Geum.ru

Методика и стенд для испытаний гидроусилителей рулевого управления

Вид материалаДокументы

Содержание


Q от перепада давления p
Список литературы
Подобный материал:

Вестник Брянского государственного технического университета. 2008. № 3(19)

УДК 629.3.001.4


В.П. Тарасик, Т.В. Мрочек


МЕТОДИКА И СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ГИДРОУСИЛИТЕЛЕЙ

РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ


На основе методики стендовых испытаний гидроусилителей рулевого управления, установленной стандартом СЭВ 1629-79, разработана методика испытаний гидроусилителей, включающая как испытания, предусмотренные стандартом, так и комплекс испытаний, предложенных авторами. Определены требования к конструкции стенда, реализующей усовершенствованную методику испытаний.


Ключевые слова: гидроусилители рулевого управления; методика стендовых испытаний.


Рулевые управления большинства современных машин содержат гидроусилитель. Гидроусилитель рулевого управления является одной из наиболее важных подсистем, обеспечивающих безопасность движения мобильной машины и улучшение условий труда водителя. Независимо от компоновочной схемы гидроусилителя (интегральной, полуинтегральной или нейтральной) в его состав входят следующие основные компоненты: гидронасос, регулятор расхода, распределитель, гидроцилиндр.

Порядок проведения испытаний рулевых механизмов совместно с гидроусилителями определяется стандартом СЭВ 1629-79 «Грузовые автомобили и автобусы. Рулевые механизмы с гидравлическим усилителем. Технические требования. Методы стендовых испытаний». Положения этого стандарта могут использоваться при проведении испытания гидроусилителей в процессе эксплуатации. Указанный стандарт устанавливает требования к испытательному стенду, контрольно-измерительным приборам и регламентирует порядок проведения испытаний при определении основных параметров и характеристик рулевого механизма с гидроусилителем рулевого управления. Вместе с тем, как показали исследования, проведенные в Белорусско-Российском университете, требований данного стандарта иногда оказывается недостаточно для того, чтобы получить всеобъемлющую информацию об объекте испытаний, а также однозначно определить характеристики гидроусилителя и его компонентов.

В частности, в стандарте не предусмотрено определение нагрузочных характеристик гидроусилителя, представляющих собой зависимость скорости выходного звена от сопротивления повороту управляемых колес. Для обеспечения правильной работы гидроусилителя важным требованием также является обеспечение одинаковой скорости поворота управляемых колес вправо и влево, в противном случае рулевое управление при повороте в одну сторону становится тяжелым.

Скорость поворота управляемых колес может снижаться в результате дефектов, допущенных при изготовлении гидронасоса, регулятора расхода, распределителя, гидроцилиндра, а также при износе в процессе эксплуатации поверхностей сопрягаемых деталей.

Так, в процессе эксплуатации может оказаться, что гидронасос еще способен развивать необходимое давление, но при этом его подача уже будет ниже требуемой. В соответствии с действующим стандартом гидроусилитель в этом случае пройдет испытания (гидроусилитель будет создавать требуемый момент, и в механической системе «винт-гайка» рулевого механизма механический КПД будет высоким). Однако насос гидроусилителя не будет обеспечивать подачу, необходимую для совершения поворота управляемых колес автомобиля с требуемой скоростью.

Кроме этого, стандарт не регламентирует определение характеристик гидравлических компонентов, входящих в состав гидроусилителя (насоса, распределителя, регулятора расхода, цилиндра), т. е. проведение поэлементного испытания гидроусилителя.

Скорость поворота управляемых колес на стенде в зависимости от компоновочной схемы гидроусилителя можно оценивать по скорости поворота сошки рулевого механизма (для рулевого механизма с гидроусилителем интегрального типа) либо по скорости штока цилиндра гидроусилителя (для других компоновочных схем гидроусилителей).

