輪胎氣壓表性能檢測裝置的研制

屠彬彬，蔡緋，孫堅

(1.浙江省計量科學(xué)研究院，浙江杭州310013;2.杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測研究院，浙江杭州310019)

0 引言

輪胎氣壓表是一種用于測量機動車與非機動車輪胎充氣壓力的儀表，廣泛用于機動車輛檢測機構(gòu)、機動車輛維修機構(gòu)、交警系統(tǒng)及機動車駕駛員行車前的安全檢測，確保各種輪胎能夠在各自的安全氣壓下使用。爆胎、疲勞駕駛及超速行駛是公認(rèn)的高速公路事故三大殺手，其中輪胎爆胎因不可預(yù)測和控制而成為首要因素。研究表明:時速超過160 km時，爆胎而造成的死亡率接近100%。我國每年有26萬起交通事故是由于輪胎氣壓偏低、偏高或滲漏引起的。據(jù)公安部統(tǒng)計，國內(nèi)高速公路上發(fā)生的重大交通事故，約有70%是由于輪胎爆裂引起。

輪胎氣壓表在頻繁使用后有可能出現(xiàn)示值不準(zhǔn)確、回零機構(gòu)失效、讀數(shù)裝置卡死等現(xiàn)象。根據(jù)QC/T 14－2009《汽車用輪胎氣壓表》和JJG 927－2013《輪胎氣壓表》的要求，輪胎氣壓表全性能試驗應(yīng)包括外觀項目、示值檢定、過載試驗、耐久性試驗和多項環(huán)境試驗。由于缺乏耐久性試驗方面的設(shè)備和裝置，長達(dá)5000次的重復(fù)性試驗往往通過純手工實現(xiàn)。一方面，一個熟練工人模擬輪胎壓力測試，將輪胎氣壓表按壓到氣門嘴上，待壓力穩(wěn)定后松開，再手動回零，整套動作至少需要3 s，整整5000次耐久性試驗需要4個多小時，這個過程一氣呵成，中間不能停頓。單一規(guī)格產(chǎn)品全性能試驗一般需要對3個樣品進(jìn)行試驗，累積時間達(dá)到13 h。因此手工操作的耐久性試驗非常浪費人力和時間。另一方面，輪胎氣壓表的彈性元件在長時間大強度試驗后，會發(fā)熱松動，某些劣質(zhì)產(chǎn)品損壞甚至爆裂，對操作人員存在一定的危險性。耐久性試驗裝置的設(shè)計和研制勢在必行。

本文介紹的輪胎氣壓表性能檢測裝置，通過氣源壓力的自動控制和自動歸零裝置的交替動作，實現(xiàn)輪胎氣壓表耐久性試驗全自動完成，并可直接進(jìn)行準(zhǔn)確度檢測，十分可靠、方便。該項目為準(zhǔn)確評價輪胎氣壓表的性能提供試驗手段上的技術(shù)保證。

1 輪胎氣壓表性能檢測裝置

目前，廣泛使用的輪胎氣壓表主要有標(biāo)尺式和指針式兩種。對輪胎氣壓表進(jìn)行耐久性能試驗，應(yīng)首先對回零機構(gòu)、加壓機構(gòu)等進(jìn)行耐久試驗。這就使得在研制檢測裝置的時候，需要分別對兩種輪胎氣壓表的自動回零裝置進(jìn)行設(shè)計。

檢測裝置由壓力源、耐久性試驗端和檢測端組成。

耐久性試驗端部分包括整個導(dǎo)軌支架、回零裝置和運動裝置，見圖1?；亓阊b置和運動裝置都安裝在導(dǎo)軌支架上，可以通過卡扣活動?？紤]到兩種不同的輪胎氣壓表，回零機構(gòu)包括兩個調(diào)節(jié)臂，其上分別安裝氣缸1和氣缸2，配合整個活動規(guī)律，PLC控制氣閥開關(guān)來實現(xiàn)對回零機構(gòu)的操作。被檢的輪胎氣壓表安裝在產(chǎn)品安裝板上，由于不同規(guī)格的輪胎氣壓表其口徑尺寸也不同，此處設(shè)計有一個可轉(zhuǎn)動的產(chǎn)品限位套，多種口徑可供選擇并對輪胎氣壓表加以固定，最后通過快夾壓桿進(jìn)行固定，選擇氣缸1或者氣缸2對準(zhǔn)輪胎氣壓表的回零按鈕。導(dǎo)軌支架下端為一整個上下活動的導(dǎo)套，導(dǎo)套由底部安裝在氣缸安裝板上的氣缸3推動上下活動。導(dǎo)套中心安裝有氣門嘴，通過進(jìn)氣接頭及導(dǎo)管與壓力容器相連接。當(dāng)導(dǎo)套頂上時，調(diào)節(jié)擰緊光桿使氣門嘴與輪胎氣壓表壓緊，調(diào)節(jié)鎖緊塊保證導(dǎo)套運動上限為當(dāng)前位置，調(diào)節(jié)調(diào)中心組件保證氣門嘴與輪胎氣壓表對準(zhǔn)中心，至此初始化調(diào)節(jié)完畢。然后即可開始自動耐久性試驗。氣缸3推動導(dǎo)套上行使輪胎氣壓表加壓至幅度上限;當(dāng)導(dǎo)套退回時，氣門嘴與輪胎氣壓表脫離，氣缸1或者氣缸2運作，按壓回零按鈕使得輪胎氣壓表清零。

