一種車輛液壓輔助驅動系統的可靠性試驗方法研究

李曉剛 趙向麗

摘要：針對多軸式液壓輔助驅動系統的可靠性展開試驗研究，利用現有專項試驗設備，模擬液壓驅動系統使用工況，制定元件可靠性試驗方法，展開各項加載工況試驗，進行耐久性測試。試驗測試驗證輔助驅動系統元件的可靠性，找出產品的薄弱環節，進行改進設計提升產品的可靠性。

關鍵詞：液壓輔助驅動系統;減速器;可靠性

中圖分類號：TP303+.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0021-02

0? 引言

多軸式車輛行駛在惡劣的坑洼路面過程中，由于驅動橋驅動力受到復雜路面限制，導致車輛通過性變差。為了提升多軸車輛的道路通過性，合理調整各個車橋的動力源匹配，產生了輔助式驅動車橋。對于多軸式車輛，液壓輔助驅動式車橋是輔助驅動式車橋的一種，設計過程中為了能讓液壓驅動輔助系統得到很好的推廣應用，需要對設計生產后的樣品進行可靠性試驗驗證，本文針對軸間液壓輔助驅動系統的可靠性，展開試驗檢測研究。

1? 液壓輔助驅動系統測試

1.1 測試目的

搭建液壓輔助驅動系統臺架試驗模塊，模擬整機使用工況，測試液壓輔助驅動系統在不同工況下的運行平穩性能，通過試驗驗證液壓輔助驅動系統的技術參數匹配程度。

1.2 系統基本組成及注意技術參數

液壓輔助驅動系統作為車輛行駛輔助驅動系統，旨在實現減速增扭，提升車輛爬坡與驅動性能。該系統的使用工況為車輛爬坡助力，而當車輛正常公路行駛時，減速器輸出中斷脫開。液壓輔助驅動系統主要由以下部件組成：液壓驅動減速器、液壓馬達、傳動軸、常規驅動車橋、液壓泵、控制切換閥組及液壓輔件等組成。本次試驗主要測試液壓輔助驅動系統中的執行元件（液壓馬達和液壓驅動減速器）的系統性能，測試過程采用液壓泵站作為動力輸入源，使用測功機試驗臺上的發電機作為動力加載。待測元件有液壓驅動減速器（傳動速比10.13，額定輸入扭矩1100Nm，最高輸入轉速4500rpm，離合器控制氣壓值6-8bar）和液壓馬達（額定壓力400bar，最大流量496L/min，壓力切斷設定值400bar）。液壓輔助驅動系統測試原理如圖1所示。

2? 模擬整機使用工況，試驗驗證設計方案

2.1 起步工況試驗

2.1.1 測試目的

按照整機重載轉場需求，模擬整機重載轉場時車輛起步工況，評判車輛起步工況時，液壓輔助驅動系統的啟動的平穩性能。

2.1.2 測試工況點確定

首先根據地面附著條件、車輛的起步的坡度及液壓驅動橋的承載軸荷去計算液壓減速器所需的輸入驅動扭矩，計算過程采用主要參數有馬達排量160ml/r，車輛滾動半徑0.66m，總減速比109，道路附著系數選用0.5，軸荷選取12t，爬坡度分別選取0°、5°、10°、15°和20°的參數，根據液壓減速器需求輸入扭矩計算結果來計算液壓系統的工作壓力和液壓驅動減速器的輸出扭矩，計算過程忽略系統中管路的壓降損失及回油背壓。計算結果如表1所示。表1中的系統壓力值與液壓驅動減速器輸出扭矩值一一對應，結合液壓試驗臺主溢流閥壓力設定值300bar，確定液壓輔助驅動系統的起步工況的試驗項目如表1中加粗計算值所示，試驗過程對加載電機的加載值按照表1進行圓整。

2.1.3 測試方法

試驗前，檢查液壓系統管路及檢測點安裝正確性、檢查各固定點是否已擰緊，并檢查液壓驅動減速器離合器氣源的通氣情況，手動測試液壓驅動減速器的離合器是否已接合，確保切換閥-Y52得電（如圖1所示）。按照表1中的加粗顯示的液壓減速器輸出扭矩值對加載電機加載，然后啟動液壓試驗臺電機，進行起步工況試驗。

