一关节轴承，在耳内孔和偏心套间装第二关节轴承，消除因同轴度误差带来的影响，使得本连接装置对装配的要求低，很容易进行调整安装。尤其振动系统与试验系统的连接，不仅使安装更加简单，且安装精度得到有效保证。4)双作用直线液压缸为一特定改进设计，可以很方便实现液压缸输出相同的往复作用力，保证试验性能。同时设供活塞后杆后伸的隔离室，保证液压缸工作时周围试验人员的安全。液压系统设有转向器回路和输出液压回路，防止转向器回路的铁屑进入液压缸，保持液压缸液压油的清洁。输出液压回路设正反两个节流阀，实现双向进油，保证输出系统作负载时油的连续循环、试验性能及顺利完成。输出系统驱动和负载模拟装置，同时实现如下两功能①驱动功能在疲劳试验中，输入端固定，装置由液压缸提供作用力往复驱动摇臂。②负载功能在磨损试验中，装置通过液压缸模拟了转向器摇臂在实际状况下的负载，因此本装置具有结构紧凑、简单，系统集成性高和系统使用范围高。5)采用工控机、系统软件、运动控制卡、数据采集卡和传感器等，系统稳定性较高、测量精度高和响应速度快。6)软件采用微软(Microsoft)公司的￥0++语言编写的程序及模块化，具有良好的用户界面，操作较简单，实时显示曲线、要求、查看数据和对试验过程进行控制及调整；并能保存、绘图和打印试验报告等功能。自动试验设定参数以后，接着执行试验动作，试验完成自动进行数据保存及绘图。5[0019]图1试验台机械结构正视图；图2试验台机械结构俯视图(即图1K向视图，为图面清晰，此图没画基础台俯视图线条)；图3转向器转臂转角示意图(即图1M局部放大图)；图4偏心套10.2单件图；图5图2A-A剖视图；图6试验台电控系统14框图；图7试验台液压系统15结构图；图8试验台手动部分电控系统电路图16;图9试验台自动控制执行部分电路图17;图10系统软件流程图18。具体实施方式本实施例汽车液压助力转向器可靠性试验台如下形成见图1，图2，输入系统设顺次传动连接的伺服电机1、减速器2和万向节3;万向节3输出端与转向器4输入端4a连接。转向器4与水平方向保持倾斜，近似于原汽车安装方式，可满足试验产品型号多样性。减速器外周套有固定于蜗轮丝杆升降机2.1上端的安装板2.2，升降机下端固定于试验台基础台13，由此伺服电机和减速器安装在升降台上，高度可以任意调节。减速器和万向节间用万-减联轴器3.l连接。转向器4用安装夹具4c(即支架4c)支撑固定于基础台13，基础台采用T形槽安装基础台。转向器输出端安装限位挡块5，放置在摇臂的两端，是一个电子元器件，安装在一个固定夹具上面，这个限位挡块5因为不是经常使用，而且又会影响到其它试验，所以在系统设计过程中需要时，临时安装，用以控制转向器输出端摇臂4b的转动。见图1，图2，输出系统设有一个双作用直线液压缸9;由前方油缸9.2和后方隔离室9.5组成，中间为密封隔离板9.6;油缸9.2内有固定于活塞9.3向前伸出油缸的活塞前杆9.l和向后伸出至隔离室的活塞后杆9.4。活塞前杆前端装有拉压力传感器8。见图2、图4，拉压力传感器前端的第一关节轴承7a由轴承外套7.2和外套内的中空球7.1组成；联轴器6主轴6.1同时穿过摇臂4b内孔和中空球7.1内孔，一端用挡圈6.4和螺拴6，3固定，另一端用螺母6.2拧紧，则将液压缸活塞前端与转向器摇臂4b连接。转向器回路设计最高工作油压为20MPa，平均工作油压13.7MPa，见图2，双作用直线液压缸直径D9取为80mm，液压缸长度Lg取为760mm。设计依据液压缸实现往复运动频率为0.51.2Hz，转向器流量大小为16L/min，按公式每秒的流量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>经计算获得液压缸直径D9为80mm。