一種新型汽車離合器主缸密封性檢測(cè)臺(tái)研制

孫銳，郭志剛，王曉東，張煒

(1.長春工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，吉林長春 130012；2.長春工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心，吉林長春 130012)

根據(jù)汽車離合器分離系統(tǒng)的操作方式的不同，操縱機(jī)構(gòu)可以分為機(jī)械式和氣壓式兩種［1］。隨著汽車業(yè)的不斷發(fā)展，離合器主缸裝置廣泛應(yīng)用到離合器分離操作機(jī)構(gòu)中。較傳統(tǒng)離合器分離機(jī)構(gòu)，采用離合器主缸機(jī)構(gòu)可以保證分離軸承和分離爪之間常壓緊，當(dāng)摩擦片磨損后不需要調(diào)整間隙，實(shí)現(xiàn)離合器的柔和分離或接觸。

目前，大部分的檢測(cè)設(shè)備只能檢測(cè)兩項(xiàng)指標(biāo)，并且現(xiàn)有的設(shè)備都只能完成一種類型的主缸檢測(cè)，開放性不好，這已不能滿足實(shí)際需求。為了提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性、精度及檢測(cè)速度，作者開發(fā)了一種新型汽車離合器主缸密封性檢測(cè)平臺(tái)，能完成對(duì)汽車離合器主缸總成部件的暢通性、空行程、低壓密封性等3項(xiàng)主要性能指標(biāo)的測(cè)試，并能夠完成幾種不同類型主缸的測(cè)試［2-3］。

為能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件，系統(tǒng)的控制及檢測(cè)精度如下:

(1)單件全項(xiàng)檢測(cè)時(shí)間為27 s;

(2)各種檢測(cè)時(shí)間范圍0.1～20 s，檢測(cè)時(shí)間精度 ±0.1s。

(3)壓力測(cè)量范圍0～0.2 MPa，測(cè)量精度0.05 kPa;

(4)力傳感器1～20 N，測(cè)力精度±0.2 N。

1 設(shè)備測(cè)試原理

文中對(duì)汽車離合器主缸總成部件的暢通性和空行程的檢測(cè)采用簡(jiǎn)單直觀的氣泡法來實(shí)現(xiàn)。其技術(shù)指標(biāo)分別為:暢通性實(shí)驗(yàn)是向離合器主缸排液孔通入不大于0.1 MPa壓力的氣體，觀察進(jìn)液孔處是否有氣體排出;空行程檢測(cè)是向離合器主缸排液孔通入0.05～0.15 MPa壓力的氣體，空氣通過進(jìn)液孔排出，推動(dòng)活塞推桿，當(dāng)氣體停止排出時(shí)，記錄活塞最小位移量。

汽車離合器主缸泄漏量的檢測(cè)方法:運(yùn)用差壓檢測(cè)原理對(duì)試驗(yàn)臺(tái)中的檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行氣體微量泄漏測(cè)量［4-10］。其原理是:向密閉容器中充入額定壓力的氣體，切斷氣源保壓，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)通過與主缸相連的差壓傳感器讀出與比較源氣壓的壓力差，根據(jù)壓力下降情況判斷密封是否合格。

由于文中所述泄漏為微量泄漏，可做等溫處理，差壓傳感器所測(cè)兩端壓力值的氣態(tài)方程如下:

測(cè)試結(jié)束后主缸前后壓力差:

由式 (1)、(2)可得:

由氣體狀態(tài)平衡方程推導(dǎo)出如下氣體泄漏量關(guān)系式:

其中:Q表示泄漏量(mL/min);

V表示主缸工作容積 (mL);

Δp表示壓力差 (Pa);

t表示保壓時(shí)間 (s);

p1表示通入氣體的檢測(cè)壓力 (Pa);

p2表示保壓一定時(shí)間后的壓力值 (Pa)。根據(jù)式 (4)可以得到氣體的微量泄漏量，與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較后判斷主缸氣密性是否合格。

2 設(shè)備總體布局和機(jī)械部分的動(dòng)作原理

設(shè)備總體布局如圖1所示，外形尺寸限制在800 mm×700 mm×1 900 mm范圍內(nèi)。工作臺(tái)面下方為電控柜，主要安裝有PLC及相關(guān)模塊、相關(guān)電氣元件、氣動(dòng)元件等［11-12］。

