泵閥下線測(cè)試臺(tái)增加清潔度檢測(cè)系統(tǒng)研究

王虎，魏存洋，單夢(mèng)杰

西安雙特智能傳動(dòng)有限公司 陜西西安 710119

商用車自動(dòng)變速器包含很多關(guān)鍵液壓總成部件，如油泵、主控閥、電磁閥、緩速器閥以及調(diào)壓閥等。這些泵閥在裝配到變速器前，都需要在泵閥下線測(cè)試臺(tái)進(jìn)行下線性能測(cè)試，只有性能測(cè)試合格的泵及閥體才會(huì)被裝配到變速器總成上。

自動(dòng)變速器的動(dòng)力傳遞依靠液壓?jiǎn)卧獙?shí)現(xiàn)，液壓?jiǎn)卧械谋瞄y總成部件作為精密部件，其自身清潔度非常重要，清潔度不合格會(huì)將雜質(zhì)輸送到液壓?jiǎn)卧?，引起液壓?jiǎn)卧獎(jiǎng)幼骺?，最終造成自動(dòng)變速器質(zhì)量問(wèn)題，縮短變速器壽命。因此，在泵閥下線測(cè)試臺(tái)上增加清潔度檢測(cè)系統(tǒng)，一方面使用潔凈油沖刷泵閥等被試件，另一方面在沖刷的同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)被試件的清潔度，意義重大。

泵閥下線測(cè)試臺(tái)整體結(jié)構(gòu)

泵閥下線測(cè)試臺(tái)改造前的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。位于下方的150L油箱的油液，在測(cè)試臺(tái)工作泵的帶動(dòng)下，可同時(shí)實(shí)時(shí)供兩個(gè)測(cè)試區(qū)域的被測(cè)件測(cè)試循環(huán)使用，被試件的測(cè)試油液通過(guò)回油管路收回到油箱。該測(cè)試臺(tái)同時(shí)還設(shè)置有冷卻系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)被測(cè)油液的溫度，設(shè)置有蓄能器、調(diào)壓閥等裝置，用于穩(wěn)定流量壓力，調(diào)節(jié)不同壓力。

圖1 臺(tái)架整體結(jié)構(gòu)

原測(cè)試臺(tái)在進(jìn)油及回油管路上設(shè)置了多個(gè)5μm濾芯，用于過(guò)濾油箱中油液中的雜質(zhì)，通過(guò)定期更換濾芯的方式維持油箱中油液的清潔度。管路上的濾芯過(guò)濾能力有限，一段時(shí)間后隨著濾芯的堵塞油液中流量的通過(guò)率會(huì)下降，雜質(zhì)的逃逸率會(huì)增加，因此增加一種獨(dú)立的過(guò)濾系統(tǒng)實(shí)時(shí)過(guò)濾油箱油液非常重要。

改造整體方案

此次改造主要實(shí)現(xiàn)如下兩部分內(nèi)容。

1）通過(guò)給油箱增加獨(dú)立的過(guò)濾系統(tǒng)，替代之前測(cè)試臺(tái)管路上的多個(gè)單獨(dú)濾芯，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)過(guò)濾油箱中油液中的雜質(zhì)，使油箱中油液始終保持非常潔凈的狀態(tài)。

2）通過(guò)在原測(cè)試臺(tái)被試件到油箱的回油管路上增加清潔度檢測(cè)裝置，并修改上位機(jī)的測(cè)試系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)位于回油管路經(jīng)過(guò)被試件的油液的清潔度。完成清潔度檢測(cè)的油液將回到油箱中。改造整體示意圖如圖2所示。

圖2 改造整體示意

測(cè)試流程

清潔度測(cè)試執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。即在性能測(cè)試結(jié)束后，5min內(nèi)使用在線清潔度檢測(cè)儀檢測(cè)到從被試件流回到油箱的油液清潔度達(dá)到ISO4406標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的18 / 16 / 13清潔度等級(jí)，即視為清潔度檢測(cè)合格。

此次改造，不改變?cè)行阅軠y(cè)試流程，只是在性能測(cè)試開(kāi)始時(shí)同步加入清潔度檢測(cè)流程，在性能測(cè)試結(jié)束后，加入判斷性能測(cè)試是否通過(guò)，只有通過(guò)性能測(cè)試的被試件才會(huì)記錄清潔度檢測(cè)結(jié)果。測(cè)試流程示意圖如圖3。

圖3 測(cè)試流程示意

主要部件選型

針對(duì)清潔度檢測(cè)系統(tǒng)中所涉及的裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選型。

1.過(guò)濾系統(tǒng)

