動力轉向液壓泵試驗方法及試驗設備
摘要：文章分析了動力轉向液壓泵試驗方法的不足，提出了新的試驗方法，經生產實踐使用證明，該試驗方法易于操作，測試結果能真實、準確地反映轉向液壓泵的使用性能，并介紹了動力轉向液壓泵的試驗設備。
關鍵詞：動力轉向；液壓泵；試驗方法；試驗設備
1、引言
汽車動力轉向液壓泵是動力轉向系統的心臟，其性能好壞對汽車動力轉向系統的性能有著重要的影響，并將直接影響到汽車的轉向和操縱穩定性。此外，隨著新材料、新工藝、新結構的不斷應用，以及轎車用高速轉向液壓泵的大量引進，對轉向液壓泵性能的試驗研究更為迫切，因此，必須對轉向液壓泵試驗方法進行深入探討，提出行之有效的試驗方法，完善試驗手段，深入研究轉向液壓泵特性。
動力轉向液壓泵在試驗過程中，需要測量的主要參量除了一般液壓泵具有的溫度、流量、壓力、轉速、轉矩等特性參量外，由于動力轉向液壓泵的特殊結構和使用要求決定了它有其特定的性能，因此在研制動力轉向液壓泵試驗臺時，如何能準確、方便地測量轉向液壓泵的性能參量，便是最為關鍵的問題。
2、動力轉向液壓泵試驗方法
轉向液壓泵試驗標準“ZBT 23002汽車動力轉向液壓泵臺架試驗方法”是1984年開始制訂，1987年頒布執行，現已使用十多年。當時，國內汽車動力轉向液壓泵產品均為齒輪泵，轎車轉向液壓泵還是空白。
隨著近幾年汽車工業的迅速發展，動力轉向液壓泵行業也有了長足進步，轉向葉片泵幾乎取代了齒輪泵，轎車轉向液壓泵得到了廣泛使用，特別是大量國外技術的引進，原試驗方法已較落后，不能全面、準確地檢測現有產品。尤其是1997年1季度，重慶汽車研究所在承擔國家技術監督局下達的汽車轉向液壓泵產品質量抽查任務中發現，原試驗方法遠遠不能滿足現有產品的檢測要求，而且在試驗過程中難以操作，對產品質量的好壞很難做出全面、公正、準確的評價。因此，為適應我國汽車工業產品的發展需要，有效地控制產品質量，對試驗方法進行深入探討和研究很有必要。
2.1、0.85pmax壓力概念
原試驗方法要求在做跑合、流量檢測等性能試驗時，產品是在最高工作壓力pmax條件下進行的，此時轉向液壓泵安全閥已完全開啟，處于流量為0的斷流狀態，根本無法試驗，并且容易燒泵。試驗時為了避免轉向液壓泵安全閥的開啟，在試驗前，必須將轉向液壓泵安全閥鎖死。這種做法相當于對液壓泵進行了調整，因而該方法既不科學，也不符合裝車狀況，同時也不能較全面、準確地檢測出產品使用性能。因此提出了0.85 pmax壓力概念，即產品在0.85倍最高壓力條件下進行跑合和流量檢測等性能檢測，此時轉向液壓泵安全閥不會開啟，這樣檢測出的性能才準確地反映了轉向液壓泵的真實情況。
2.2、氣密性試驗
原試驗方法沒有氣密性試驗要求，通過大量的試驗表明，氣密性試驗能夠準確、可靠地反映轉向液壓泵密封件的密封性和各零件之間的裝配質量，并且試驗簡便、可行，成本低廉，容易推廣應用。
2．3、可靠性試驗的油溫
轉向液壓泵的使用工況比一般工程用泵的使用工況要復雜得多。使用時，轉向液壓泵常處于轉速、壓力多變的復雜工況下，油溫變化劇烈且范圍較大。加之在轉向液壓泵出油口處都安裝了孔徑很小的節流孔，使多余流量溢流泄出，并直接返回進油腔，在轉向液壓泵內形成小循環，這使轉向液壓泵發熱現象比一般泵要嚴重得多。同時，由于受結構的限制，轉向液壓泵在整車上一般安裝于發動機旁，環境溫度很高，因而轉向液壓泵發熱更為嚴重。而且動力轉向系統中油液很少，一般為1～3 L，其熱量不易散發。
因此，為了準確地考核轉向液壓泵的使用性能和壽命，其試驗油溫在70℃左右為宜。
2.4、斷流試驗
原試驗方法中參照一般泵的試驗方法，提出了斷流試驗。由于動力轉向器總成一般均有行程卸荷閥，當轉到極限位置時，行程卸荷閥開啟，使轉向液壓泵處于卸載狀態。即使沒有行程卸荷閥，由于動力轉向器總成內不可避免的會有一定的內泄漏量，因而轉向液壓泵也不會處于斷流狀態。特別是葉片泵幾乎沒有斷流能力。因此，應取消斷流試驗項目。
2.5、變轉速沖擊試驗
眾所周知，由于轉向的特殊使用工況，汽車在行駛過程中，轉向液壓泵根本不可能處于連續超載狀態。相反，汽車在行駛過程中，其行駛速度在不斷的變化，而轉向系統又隨時在確保汽車按一定的軌跡行駛，由于路面的原因，轉向車輪也不斷的受到路面的逆向沖擊，因而汽車行駛過程中轉向液壓泵不斷的承受到沖擊載荷。
