汽車用塑料燃油箱試驗臺的設(shè)計

付正飛，仲銀亮

(1.湖北文理學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院，湖北襄陽 441053；2.澳洲科技有限公司，湖北襄陽 441004）

汽車用塑料燃油箱試驗臺的設(shè)計

付正飛1，仲銀亮2

(1.湖北文理學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院，湖北襄陽 441053；2.澳洲科技有限公司，湖北襄陽 441004）

闡釋汽車塑料燃油箱現(xiàn)行主要標(biāo)準(zhǔn)的檢驗方法，給出了試驗臺設(shè)計的總體方案，設(shè)計了試驗臺的結(jié)構(gòu)和控制電路，介紹了塑料燃油箱試驗臺的功能和操作過程，能夠完成燃油箱蓋的密封性試驗、安全閥開啟壓力試驗和耐壓試驗，能夠模擬汽車燃油箱在實際使用時的工作狀況。實際應(yīng)用驗證了試驗臺設(shè)計的正確性及其工作的穩(wěn)定性，達(dá)到了預(yù)期的效果。

塑料燃油箱；試驗臺；密封性試驗；開啟壓力；耐壓試驗

隨著汽車輕量化要求和性能優(yōu)異的樹脂材料應(yīng)用，汽車上廣泛使用各種塑料件或鋼塑復(fù)合件，在保證機(jī)械強(qiáng)度的前提下能夠大幅減輕汽車的質(zhì)量，達(dá)到有效節(jié)能的目的。汽車燃油系統(tǒng)大量應(yīng)用塑料，燃油箱就是最典型的產(chǎn)品，它具有耐腐蝕、安全可靠、生產(chǎn)成本低等特點，在歐美市場塑料燃油箱占有率高達(dá)85%以上［1－2］，成為汽車生產(chǎn)技術(shù)水平和新材料應(yīng)用的象征。

在我國汽車燃油箱近十多年的使用和大量試驗結(jié)果中發(fā)現(xiàn):塑料燃油箱的主要問題有箱蓋的密封性、箱體的耐壓性及耐火性等方面［3－4］。為了保證燃油箱使用過程中的安全性和可靠性，在生產(chǎn)時必須按照國家汽車燃油箱強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB18296-2001對塑料燃油箱的安全性能進(jìn)行項目檢驗［5］。為此，作者專門設(shè)計了塑料燃油箱試驗臺以檢測其產(chǎn)品質(zhì)量，通過模擬燃油箱實際使用中可能遇到的使用環(huán)境，考核其設(shè)計與制造質(zhì)量，達(dá)到減輕汽車事故中由于燃油箱的損壞、燃油泄漏而造成的人員傷亡和車輛損壞程度的目的。

1 試驗的方法和總體方案

1.1 試驗方法

國家標(biāo)準(zhǔn)《塑料燃油箱的安全性能要求和試驗方法》包括9個方面的指標(biāo):額定容量、排氣口、燃油箱蓋的密封性、安全閥開啟壓力、振動耐久試驗、耐壓性能、低溫耐沖擊性、耐熱性、耐火性，并規(guī)定了各項指標(biāo)檢測的試驗方法和標(biāo)準(zhǔn)要求［5］。文中針對燃油箱蓋的密封性、耐壓性能、安全閥開啟壓力3個項目進(jìn)行測試，并設(shè)計出綜合測試試驗臺。

(1）塑料燃油箱的耐壓試驗方法是:模擬實際裝車形式，將塑料燃油箱固定在試驗臺上，保持(53±2）℃的環(huán)境溫度，向油箱中注入(53±2）℃額定容量的水，同樣蓋緊、密封好燃油箱，向其內(nèi)施加30 kPa的壓力并保持5 h。指標(biāo)要求燃油箱無泄漏、無開裂。

(2）燃油箱蓋的密封性試驗方法是:向燃油箱內(nèi)注入額定容量的水，蓋緊燃油箱蓋并密閉好所有進(jìn)口和出口，使燃油箱翻轉(zhuǎn)直至加注口部的中心線垂直于地面，等待燃油箱穩(wěn)定15 s后，用量杯接水、用秒表計時，量取1 min的泄漏量。指標(biāo)要求汽油箱蓋不允許泄漏。

