制動鉗所需液量試驗(yàn)臺研制

熊虎，程華國，徐康，熊志強(qiáng)

（國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心［襄陽］，襄陽441004）

制動鉗所需液量試驗(yàn)臺研制

熊虎，程華國，徐康，熊志強(qiáng)

（國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心［襄陽］，襄陽441004）

本文針對制動鉗所需液量測試的特點(diǎn)及要求，介紹了一種運(yùn)用齒輪流量計的制動鉗所需液量試驗(yàn)臺設(shè)計方案，包括了試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)的確定、齒輪流量計及加壓裝置的選型、試驗(yàn)臺參數(shù)匹配等。通過與滴定管測量方法進(jìn)行對比，新試驗(yàn)臺在測量結(jié)果準(zhǔn)確性和重復(fù)性方面有了顯著提升，同時提高了檢測效率。

制動鉗；所需液量；齒輪流量計

熊虎

畢業(yè)于中國農(nóng)業(yè)大學(xué)車輛工程專業(yè)，現(xiàn)任國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（襄陽）總成試驗(yàn)室責(zé)任工程師，主要從事行走系統(tǒng)試驗(yàn)研究。

1　前言

近年來隨著國內(nèi)汽車產(chǎn)銷量的快速增長，人們對于汽車的安全性和舒適性要求也越來越高，目前大多數(shù)乘用車都采用了液壓盤式制動器總成，制動鉗是液壓盤式制動器總成的重要部件，是汽車重要的安全部件之一。制動鉗所需液量指為保持制動鉗鉗體內(nèi)一定液壓所需注入的制動液液量，是制動系統(tǒng)匹配設(shè)計中的一個重要參數(shù)，過多會影響汽車制動的安全性，造成制動主缸排量不夠，建壓困難，踏板行程過大等不良后果，而過少會影響汽車的舒適性，制動時無腳感，踏板硬。行業(yè)上也注重制動鉗所需液量的測量，已在QC/T592-2013《液壓制動鉗總成性能要求及臺架試驗(yàn)方法》，對其試驗(yàn)方法進(jìn)行描述?？傊畬χ苿鱼Q所需液量進(jìn)行準(zhǔn)確測量對于制動鉗設(shè)計研發(fā)具有重要意義。

2　總體結(jié)構(gòu)確定

目前國內(nèi)制動鉗所需液量測量儀器普遍采用滴定管、試管等，此種測量方式易受測試者的讀數(shù)誤差、管壁殘留、管液高度造成的壓強(qiáng)等影響，導(dǎo)致測量結(jié)果誤差大、重復(fù)性差，并且試驗(yàn)操作復(fù)雜，測量效率低。隨著測試技術(shù)的發(fā)展，齒輪流量計開始應(yīng)用到液體體積測量。國外一些廠家開發(fā)出了精度高的齒輪流量計產(chǎn)品。齒輪流量計測量結(jié)果數(shù)字顯示，直觀穩(wěn)定，串聯(lián)在管路中，不存在管壁殘留和管液高度差造成的壓強(qiáng)等問題，本試驗(yàn)臺考慮采用齒輪流量計進(jìn)行試驗(yàn)臺設(shè)計，并對兩種方法檢測效果進(jìn)行比較分析。試驗(yàn)臺的組成如圖1所示，主要有液壓源、壓力傳感器、齒輪流量計、開關(guān)閥等。

試驗(yàn)臺設(shè)計要著重解決以下問題：1、制動鉗所需液量測量的壓力范圍在0～20 Mpa，需選擇合適的液壓源。2、齒輪流量計齒積不超過0.03 ml，耐腐蝕，耐沖擊。3、試驗(yàn)臺操作簡單，提高檢測效率。

3　試驗(yàn)臺設(shè)計

3.1液壓源的選擇

目前液壓源有液壓泵站、氣液增壓器等。液壓泵建壓速度快，壓力穩(wěn)定，但是體積大，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用高。氣液增壓器體積小，價格低，保養(yǎng)維護(hù)方便，建壓性能可以滿足試驗(yàn)要求。因此本試驗(yàn)臺決定采用氣壓增壓器作為液壓源。

氣液增壓器工作原理如圖2。其動力源是壓縮空氣，油液只起增壓作用，它由氣缸、增壓缸、補(bǔ)油杯組成。當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入氣缸內(nèi)左腔（面積為S1），推動氣缸內(nèi)活塞右移時，其活塞桿就對液壓腔（面積為S2）內(nèi)油液產(chǎn)生一個高壓P液，根據(jù)氣缸內(nèi)活塞受力平衡條件得：

式中：P氣為氣缸內(nèi)壓縮空氣的壓力；P液為增壓缸內(nèi)高壓油的壓力；S1為氣缸內(nèi)活塞的面積；S2為增壓缸內(nèi)柱塞的面積；η0為氣缸內(nèi)活塞移動時的機(jī)械效率；η1為增壓缸內(nèi)活塞移動時的機(jī)械效率；i為增壓比。

