液壓傳動(dòng)風(fēng)扇有限壽命臺(tái)架試驗(yàn)

夏煥文，　劉　焱，　買靖東，　徐詩(shī)輝，　田小燕，　匡進(jìn)安

(中國(guó)北方車輛研究所，北京 100072)

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液壓傳動(dòng)風(fēng)扇有限壽命臺(tái)架試驗(yàn)

夏煥文，劉焱，買靖東，徐詩(shī)輝，田小燕，匡進(jìn)安

(中國(guó)北方車輛研究所，北京 100072)

液壓傳動(dòng)風(fēng)扇是車輛散熱系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，因其失效將直接影響車輛工作甚至危及人員安全，為驗(yàn)證其可靠性，需要進(jìn)行有限壽命臺(tái)架試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)果證明：液壓傳動(dòng)風(fēng)扇各部件之間匹配良好，各處密封、管路等滿足工作要求，其有限壽命滿足樣車設(shè)計(jì)要求.

風(fēng)扇；液壓傳動(dòng)；壽命；可靠性

風(fēng)扇作為車輛散熱系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，已廣泛應(yīng)用于各種車輛上.然而其可靠性、壽命備受設(shè)計(jì)師們的關(guān)注，尤其是新設(shè)計(jì)的車型，因其對(duì)應(yīng)的動(dòng)力艙容積、形狀及布置不同，需求的散熱量不同，對(duì)應(yīng)的風(fēng)道阻力及風(fēng)扇負(fù)載也不同，需設(shè)計(jì)的風(fēng)扇其結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)在動(dòng)力艙內(nèi)的布置也截然不同.因此，為保障樣車的可靠性，同時(shí)縮短試驗(yàn)周期，節(jié)約成本，需對(duì)該風(fēng)扇進(jìn)行裝車前的有限壽命臺(tái)架試驗(yàn)，以確保裝車前部件的可靠性，達(dá)到提高整車可靠性的目的.

1　臺(tái)架的組成及工作原理

1.1組成及主要參數(shù)

本液壓傳動(dòng)風(fēng)扇有限壽命臺(tái)架主要由風(fēng)扇、風(fēng)扇泵、馬達(dá)、溫控閥、減壓閥、溢流閥、油濾、管路及發(fā)動(dòng)機(jī)、油箱、可調(diào)恒溫水箱、散熱器、測(cè)量設(shè)備組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示.

液壓傳動(dòng)風(fēng)扇的主要參數(shù)見表1.

圖1　液壓傳動(dòng)風(fēng)扇有限壽命臺(tái)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

表1　液壓傳動(dòng)風(fēng)扇的主要參數(shù)表

1)當(dāng)溫控閥控制點(diǎn)溫度t>82℃、墳山轉(zhuǎn)速n為5 000 r/min時(shí)，風(fēng)扇功率Nf≤80 kW.

1.2液壓傳動(dòng)風(fēng)扇工作原理

本液壓傳動(dòng)風(fēng)扇工作原理是：風(fēng)扇泵輸入轉(zhuǎn)速nB一定時(shí)，在一定的工作油溫度及壓力范圍內(nèi)，通過溫控閥感受所需要控制的溫度信號(hào)(如發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度或動(dòng)力艙溫度或任何需要控制的溫度點(diǎn))，由溫控閥的溫度信號(hào)再轉(zhuǎn)化成控制壓力信號(hào)，送入風(fēng)扇泵的控制閥驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇泵斜盤，來控制風(fēng)扇泵斜盤的開度，以改變風(fēng)扇泵的排量，從而控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速，最終控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速[1].

2　臺(tái)架試驗(yàn)內(nèi)容和方法

2.1試驗(yàn)條件

被試件液壓傳動(dòng)風(fēng)扇在試驗(yàn)室內(nèi)、常溫下試驗(yàn)，安裝狀態(tài)與樣車相同或相似，包括零部件數(shù)量、安裝位置、安裝角度、固定方式，等等；試驗(yàn)工況與樣車相同或相似，模擬樣車的參數(shù)，包括工作轉(zhuǎn)速、工作壓力、油液溫度、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制方式，等等；安裝的儀器儀表不影響被試件試驗(yàn)的性能，并能滿足試驗(yàn)需要.

