一種新型汽車離合器主缸密封性檢測臺研制

孫銳，郭志剛，王曉東，張煒

(1.長春工業大學機電工程學院，吉林長春 130012；2.長春工業大學工程訓練中心，吉林長春 130012)

根據汽車離合器分離系統的操作方式的不同，操縱機構可以分為機械式和氣壓式兩種［1］。隨著汽車業的不斷發展，離合器主缸裝置廣泛應用到離合器分離操作機構中。較傳統離合器分離機構，采用離合器主缸機構可以保證分離軸承和分離爪之間常壓緊，當摩擦片磨損后不需要調整間隙，實現離合器的柔和分離或接觸。

目前，大部分的檢測設備只能檢測兩項指標，并且現有的設備都只能完成一種類型的主缸檢測，開放性不好，這已不能滿足實際需求。為了提高檢測的準確性、精度及檢測速度，作者開發了一種新型汽車離合器主缸密封性檢測平臺，能完成對汽車離合器主缸總成部件的暢通性、空行程、低壓密封性等3項主要性能指標的測試，并能夠完成幾種不同類型主缸的測試［2-3］。

為能滿足工業現場條件，系統的控制及檢測精度如下:

(1)單件全項檢測時間為27 s;

(2)各種檢測時間范圍0.1～20 s，檢測時間精度 ±0.1s。

(3)壓力測量范圍0～0.2 MPa，測量精度0.05 kPa;

(4)力傳感器1～20 N，測力精度±0.2 N。

1 設備測試原理

文中對汽車離合器主缸總成部件的暢通性和空行程的檢測采用簡單直觀的氣泡法來實現。其技術指標分別為:暢通性實驗是向離合器主缸排液孔通入不大于0.1 MPa壓力的氣體，觀察進液孔處是否有氣體排出;空行程檢測是向離合器主缸排液孔通入0.05～0.15 MPa壓力的氣體，空氣通過進液孔排出，推動活塞推桿，當氣體停止排出時，記錄活塞最小位移量。

汽車離合器主缸泄漏量的檢測方法:運用差壓檢測原理對試驗臺中的檢測對象進行氣體微量泄漏測量［4-10］。其原理是:向密閉容器中充入額定壓力的氣體，切斷氣源保壓，在規定的時間內通過與主缸相連的差壓傳感器讀出與比較源氣壓的壓力差，根據壓力下降情況判斷密封是否合格。

由于文中所述泄漏為微量泄漏，可做等溫處理，差壓傳感器所測兩端壓力值的氣態方程如下:

測試結束后主缸前后壓力差:

由式 (1)、(2)可得:

由氣體狀態平衡方程推導出如下氣體泄漏量關系式:

其中:Q表示泄漏量(mL/min);

V表示主缸工作容積 (mL);

Δp表示壓力差 (Pa);

t表示保壓時間 (s);

p1表示通入氣體的檢測壓力 (Pa);

p2表示保壓一定時間后的壓力值 (Pa)。根據式 (4)可以得到氣體的微量泄漏量，與標準值進行比較后判斷主缸氣密性是否合格。

2 設備總體布局和機械部分的動作原理

設備總體布局如圖1所示，外形尺寸限制在800 mm×700 mm×1 900 mm范圍內。工作臺面下方為電控柜，主要安裝有PLC及相關模塊、相關電氣元件、氣動元件等［11-12］。

圖1 離合器主缸測試臺外觀圖

根據被測總成的相關尺寸及外形，作者設計了如圖1所示的工作臺面的示意圖。工件采用總成的兩個螺栓定位，中間為底胎，上面開有與被測型號主缸對應螺栓尺寸的孔和平面，用于安裝主缸總成，在上方裝有氣缸，帶動夾緊裝置;在夾緊裝置的下端，是頂尖部件，此頂尖與主缸的頂尖孔相對應;在底胎的外圍是兩個360°的T型槽，用來對封堵等氣缸進行圓周定位，定位與夾緊裝置可以根據不同的被測件做相應的調整;在工作臺面的對應位置裝有檢測開始和松開夾具等操作按鈕。在設備的上方安有照明燈，后面一定高度位置安裝工藝卡盒。

3 氣動部分組成及工作原理

氣動部分的執行件采用AirTAC的氣動元件，擬采用三聯件對進入系統的壓縮空氣進行處理。采用SMC精密調壓閥手動調整檢測系統的壓力。調整后分為兩路分別形成各自對應要求的壓力值，通過控制相關的控制閥來切換系統檢測過程中所需要的檢測壓力。氣壓傳感器采用日本SMC公司的PSE系列產品，用來檢測系統的檢測壓力。從氣源處理元件出口的壓縮空氣在供給檢測氣路的同時，另分出一路，用來連接系統的各個動作氣缸，其中包括:上氣缸夾緊主缸的動作、主缸供液孔和出液孔的封堵的動作等。

