汽車空氣干燥器動態(tài)檢測系統(tǒng)的設(shè)計

趙靜，史業(yè)照，郭斌,，張?zhí)扃?/p>

(1.杭州沃鐳智能科技股份有限公司，浙江杭州 310018;2.中國計量大學(xué)計量測試工程學(xué)院，浙江杭州 310018)

0 引言

汽車空氣干燥器被廣泛應(yīng)用于氣制動系統(tǒng)的干燥、雜質(zhì)過濾和清潔處理，預(yù)防制動回路的腐蝕和氣管凍結(jié)，避免氣制動系統(tǒng)的失靈，是保證氣制動系統(tǒng)安全和可靠的關(guān)鍵[1-2]。因此，空氣干燥器性能的好壞對氣制動系統(tǒng)的制動效率影響很大。

目前，國內(nèi)空氣干燥器的性能檢測設(shè)備測試的自動化程度并不高。國內(nèi)的空氣干燥器生產(chǎn)廠家主要有萬安、瑞麗、東科等企業(yè)。各廠家對空氣干燥器的檢測主要采用壓力表檢測，檢測模式普遍停留在手動和半自動化測試階段，檢測流程過度簡化、效率低下且精度不高[3]。國外的檢測設(shè)備，如威柏科等公司研發(fā)的檢測臺雖檢測精度高、檢測技術(shù)全面，但價格昂貴、維護成本高且技術(shù)對外保密，不符合我國廠商的實際情況。為了保障空氣干燥器的產(chǎn)品質(zhì)量，本文作者提出一種高精度、高效率的汽車空氣干燥器動態(tài)檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了空氣干燥器各項性能參數(shù)的全自動化檢測。這對于國內(nèi)空氣干燥器產(chǎn)品的質(zhì)量管理和汽車的駕駛安全具有積極的意義[4-5]。

1 在線檢測系統(tǒng)設(shè)計

1.1 檢測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

檢測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。檢測系統(tǒng)共有6路AI輸入，15路DI輸入以及23路DO輸出。系統(tǒng)硬件部分包括氣壓傳感器、光電傳感器、差壓傳感器、操作按鈕等部件，這些部件通過功放板、調(diào)理電路以及轉(zhuǎn)換電路與數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)據(jù)交換。PCI-1716采集其輸出的AI、DI信號，并將這些AI、DI信號發(fā)送到工控機，工控機對其輸入信號分析和處理后，再通過PCI-1730輸出DO信號給工裝夾具和電磁閥，進而控制夾具執(zhí)行動作和測試氣路狀態(tài)，以實現(xiàn)在線檢測系統(tǒng)的各項功能[6-7]。各硬件模塊與系統(tǒng)軟件協(xié)同工作，形成一個完整的實時數(shù)據(jù)采集、動態(tài)過程控制、測試數(shù)據(jù)顯示的在線檢測系統(tǒng)。

圖1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.2 氣路設(shè)計

為了確保測試系統(tǒng)的正常運行，文中設(shè)計了一種氣路系統(tǒng)，測試氣路的設(shè)計分為兩大部分，分別為裝夾氣路和測試氣路。裝夾氣路控制裝夾氣缸，而測試氣路控制完成各性能檢測。設(shè)計的空氣干燥器在線檢測系統(tǒng)氣路如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)管路原理

1.3 系統(tǒng)機械裝夾機構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)機械裝夾機構(gòu)主要用于工件的快速安裝，如圖3所示。整個裝夾機構(gòu)主要分為4個部分：下壓機構(gòu)位于整個機構(gòu)最上方，通過向下壓緊來固定待測干燥器并密封其排氣口；滑臺機構(gòu)位于整個機構(gòu)最下方，負責(zé)將被測干燥器滑動指定的位置；限位及光電判斷機構(gòu)位于滑臺機構(gòu)正后方，用于調(diào)節(jié)滑臺運動的終點，以協(xié)調(diào)被測干燥器的夾緊位置；側(cè)封機構(gòu)位于4根框架支柱中的右兩根支柱上，負責(zé)進氣口和出氣口的密封。