氣液增壓器工作氣壓為0～0.7 Mpa，制動鉗的測量液壓要求0～20 Mpa，計算可得增壓比i≥28.6，實(shí)際選擇增壓器增壓比為30，工作介質(zhì)可以是DOT3/DOT4制動液。

3.2齒輪流量計的選擇

齒輪流量計的結(jié)構(gòu)如圖3，工作原理是在一個慣性負(fù)載和阻尼負(fù)載很小的齒輪馬達(dá)的內(nèi)壁安裝電脈沖發(fā)生裝置［1，2］，工作中馬達(dá)每轉(zhuǎn)過一個齒發(fā)出一個脈沖，一個脈沖代表一個流量單位Qr，即一個齒積，通過前置放大器將信號轉(zhuǎn)換為方波信號，見圖4。在單位時間內(nèi)記錄脈沖的個數(shù)n，流過齒輪流量計的流量是nQr。

選用某進(jìn)口齒輪流量計，齒積為0.025 ml，耐高壓，工作介質(zhì)可以是DOT3/DOT4制動液。

3.3機(jī)械設(shè)計

試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)緊湊，移動方便。主體框架采用輕型鋁型材和鋁板，樣品安裝部位凹槽采用不銹鋼板彎折而成，能很好的防濺液、防腐蝕。此外，試驗(yàn)臺設(shè)計了廢液回收管路，防止廢液對環(huán)境污染。

3.4電路、氣路設(shè)計

試驗(yàn)臺需對齒輪流量計、壓力傳感器、電磁閥等進(jìn)行供電，對電磁閥進(jìn)行通斷控制，對所需液量進(jìn)行清零設(shè)置，以及對制動壓力、所需液量進(jìn)行儀表顯示，系統(tǒng)電路圖見圖5：

試驗(yàn)臺氣路組成見圖6，通過電磁閥進(jìn)行加壓和泄壓切換，通過減壓閥對輸出液壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4　試驗(yàn)臺使用

為了對齒輪流量計測量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，用滴定管（最小刻度值為0.02 ml）和齒輪流量計分別對不同型號制動鉗進(jìn)行多輪所需液量測量，兩種方法僅改變測量儀器，其它影響因素如加壓方式、液壓管路布局方式、試驗(yàn)樣品、選用制動液等均保持一致，減少因?yàn)槌郎y量儀器之外的誤差。

以下選取了采用滴定管和齒輪流量計，分別對某制動鉗8 MPa、12 MPa、16 Mpa制動壓力下測得的所需液量檢測數(shù)據(jù)，見表1，表2：

表1　用滴定管法測量某制動鉗所需液量

表2　用齒輪流量計法測量某制動鉗所需液量

對測量結(jié)果分別進(jìn)行不確定度分析，由于僅改變測量儀器，假定兩種測量方法其它影響因素的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 us相同，故只對測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 um進(jìn)行分析。

表3　極差系數(shù)C

滴定管測量時串聯(lián)在制動鉗排氣孔處，滴定管與試驗(yàn)臺油杯處有液面差會產(chǎn)生壓強(qiáng)，可能導(dǎo)致測量值偏大，由于受管壁殘液影響，可能導(dǎo)致測量值偏小，再考慮到測量者的讀數(shù)誤差，這些都會對測量結(jié)果的不確定度產(chǎn)生影響。齒輪流量計測量影響因素少，測量結(jié)果的可靠性更高。

5　結(jié)論

由于采用了氣液增壓器，試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)緊湊，輸出壓力可達(dá)20 MPa以上。選擇齒積為0.025 ml的齒輪流量計，消除了壓差、管壁殘液、讀數(shù)誤差等影響因素，降低了測量結(jié)果不確定度。流量計串聯(lián)在管路中，使試驗(yàn)操作簡單，提高了檢測效率。

［1］Deane J. Flow Sensing Know- how. Control Engineering.1999， 46（9） ： 170～ 172.

［2］Henry M P. Clark C. Response of a Coriolis Mass Flow Meter to Step Changes in Flow Rate. Flow Measurement & Instrumentation， 2003， 14（3） ： 109～ 120.

專家推薦

鄧祖國：

本文介紹了一種運(yùn)用齒輪流量計測試的制動鉗所需液量的新方法；該方法與傳統(tǒng)的滴定管測量方法相比，測量結(jié)果準(zhǔn)確性和重復(fù)性方面有了顯著提升，同時提高了檢測效率。

Design of a Test-bed for Required Fluid Amount by the Brake Caliper

XIONG Hu， CHENG Hua-guo， XU Kang， XIONG Zhi-qiang
（ National Automobile Quality Supervision and Test Center ［Xiangyang］， Xiangyang 441004， China ）

According to the characteristics and requirements ofthe brake caliper required fluid amount test， this paper puts forward a test-bed projectusing gear flow meter， including the determination of the structure， the selection of gear flow meter and pressure device etc. Comparing with the traditional measurement method using buret， the accuracy and repeatability has been significantly improved， the testbed also improves the detection efficiency.

Brake caliper； fluid quantity needed； gear flow meter

U467.3

A

1005-2550（2015）04-0061-04

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.04.013

2015-03-05