檢測端主要用于輪胎氣壓表的檢測，基本結(jié)構(gòu)與耐久性試驗端的運動裝置類似，主要為對準(zhǔn)和調(diào)節(jié)中心組件。安裝完畢后，也是通過氣門嘴對氣壓表加壓，氣路中通過一個三通，與一個標(biāo)準(zhǔn)傳感器連接，可以獲得當(dāng)前壓力的標(biāo)準(zhǔn)值。以此便可通過直接比較法對輪胎氣壓表進(jìn)行檢測。

壓力源部分主要由外部氣源 (普通氮氣瓶)和壓力容器構(gòu)成。普通的氮氣瓶通常配置壓力為10 MPa以上，通過氮氣減壓閥減壓到4 MPa以后，連通到一個10 L的壓力容器上，使得減壓后的氣體得到緩沖和平穩(wěn)，方便后續(xù)的使用。壓力容器中的氣路一分為三，分別供給3個氣缸的動力和兩路氣門嘴的壓力。通過PLC控制，交替加壓和復(fù)位，完成耐久性試驗，并控制耐久性試驗端在完成預(yù)定的次數(shù)后自動停止。

圖1 機械裝置圖

該輪胎氣壓表耐久性試驗裝置能達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo):壓力范圍0～4 MPa;壓力交變幅度在量程的0%～75%;交變頻率 (60±5)次/min。

2 裝置性能測試

本套裝置分為耐久性試驗端和檢測端，這兩部分的檢測結(jié)果如下。

2.1 耐久性試驗端

耐久性試驗端的測試，是通過將一個0.05級、0～6 MPa的裝上輪胎氣壓表測試接口的數(shù)字壓力計，模擬被測樣品安裝到裝置上，正常運行后在數(shù)字壓力計上讀取壓力交變幅度。同時通過秒表記錄100次耐久試驗所需的時間，計算得到交變頻率值，如表1。

表1 設(shè)定壓力及交變頻率測試結(jié)果

由表1可見，自動控壓能力達(dá)到設(shè)定值的1%，耐久性試驗端的設(shè)定壓力功能和交變頻率功能符合設(shè)計預(yù)計的要求。

2.2 檢測端

檢測端的測試是將作為參考標(biāo)準(zhǔn)的0.05級、0～6MPa的壓力變送器拆下后，安裝到0.02級的活塞式壓力計上，通過標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計加壓，顯示屏上讀取實際顯示值的方法進(jìn)行檢測。其檢測結(jié)果如表2所示。

表2 標(biāo)準(zhǔn)壓力變送器檢測結(jié)果

由表2數(shù)據(jù)可見，壓力變送器準(zhǔn)確度等級符合0.05級要求。在直接比較法檢測過程中，壓力變送器輸出信號發(fā)送至控制端屏幕上作為測量標(biāo)準(zhǔn)。按照J(rèn)JG 927－2013《輪胎壓力表》的要求，0.05級、0～6 MPa的壓力變送器可以滿足常見的測量范圍上限大于1 MPa的輪胎氣壓表的檢定。

3 結(jié)論

本輪胎壓力表性能檢測裝置能夠滿足測量范圍在0～4 MPa以內(nèi)的輪胎氣壓表的耐久性試驗，并可進(jìn)行常規(guī)的準(zhǔn)確度檢測。該裝置不僅可用于各技術(shù)機構(gòu)，為政府監(jiān)督部門的質(zhì)量監(jiān)督和產(chǎn)品研究提供更先進(jìn)的技術(shù)手段，也可用于生產(chǎn)企業(yè)。

［1］全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.QC/T 14－2009汽車用輪胎氣壓表［S］.2009.

［2］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJG 927－2013國家計量檢定規(guī)程輪胎壓力表［S］.2013.

［3］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJF 1413－2013國家型式評價大綱輪胎壓力表［S］.2013.

［4］付連興，呂志東，丁愛東.輪胎氣壓與輪胎的合理使用［J］.輪胎工業(yè)，1999(6):372－373.

［5］葛鋒，曲學(xué)春，楊生輝，等.輪胎氣壓與汽車性能的關(guān)系及其選擇［J］.軍事交通學(xué)院學(xué)報，2009(1):53－55.