Таким образом, предлагается дополнительно к испытаниям, предусмотренным стандартом СЭВ 1629-79, определять нагрузочные характеристики гидроусилителя, а также проводить поэлементные испытания его компонентов.

Методика стендовых испытаний гидроусилителя, доработанная авторами (рис. 1), включает методику общего испытания гидроусилителя (испытание рулевого механизма с гидроусилителем в сборе) и методику поэлементного испытания (определение гидравлических характеристик компонентов гидроусилителя). При этом методика общего испытания гидроусилителя включает определение регулировочных, нагрузочных, энергетических, кинематических и гидравлических (определяемых при общих испытаниях) характеристик рулевого механизма с гидроусилителем в сборе.

Анализ литературных источников позволил установить, что существующие известные конструкции стендов для испытания гидроусилителей и их компонентов по функциональному назначению можно разделить на следующие группы:

1) стенды для испытания рулевого механизма с отдельными компонентами гидроусилителя (например, со встроенным распределителем от усилителя полуинтегрального типа) [1];

2) стенды для испытания рулевого механизма с гидроусилителем какого-либо одного типа (интегрального, полуинтегрального или нейтрального) [2 – 5];

3) стенды для испытания только компонентов гидроусилителя (насоса, регулятора расхода, распределителя, цилиндра) [3, 4, 6, 7]; на этих стендах не предусмотрены испытания насосов, в которых регулятор расхода выполнен заодно с насосом.

Информация, получаемая в процессе испытаний усилителей на стендах известных конструкций, позволяет судить о работоспособности в целом всего гидроусилителя и насоса совместно с регулятором расхода. Однако этой информации в большинстве случаев оказывается недостаточно для того, чтобы однозначно определить неисправность гидроусилителя.

На основании изложенного можно сформулировать следующие требования к перспективной конструкции стенда:

– универсальность стенда, т. е. возможность испытаний на нем рулевых механизмов с гидроусилителями, выполненными по всем известным компоновочным схемам (интегральной, полуинтегральной и нейтральной);

– возможность проведения на стенде как общего испытания рулевого механизма с гидроусилителем в сборе, так и поэлементного испытания гидроусилителя (испытания его компонентов: насоса, регулятора расхода, распределителя, цилиндра, насоса, в котором регулятор расхода выполнен заодно с насосом);

– возможность определения на стенде всех параметров и характеристик рулевого механизма с гидроусилителем;

– автоматизация стендовых испытаний; при этом должна быть разработана единая программа, включающая управление испытаниями, обработку экспериментальных данных, а также прогнозирование возможного изменения выходных параметров (на основе моделирования наиболее характерных для гидроусилителей процессов изнашивания) и предсказание остаточного ресурса компонентов гидроусилителей (что имеет важное значение при эксплуатации гидроусилителей).

В Белорусско-Российском университете разработана конструкция стенда для испытаний гидроусилителей рулевого управления, удовлетворяющая приведенным требованиям.




Рис. 1. Экспериментально определяемые параметры и характеристики

рулевого механизма с гидроусилителем

Стенд (рис. 2) содержит две подсистемы, объединенные общим гидробаком 1: подсистему для испытания гидрораспределителя, гидроцилиндра и регулятора расхода и подсистему для испытания гидроусилителя в сборе или насоса гидроусилителя с регулятором расхода (или без регулятора расхода). Штриховыми линиями на рис. 1 показаны компоненты гидроусилителя, устанавливаемые при испытаниях на стенд.

подсистема для испытания распределителя, цилиндра или регулятора расхода содержит электродвигатель 2 для привода насоса 3 стенда; предохранительный клапан 4; манометр 5; рукав высокого давления аб, с помощью которого испытываемые распределитель, цилиндр, регулятор расхода подключаются к напорной гидролинии; рукав низкого давления вг, с помощью которого испытываемые компоненты подключаются к устройству для измерения расхода, состоящему из мерного бака 11 с указателем уровня 12; переливной клапан 6 для регулирования давления в напорной гидролинии; фильтр 7; теплообменник 8; вентиль 9; термометр 10.