1）選用某型號(hào)過(guò)濾設(shè)備，為三級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)，粗濾器可以濾除大顆粒的雜質(zhì)以保護(hù)油泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；強(qiáng)磁過(guò)濾器可吸附油液中鐵磁性顆粒；精密過(guò)濾器采用特殊濾材，具有過(guò)濾精度高，通油阻力小，納污容量大等特點(diǎn)。設(shè)備粗濾器、精濾器帶有聲光報(bào)警及自動(dòng)停機(jī)保護(hù)功能，濾油機(jī)在使用一段時(shí)間后，粗濾芯或精濾芯易被污染物堵塞造成濾筒壓力升高，如超過(guò)安全壓力，設(shè)備會(huì)有聲光報(bào)警并且自動(dòng)停機(jī)，必須更換濾芯后方可繼續(xù)使用。

2）過(guò)濾設(shè)備原理如圖4所示。

圖4 過(guò)濾系統(tǒng)原理示意

3）技術(shù)參數(shù)：最大流量100L/m i n；過(guò)濾精度3μm；過(guò)濾等級(jí)，濾前≤NAS1638.10級(jí)情況下，經(jīng)循環(huán)過(guò)濾后，清潔度等級(jí)可滿足≤NAS1638.5級(jí)。

2.清潔度檢測(cè)裝置

（1）清潔度檢測(cè)泵 選用MG300XK/DC24W磁力驅(qū)動(dòng)齒輪泵，采用直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)軸端和稀土永磁的外磁環(huán)連接，驅(qū)動(dòng)齒輪泵工作。配置獨(dú)立的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)功能控制。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速可調(diào)，具備測(cè)速和正反轉(zhuǎn)功能，噪聲低和體積小，與上位機(jī)聯(lián)接可實(shí)現(xiàn)智能控制，并能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，特別適合頻繁啟停的工作場(chǎng)合。

（2）溢流閥 選用直動(dòng)式溢流閥（插入式），該閥體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，流量特性好，噪聲小，壓力穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于小流量系統(tǒng)中。

（3）粗濾 選用型號(hào)為ZU-H10*30BOP過(guò)濾器，該過(guò)濾器安裝在清潔度檢測(cè)管路上，用來(lái)濾除待檢測(cè)油液中混入的大塊雜質(zhì)，從而保護(hù)清潔度檢測(cè)儀內(nèi)部的液壓部件，過(guò)濾等級(jí)為30μm（清潔度檢測(cè)儀通常不檢測(cè)高于此過(guò)濾等級(jí)的顆粒污染物）。該過(guò)濾器設(shè)有壓差發(fā)信裝置，當(dāng)濾芯污染堵塞到進(jìn)出油口壓差為0．35MPa時(shí)，即發(fā)出開(kāi)關(guān)信號(hào)，此時(shí)更換濾芯，以達(dá)到保護(hù)系統(tǒng)安全的目的。該過(guò)濾器濾芯采用新型化纖過(guò)濾材質(zhì)，具有過(guò)濾精度高、通油能力大、原始?jí)毫p失小及納污量大等優(yōu)點(diǎn)。

（4）清潔度檢測(cè)儀 選用德國(guó)HYDAC公司的CS1000系列，其原理是通過(guò)一個(gè)感光系統(tǒng)檢測(cè)含在油流中的污染顆粒物，按照顆粒物的直徑分類和計(jì)數(shù)?？沙掷m(xù)監(jiān)測(cè)進(jìn)入的油液固體顆粒污染物粒子數(shù)量，可在屏幕選擇使用不同的清潔度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，比如NAS1638、ISO4406或SAE AS4059標(biāo)準(zhǔn)，精度可達(dá)±1/2個(gè)ISO等級(jí)，測(cè)量范圍為ISO 9/8/7(MIN)到ISO25/24/23(MAX)。可在自帶屏幕查看輸出結(jié)果，其連接線束可輸出4～20mA或0～10V模擬信號(hào)；同時(shí)也輸出兩路開(kāi)關(guān)信號(hào)用于PLC或繼電器；同時(shí)也通過(guò)RS232、RS485等通信接口輸出結(jié)果，使用HYDAC公司開(kāi)發(fā)的HSI通信協(xié)議對(duì)其發(fā)送指令及解析結(jié)果。本次改造硬件采用RS485接口，通信方式為HSI協(xié)議，通過(guò)在原測(cè)試系統(tǒng)LABVIEW程序中增加串口通訊模塊與清潔度檢測(cè)儀通信。清潔度檢測(cè)裝置現(xiàn)場(chǎng)連接如圖5所示。

