一種車輛液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)方法研究

李曉剛 趙向麗

摘要：針對(duì)多軸式液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性展開(kāi)試驗(yàn)研究，利用現(xiàn)有專項(xiàng)試驗(yàn)設(shè)備，模擬液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用工況，制定元件可靠性試驗(yàn)方法，展開(kāi)各項(xiàng)加載工況試驗(yàn)，進(jìn)行耐久性測(cè)試。試驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)元件的可靠性，找出產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)提升產(chǎn)品的可靠性。

關(guān)鍵詞：液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);減速器;可靠性

中圖分類號(hào)：TP303+.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(guò)程中，由于驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)力受到復(fù)雜路面限制，導(dǎo)致車輛通過(guò)性變差。為了提升多軸車輛的道路通過(guò)性，合理調(diào)整各個(gè)車橋的動(dòng)力源匹配，產(chǎn)生了輔助式驅(qū)動(dòng)車橋。對(duì)于多軸式車輛，液壓輔助驅(qū)動(dòng)式車橋是輔助驅(qū)動(dòng)式車橋的一種，設(shè)計(jì)過(guò)程中為了能讓液壓驅(qū)動(dòng)輔助系統(tǒng)得到很好的推廣應(yīng)用，需要對(duì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)后的樣品進(jìn)行可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證，本文針對(duì)軸間液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，展開(kāi)試驗(yàn)檢測(cè)研究。

1? 液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試

1.1 測(cè)試目的

搭建液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)?zāi)K，模擬整機(jī)使用工況，測(cè)試液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在不同工況下的運(yùn)行平穩(wěn)性能，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)匹配程度。

1.2 系統(tǒng)基本組成及注意技術(shù)參數(shù)

液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為車輛行駛輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)減速增扭，提升車輛爬坡與驅(qū)動(dòng)性能。該系統(tǒng)的使用工況為車輛爬坡助力，而當(dāng)車輛正常公路行駛時(shí)，減速器輸出中斷脫開(kāi)。液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由以下部件組成：液壓驅(qū)動(dòng)減速器、液壓馬達(dá)、傳動(dòng)軸、常規(guī)驅(qū)動(dòng)車橋、液壓泵、控制切換閥組及液壓輔件等組成。本次試驗(yàn)主要測(cè)試液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行元件（液壓馬達(dá)和液壓驅(qū)動(dòng)減速器）的系統(tǒng)性能，測(cè)試過(guò)程采用液壓泵站作為動(dòng)力輸入源，使用測(cè)功機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上的發(fā)電機(jī)作為動(dòng)力加載。待測(cè)元件有液壓驅(qū)動(dòng)減速器（傳動(dòng)速比10.13，額定輸入扭矩1100Nm，最高輸入轉(zhuǎn)速4500rpm，離合器控制氣壓值6-8bar）和液壓馬達(dá)（額定壓力400bar，最大流量496L/min，壓力切斷設(shè)定值400bar）。液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試原理如圖1所示。

2? 模擬整機(jī)使用工況，試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案

2.1 起步工況試驗(yàn)

2.1.1 測(cè)試目的

按照整機(jī)重載轉(zhuǎn)場(chǎng)需求，模擬整機(jī)重載轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)車輛起步工況，評(píng)判車輛起步工況時(shí)，液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)的平穩(wěn)性能。

2.1.2 測(cè)試工況點(diǎn)確定

首先根據(jù)地面附著條件、車輛的起步的坡度及液壓驅(qū)動(dòng)橋的承載軸荷去計(jì)算液壓減速器所需的輸入驅(qū)動(dòng)扭矩，計(jì)算過(guò)程采用主要參數(shù)有馬達(dá)排量160ml/r，車輛滾動(dòng)半徑0.66m，總減速比109，道路附著系數(shù)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(shù)，根據(jù)液壓減速器需求輸入扭矩計(jì)算結(jié)果來(lái)計(jì)算液壓系統(tǒng)的工作壓力和液壓驅(qū)動(dòng)減速器的輸出扭矩，計(jì)算過(guò)程忽略系統(tǒng)中管路的壓降損失及回油背壓。計(jì)算結(jié)果如表1所示。表1中的系統(tǒng)壓力值與液壓驅(qū)動(dòng)減速器輸出扭矩值一一對(duì)應(yīng)，結(jié)合液壓試驗(yàn)臺(tái)主溢流閥壓力設(shè)定值300bar，確定液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的起步工況的試驗(yàn)項(xiàng)目如表1中加粗計(jì)算值所示，試驗(yàn)過(guò)程對(duì)加載電機(jī)的加載值按照表1進(jìn)行圓整。

2.1.3 測(cè)試方法

試驗(yàn)前，檢查液壓系統(tǒng)管路及檢測(cè)點(diǎn)安裝正確性、檢查各固定點(diǎn)是否已擰緊，并檢查液壓驅(qū)動(dòng)減速器離合器氣源的通氣情況，手動(dòng)測(cè)試液壓驅(qū)動(dòng)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(duì)加載電機(jī)加載，然后啟動(dòng)液壓試驗(yàn)臺(tái)電機(jī)，進(jìn)行起步工況試驗(yàn)。

2.1.4 測(cè)試過(guò)程及數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)過(guò)程觀察液壓系統(tǒng)的壓力和流量變化情況，并采集液壓試驗(yàn)臺(tái)合流油源壓力和流量變化曲線，采集液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)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(yàn)

2.2.1 測(cè)試目的

按照整機(jī)重載轉(zhuǎn)場(chǎng)需求，模擬整機(jī)重載轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)車輛行駛時(shí)不同車速工況，評(píng)判車輛行駛過(guò)程液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)性能。

