一种全液压动力转向器性能试验系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种全液压动力转向器专用试验系统，包括输入轴驱动系统、输出系统、试验台架、电控系统、计算机硬件系统及液压系统。所述的输入轴驱动部分主要由伺服电机、行星齿轮减速机、扭转传感器及弹性联轴器构成；输出系统主要包括了一个双作用直线液压缸、活塞及限位挡块；液压系统由动力单元、控制单元、两个油口双向加载单元及过滤温控单元组成；电控系统设有工控机、软件控制系统；计算机系统硬件主要包括工业计算机、PLC控制器、A/D板卡、I/O板卡、显示器。本发明专用试验系统可实时显示曲线、过程控制、自动保存、绘图及打印等，能完成全液压动力转向器的动向转向性能、压力损失、机械阻力矩、人力转向容积效率等试验。
【专利说明】一种全液压动力转向器性能试验系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及设备测试领域，特指一种全液压动力转向器性能试验系统，主要用于对汽车全液压动力转换器的性能试验，包括机械阻力试验、动力转向性能试验、压力损失试验、内泄漏试验、密封性试验、流量变化率试验以及人力转向容积效率试验。
【背景技术】
[0002]现有汽车上一般都设有转向器，转向器是车辆工程转向的关键零部件，是保证汽车按照驾驶员的意志进行转向行驶以保持稳定的重要部件，其性能的好坏直接影响到汽车行驶安全性和操纵稳定性。因此，对汽车动力转向器的性能测试是一项非常重要的项目，对于转向器设计参数的确定，转向机构尺寸的确定以及转向器性能的可靠性都具有十分重要的意义。
[0003]传统机械转向系统的具有结构简单，工作可靠，生产成本低。其缺点也非常地明显:一是尽管通过转向器后增大了转向力矩，降低了驾驶员的劳动强度，但是，随着汽车速度的提高和汽车质量的增大，转向操纵难度增大，转向越来越费力。二是由于方向盘和转向轮之间是机械连接，其传动比是固定的，即角传递特性无法改变，导致汽车的转向响应特征无法控制，传动比无法随汽车转向过程中的车速，侧向加速度等参数的变化而进行补偿，驾驶员必须在转向之前就对汽车的转向响应特征进行一定的操作补偿，使汽车按驾驶员的意愿行驶，这样无形中增加了驾驶员的精神和体力负担。
[0004]随着汽车工业的不断发展，也出现了电动助力转向系统，它可以对助力大小进行控制，但现阶段主要依靠进口，价格昂贵，对于经济型轿车也并不适用，对于一些高级轿车应用的随速助力系统，由于需要增加液压反馈室，使得转向控制阀部门结构复杂，加工精度要求高，所以对轿车也并不是用，适用范围有限。
[0005]随着全液压转向器的出现，在市场上得到广泛的应用。它是依靠液压介质为动力来实现转向功能，有效地提高汽车转向的灵活性，并大大地减轻汽车驾驶员的劳动强度。它是大中型拖拉机、联合收割机、建筑机械、工程机械、起重机械、重型矿业用汽车等低速轮式行走机械液压转向系统和船舶液压舵机中关键液压元件，它的质量直接关系到它的转向性能和可靠性，关系到行走机械的安全性。产品开发和出厂都必须进行产品性能试验，其试验设备的准确度和精确度，以及可操作性至关重要，应符合产品标准规定要求全液压动力转向器。全液压动力转向器具有以下特点:消除机械式联动装置，可以降低主机成本，提供可靠轻便的结构，操纵灵活轻便，安全可靠，可以用很小的力矩进行连续无级控制转动，提供给控制回路以及主机尺寸广泛的选择面，能和多种转向油泵及液压供应系统连接。驾驶人员通过它可以用较小的操纵力实现较大的转向力控制，并且在性能上安全、可靠、操纵上灵活、轻便。
[0006]在车辆设计过程中，为了保证全液压动力转向器在长期运行过程中的性能和可靠性，需要对其进行机械阻力试验、动力转向性能试验、压力损失试验、内泄漏试验、密封性试验、流量变化率试验以及人力转向容积效率试验。而实车试验是检验汽车零部件性能的重要手段，但是由于实车试验，费用高、费时费力，而且试验效率低下，试验过程中全程监控不足。