圖5 清潔度檢測(cè)裝置現(xiàn)場(chǎng)連接

控制系統(tǒng)部分

1.硬件修改

微量泵（清潔度檢測(cè)泵）、清潔度檢測(cè)儀、粗濾壓差報(bào)警燈等都采用24V供電，供電接線示意圖如圖6所示。

圖6 控制系統(tǒng)硬件接線圖

微量泵的動(dòng)力使用直流變頻電動(dòng)機(jī)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)調(diào)頻旋鈕與溢流閥的配合，使輸入到清潔度檢測(cè)儀的持續(xù)待測(cè)油液流量穩(wěn)定到30～500mL/min的范圍內(nèi)，并保持一個(gè)相對(duì)較高的油壓（500psi）。微量泵的啟動(dòng)通過(guò)一個(gè)帶燈的按鈕實(shí)現(xiàn)。

清潔度檢測(cè)儀與測(cè)試臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)之間的通信采用RS485串口通信，原測(cè)試臺(tái)工控機(jī)增加PCIE-RS485通訊板卡，清潔度檢測(cè)儀通過(guò)兩根線連接到通信板卡，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與清潔度檢測(cè)儀的通信。

設(shè)置在粗濾上的壓差傳感器，其原理是一個(gè)常開(kāi)開(kāi)關(guān)，在濾芯堵塞壓力達(dá)到一定值后，開(kāi)關(guān)閉合，點(diǎn)亮壓差報(bào)警燈，提醒用戶需要保養(yǎng)更換濾芯。

2.軟件修改

原測(cè)試臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng)界面采用Labview程序，此次改造需要將上位機(jī)與清潔度檢測(cè)儀之間的控制和信息讀取集成到Labview程序中。

在Labview程序中增加VISA模塊并進(jìn)行配置，VISA模塊用于Labview與HYDACCS1000清潔度檢測(cè)儀進(jìn)行串口通訊，上位機(jī)Labview通過(guò)HYDAC公司開(kāi)發(fā)的HSI通信協(xié)議給CS1000設(shè)備發(fā)送指令，也通過(guò)HSI指令讀取檢測(cè)儀狀態(tài)及清潔度檢測(cè)結(jié)果。

修改Labview程序，測(cè)試界面增加開(kāi)始測(cè)試清潔度按鈕，在點(diǎn)擊按鈕后，按鈕關(guān)聯(lián)的邏輯為上位機(jī)發(fā)送HSI指令給CS1000，讀取設(shè)備狀態(tài)及清潔度結(jié)果。清潔度檢測(cè)儀將會(huì)反饋狀態(tài)和清潔度結(jié)果值給上位機(jī)，上位機(jī)需要將相關(guān)值進(jìn)行提取，只保留設(shè)備狀態(tài)信息、ISO6μm、14μm及流量值顯示到測(cè)試界面，其余均不顯示。HSI指令設(shè)定為每1min發(fā)送一次，將發(fā)送次數(shù)也顯示到測(cè)試界面。

修改Labview程序，測(cè)試界面增加停止測(cè)試清潔度按鈕，在點(diǎn)擊按鈕后，停止發(fā)送HSI指令給CS1000。

修改Labview程序，增加記錄清潔度結(jié)果按鈕，在點(diǎn)擊數(shù)據(jù)記錄按鈕后，將當(dāng)前界面下ISO6μm，14μm結(jié)果及循環(huán)次數(shù)記錄到報(bào)表中指定位置。

改造完成后的Labview測(cè)試界面如圖7和圖8所示。

圖7 Labview測(cè)試界面

圖8 Labview測(cè)試界面

結(jié)語(yǔ)

增加清潔度測(cè)試系統(tǒng)的泵閥測(cè)試臺(tái)改造完成后已交付生產(chǎn)部門(mén)正式運(yùn)行。過(guò)濾系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可將150L油箱中的油液實(shí)時(shí)大流量過(guò)濾滿足供油清潔度要求，在使用潔凈油液沖刷泵閥等被試件后，被試件的清潔度很快能達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。新增加的清潔度檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，在泵閥測(cè)試臺(tái)測(cè)試性能的同時(shí)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)被試件的清潔度，在清潔度測(cè)試完成后，可按照程序中或工藝流程中的規(guī)定，將測(cè)試結(jié)果記錄到測(cè)試報(bào)表中。此次改造，一方面通過(guò)提高油液潔凈度沖刷被試件，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，另一方面通過(guò)增加清潔度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，更好地監(jiān)測(cè)被試件的清潔度，將有問(wèn)題的被試件提前篩選出來(lái)。