подсистема для испытания гидроусилителя в сборе или насоса гидроусилителя с регулятором расхода (или без регулятора расхода) содержит электродвигатель 13 для привода насоса гидроусилителя 14, манометр 15, регулируемый дроссель 16, расходомер 17, переключатель насоса 18 с гидробака стенда на бак гидроусилителя, фильтр 19, имитатор нагрузки.

На стенде также установлено динамометрическое колесо 31 с указателем угла поворота 32 динамометрического колеса и шкалой 33.





Рис. 2. Гидравлическая принципиальная схема стенда для общего и поэлементного

испытаний гидроусилителей рулевого управления


Для создания нагрузки на штоке цилиндра гидроусилителя применен имитатор нагрузки, включающий симметричный двуплечий рычаг 25, вспомогательный цилиндр-нагружатель 20, гидродроссель 22 в поршне 21 цилиндра, манометры 27 и 28. Вспомогательный цилиндр-нагружатель 20 представляет собой дополнительный, аналогичный по конструкции гидроцилиндр, который позволяет к тому же обеспечить постоянство нагрузки независимо от хода штока цилиндра гидроусилителя. Манометры 27 и 28 установлены на панели стенда. Все остальные устройства (цилиндр 29 гидроусилителя и распределитель усилителя, двуплечий рычаг 25 и цилиндр-нагружатель 20) устанавливаются на одном кронштейне. Цилиндр 29 крепится к опоре 30 и шарниру 26 рычага 25.

Нагрузка на штоке цилиндра гидроусилителя создается путем дросселирования жидкости в цилиндре-нагружателе 20. Диаметры поршня и штока и ход штока цилиндра 20 равны соответствующим параметрам цилиндра гидроусилителя 29, что позволяет обеспечить равенство расходов через дроссель 22 при срабатывании гидроусилителя в обе стороны (при повороте как влево, так и вправо). Гидродроссель 22 должен быть подобран таким образом, чтобы сопротивление повороту по давлению было близко к тому, которое может преодолевать гидроусилитель.

На рис. 3 представлены фотографии стенда для общего и поэлементного испытаний гидроусилителя и имитатора нагрузки на этом стенде. Данный стенд установлен в МГКУП «Горэлектротранспорт» (г. Могилев) и используется для испытаний всех типов гидроусилителей, устанавливаемых на троллейбусы (ЗИУ-682, ПС 101, ПС 201).





а) б)


Рис. 3. Стенд для общего и поэлементного испытаний гидроусилителей рулевого управления:

а – стенд; б – имитатор нагрузки


Основные параметры разработанного стенда:

Тип стенда
Стационарный

Привод насоса стенда:

электродвигатель

мощность, кВт

частота вращения, мин-1

АИР100Л4

4,0

1410

Привод насоса гидроусилителя:

электродвигатель

мощность, кВт

частота вращения, мин-1

АИР112Л4

5,5

1500

Подача насоса стенда, л/мин
12,5

Максимальное рабочее давление в напорной линии насоса стенда, МПа

9

Пределы измерения температуры, °С
0…100

Момент, Н·м:

на рулевом колесе

на сошке

до 25

до 5100

Точность измерений:

расхода

±5 %

давления

температуры, °С

угла поворота вала сошки, град

угла поворота входного вала, град

момента
± 5 %

2

1

0,5

±5 %

Тонкость фильтрации рабочей жидкости, мкм
10

Вместимость:

гидробака 1, л

гидробака 11, л

15

12

Габаритные размеры, мм
1500×950×1450

Масса (без рабочей жидкости), кг
350


На рис. 4 приведены графические зависимости, иллюстрирующие работу имитатора нагрузки. Характеристики построены для гидроусилителя, устанавливаемого на троллейбусы ЗИУ-682, ПС 101, ПС 102 и др. Гидроусилители такого же типа установлены на автомобили маз-500, МАЗ-503, МАЗ-504 и др.

