循環(huán)球式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器復(fù)合加載測(cè)試系統(tǒng)

摘 要：汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)空間受力復(fù)雜、載荷形式多、頻率范圍廣。定載荷、低頻率、直線加載的測(cè)試方法不能很好地反映實(shí)車(chē)工況，臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)車(chē)表現(xiàn)不一致。文章針對(duì)循環(huán)球式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器，設(shè)計(jì)了一種新的復(fù)合加載系統(tǒng)，能夠模擬轉(zhuǎn)向器實(shí)車(chē)載荷，使得疲勞耐久試驗(yàn)結(jié)果更具參考性，為轉(zhuǎn)向器的耐久性設(shè)計(jì)及功能完善提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：循環(huán)球式；液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器；復(fù)合加載；疲勞耐久試驗(yàn)

引言

汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的功能就是按照駕駛員的意愿控制汽車(chē)的行駛方向。對(duì)汽車(chē)的行駛安全至關(guān)重要。在人們對(duì)車(chē)輛進(jìn)行大載量應(yīng)用的過(guò)程中，開(kāi)始對(duì)其操作性能更加關(guān)注[1]。在這種情況下，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)逐漸取代機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)成為市場(chǎng)的主體。循環(huán)球式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器是動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的一種，具有效率高，操縱輕便，操作力平滑，空間布置方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于大小型貨車(chē)上，最近幾年一直穩(wěn)步發(fā)展。

1 循環(huán)球式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器試驗(yàn)方法

汽車(chē)是一個(gè)由許多種零部件組成的復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，對(duì)于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)所需的許多技術(shù)資料，目前尚不能通過(guò)理論計(jì)算得到，只能通過(guò)試驗(yàn)。但汽車(chē)道路試驗(yàn)成本高，消耗大，且具有一定危險(xiǎn)性，因此在試驗(yàn)室采用模擬與實(shí)物相結(jié)合的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的臺(tái)架試驗(yàn)更具有實(shí)際意義。循環(huán)球式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器實(shí)車(chē)工作情況如圖1所示。

針對(duì)循環(huán)球式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的疲勞耐久試驗(yàn)主要有逆向疲勞試驗(yàn)、磨損試驗(yàn)、強(qiáng)制轉(zhuǎn)向試驗(yàn)等。其試驗(yàn)方法如下：

（1）逆向疲勞試驗(yàn)。將總成安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，保持輸入端在中間位置大約0.5°的間隙，用擋塊限位，在輸出端雙向加載，保證試驗(yàn)油壓為最高工作壓力，頻率為0.6～1.2Hz，完成100萬(wàn)交變載荷。

（2）磨損試驗(yàn)。將總成安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，試驗(yàn)油壓為最高工作壓力，并使轉(zhuǎn)向搖臂在試驗(yàn)過(guò)程中達(dá)到最大輸出扭矩，輸入端以20～30r/min的轉(zhuǎn)速動(dòng)轉(zhuǎn)，輸入端轉(zhuǎn)角不小于總轉(zhuǎn)角的90%，完成25000個(gè)循環(huán)。

（3）強(qiáng)制轉(zhuǎn)向試驗(yàn)。將總成安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，試驗(yàn)時(shí)油泵不工作，轉(zhuǎn)動(dòng)輸入端，調(diào)整輸出端載荷，使輸入端上的轉(zhuǎn)矩分別為125Nm或175Nm，完成10個(gè)循環(huán)。[2]

2 加載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

針對(duì)以上試驗(yàn)要求，須設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)募虞d系統(tǒng)。該加載系統(tǒng)必須滿足以下幾個(gè)條件。

（1）旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。為轉(zhuǎn)向器的輸入端提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)扭矩。

（2）主動(dòng)加載。能為轉(zhuǎn)向器的輸出端提供規(guī)定頻率與規(guī)定扭矩的加載力。

（3）被動(dòng)加載。能夠模擬轉(zhuǎn)向器的工作狀態(tài)，提供被動(dòng)加載負(fù)荷。

根據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)的復(fù)合加載液壓系統(tǒng)如圖2所示。

3 工作原理

旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。調(diào)整13先導(dǎo)式溢流閥，使系統(tǒng)工作壓力達(dá)到要求值，打開(kāi)22高壓球閥，通過(guò)伺服馬達(dá)對(duì)轉(zhuǎn)向器進(jìn)行輸入端驅(qū)動(dòng)。

主動(dòng)加載。調(diào)整14減壓閥，達(dá)到伺服缸合適工作壓力。YV2通電，使15電磁換向閥導(dǎo)通，通過(guò)伺服缸對(duì)轉(zhuǎn)向器輸出端進(jìn)行主動(dòng)加載。

被動(dòng)加載。被動(dòng)加載是指通過(guò)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向器輸入端，使轉(zhuǎn)向器輸出端垂臂旋轉(zhuǎn)，通過(guò)伺服油缸對(duì)垂臂施加一個(gè)被動(dòng)負(fù)荷。當(dāng)垂臂停止運(yùn)動(dòng)，該負(fù)荷隨即消失，達(dá)到模擬轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向的目的。工作時(shí)，假設(shè)垂臂通過(guò)拉桿對(duì)伺服缸施加如圖2所示方向的力。這時(shí)，YV2斷點(diǎn)，使得P路截止，控制伺服閥，使P與A導(dǎo)通，T與B導(dǎo)通。YV1通電，在伺服缸A腔被壓縮的情況下，A腔液壓油通過(guò)23單向閥，流經(jīng)17截止閥，通過(guò)16比例溢流閥回油箱。這時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整比例溢流閥電壓值，來(lái)調(diào)整被動(dòng)加載負(fù)荷大小。由于伺服缸B腔擴(kuò)大，油箱液壓油通過(guò)T路經(jīng)過(guò)伺服閥流入，可以保證B腔無(wú)負(fù)壓。當(dāng)伺服缸受力相反時(shí)，調(diào)整伺服閥使P與B導(dǎo)通，T與A導(dǎo)通，同理可以實(shí)現(xiàn)反向被動(dòng)加載。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，該液壓復(fù)合加載系統(tǒng)能夠完全模擬循環(huán)球式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器實(shí)車(chē)工作狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，達(dá)到了試驗(yàn)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]任言.汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析及控制策略的研究[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，2（12）：10-13.

[2]QC/T529-2013.汽車(chē)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器技術(shù)條件與試驗(yàn)方法[S].