開始測試時，側(cè)封氣缸及下壓氣缸實現(xiàn)橫向和縱向向待測件壓緊，配備磁性開關(guān)來調(diào)整側(cè)封氣缸及下壓氣缸的限位，實現(xiàn)對待測件的快速裝夾，同時該系統(tǒng)帶有安全光柵可實現(xiàn)實時保護的功能，從而使系統(tǒng)工作高效、安全、可靠。檢測系統(tǒng)裝置的夾緊機構(gòu)應(yīng)達到以下幾點設(shè)計要求:(1)應(yīng)符合相應(yīng)的強度及剛度的要求;(2)夾具的定位應(yīng)準確；(3)夾緊后應(yīng)有強穩(wěn)定性；(4)零部件應(yīng)易于裝卸;(5)具有合理的運行速度并有一個良好的機械構(gòu)件的工藝性。

圖3 裝夾機構(gòu)設(shè)計

1.4 檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件部分是基于Labview平臺完成的。數(shù)據(jù)采集后，將進行數(shù)據(jù)處理，協(xié)調(diào)和控制每個硬件模塊的工作，并提供人機交互界面，以完成設(shè)備的自動檢測和測試數(shù)據(jù)管理功能。該軟件采用模塊化設(shè)計，設(shè)計各子VI以實現(xiàn)不同模塊的功能。通過對其功能需求的分析，將設(shè)計的軟件分為6個模塊。圖4為該設(shè)計的系統(tǒng)軟件部分的結(jié)構(gòu)圖。

圖4 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)示意

2 測試結(jié)果分析及不確定度評定

2.1 測試結(jié)果分析

卸荷閥特性測試過程用于檢測并調(diào)節(jié)卸荷閥開啟壓力和關(guān)閉壓力，若開啟壓力和壓差均在規(guī)定的合格條件范圍內(nèi)，則檢測合格。在試驗中，選取的標準空氣干燥器樣品，其卸荷閥性能已經(jīng)調(diào)節(jié)完畢。一次試驗測得的卸荷閥特性測試曲線如圖5所示。

由圖中可知，開啟壓力為21口氣壓開始降低時所對應(yīng)的峰值點氣壓；關(guān)閉壓力為1口氣壓開始升高時的拐點所對應(yīng)的21口氣壓。卸荷閥特性測試的供氣壓力為1.2 MPa，測試結(jié)果及廠家要求的合格條件見表1。

圖5 卸荷閥特性測試曲線

表1 卸荷閥特性測試結(jié)果

由表1可知，卸荷閥的開啟壓力值、關(guān)閉壓力值和壓差均滿足合格條件。

密封性測試的內(nèi)容包括整體密封壓降和出氣口密封壓降。測試過程中，供氣壓力穩(wěn)定在1.0 MPa并保持5 s的充氣時間，其中，測量時間和保壓時間都是15 s。測試結(jié)果及標準泄漏閾值見表2。

表2 密封性測試結(jié)果

由表2可知，密封性的壓降值小于規(guī)定的泄漏閾值，該空氣干燥器密封性的檢測結(jié)果合格。

2.2 不確定度評定

在相同條件下，卸荷閥特性測試分兩個時段進行，分別為第一時段和第二時段，并且測試都是進行8次，檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)見表3。

表3 兩個時段的檢測結(jié)果

測試結(jié)果的均值和方差均合格。

卸荷閥特性測試也分兩個時段進行測試且重復(fù)8次，測試結(jié)果如表4和5所示。

表4 第一時段的檢測結(jié)果

表5 第二時段的檢測結(jié)果

根據(jù)表4和表5中的數(shù)據(jù)計算，其均值和標準偏差均合格。

對該檢測系統(tǒng)的不確定度評定，該檢測系統(tǒng)的測量結(jié)果主要受測量重復(fù)性誤差、傳感器和數(shù)據(jù)采集卡精度誤差的影響[8]。各不確定度分量的合成可以表示為

(1)

(2)

(3)

(4)

開啟壓力測試的合成不確定度為3.11 kPa,關(guān)閉壓力測試的合成不確定度為3.08 kPa，壓差的合成不確定度為4.38 kPa，整體密封性測試的泄漏量的合成不確定度為0.020 1 kPa，由此可知設(shè)備重復(fù)性較好。

3 結(jié)束語

文中設(shè)計了自動化汽車空氣干燥器性能在線檢測系統(tǒng)，包括系統(tǒng)機械裝夾機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用圖像化并行數(shù)據(jù)流的編程方式，實現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制、自動化檢測和測試數(shù)據(jù)管理。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)檢測效率較高，已成功投入企業(yè)中使用。