(3）安全閥開啟壓力試驗方法是:以壓力增長梯度為8 kPa/min的速率，往燃油箱內(nèi)施加壓縮空氣，至箱內(nèi)壓力升高至55 kPa。指標(biāo)要求安全閥開啟壓力為35～50 kPa。

1.2 總體方案

塑料燃油箱試驗臺設(shè)計方案如圖1所示，試驗用氣壓由氣源通過油水分離器、減壓閥降至0.1 MPa，并利用速度控制閥調(diào)節(jié)壓力增長梯度，實現(xiàn)8 kPa/min的速率，通過壓力傳感器檢測施加的壓力是否達(dá)到規(guī)定值30 kPa和55 kPa，用二通電磁閥控制開啟、閉合氣路，設(shè)置安全電磁閥確保系統(tǒng)不發(fā)生意外，通過計時器控制系統(tǒng)的用時，整個系統(tǒng)由顯示控制器進(jìn)行顯示、控制［6－8］。

圖1 塑料燃油箱試驗臺的總體方案

各元件均選用日本SMC生產(chǎn)的，其具體型號和數(shù)量為:(1）顯示控制器1個:PSE100-AC；(2）油水分離器1個:AFM30-F02BD-2R；(3）減壓閥1個:AR25-F02BE-1N；(4）速度控制閥1個:AS1201FMM5- 06；(5）二通電磁閥2個:VCA21-5G-3-02F；(6）高精度壓力傳感器1個:PSE512- 01；(7）其他:24V電源1個、計時器1個、繼電器4個、快換接頭15個、氣管若干。

2 試驗臺設(shè)計

試驗臺由臺架、顯示控制箱和氣動單元組成，如圖2所示。臺架使用材料為鋁合金骨架和不銹鋼外殼薄板，外形尺寸為1 600 mm×500 mm×800 mm(長、寬、高），還安裝1個油水分離器和1個注水管托架。

顯示控制箱使用材料為薄鋼板外殼和鍍鋅鋁板控制面板，外形尺寸為550 mm×450 mm×500 mm(長、寬、高），顯示控制箱上包括1個220 V交流電源輸入口、1個工業(yè)氣源輸入口 (φ8 mm快換接頭）、1個塑料油箱充氣口 (φ8 mm快換接頭）和1個安全排氣口。

圖2 試驗臺的組成

氣動控制單元由鋁合金安裝板和各個氣動元件組成。氣動元件包括減壓閥、速度控制閥、二通電磁閥、安全電磁閥、壓力傳感器、顯示控制器和計時器。顯示控制器可顯示實時壓力，精度0.1 kPa，最大量程100 kPa，響應(yīng)頻率100 Hz，并可設(shè)定控制壓力；計時器精度0.1 s，量程8 h，有自動計時和普通秒表計時兩種計時方式。

3 控制電路原理

塑料燃油箱試驗臺系統(tǒng)的控制電路原理如圖3所示，系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成:顯示控制部分、充放氣控制部分和保壓控制部分。

圖3試驗臺的控制電路

該系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能和操作過程如下［9－10］:

(1）塑料燃油箱耐壓試驗中的充氣保壓功能

打開總電源開關(guān)，總電源燈亮，設(shè)置顯示控制器的保壓壓力范圍為29.4～30.3 kPa；然后閉合保壓控制開關(guān)，使二通電磁閥接通進(jìn)行充氣，充氣燈亮，并可手動調(diào)節(jié)速度控制閥控制充氣速度。

當(dāng)達(dá)到保壓壓力上限后，顯示控制器輸出端OUT1輸出信號，斷開二通電磁閥，且繼電器K1通電，常閉觸點K1斷開、停止充氣、充氣燈滅；而常開開關(guān)K1接通、保壓燈亮，同時激活計時器開始計時，繼電器K3通電、常開觸點K3接通，保證保壓線路開通；當(dāng)壓力傳感器檢測出壓力下降到低于保壓壓力下限后，控制器接通二通電磁閥，繼電器K1失電、常閉觸點K1接通，進(jìn)行補(bǔ)壓充氣、充氣燈亮。