Характеристика 1 (рис. 4) представляет собой зависимость расхода Q от перепада давления p в цилиндре-нагружателе 20. перепад давления на дросселе 22 принимается равным давлению в полости цилиндра-нагружателя 20, из которой вытесняется жидкость. Давление в противоположной полости цилиндра 20 при этом принято равным нулю, так как оно близко к атмосферному.

Характеристика 2 представляет собой зависимость расхода от давления на выходе насосной установки гидроусилителя (на выходе регулятора расхода, установленного на насосе 14). Крутопадающая ветвь этой характеристики соответствует работе предохранительного клапана, установленного в золотнике регулятора расхода. Если принять равными нулю утечки в распределителе и цилиндре гидроусилителя, то зависимость Q = f (p) в полости цилиндра 29 будет точно такой же, как и на выходе регулятора расхода, т. е. будет соответствовать х
Рис. 4. Графическая интерпретация работы

имитатора нагрузки

арактеристике 2. Причем расход в этом случае равен действительному расходу в соответствующей полости цилиндра гидроусилителя. Поэтому рабочий режим имитатора нагрузки определяется точкой пересечения характеристик 1 и 2 (точка А).

Цифрой 3 обозначены характеристики насоса гидроусилителя без регулятора расхода. Сплошной линией показана зависимость расхода от давления, полученная для нового, технически исправного насоса. Штриховой линией показана характеристика для бывшего в эксплуатации насоса, у которого из-за износа существенно снизился объемный КПД. Если подача насоса Q больше 8,8 л/мин, то регулятор расхода возвращает часть жидкости обратно в бак.

Предположим, что насос имеет характеристику 3, изображенную на рис. 4 штриховой линией. При этом зависимость расхода от давления на выходе регулятора расхода будет соответствовать линии аbс. На участке аb регулятором расхода поддерживается постоянный расход. на участке bс регулятор расхода уже не работает, и расход на выходе регулятора расхода равен подаче насоса. Точка А′ пересечения линии bс и графической зависимости 1 и определяет рабочий режим имитатора нагрузки.

Рассмотрим теперь другой случай. Предположим, что подача насоса во всем диапазоне давлений выше, чем расход, поддерживаемый регулятором расхода (8,86 л/мин). В этом случае расход на выходе регулятора расхода соответствует графической зависимости 2. Но из-за утечек в распределителе и цилиндре гидроусилителя графическая зависимость действительного расхода от давления в полости цилиндра гидроусилителя сместится и будет соответствовать штрихпунктирной линии (рис. 4). При этом рабочий режим имитатора нагрузки изменится и будет соответствовать точке А′′. характеристики гидроусилителя в этом случае, как и в предыдущем, не будут соответствовать номинальным.

Итак, рассмотрены два случая: в первом случае нарушение характеристик гидроусилителя вызвано износом насоса, а во втором – увеличением утечек в распределителе и цилиндре. На практике же часто действие факторов, приводящих к нарушению работоспособности гидроусилителя, проявляется одновременно.

Техническое состояние гидроусилителя оценивается величинами давлений, регистрируемых при перемещении штока цилиндра гидроусилителя с помощью манометров 27 и 28. Величина давления, регистрируемая с помощью манометра 27 или 28, несет информацию о расходе, а следовательно, и скорости перемещения штока цилиндра гидроусилителя, характеризуя одновременно и усилие на штоке цилиндра.

В процессе эксплуатации снижение скорости перемещения штока цилиндра гидроусилителя при технически исправном насосе обусловлено утечками рабочей жидкости в распределителе, цилиндре, регуляторе расхода, что предполагает необходимость проведения поэлементного испытания гидроусилителя.