见图3，按试验进行中摇臂的摆角幅度为90°(45+45)，臂长L=250mm，直线液压缸行程为S，根据公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>，计算得出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>，考虑到实际，设计行程为500mm。考虑直线液压缸有双轴双伸出设计，加长了缸体，取L9为760mm。见图1、图2、图4和图5，双作用直线液压缸9缸体后端耳内孔9A穿过一根偏心轴10.l，轴外装偏心套10.2，偏心套固定安装于偏心轴上，使两者不能发生相对转动；在偏心套10.2与耳内孔9A间装第二关节轴承7b，它的空心球7.1内孔套在偏心套10.2夕卜，它的外圈7.2装于耳内孔9A内。偏心轴两端装支撑的双列向心球轴承10.3，轴承座10.4安装在基础台13上；偏心轴10.1—端通过变-偏联轴器11与变频电机12输出轴传动联接。见图4，偏心套10.2内孔直径和外圆直径圆心距A为lmm。由以上结构形成偏心汽车模拟振动系统。见图6，实线表示机械连接，虚线表示控制信号。电控系统14如下形成①设有工控机14.4、应用软件、用户界面。②工控机内设有MPC运动控制卡14.3控制伺服电机1。③设运动控制扩展卡14.6控制双作用直线液压缸9油路的三位三通电磁阀14.7(即为图7中的换向阀15.5b)和转向器回路的二位四通电磁阀14.8(即为图7中换向阀15.5a);两电磁阀14.7、14.8管路分别由与液压站液压泵的泵用驱动电机14.10和14.11驱动油循环。④数据采集卡14.2选用研华PCL818L型，直接采集拉压力传感器压力以及通过压力变送器14.9采集转向器4回路的压力；并通过数据采集卡14.2控制变频电机12的变频器14.1(变频器选用台达VFD037B43A)。数据采集卡14.2向工控机提供数据是通过ISA接口。见图7，液压系统15设转向器回路15A和输出液压回路15B，两回路内分别设有油箱15.la和15.lb、过滤器15.2a和15.2b、液压泵15.3a和15.3b、溢流阀15.4a和15.4b、换向阀15.5a和15.5b、节流阀15.6a和15.6b(两个)、压力表15.7a和15.7b。转向器回路装有流量计15.8a和采集油压的油压变送器14.9直接与转向器4内工作腔连通，并需装冷却循环油的冷却器15.9a。输出液压回路在换向阀15.5b入口端装调速阀15.8b。输出液压回路内配合换向阀15.5b设置两个节流阀15.6b，实现双向进油，保证输出系统作负载时油的连续循环、试验性能及顺利完成。见图8，电控手动部分16。交流380V—相引线接地，组成220V交流电源。KM1KM5是接触器，通过开关进行控制，接触器得电启动相应的设备16.116.9，接触器设置有自锁，按钮按下可自动记录状态。图中SB6SB7为自锁按钮带绿灯L6。SB1ASB5A为不自锁按钮。SBlBSB5B为不自锁按钮带绿灯l^Ls。设备16.1为开关电源；16.2为泵用驱动电机14.10;16.3为泵用驱动电机14.11;16.4为开关电源；16.5为液压油加热器(装于图7中液压缸9内部)；16.6为液压风冷设备(安装于转向器油压油路的管路外边冷却油，见图7中冷却器15.9a)16.7为变频电机12及驱动器；16.8为变频电机风扇；16.9为伺服电机l及驱动器。见图9，自动控制的执行部分17。KM10-KM12，KM15-KM16为继电器由运动控制扩展卡14.6(选MPC08)控制，电磁阀14.8(即换向阀15.5a)得电液压启动；电磁阀14.7(即换向阀15.5b)左、右分别控制液压缸的左右动作，剩下的控制报警灯14.5。