制動(dòng)鉗所需液量試驗(yàn)臺(tái)研制

熊虎，程華國(guó)，徐康，熊志強(qiáng)

（國(guó)家汽車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心［襄陽(yáng)］，襄陽(yáng)441004）

制動(dòng)鉗所需液量試驗(yàn)臺(tái)研制

熊虎，程華國(guó)，徐康，熊志強(qiáng)

（國(guó)家汽車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心［襄陽(yáng)］，襄陽(yáng)441004）

本文針對(duì)制動(dòng)鉗所需液量測(cè)試的特點(diǎn)及要求，介紹了一種運(yùn)用齒輪流量計(jì)的制動(dòng)鉗所需液量試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案，包括了試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的確定、齒輪流量計(jì)及加壓裝置的選型、試驗(yàn)臺(tái)參數(shù)匹配等。通過(guò)與滴定管測(cè)量方法進(jìn)行對(duì)比，新試驗(yàn)臺(tái)在測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性和重復(fù)性方面有了顯著提升，同時(shí)提高了檢測(cè)效率。

制動(dòng)鉗；所需液量；齒輪流量計(jì)

熊虎

畢業(yè)于中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)任國(guó)家汽車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（襄陽(yáng)）總成試驗(yàn)室責(zé)任工程師，主要從事行走系統(tǒng)試驗(yàn)研究。

1　前言

近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量的快速增長(zhǎng)，人們對(duì)于汽車(chē)的安全性和舒適性要求也越來(lái)越高，目前大多數(shù)乘用車(chē)都采用了液壓盤(pán)式制動(dòng)器總成，制動(dòng)鉗是液壓盤(pán)式制動(dòng)器總成的重要部件，是汽車(chē)重要的安全部件之一。制動(dòng)鉗所需液量指為保持制動(dòng)鉗鉗體內(nèi)一定液壓所需注入的制動(dòng)液液量，是制動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，過(guò)多會(huì)影響汽車(chē)制動(dòng)的安全性，造成制動(dòng)主缸排量不夠，建壓困難，踏板行程過(guò)大等不良后果，而過(guò)少會(huì)影響汽車(chē)的舒適性，制動(dòng)時(shí)無(wú)腳感，踏板硬。行業(yè)上也注重制動(dòng)鉗所需液量的測(cè)量，已在QC/T592-2013《液壓制動(dòng)鉗總成性能要求及臺(tái)架試驗(yàn)方法》，對(duì)其試驗(yàn)方法進(jìn)行描述?？傊畬?duì)制動(dòng)鉗所需液量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)于制動(dòng)鉗設(shè)計(jì)研發(fā)具有重要意義。

2　總體結(jié)構(gòu)確定

目前國(guó)內(nèi)制動(dòng)鉗所需液量測(cè)量?jī)x器普遍采用滴定管、試管等，此種測(cè)量方式易受測(cè)試者的讀數(shù)誤差、管壁殘留、管液高度造成的壓強(qiáng)等影響，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果誤差大、重復(fù)性差，并且試驗(yàn)操作復(fù)雜，測(cè)量效率低。隨著測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，齒輪流量計(jì)開(kāi)始應(yīng)用到液體體積測(cè)量。國(guó)外一些廠家開(kāi)發(fā)出了精度高的齒輪流量計(jì)產(chǎn)品。齒輪流量計(jì)測(cè)量結(jié)果數(shù)字顯示，直觀穩(wěn)定，串聯(lián)在管路中，不存在管壁殘留和管液高度差造成的壓強(qiáng)等問(wèn)題，本試驗(yàn)臺(tái)考慮采用齒輪流量計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)，并對(duì)兩種方法檢測(cè)效果進(jìn)行比較分析。試驗(yàn)臺(tái)的組成如圖1所示，主要有液壓源、壓力傳感器、齒輪流量計(jì)、開(kāi)關(guān)閥等。

試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)要著重解決以下問(wèn)題：1、制動(dòng)鉗所需液量測(cè)量的壓力范圍在0～20 Mpa，需選擇合適的液壓源。2、齒輪流量計(jì)齒積不超過(guò)0.03 ml，耐腐蝕，耐沖擊。3、試驗(yàn)臺(tái)操作簡(jiǎn)單，提高檢測(cè)效率。

3　試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1液壓源的選擇

目前液壓源有液壓泵站、氣液增壓器等。液壓泵建壓速度快，壓力穩(wěn)定，但是體積大，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用高。氣液增壓器體積小，價(jià)格低，保養(yǎng)維護(hù)方便，建壓性能可以滿(mǎn)足試驗(yàn)要求。因此本試驗(yàn)臺(tái)決定采用氣壓增壓器作為液壓源。

氣液增壓器工作原理如圖2。其動(dòng)力源是壓縮空氣，油液只起增壓作用，它由氣缸、增壓缸、補(bǔ)油杯組成。當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入氣缸內(nèi)左腔（面積為S1），推動(dòng)氣缸內(nèi)活塞右移時(shí)，其活塞桿就對(duì)液壓腔（面積為S2）內(nèi)油液產(chǎn)生一個(gè)高壓P液，根據(jù)氣缸內(nèi)活塞受力平衡條件得：

式中：P氣為氣缸內(nèi)壓縮空氣的壓力；P液為增壓缸內(nèi)高壓油的壓力；S1為氣缸內(nèi)活塞的面積；S2為增壓缸內(nèi)柱塞的面積；η0為氣缸內(nèi)活塞移動(dòng)時(shí)的機(jī)械效率；η1為增壓缸內(nèi)活塞移動(dòng)時(shí)的機(jī)械效率；i為增壓比。