2.2試驗(yàn)內(nèi)容

1)液壓傳動(dòng)風(fēng)扇壓力試驗(yàn).試驗(yàn)前對(duì)風(fēng)扇、液壓傳動(dòng)管路、接頭進(jìn)行打壓，在常溫下主油路施加壓力42 MPa、回油路施加壓力0.6 MPa，驗(yàn)證液壓傳動(dòng)風(fēng)扇滲漏情況.

2)液壓傳動(dòng)風(fēng)扇磨合試驗(yàn).液壓傳動(dòng)風(fēng)扇有限壽命試驗(yàn)前對(duì)液壓傳動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n在1 000 r/min、2 000 r/min、3 000 r/min、4 000 r/min、5 000 r/min各運(yùn)轉(zhuǎn)0.5 h，檢查液壓傳動(dòng)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)情況.

3)液壓傳動(dòng)風(fēng)扇有限壽命試驗(yàn).在液壓傳動(dòng)風(fēng)扇按給定時(shí)間、給定的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速下持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，驗(yàn)證溫控閥控制點(diǎn)、控制邏輯的工作情況，驗(yàn)證風(fēng)扇、風(fēng)扇泵、馬達(dá)、溫控閥、減壓閥、溢流閥、油濾、管路持續(xù)工作的壽命等是否滿足設(shè)計(jì)要求.

2.3試驗(yàn)方法

按圖1安裝風(fēng)扇等各部件，連接好管路及測(cè)量?jī)x表，按以下方法試驗(yàn)：

1)對(duì)風(fēng)扇泵、馬達(dá)注油，給管路充滿油，在常溫下對(duì)主油路通過外接泵加壓到42 MPa，對(duì)回油路通過外接泵加壓到0.6 MPa，保持10 min,檢查液壓傳動(dòng)風(fēng)扇滲漏情況.

2)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，控制風(fēng)扇泵輸入轉(zhuǎn)速nB為500 r/min，運(yùn)轉(zhuǎn)5 min，觀察液壓傳動(dòng)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)情況，工作正常后，提高風(fēng)扇泵轉(zhuǎn)速nB，使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n分別穩(wěn)定在1 000 r/min、2 000 r/min、3 000 r/min、4 000 r/min、5 000 r/min下各運(yùn)轉(zhuǎn)0.5 h，檢查液壓傳動(dòng)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)情況.

3)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，保持風(fēng)扇泵輸入轉(zhuǎn)速nB為3 200 r/min，通過可調(diào)恒溫水箱，使溫控閥溫度t從常溫增加到75 ℃，記錄風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n；繼續(xù)升溫使溫控閥溫度t從75 ℃增加到85 ℃，記錄風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n；繼續(xù)升溫使溫控閥溫度t>85 ℃，記錄風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n.

4)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)液壓傳動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行有限壽命試驗(yàn)，其試驗(yàn)順序分為轉(zhuǎn)速上升階段及轉(zhuǎn)速下降階段依次循環(huán)進(jìn)行.轉(zhuǎn)速上升階段：保持風(fēng)扇泵輸入轉(zhuǎn)速nB從0按表2規(guī)定的各轉(zhuǎn)速區(qū)間上升到3 200 r/min，調(diào)整溫控閥溫度t使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定在表2中對(duì)應(yīng)規(guī)定的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)；轉(zhuǎn)速下降階段：保持風(fēng)扇泵輸入轉(zhuǎn)速nB從3 200 r/min按表2規(guī)定的各轉(zhuǎn)速區(qū)間下降到0，調(diào)整溫控閥溫度t使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定在表2中對(duì)應(yīng)規(guī)定的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi).

表2　液壓傳動(dòng)風(fēng)扇有限壽命時(shí)間分配表

3　試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1試驗(yàn)結(jié)果

1)在nB為0、主油路壓力42 MPa、回油路壓力0.6 MPa、工作油溫位于20 ～ 90 ℃的范圍條件下，液壓傳動(dòng)風(fēng)扇滲漏情況見表3

表3　液壓傳動(dòng)風(fēng)扇靜壓力滲漏情況

2)在nB由0上升到3 200 r/min、工作油溫控制在20 ～ 90 ℃的范圍條件下，控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速及磨合時(shí)間，磨合情況見表4。

表4　液壓傳動(dòng)風(fēng)扇磨合記錄

3)在nB為3 200 r/min、工作油溫控制在20 ～ 105 ℃的范圍條件下，通過可調(diào)恒溫水箱，使溫控閥溫度t從常溫增加到100 ℃，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和主油路壓力見表5.