见图IO，汽车液压助力转向器可靠性试验台采用的程控试验方法，该方法为用DMA方式进行多线程模拟量的同步采集方法；工控机用计算机语言编写程序，程控试验方法有如下步骤1)开始；2)初始化同时进行包括连续和点动的手动控制的设置；3)自动检测包括检测硬件是否准备好；3)试验步骤包括进行要求的五个实验；4)执行试验动作设有用于控制双作用直线液压缸9缓冲冲击力的补偿修正程序；5)采集数据设定的采样速率至少达到100次/秒；6)是否到极值判断采集数据压力、扭矩是否到极值，若未到，回到采集数据继续采集；7)试验完成判断试验是否完成；若未完成，再返回到执行试验动作；8)保存绘制图形；9)退出系统；10)结束。有工控机设有如下VC++语言的编程模块用于人机交互的主界面模块；用于含手7动连续或点动控制的初始化输入模块；用于采集转向器和传感器压力、控制变频电机的数据采集模块；用于控制伺服电机、电磁阀的运动控制模块以及图形显示模块、数据保存查询模块和报表输出模块。权利要求汽车液压助力转向器可靠性试验台，其特征是该试验台设有A)转向器输入系统有顺次传动连接的伺服电机(1)、减速器(2)和万向节(3)；万向节输出端与转向器(4)输入端连接；转向器与水平方向保持倾斜；减速器和万向节间用联轴器(3.1)连接；B)转向器输出系统设有一个双作用直线液压缸(9)；此液压缸由相互密封隔离的前方油缸(9.2)和后方隔离室(9.5)组成，油缸内有固定于活塞(9.3)向前伸出油缸的前杆(9.1)和向后伸出至隔离室的后杆(9.4)；前杆前端装有拉压力传感器(8)，并通过前端的带第一关节轴承(7a)的联轴器(6)与转向器输出端摇臂(4b)连接；转向器输出端按试验需要配设限位挡块(5)；C)汽车模拟振动系统液压缸(9)缸体末端设计有耳内孔(9A)，耳内孔中安装第二关节轴承(7b)，第二关节轴承内装固定安装于偏心轴(10.1)外的偏心套(10.2)，偏心轴与变频电机(12)输出端传动连接；D)支撑系统在基础台(13)上固定有支撑伺服电机和减速器的升降台(2.1)、支撑转向器的支架(4c)、支撑偏心轴的轴承座(10.4)；E)电控系统(14)设有工控机、系统软件，用以控制伺服电机、液压系统电磁阀、转向器、拉压力传感器及变频电机；F)液压系统(15)设有转向器回路(15A)和输出液压回路(15B)；输出液压回路包括的双作用直线液压缸(9)、液压泵(15.3b)、换向用三位四通电磁阀(15.5b)和与电磁阀(15.5b)相配合的两个节流阀(15.6b)，并配置电控系统形成输出系统的驱动和负载模拟装置。2.按权利要求1所述试验台，其特征是工控机内装设有控制伺服电机的运动控制卡(14.3)、控制液压系统电磁阀的运动控制扩展卡(14.6);控制转向器(4)、拉压力传感器(8)及变频器(14.1)的数据采集卡(14.2)。3.按权利要求1或2所述试验台，其特征是双作用直线液压缸直径D9取为80mm，液压缸长L9取为760mm。专利摘要汽车液压助力转向器可靠性试验台。输入系统设伺服电机、减速器和万向节接转向器输入端；输出系统设有驱动和负载模拟功能的双作用直线液压缸，液压缸活塞前杆装压力传感器并通过带关节轴承的联轴器与转向器输出端摇臂连接。液压缸后耳内孔处装偏心轴、偏心套和变频电机形成汽车模拟振动系统；模拟路面不平的真实抖动。液压缸结构紧凑、简单，系统集成性高和使用范围大。关节轴承安装方便。液压回路有节流阀，可加快进油速度。用工控机、运动控制卡、数据采集卡等系统稳定性高、测量精度高、响应速度快。可实时显示曲线、过程控制；自动保存、绘图和打印等。本试验台一套装置可完成疲劳、磨损、强制转向、逆向超载和超压等全部可靠性试验。文档编号G01M17/06GK201535720SQ200920082738公开日2010年7月28日申请日期2009年7月20日优先权日2009年7月20日发明者向愿,张旭领,赵武,邓德强,陈红,陈领,鲍振军申请人:四川大学