На рис. 5а показаны характеристики, позволяющие определить диаметр дросселя, устанавливаемого в цилиндр-нагружатель 20 (рис. 2). Характеристика 1 построена для гидроусилителя нейтрального типа, устанавливаемого на троллейбусы ЗИУ-682, ПС 101; характеристика 2 – для полуинтегрального гидроусилителя типа МАЗ-6422, устанавливаемого на троллейбусы ПС 200, ПС 201. Давление, при котором необходимо проводить испытания указанных гидроусилителей нейтрального типа, целесообразно принять равным 6 МПа, а гидроусилителей полуинтегрального типа – 9 МПа. При проведении испытаний эти давления в зависимости от направления поворота регистрируют манометром 27 или 28 (рис. 2). Указанные значения давлений приняты на 0,5 МПа меньше давлений срабатывания предохранительных клапанов в соответствующих гидроусилителях.

На графиках, представленных на рис. 5б, показана связь давления, регистрируемого манометрами 27 и 28, со скоростью штока цилиндра гидроусилителя. Так, если при испытаниях гидроусилителя нейтрального типа (кривая 1) показание манометра 27 или 28 на стенде вместо 6 МПа составит 4 МПа, это будет означать, что скорость штока цилиндра гидроусилителя снизится по отношению к требуемой на 20 %.


d,мм

ρ, МПа

ρ, МПа

∆υ, %


а) б)

Рис. 5. Нагрузочные характеристики гидроусилителя: а – зависимость диаметра

дросселя цилиндра-нагружателя от давления р, создаваемого имитатором нагрузки;

б – зависимость изменения скорости штока цилиндра гидроусилителя Δυ от давления р


Таким образом, разработанный стенд позволяет проводить общие и поэлементные испытания гидроусилителей, выполненных по всем известным компоновочным схемам, по усовершенствованной методике. На стенде возможно определение всех необходимых параметров и характеристик гидроусилителей, указанных в стандарте СЭВ 1629-79, с учетом дополнений, предложенных авторами. Определены основные требования к конструкции имитатора нагрузки. Разработанный стенд внедрен в МГКУП «Горэлектротранспорт» (г. Могилев) и УКПП «Бобруйское троллейбусное управление».


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


1.  Автомобили: испытания : учеб. пособие для вузов / В.М. Беляев [и др.]; под ред. А. И. Гришкевича, М. С. Высоцкого. – Минск : Вышэйш. шк., 1991. – 187 с.

2.  Гинцбург, Л. Л. Гидравлические усилители рулевого управления автомобилей / Л. Л. Гинцбург. – М. : Машиностроение, 1972. – 120 с.

3.  Черкун, В. Е. Ремонт и долговечность тракторных гидросистем / В. Е. Черкун. – М. : Колос, 1972. – 256 с.

4.  Ловкис, З. В. Гидроприводы сельскохозяйственной техники: конструкция и расчет / З. В. Ловкис. – М. : Агропромиздат, 1990. – 239 с.

5.  Иванов, Г. М. Стенд для испытаний и ремонта гидроусилителя руля / Г. М. Иванов, В. К. Свешников, В. Д. Назаров // Автомобильная промышленность. – 1999. – № 6. – С. 28 – 30.

6.  Пат. 2173414 РФ, МПК7 F 15 B 19/00. Стенд для испытаний элементов гидроагрегата рулевого управления / Черноиванов В. И., Северный А. Э., Колчин А. В., Каргиев Б. Ш., Данков А. А. ; заявитель и патентообладатель Всерос. науч.-исслед. технол. ин-т ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка. – № 2000116467/06 ; заявл. 27.06.00 ; опубл. 10.09.01.

7.  Майорова, Н. С. Гидравлическое оборудование. Отраслевой каталог / Н. С. Майорова, Н. Н. Веденева. – М. : Каталог, 2002. – Ч. 3. – 168 с.


Материал поступил в редколлегию 27.03.08.