2.1.4 測試過程及數據采集

試驗過程觀察液壓系統的壓力和流量變化情況，并采集液壓試驗臺合流油源壓力和流量變化曲線，采集液壓馬達輸出轉速變化曲線，記錄液壓減速器的輸出扭矩值。

2.2 行駛工況試驗

2.2.1 測試目的

按照整機重載轉場需求，模擬整機重載轉場時車輛行駛時不同車速工況，評判車輛行駛過程液壓輔助驅動系統的平穩性能。

2.2.2 測試工況點確定

按照試驗臺現有電機轉速及油泵排量計算得出液壓試驗臺可提供最大系統流量為550L/min，根據馬達可變排量范圍及輪胎滾動半徑和總速比計算車速值。根據重載轉場工況的車速限制，車速低于8km/h的作為試驗測試值。

按照2.1.2節中的數值，計算車輛行駛過程中不同工況下的行駛阻力，行駛工況試驗主要考慮車輛勻速行駛，因此，計算過程行駛阻力主要考慮滾動阻力和上坡阻力，由于車速降低，忽略空氣阻力。計算公式如式（1）所示。

Mo=（fGycosα+Gysinα）×rr/io（1）

式中，f——滾動阻力系數，這里取0.1。[1]

計算得到液壓減速器最大輸出扭矩值5348.51Nm，以此值作為加載電機加載值，結合表1計算結果中加粗項對應的流量和排量值去校核系統使用功率是否達到液壓試驗臺電機功率上限值。根據公式（2）的計算，結合液壓試驗臺主要參數（試驗臺限制輸出功率為158kW），得出試驗工況點最大需求功率未達到試驗臺額定輸出功率的上限值，即可以將上述試驗值作為試驗測試工況點。

Ps=Δpqs/η=20πMo/（Vgηmhη）（2）

式中，Ps——輸入功率，kW;η——液壓泵站總效率。

2.2.3 測試方法

起步工況試驗檢測完畢后，對馬達排量進行標定，標定過程控制恒定輸入流量，加載電機加載值設置為0，通過改變控制電流值和檢測馬達輸出轉速的方法對控制馬達排量的電流值進行標定記錄。試驗過程，先調定好系統輸入流量值及馬達排量，然后逐步對加載電機進行加載測試，測試過程馬達排量恒定為最大值160ml/r。測試過程中，對馬達輸出轉速、系統流量和壓力變化數據進行采集。

2.3 系統傳動效率試驗

本次傳動效率試驗參考JB / T9721-2015《工程機械減速機 型式試驗方法》中規定的方法進行系統傳動效率試驗。具體試驗項目分以下兩項進行：

①定轉速變扭矩試驗：通過檢測馬達輸出轉速，控制系統輸入流量和馬達排量，將馬達的輸出轉速即液壓驅動減速器的輸入轉速控制在1800rpm左右，試驗過程使用加載電機加載，使減速機的輸入扭矩從小到大逐步增加，直至達到750Nm;加載過程，輸入扭矩增加間隔100Nm，每個工況點采集數據至少為10點。

②定扭矩變轉速試驗：試驗輸入定扭矩750Nm，試驗過程通過改變系統的輸入流量，使減速機的輸入轉速從小到大逐步增加，直至達到1800rpm。轉速提升過程至少選取10個工況點測量，每個工況點至少采集10組數據。

試驗過程將每次試驗中的輸入流量、系統工作壓力、馬達轉速、輸出轉速、輸出扭矩、油溫以及計算效率值以表格形式記錄下來。試驗時，減速機的工作溫度應在75～85℃范圍內，試驗過程檢測減速器油溫，溫度過高時通過鼓風機吹風對其進行降溫。

3? 試驗結果輸出內容

通過液壓輔助驅動系統的臺架試驗需要得出不同使用工況下的液壓系統壓力變化曲線及流量變化曲線，得出系統的傳動效率，并輸出詳細的試驗報告，試驗報告內容包括：①以上所有的試驗項目和內容;②具體的試驗步驟及操作過程;③試驗過程的問題記錄及說明;④試驗結果和試驗結果的分析;⑤總結和結論。通過前期設計試驗方案，可以有目的地去進行各項參數測試，精準地分析設計方案與實際效果之間的偏差，進行后期設計改進，可以有效降低地元件使用的故障率，提升元件使用的可靠度，提升整機產品的運行質量，提高產品的市場競爭力。

參考文獻：

[1]余志生.汽車工程手冊·基礎篇[M].北京：人民交通出版社，2001：110.

[2]中華人民共和國機械行業標準.土方機械 減速機試驗方法 非書資料：JB / T 9721-2015[S].北京：機械工業出版社，2016.

[3]曾小華，蔣淵德，李高志，等.重型車輛液壓輔助驅動系統的前饋+反饋復合控制[J].華南理工大學學報（自然科學版），2016，44（9）：116-122，150.