表5　液壓傳動(dòng)風(fēng)扇溫控閥溫度記錄

4) 液壓傳動(dòng)風(fēng)扇有限壽命試驗(yàn).為準(zhǔn)確把握其有限壽命試驗(yàn)，便于具體操作，試驗(yàn)時(shí)，對(duì)表2規(guī)定的風(fēng)扇泵輸入轉(zhuǎn)速nB進(jìn)行了細(xì)化，同時(shí)與風(fēng)扇泵輸入轉(zhuǎn)速nB相對(duì)應(yīng)的各風(fēng)扇轉(zhuǎn)速也進(jìn)行了細(xì)化，其對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)時(shí)間按比例亦進(jìn)行了分配.

先給定風(fēng)扇泵輸入轉(zhuǎn)速nB，控制工作油溫在20～105 ℃的范圍條件下，通過控制溫控閥溫度t，使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速工作在對(duì)應(yīng)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果見表6.

表6　液壓傳動(dòng)風(fēng)扇有限壽命試驗(yàn)

3.2結(jié)果分析

1)從表3可以看出：液壓傳動(dòng)風(fēng)扇在靜態(tài)條件下，無(wú)泄漏，各部分密封及耐壓性能良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求.

2)從表4可以看出：控制工作油溫在20 ～ 90 ℃的范圍條件下，對(duì)液壓傳動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行磨合后，未發(fā)現(xiàn)異常，滿足設(shè)計(jì)要求.

3)對(duì)照表1和表5可以看出：在給定nB為3 200 r/min、控制工作油溫在20 ～ 105 ℃的范圍條件下，當(dāng)液壓傳動(dòng)風(fēng)扇溫控閥溫度t<75 ℃時(shí)，n<300 r/min，滿足n<500 r/min設(shè)計(jì)要求；當(dāng)溫控閥溫度t從75 ℃連續(xù)升至85 ℃時(shí)，n則從310 r/min連續(xù)升至5 000 r/min，線性爬升，滿足n從500 r/min到5 000 r/min連續(xù)調(diào)速的設(shè)計(jì)要求；當(dāng)溫控閥溫度t>85 ℃時(shí)，n=5 000 r/min，不再爬升，壓力P<35 MPa，保護(hù)了風(fēng)扇不超速，滿足設(shè)計(jì)要求.

4)表6是依據(jù)表2進(jìn)行細(xì)化后的試驗(yàn)結(jié)果.由表6可知：控制工作油溫在20 ～ 105 ℃的范圍條件下，按風(fēng)扇泵輸入轉(zhuǎn)速nB由0上升到3 200 r/min，然后再由3 200 r/min下降到0，依次循環(huán)試驗(yàn)，液壓傳動(dòng)風(fēng)扇共計(jì)試驗(yàn)503.3 h，風(fēng)扇工作正常，風(fēng)扇泵、馬達(dá)工作正常，各零部件完好無(wú)損.滿足給定的500 h有限壽命試驗(yàn)要求.

4　結(jié)　論

液壓傳動(dòng)風(fēng)扇在試驗(yàn)臺(tái)架上的試驗(yàn)結(jié)果表明：該液壓傳動(dòng)風(fēng)扇各部件功能正常，部件之間匹配良好，其壽命為503.3 h，大于要求的有限壽命500 h，滿足樣車設(shè)計(jì)的可靠性要求.

[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).液壓傳動(dòng)與控制[M].4版. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

Finite Life Lab Test of Hydraulic-driven Fan

XIA Huan-wen，LIU Yan，MAI Jing-dong，XU SHI-hui，TIAN Xiao-yan，KUANG Jin-an

(China North Vehicle Research Institute，Beijing 100072，China)

Hydraulic-driven fan is the key component of the vehicle cooling system. Fan faults will affect the performance of vehicle and the safety of crews. Therefore,a finite life time lab test should be carried out for reliability. The results show that the components within the hydraulic fan can match and wrok well altogether, the pipeline and seal can meet the work requirement and the fan’s life span fulfills the vehicle design goal.

fan；hydraulic drive；finite life；reliability

1009-4687(2016)01-0040-03

URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.4493.TH.20151210.1137.002.html

2015-11-26.

10.16599/j.cnki.1009-4687.20151210.001

夏煥文(1962-),男,研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)檐囉萌~輪機(jī)械研究.

U644.138+.4

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