[0007]为了解决实车试验带来的不足。目前，国内外有许多结构对液压动力转向器试验台进行了研究，其产品各有各的特点。如中国计量学院的试验台系统，能实现以下功能--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弹簧，模拟效果比较小。华东交通大学的试验台系统，结构简单，采用PLC控制，可靠性较高，但对负载的模拟比较简单。如申请号为02109786.0的中国专利:汽车转向器总成变负载试验台系统，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，这种模拟不适合输入端没有传感器表示扭矩大小的系统，且不能对输出端负载的控制实现对输入端的性能测试。如申请号为200910060048.0的中国专利:汽车液压助力转向器可靠性试验台及程控试验方法。此专利提供了一个融合电气、机械及液压技术的转向器可靠性测试专用实验平台，能完成可靠性试验标准中的全部试验，且具有真实的里面不明模拟系统。但是该试验台也存在一定的不足:(I)无法对全液压动力转向器的性能进行测试；(2)输入驱动部分只有两个自由度，不能满足不同转向器的试验要求；。如申请号为ZL200820088910.X中国专利:汽车液压助力转向器耐久性试验装置，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，但是此装置只能完成耐久性试验的一项测试，且无法测试全液压动力转向器的性能。
【发明内容】
[0008]本发明目的在于提供一种全液压动力转向器的专用试验台系统，对全液压动力转向器进行机械阻力试验、动力转向性能试验、压力损失试验、内泄漏试验、密封性能试验、流量变化率实验以及人力转向容积效率试验。它能有效的模拟全液压动力转向器的实际工作状态，便于对全液压动力转向器的实际质量抽查，以免出现批次问题。
[0009]本发明技术方案如下:
[0010]—种全液压动力转向器试验系统,包括了输入轴驱动系统、输出系统、试验台架、电控系统、计算机系统硬件及液压系统。其特征在于:所述的输入轴驱动部分主要由伺服电机、行星齿轮减速机、扭转传感器及弹性联轴器构成，用于转向器输入轴的驱动与加载；所述的输出系统设有一个双作用直线液压缸、活塞、拉杆及限位挡块；所述的试验台架主要由高刚度承载框架、工作台面、照明装置构成；所述的电控系统采用了强弱电分开控制，设有工控机、软件控制系统，用于控制伺服电机、液压系统电磁阀、转向器、压力传感器及电机；所述的液压系统由动力单元、控制单元、两个油口双向加载单元、过滤温控单元组成；所述的计算机系统硬件包括了工业计算机、显示器、A/D板卡、I/O板卡、D/A板卡、步进控制卡、打印机及不间断供电源。
[0011]所述的输入轴驱动部分具有三个自由度，即:横向移动、上下移动及纵轴传动，可以满足试验台对不同转向器的试验需求；它由松下伺服电机与行星齿轮减速机配套，最大驱动扭矩50Nm，最大驱动速度100r/min，最大旋转角无限制，扭转传感器采用JN338A型扭转传感器，弹性联轴器采用三木弹性联轴器，用于消除安装及加工误差引起的同轴度误差，采用板簧作为扰性体。
[0012]所述的液压系统的动力单元由油箱、一台变量泵和电机组成；控制单元采用低速大扭矩、体积小的摆线液压马达，液压马达的驱动所用动力源通过稳定分流阀从主系统中获得；两个油口的双向加载单元采用加载回路，并通过电控形式，自动切换油路，实现流量变化率和人力转向容积效率的测定；过滤温控单元的系统油液净化采用了旁路过滤、吸油过滤和回油过滤三种方式，确保油液清洁度达到试验要求；进口油液温度采用数字控温仪，通过控制板式散热器和电加热器工作状态，实现油液温度的恒定50°C ±2°C;并与电控系统形成输出系统的驱动和负载模拟。
[0013]在四个油口设置大小2种量程的压力表，测试人员可直接从表上读出压力损失数值；仪表架面板上还增设了一只点接触温度计，目的是在测试人员未进行产品试验时，提前进行油液加热，提示油箱内油液加热温度。