在氣路連接中為了控制附加檢測管路的容積，避免對主缸檢測精度的影響，對于非動作的檢測管路采用高精度的不銹鋼管進行連接，管路與產品的連接采用快插接方式，測試儀表與管路連接采用測壓軟管連接的方式。

圖2 氣動原理圖

4 設備動作流程原理介紹

首先，將產品裝到測試臺上，雙手按動啟動按鈕，氣缸對離合器主缸進行夾緊和封堵。供液孔通過氣管接到水杯中，夾緊到位后，伺服電機以設定的速度推動裝有力傳感器的頂桿結構前行。當頂桿運動到與離合器主缸推桿接觸并當傳感器的壓力值達到設定值時，控制系統輸出信號使伺服電機停轉，并將此時活塞的位置設定為測試的初始位置。將一定壓力的壓縮空氣從離合器主缸出液孔充入，操作者通過觀察燒杯中有無氣泡冒出來判斷暢通與否。如有氣泡冒出，為暢通性合格;如無氣泡冒出，為暢通性不合格，不合格時停止下一步檢測，設備停止工作，取下工件。

圖3 系統檢測流程圖

如暢通性合格，按動其中一個啟動按鈕，由電機帶動頂桿向前推進設定的位移并保持不動，從離合器主缸的出液孔連續通入設定壓力的壓縮空氣，然后觀察插入水杯內并與供液孔連接的管路中是否有氣泡冒出以判斷產品空行程是否合格，如空行程不合格，按停止按鈕，設備松夾，取下工件。

空行程檢測合格后，按下另一個啟動按鈕，伺服電機將頂桿推進設定距離保持，將設定壓力的壓縮氣體由離合器主缸的出液孔通入，當壓力達到檢測值時關閉進氣閥門，穩定設定時間后，在規定的穩壓時間內從出液孔檢測壓力下降值。在穩壓時間內活塞以一定的速度及位移往復運動規定次數。根據汽車離合器密封標準判斷產品是否合格，并在面板上顯示出實際泄漏量，合格和不合格燈指示檢測結果。檢測結束后，設備松夾，取下產品。

5 控制部分的組成及工作原理

控制部分是系統的核心，主要任務是檢測各種參數，發出控制命令。測試臺的控制部分由Siemens公司的S7-200系列PLC CPU、與S7-200 PLC配套的AD模塊、觸摸屏、電機伺服驅動器、電機、位移傳感器、壓力傳感器和按鈕、指示燈等組成。

S7-200系列PLC的主要任務是發送命令、接收數據、進行數據處理、判斷結果顯示并利用觸摸屏與操作者進行人機交互;電機驅動器驅動電機按照控制器的指令運轉，從而帶動機械結構完成主缸活塞的動作;位移傳感器連接計數電路完成脈沖計數等操作，從而完成主缸活塞位移量的反饋;壓力傳感器可以將傳感器壓力信號轉換成電信號進行調理，并生成標準的模擬量信號，可以利用AD轉換將此模擬量信號轉換成PLC能處理的對應于壓力的數值，從而獲取壓力參數。圖4為控制系統基本組成示意圖。

圖4 控制系統基本組成示意圖

6 實驗結構與分析

表1為采用該測試平臺對汽車離合器主缸進行檢測的各項性能參數與國內外同類產品對比結果。

表1 該測試平臺與國內傳統方法及國外領先水平對比

根據表1中的數據，作者設計平臺較國內同類平臺自動化程度高，檢測項目增加了1～2項，檢測速度提高了2～3倍。

表2為對3種不同型號的離合器主缸分別進行500次檢測，再通過與實際的對比，得到的實際檢測結果。

表2 3種型號離合器主缸的檢測結果

由實驗結果可以得出:該平臺適用于3種產品的檢測，并能夠對每個型號的產品進行3項指標檢測，設備通用性良好，檢測合格率符合檢測要求。

7 結束語

介紹了一種新型汽車離合器主缸氣密性檢測設備，通過在工廠現場的實踐檢測測試，設備整體運行良好，能夠完成對汽車離合器主缸總成部件的暢通性、空行程、低壓密封性等3項主要指標性能的測試，并能完成幾種不同類型主缸的測試，檢測精度達到國外同類產品水平，達到設計預期目的。

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