圖1 離合器主缸測(cè)試臺(tái)外觀圖

根據(jù)被測(cè)總成的相關(guān)尺寸及外形，作者設(shè)計(jì)了如圖1所示的工作臺(tái)面的示意圖。工件采用總成的兩個(gè)螺栓定位，中間為底胎，上面開有與被測(cè)型號(hào)主缸對(duì)應(yīng)螺栓尺寸的孔和平面，用于安裝主缸總成，在上方裝有氣缸，帶動(dòng)夾緊裝置;在夾緊裝置的下端，是頂尖部件，此頂尖與主缸的頂尖孔相對(duì)應(yīng);在底胎的外圍是兩個(gè)360°的T型槽，用來對(duì)封堵等氣缸進(jìn)行圓周定位，定位與夾緊裝置可以根據(jù)不同的被測(cè)件做相應(yīng)的調(diào)整;在工作臺(tái)面的對(duì)應(yīng)位置裝有檢測(cè)開始和松開夾具等操作按鈕。在設(shè)備的上方安有照明燈，后面一定高度位置安裝工藝卡盒。

3 氣動(dòng)部分組成及工作原理

氣動(dòng)部分的執(zhí)行件采用AirTAC的氣動(dòng)元件，擬采用三聯(lián)件對(duì)進(jìn)入系統(tǒng)的壓縮空氣進(jìn)行處理。采用SMC精密調(diào)壓閥手動(dòng)調(diào)整檢測(cè)系統(tǒng)的壓力。調(diào)整后分為兩路分別形成各自對(duì)應(yīng)要求的壓力值，通過控制相關(guān)的控制閥來切換系統(tǒng)檢測(cè)過程中所需要的檢測(cè)壓力。氣壓傳感器采用日本SMC公司的PSE系列產(chǎn)品，用來檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)壓力。從氣源處理元件出口的壓縮空氣在供給檢測(cè)氣路的同時(shí)，另分出一路，用來連接系統(tǒng)的各個(gè)動(dòng)作氣缸，其中包括:上氣缸夾緊主缸的動(dòng)作、主缸供液孔和出液孔的封堵的動(dòng)作等。

在氣路連接中為了控制附加檢測(cè)管路的容積，避免對(duì)主缸檢測(cè)精度的影響，對(duì)于非動(dòng)作的檢測(cè)管路采用高精度的不銹鋼管進(jìn)行連接，管路與產(chǎn)品的連接采用快插接方式，測(cè)試儀表與管路連接采用測(cè)壓軟管連接的方式。

圖2 氣動(dòng)原理圖

4 設(shè)備動(dòng)作流程原理介紹

首先，將產(chǎn)品裝到測(cè)試臺(tái)上，雙手按動(dòng)啟動(dòng)按鈕，氣缸對(duì)離合器主缸進(jìn)行夾緊和封堵。供液孔通過氣管接到水杯中，夾緊到位后，伺服電機(jī)以設(shè)定的速度推動(dòng)裝有力傳感器的頂桿結(jié)構(gòu)前行。當(dāng)頂桿運(yùn)動(dòng)到與離合器主缸推桿接觸并當(dāng)傳感器的壓力值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)輸出信號(hào)使伺服電機(jī)停轉(zhuǎn)，并將此時(shí)活塞的位置設(shè)定為測(cè)試的初始位置。將一定壓力的壓縮空氣從離合器主缸出液孔充入，操作者通過觀察燒杯中有無氣泡冒出來判斷暢通與否。如有氣泡冒出，為暢通性合格;如無氣泡冒出，為暢通性不合格，不合格時(shí)停止下一步檢測(cè)，設(shè)備停止工作，取下工件。

圖3 系統(tǒng)檢測(cè)流程圖

如暢通性合格，按動(dòng)其中一個(gè)啟動(dòng)按鈕，由電機(jī)帶動(dòng)頂桿向前推進(jìn)設(shè)定的位移并保持不動(dòng)，從離合器主缸的出液孔連續(xù)通入設(shè)定壓力的壓縮空氣，然后觀察插入水杯內(nèi)并與供液孔連接的管路中是否有氣泡冒出以判斷產(chǎn)品空行程是否合格，如空行程不合格，按停止按鈕，設(shè)備松夾，取下工件。

空行程檢測(cè)合格后，按下另一個(gè)啟動(dòng)按鈕，伺服電機(jī)將頂桿推進(jìn)設(shè)定距離保持，將設(shè)定壓力的壓縮氣體由離合器主缸的出液孔通入，當(dāng)壓力達(dá)到檢測(cè)值時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣閥門，穩(wěn)定設(shè)定時(shí)間后，在規(guī)定的穩(wěn)壓時(shí)間內(nèi)從出液孔檢測(cè)壓力下降值。在穩(wěn)壓時(shí)間內(nèi)活塞以一定的速度及位移往復(fù)運(yùn)動(dòng)規(guī)定次數(shù)。根據(jù)汽車離合器密封標(biāo)準(zhǔn)判斷產(chǎn)品是否合格，并在面板上顯示出實(shí)際泄漏量，合格和不合格燈指示檢測(cè)結(jié)果。檢測(cè)結(jié)束后，設(shè)備松夾，取下產(chǎn)品。