[0014]所述的工控机采用研华610H工控机；软件控制系统采用了 PLC控制。
[0015]所述的试验台架部分的工作台面由27mm厚的A3钢板制成,正面安装布仪表和控制元件及操作手柄，背面安装液压元件，台面安装被试件及其传动装置。并兼顾设有测试人员的工具、文件存放抽屉，顶部安装照明日光灯。
[0016]所述的电控系统用于信号的采集与试验台动作控制，采用强弱电分开控制，且配电控制部分装有钥匙开关，通过钥匙开关控制整个试验台供电；其传感器供电采用线性直流电源和专用于高精度测量设备的朝阳线形电源。
[0017]所述的A/D板卡采用我公司自主研发的板卡PC-6325A, I/O板卡采用我公司自主研发的板卡PC-6408，用于试验台状态控制和采集；步进控制卡采用MPC-08步进控制卡；显示器采用10寸彩色触摸屏进行人机交互控制。
[0018]本发明具有以下优点:
[0019](I)本发明参照 JB/T5120、JB/T9839、Q321100ZY002、Q321100ZY007 四个产品标准设计一套全液压转向器测试系统，提供了一个融合了电气、机械及液压技术的全液压动力转向器性能测试的专用试验系统，能够在实验室内完成对全液压动力转向器的机械阻力试验、动力转向性能试验、压力损失试验、内泄漏试验、密封性能试验、流量变化率实验以及人力转向容积效率试验，省时省力，效率高，能直观的反映全液压动力转向器的实际质量情况。
[0020](2)本发明采用了研华610H工控机、西门子PLC控制系统、数据采集卡和JN338A型旋转扭转传感等，系统稳定性较高、测量精度高和响应快。
[0021](3)本发明使用了触摸屏实现系统与操作者之间的人机交互，工控机与触摸屏实现并行控制，并将数据进行保存、处理并生成报表数据；PLC作为系统的主控制器，实现系统的实时控制及传感器数据的采集，操作简单、方便、快捷。
[0022](4)本发明布局合理、结构紧凑，有安全防护措施，成本低廉；系统软件具有操作权限管理功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明的控制系统示意图。
[0024]图2为本发明的液压系统图。
[0025]图中:23、变量油泵；24、溢流阀；25_广25_10、压力表；26、被试转向器；
27-f27-3、流量计；28-f 28-3、节流阀；29、优先阀；30_f 30-2、换向阀；31-广31_2、单向阀；32、滤油器；33、温度计；34、加热器；35、冷却器；36、转速表；37、扭转仪。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明控制系统及液压系统做进一步说明。
[0027]图中，实线为机械连接，虚线为控制信号。图1为控制系统，其由以下形成:PLC控制器9、工控机6、系统软件。PLC控制器9控制工控机6，工控机6内设有步进电控制卡5，步进控制卡5选用MPC-6408型，用它控制伺服电机4，数据采集卡7采用本公司自主研发的PC-6325A型A/D板卡；PLC控制器9控制液压控制回路12，液压回路12控制两位三通电磁阀16(图2中的30-1和30-2)，该电磁阀16作用于双作用直线液压缸17，用主泵电机11驱动液压控制回路12，工控机6通过数据采集卡7采集压力传感器18、温度传感器19、扭转传感器20、流量传感器21的信号,对转向器26进行实时监控，同时,工控机6控制显不器14、打印机15、键盘13，对模拟结果进行显示、打印等。转向器I输出端与万向节2输入端连接，并在转向器I输出端安装限位开关22，它是一个电子元件，不经常用，用以控制转向器I的传动，伺服电机4与行星齿轮减速机3相连。
[0028]图2为本发明液压控制系统。本液压系统设有转向器回路及输出液压回路，两回路内分别设有邮箱(图中未标明)、过滤器32和液压泵23、溢流阀24和换向阀、节流阀28-1、