為了使試驗工況與實際使用工況相一致，使試驗數據真實、準確地反映轉向液壓泵的使用壽命，因此提出了將原試驗方法中的連續超載試驗改為變轉速沖擊試驗。
3、試驗臺結構簡介
驅動裝置采用交流變頻調速，交流電機通過連接套及滑塊直接驅動被試泵，對于不同安裝形式的試件只須更換連接法蘭盤與滑塊即可。
油箱安裝在工作臺面上，容積約150 L，油箱內安裝有3 kW加熱器，油箱底部距驅動軸中心高約為200 mm，吸油口管徑為30 mm，可以保證被試液壓泵吸油良好。油箱面板配有真空表和壓力表，以監測吸油口真空度和出油口加載壓力。
吸、回油口均采用快換接頭，使其安裝簡便、迅速，同時防止油箱油液流出。
4、試驗臺液壓系統
ZYBT-Ⅱ型汽車轉向液壓泵試驗臺液壓原理如圖所示。
液壓原理圖
該試驗臺采用比例溢流閥加載，由計算機通過電信號控制比例電磁閥進行加載，并且通過壓力傳感器反饋信號對比例溢流閥進行微調，其加載準確，實現了加載過程自動化。
由于被試件在不停地更換，必將給整個系統帶來大量的污染物，而比例溢流閥對油液的清潔度要求較高。因此，為了確保整個系統的正常運行。設計時采用了2級高壓過濾。使其過濾精度達到5 μm，并且采用全封閉油箱。
油液的黏度受油溫的影響極大，為了確保流量測試的準確，系統使用水冷卻器對油溫進行嚴格控制，使其變化范圍在±2℃之內。
5、試驗臺測試系統
該試驗臺的測試參量有轉速、流量、壓力、溫度等4個參量。
轉速傳感器是電感式傳感器，它的輸出為正弦波信號，經三極管放大后，由施密特電路（4093芯片）整形，并經電阻分壓，輸入到反向器（4011）的輸入端，再由反向器的輸出端接到計算機7210板的G2端。由于4093芯片的可靠觸發電平在6 V以上，所以加在三極管及4093上的電壓均采用12 V，這樣經4093整形后輸出的高電平為12 V，低電平為0 V，而計算機輸入電壓以不高于5 V為宜，所以經電阻分壓，再經反向電路后，將5 V電壓的脈沖信號送入計算機。
流量傳感器的輸出本身是12 V的脈沖信號，每個脈沖代表0．1 L。在計數流量脈沖時，若以定時間計脈沖數，最大可以近似于丟掉1個脈沖數，而且由于測試時間較短，丟掉的脈沖數還將被放大，這樣就必然產生較大的測量誤差。因此，在計數流量脈沖數時，以定脈沖測時間的方法更為準確。
為了減少干擾，壓力、溫度的信號均采用4～20 mA的模擬量，將信號通過HK16芯插頭直接送到5411板進行A/D轉換。
試驗臺的正確接地可以防止外部干擾信號。由于使用了變頻器，若接地方式不對，將對計算機系統產生嚴重的干擾。對該測試系統的接地問題進行了大量探索后，最終圓滿地解決了干擾的問題。不管保護方式是接地保護還是接零保護，線路的走向都必須按如下方式：零（地）線首先進入變頻器的接地端，然后引向試驗臺架，再與控制柜連接（注意不要用單芯線），由于變頻器是掛在控制柜上，所以在安裝變額器時，必須將變頻器的外殼與機柜絕緣。
6、試驗臺計算機系統
控制軟件為基于MS-DOS操作系統的先進多任務工業控制組態軟件，該軟件具有全中文圖形提示、操作簡便可靠、界面好等優點。經實踐證明是一個較為優秀的工業控制組態軟件。
6.1、硬件系統
主機為IPC486DX4/100
NA5411和ACL7120控制模板
EPSON 300K打印機
6.2、軟件系統
工業控制組態軟件可圖形顯示工況，在線打印報表，提供手動及自動操作畫面。在手動操作中具有圖形提示功能。
本工業控制組態軟件由以下文件組成：
CHZHI.EXE 可執行軟件
SYS.DAT 組態數據文件
CQHI16J.1 16點陣字庫
CBTYPE.DAT 型號數據文件
7、結論
通過大量的試驗摸索，提出了切實可行的轉向液壓泵試驗方法。經一年多的生產實際使用證明，該試驗方法易于操作，測試結果能真實、準確地反映轉向液壓泵的使用性能。經使用證明，ZYBT-Ⅱ型汽車轉向液壓泵試驗臺工作安全可靠,性能穩定,試驗過程全自動化,操作簡便,適應性強,測試結果準確可信,并且大大地提高了試驗效率,具有廣泛推廣使用的價值。