5 控制部分的組成及工作原理

控制部分是系統(tǒng)的核心，主要任務(wù)是檢測(cè)各種參數(shù)，發(fā)出控制命令。測(cè)試臺(tái)的控制部分由Siemens公司的S7-200系列PLC CPU、與S7-200 PLC配套的AD模塊、觸摸屏、電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、位移傳感器、壓力傳感器和按鈕、指示燈等組成。

S7-200系列PLC的主要任務(wù)是發(fā)送命令、接收數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、判斷結(jié)果顯示并利用觸摸屏與操作者進(jìn)行人機(jī)交互;電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)按照控制器的指令運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)完成主缸活塞的動(dòng)作;位移傳感器連接計(jì)數(shù)電路完成脈沖計(jì)數(shù)等操作，從而完成主缸活塞位移量的反饋;壓力傳感器可以將傳感器壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，并生成標(biāo)準(zhǔn)的模擬量信號(hào)，可以利用AD轉(zhuǎn)換將此模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC能處理的對(duì)應(yīng)于壓力的數(shù)值，從而獲取壓力參數(shù)。圖4為控制系統(tǒng)基本組成示意圖。

圖4 控制系統(tǒng)基本組成示意圖

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)與分析

表1為采用該測(cè)試平臺(tái)對(duì)汽車離合器主缸進(jìn)行檢測(cè)的各項(xiàng)性能參數(shù)與國內(nèi)外同類產(chǎn)品對(duì)比結(jié)果。

表1 該測(cè)試平臺(tái)與國內(nèi)傳統(tǒng)方法及國外領(lǐng)先水平對(duì)比

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，作者設(shè)計(jì)平臺(tái)較國內(nèi)同類平臺(tái)自動(dòng)化程度高，檢測(cè)項(xiàng)目增加了1～2項(xiàng)，檢測(cè)速度提高了2～3倍。

表2為對(duì)3種不同型號(hào)的離合器主缸分別進(jìn)行500次檢測(cè)，再通過與實(shí)際的對(duì)比，得到的實(shí)際檢測(cè)結(jié)果。

表2 3種型號(hào)離合器主缸的檢測(cè)結(jié)果

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出:該平臺(tái)適用于3種產(chǎn)品的檢測(cè)，并能夠?qū)γ總€(gè)型號(hào)的產(chǎn)品進(jìn)行3項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)，設(shè)備通用性良好，檢測(cè)合格率符合檢測(cè)要求。

7 結(jié)束語

介紹了一種新型汽車離合器主缸氣密性檢測(cè)設(shè)備，通過在工廠現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐檢測(cè)測(cè)試，設(shè)備整體運(yùn)行良好，能夠完成對(duì)汽車離合器主缸總成部件的暢通性、空行程、低壓密封性等3項(xiàng)主要指標(biāo)性能的測(cè)試，并能完成幾種不同類型主缸的測(cè)試，檢測(cè)精度達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期目的。

［1］徐石安，江發(fā)潮.汽車離合器［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2005.

［2］彭光正，紀(jì)春華，葛楠.氣密性檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.機(jī)床與液壓，2008，36(11):172-174.

［3］關(guān)偉駭，宋寶玉，曲建俊.泄漏檢測(cè)方法及試漏機(jī)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題［J］.機(jī)械工程師，2003(3):29-31.

［4］黎啟柏，盧廣權(quán).氣體泄漏檢測(cè)方法及其工程應(yīng)用［J］.機(jī)床與液壓，2005(11):130-131.

［5］周紅軍.氣缸密封性的恒壓檢測(cè)方法［J］.機(jī)床與液壓，2007，35(5):192-193，207.

［6］張津津，馬朝永，白果，等.差壓檢測(cè)法在汽車制動(dòng)主缸氣密性檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007(5):116-118.

［7］季增連，王道順.直壓式氣體泄漏檢測(cè)技術(shù)的研究［J］.中國儀器儀表，2007(11):30-32.

［8］郝云峰.汽車真空助力器帶主缸總成試驗(yàn)臺(tái)研究［J］.新技術(shù)新工藝，2010(9):52-54.

［9］趙繼勇.智能式氣密性檢測(cè)儀的研制［J］.煤礦自動(dòng)化，2000(6):22-24.

［10］熊四昌，賈文昂.基于壓力平衡式的汽車燃油檢漏儀研制［J］.機(jī)床與液壓，2007，35(3):157-158，161.

［11］嚴(yán)盈富.觸摸屏與PLC入門［M］.北京:人民郵電出版社，2006.

［12］張萬忠，劉明芹.電器與PLC控制技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.