28-2及28-3、压力表25-Γ25-10。转向器回路装有流量计27-Γ27-3和采用油压的油压变送器直接与转向器26内工作腔连通，并需安装冷却循环回路的冷却器35。输出液压回路在换向阀30-1及30-2入口装调速阀内，配合换向阀30-1及30-2，并设置两个节流阀28_1、28-2，实现双向加载单元，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。
【权利要求】
1.一种全液压动力转向器试验系统，包括了输入轴驱动系统、输出系统、试验台架、电控系统、计算机系统硬件及液压系统，其特征在于:所述的输入轴驱动部分主要由伺服电机、行星齿轮减速机、扭转传感器及弹性联轴器构成，用于转向器输入轴的驱动与加载；所述的输出系统设有一个双作用直线液压缸、活塞、拉杆及限位挡块；所述的试验台架主要由高刚度承载框架、工作台面、照明装置构成；所述的电控系统采用了强弱电分开控制，设有工控机、软件控制系统，用于控制伺服电机、液压系统电磁阀、转向器、压力传感器及电机；所述的液压系统由动力单元、控制单元、两个油口双向加载单元、过滤温控单元组成；所述的计算机系统硬件包括了工业计算机、显示器、A/D板卡、I/O板卡、D/A板卡、步进控制卡、打印机及不间断供电源。
2.如权利要求1所述的一种全液压动力转向器试验系统，其特征在于:该输入驱动部分具有三个自由度，即:横向移动、上下移动及纵轴传动，可以满足试验台对不同转向器的试验需求；它由松下伺服电机与行星齿轮减速机配套，最大驱动扭矩50Nm，最大驱动速度100r/min,最大旋转角无限制,扭转传感器采用JN338A型扭转传感器,弹性联轴器采用三木弹性联轴器，用于消除安装及加工误差引起的同轴度误差，采用板簧作为扰性体。
3.如权利要求1所述的一种全液压动力转向器试验系统，其特征在于:液压系统的动力单元由油箱、一台变量泵和电机组成；控制单元采用低速大扭矩、体积小的摆线液压马达，液压马达的驱动所用动力源通过稳定分流阀从主系统中获得；两个油口的双向加载单元采用加载回路，并通过电控形式，自动切换油路，实现流量变化率和人力转向容积效率的测定；过滤温控单元的系统油液净化采用了旁路过滤、吸油过滤和回油过滤三种方式，确保油液清洁度达到试验要求；进口油液温度采用数字控温仪，通过控制板式散热器和电加热器工作状态，实现油液温度的恒定50°C ±2°C;并与电控系统形成输出系统的驱动和负载模拟。
4.如权利要求3所述的一种全液压动力转向器试验系统，其特征在于:四个油口设置大小2种量程的压力表，测试人员可直接从表上读出压力损失数值；仪表架面板上还增设了一只点接触温度计，目的是在测试人员未进行产品试验时，提前进行油液加热，提示油箱内油液加热温度。
5.如权利要求1所述的一种全液压动力转向器试验系统，其特征在于:工控机采用研华61H工控机；软件控制系统采用了西门子PLC控制器。
6.如权利要求1所述的一种全液压动力转向器试验系统，其特征在于:试验台架部分的工作台面由27_厚的A3钢板制成，正面安装布仪表和控制元件及操作手柄，背面安装液压元件，台面安装被试件及其传动装置。
7.并兼顾设有测试人员的工具、文件存放抽屉，顶部安装照明日光灯。
8.如权利要求1所述的一种全液压动力转向器试验系统，其特征在于:电控系统用于信号的采集与试验台动作控制，采用强弱电分开控制，且配电控制部分装有钥匙开关，通过钥匙开关控制整个试验台供电；其传感器供电采用线性直流电源和专用于高精度测量设备的朝阳线形电源。
9.如权利要求1所述的一种全液压动力转向器试验系统，其特征在于:A/D板卡采用我公司自主研发的板卡PC-6325A, I/O板卡采用我公司自主研发的板卡PC-6408,用于试验台状态控制和采集；步进控制卡采用MPC-08步进控制卡。
【文档编号】G01M17/06GK104132822SQ201310160744
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年5月3日 优先权日:2013年5月3日
【发明者】吴继飞, 王星, 陆筱仙, 陈烈红, 杜高永, 阮鸿雁, 王富良 申请人:兰溪市鸿成汽车零部件有限公司