2.2.2 測(cè)試工況點(diǎn)確定

按照試驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)有電機(jī)轉(zhuǎn)速及油泵排量計(jì)算得出液壓試驗(yàn)臺(tái)可提供最大系統(tǒng)流量為550L/min，根據(jù)馬達(dá)可變排量范圍及輪胎滾動(dòng)半徑和總速比計(jì)算車速值。根據(jù)重載轉(zhuǎn)場(chǎng)工況的車速限制，車速低于8km/h的作為試驗(yàn)測(cè)試值。

按照2.1.2節(jié)中的數(shù)值，計(jì)算車輛行駛過(guò)程中不同工況下的行駛阻力，行駛工況試驗(yàn)主要考慮車輛勻速行駛，因此，計(jì)算過(guò)程行駛阻力主要考慮滾動(dòng)阻力和上坡阻力，由于車速降低，忽略空氣阻力。計(jì)算公式如式（1）所示。

Mo=（fGycosα+Gysinα）×rr/io（1）

式中，f——滾動(dòng)阻力系數(shù)，這里取0.1。[1]

計(jì)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(jī)加載值，結(jié)合表1計(jì)算結(jié)果中加粗項(xiàng)對(duì)應(yīng)的流量和排量值去校核系統(tǒng)使用功率是否達(dá)到液壓試驗(yàn)臺(tái)電機(jī)功率上限值。根據(jù)公式（2）的計(jì)算，結(jié)合液壓試驗(yàn)臺(tái)主要參數(shù)（試驗(yàn)臺(tái)限制輸出功率為158kW），得出試驗(yàn)工況點(diǎn)最大需求功率未達(dá)到試驗(yàn)臺(tái)額定輸出功率的上限值，即可以將上述試驗(yàn)值作為試驗(yàn)測(cè)試工況點(diǎn)。

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(cè)試方法

起步工況試驗(yàn)檢測(cè)完畢后，對(duì)馬達(dá)排量進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定過(guò)程控制恒定輸入流量，加載電機(jī)加載值設(shè)置為0，通過(guò)改變控制電流值和檢測(cè)馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速的方法對(duì)控制馬達(dá)排量的電流值進(jìn)行標(biāo)定記錄。試驗(yàn)過(guò)程，先調(diào)定好系統(tǒng)輸入流量值及馬達(dá)排量，然后逐步對(duì)加載電機(jī)進(jìn)行加載測(cè)試，測(cè)試過(guò)程馬達(dá)排量恒定為最大值160ml/r。測(cè)試過(guò)程中，對(duì)馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)流量和壓力變化數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

2.3 系統(tǒng)傳動(dòng)效率試驗(yàn)

本次傳動(dòng)效率試驗(yàn)參考JB / T9721-2015《工程機(jī)械減速機(jī) 型式試驗(yàn)方法》中規(guī)定的方法進(jìn)行系統(tǒng)傳動(dòng)效率試驗(yàn)。具體試驗(yàn)項(xiàng)目分以下兩項(xiàng)進(jìn)行：

①定轉(zhuǎn)速變扭矩試驗(yàn)：通過(guò)檢測(cè)馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速，控制系統(tǒng)輸入流量和馬達(dá)排量，將馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速即液壓驅(qū)動(dòng)減速器的輸入轉(zhuǎn)速控制在1800rpm左右，試驗(yàn)過(guò)程使用加載電機(jī)加載，使減速機(jī)的輸入扭矩從小到大逐步增加，直至達(dá)到750Nm;加載過(guò)程，輸入扭矩增加間隔100Nm，每個(gè)工況點(diǎn)采集數(shù)據(jù)至少為10點(diǎn)。

②定扭矩變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)：試驗(yàn)輸入定扭矩750Nm，試驗(yàn)過(guò)程通過(guò)改變系統(tǒng)的輸入流量，使減速機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速?gòu)男〉酱笾鸩皆黾樱敝吝_(dá)到1800rpm。轉(zhuǎn)速提升過(guò)程至少選取10個(gè)工況點(diǎn)測(cè)量，每個(gè)工況點(diǎn)至少采集10組數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)過(guò)程將每次試驗(yàn)中的輸入流量、系統(tǒng)工作壓力、馬達(dá)轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)速、輸出扭矩、油溫以及計(jì)算效率值以表格形式記錄下來(lái)。試驗(yàn)時(shí)，減速機(jī)的工作溫度應(yīng)在75～85℃范圍內(nèi)，試驗(yàn)過(guò)程檢測(cè)減速器油溫，溫度過(guò)高時(shí)通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)吹風(fēng)對(duì)其進(jìn)行降溫。

3? 試驗(yàn)結(jié)果輸出內(nèi)容

通過(guò)液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的臺(tái)架試驗(yàn)需要得出不同使用工況下的液壓系統(tǒng)壓力變化曲線及流量變化曲線，得出系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，并輸出詳細(xì)的試驗(yàn)報(bào)告，試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包括：①以上所有的試驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容;②具體的試驗(yàn)步驟及操作過(guò)程;③試驗(yàn)過(guò)程的問(wèn)題記錄及說(shuō)明;④試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的分析;⑤總結(jié)和結(jié)論。通過(guò)前期設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，可以有目的地去進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)測(cè)試，精準(zhǔn)地分析設(shè)計(jì)方案與實(shí)際效果之間的偏差，進(jìn)行后期設(shè)計(jì)改進(jìn)，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(jī)產(chǎn)品的運(yùn)行質(zhì)量，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).土方機(jī)械 減速機(jī)試驗(yàn)方法 非書(shū)資料：JB / T 9721-2015[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[3]曾小華，蔣淵德，李高志，等.重型車輛液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的前饋+反饋復(fù)合控制[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，44（9）：116-122，150.