氣液增壓器工作氣壓為0～0.7 Mpa，制動(dòng)鉗的測(cè)量液壓要求0～20 Mpa，計(jì)算可得增壓比i≥28.6，實(shí)際選擇增壓器增壓比為30，工作介質(zhì)可以是DOT3/DOT4制動(dòng)液。

3.2齒輪流量計(jì)的選擇

齒輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖3，工作原理是在一個(gè)慣性負(fù)載和阻尼負(fù)載很小的齒輪馬達(dá)的內(nèi)壁安裝電脈沖發(fā)生裝置［1，2］，工作中馬達(dá)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒發(fā)出一個(gè)脈沖，一個(gè)脈沖代表一個(gè)流量單位Qr，即一個(gè)齒積，通過(guò)前置放大器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，見(jiàn)圖4。在單位時(shí)間內(nèi)記錄脈沖的個(gè)數(shù)n，流過(guò)齒輪流量計(jì)的流量是nQr。

選用某進(jìn)口齒輪流量計(jì)，齒積為0.025 ml，耐高壓，工作介質(zhì)可以是DOT3/DOT4制動(dòng)液。

3.3機(jī)械設(shè)計(jì)

試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)緊湊，移動(dòng)方便。主體框架采用輕型鋁型材和鋁板，樣品安裝部位凹槽采用不銹鋼板彎折而成，能很好的防濺液、防腐蝕。此外，試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)了廢液回收管路，防止廢液對(duì)環(huán)境污染。

3.4電路、氣路設(shè)計(jì)

試驗(yàn)臺(tái)需對(duì)齒輪流量計(jì)、壓力傳感器、電磁閥等進(jìn)行供電，對(duì)電磁閥進(jìn)行通斷控制，對(duì)所需液量進(jìn)行清零設(shè)置，以及對(duì)制動(dòng)壓力、所需液量進(jìn)行儀表顯示，系統(tǒng)電路圖見(jiàn)圖5：

試驗(yàn)臺(tái)氣路組成見(jiàn)圖6，通過(guò)電磁閥進(jìn)行加壓和泄壓切換，通過(guò)減壓閥對(duì)輸出液壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4　試驗(yàn)臺(tái)使用

為了對(duì)齒輪流量計(jì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，用滴定管（最小刻度值為0.02 ml）和齒輪流量計(jì)分別對(duì)不同型號(hào)制動(dòng)鉗進(jìn)行多輪所需液量測(cè)量，兩種方法僅改變測(cè)量?jī)x器，其它影響因素如加壓方式、液壓管路布局方式、試驗(yàn)樣品、選用制動(dòng)液等均保持一致，減少因?yàn)槌郎y(cè)量?jī)x器之外的誤差。

以下選取了采用滴定管和齒輪流量計(jì)，分別對(duì)某制動(dòng)鉗8 MPa、12 MPa、16 Mpa制動(dòng)壓力下測(cè)得的所需液量檢測(cè)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1，表2：

表1　用滴定管法測(cè)量某制動(dòng)鉗所需液量

表2　用齒輪流量計(jì)法測(cè)量某制動(dòng)鉗所需液量

對(duì)測(cè)量結(jié)果分別進(jìn)行不確定度分析，由于僅改變測(cè)量?jī)x器，假定兩種測(cè)量方法其它影響因素的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 us相同，故只對(duì)測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 um進(jìn)行分析。

表3　極差系數(shù)C

滴定管測(cè)量時(shí)串聯(lián)在制動(dòng)鉗排氣孔處，滴定管與試驗(yàn)臺(tái)油杯處有液面差會(huì)產(chǎn)生壓強(qiáng)，可能導(dǎo)致測(cè)量值偏大，由于受管壁殘液影響，可能導(dǎo)致測(cè)量值偏小，再考慮到測(cè)量者的讀數(shù)誤差，這些都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度產(chǎn)生影響。齒輪流量計(jì)測(cè)量影響因素少，測(cè)量結(jié)果的可靠性更高。

5　結(jié)論

由于采用了氣液增壓器，試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)緊湊，輸出壓力可達(dá)20 MPa以上。選擇齒積為0.025 ml的齒輪流量計(jì)，消除了壓差、管壁殘液、讀數(shù)誤差等影響因素，降低了測(cè)量結(jié)果不確定度。流量計(jì)串聯(lián)在管路中，使試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，提高了檢測(cè)效率。

［1］Deane J. Flow Sensing Know- how. Control Engineering.1999， 46（9） ： 170～ 172.

［2］Henry M P. Clark C. Response of a Coriolis Mass Flow Meter to Step Changes in Flow Rate. Flow Measurement & Instrumentation， 2003， 14（3） ： 109～ 120.

專(zhuān)家推薦

鄧祖國(guó)：

本文介紹了一種運(yùn)用齒輪流量計(jì)測(cè)試的制動(dòng)鉗所需液量的新方法；該方法與傳統(tǒng)的滴定管測(cè)量方法相比，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性和重復(fù)性方面有了顯著提升，同時(shí)提高了檢測(cè)效率。

Design of a Test-bed for Required Fluid Amount by the Brake Caliper

XIONG Hu， CHENG Hua-guo， XU Kang， XIONG Zhi-qiang
（ National Automobile Quality Supervision and Test Center ［Xiangyang］， Xiangyang 441004， China ）

According to the characteristics and requirements ofthe brake caliper required fluid amount test， this paper puts forward a test-bed projectusing gear flow meter， including the determination of the structure， the selection of gear flow meter and pressure device etc. Comparing with the traditional measurement method using buret， the accuracy and repeatability has been significantly improved， the testbed also improves the detection efficiency.

Brake caliper； fluid quantity needed； gear flow meter

U467.3

A

1005-2550（2015）04-0061-04

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.04.013

2015-03-05