當(dāng)計時器計時5 h后，保壓開關(guān)打開，停止保壓、保壓燈熄滅，耐壓試驗完成。

(2）燃油箱蓋的密封性試驗中的計時功能

打開總電源開關(guān)，總電源燈亮，對計時器進(jìn)行手動操作，使用普通秒表計時方式開始計時，量取1 min的泄漏量。

(3）安全閥開啟壓力試驗中的充氣功能

打開總電源開關(guān)，總電源燈亮，設(shè)定顯示控制器壓力上限為55 kPa。

打開保壓開關(guān)進(jìn)行充氣，充氣燈亮；手動調(diào)節(jié)速度控制閥，調(diào)節(jié)充氣速度，使充氣壓力增長梯度為8 kPa/min，當(dāng)壓力達(dá)到55 kPa時自動停止充氣，充氣燈滅、保壓燈亮。

(4）報警功能

在顯示控制器中設(shè)置安全氣壓，當(dāng)二通電磁閥故障不能有效停止供氣、致使壓力超過安全氣壓時，繼電器K2通電、常開觸點K2接通，繼電器K4也通電、常開觸點K4接通，這時報警燈亮，而安全電磁閥進(jìn)行自動排氣。

(5）手動排氣

實驗完畢或遇到特殊情況需要快速排氣時，按下排氣開關(guān)，使安全電磁閥接通，并進(jìn)行自動排氣。

4 結(jié)論

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《塑料燃油箱的安全性能要求和試驗方法》，設(shè)計了可對燃油箱蓋的密封性、耐壓性能、安全閥開啟壓力項目進(jìn)行檢測的試驗臺，給出了試驗臺設(shè)計的總體方案、結(jié)構(gòu)形式和控制電路原理，試驗臺具有充氣保壓、手動計時/自動計時、過壓報警和快速排氣等功能，檢測快捷，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、一致性好，能夠滿足企業(yè)的汽車燃油箱檢測的實際需求。

［1］劉亮.汽車塑料燃油箱發(fā)展趨勢［J］.輕型汽車技術(shù)，2006(11）:39－40.

［2］雄戈.新一代混合動力汽車用塑料燃油箱［J］.國外塑料，2011(8）:68.

［3］王靈龍，朱其文.汽車燃油箱失效形式［J］.汽車工程師，2012(9）:49－52.

［4］朱其文，黃傳義.汽車燃油箱安全性能測試方法的研究［J］.天津汽車，2005(5）:24-28.

［5］全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB18296-2001汽車燃油箱安全性能要求和試驗方法［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

［6］訾克明，劉興德.汽車制動器多功能試驗臺設(shè)計［J］.機(jī)械設(shè)計與制造，2011(7）:44－45.

［7］張波，馬城.汽車助力器耐久試驗臺運動控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.微計算機(jī)信息，2007(29）:210-212.

［8］查宏民.真空助力器－制動主缸總成測試裝置［J］.機(jī)床與液壓，2005(1）:75－77.

［9］楊麗英.汽車制動器試驗臺飛輪組及其裝卸系統(tǒng)設(shè)計［J］.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2008(10）:83－85.

［10］劉興德.汽車制動器主缸的ABS疲勞性能測試的實現(xiàn)［J］.機(jī)械設(shè)計與制造，2007(9）:114－115.

Design of Test-bed for Automobile Plastic Fuel Oil Tank

FU Zhengfei1，ZHONG Yinliang2
(1.School of Mechanical＆ Automotive Engineering，Hubei University of Arts＆ Sciences，Xiangyang Hebei441053，China；2.Xiangyang Aozhou Technology Co.，Ltd.，Xiangyang Hebei441004，China）

The national standards aboutmain testingmethods for automobile fuel tank were explained.The overall scheme of the test-bed design was put forward，and the structure and control system of the test-bed were designed.The functions and the operation processes of the plastic fuel tank test-bed were introduced.The fuel tank cap seal test，opening pressure test of safety valve and pressure test could be completed，the test-bed could be used to simulate actualworking conditions of automobile fuel tank.The validity and reliability of the test-bed design are verified with practical project，and the test-bed attains the anticipative effect.

Plastic fuel oil tank；Test bed；Sealing test；Opening pressure；Pressure test

TH 12；U463.51

B

1001－3881(2014）10－054－3

10.3969/j.issn.1001-3881.2014.10.016

2013－04－10

付正飛(1972—），男，講師，研究方向為工程圖學(xué)、機(jī)械設(shè)計。E－mail:619308722@qq.com。