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1、 装备维修技术2 0 0 7年第4期( 总期第1 2 6期) 作者简介: 王鼎星, 武汉火花电加工科技有限公司总经理, 高级 工程师。 汽车硅油风扇离合器( 以下简称: 离合器) 是 汽车发动机总成与其水箱散热风扇之间离合装 置。在发动机轻载时, 水箱温度低, 离合器呈分离 状态, 风扇低速运转, 减少能耗与噪音; 重载时, 水 箱温度高, 离合器啮合, 风扇与发动机主轴同步高 速运转,使水箱降温。散热风扇功率占到发动机 功率的1 0 %, 因此尽可能的降低风扇转速, 就能达 到最大限度节能和降低噪音的目的。 硅油风扇离合器结构较复杂,其结构见图1 离合器由图示主要部件组成。 工作原理: 感温
2、圈依风温变化产生角度移位。 温度低时, 感温圈在起始位置, 通过阀片将硅油室 出口关闭, 此时主动盘槽隙与盖体槽隙中硅油少, 汽车硅油风扇离合器 性能试验方法研究和测试台研制 刘兴武, 王鼎星 ( 武汉火花电加工科技有限公司4 3 0 0 1 5) R e s e a r c ho f t e s t me t h o da b o u t a u t o mo b i l e s i l i c o no i l f a nc l u t c h a n dd e v e l o po f t h e t e s t - b e d L i ux i n g w u,Wa n g d i n
3、 g x i n (Wu h a nH u o h u a E l e c t r o n m a c h i n i n g T e c h n i c a l L t d . C o .) (Wu h a nE l e c t r o n m a c h i n i n g I n s t i t u t i o n) A b s t r a c t : I nt h i s p a p e r,T h r o g hr e s e a r c ho f r u n n i n gs i m u l a t i o na n dh i g he f f i c i e n c yt e s
4、 t m e t h o d a b o u t a u t o m o b i l e s i l i c o no i l f a nc l u t c h,d e v e l o pt h e n u m e r i c a l c o n t r o l a u t o t e s t - b e df o r t e s t i t s p a - r a m e t e r s . r e a l i z e a u t o m a t i c、H i g he f f i c i e n c y、e x a c t t e s t f o r p r o d u c t i o
5、nc a p b i l i t y . K e yw o r d s : S i l i c o no i l f a nc l u t c h;R u n n i n g s i m u l a t i o n;H i g he f f i c i e n c y t e s t m e t h o d;n u m e r i c a l c o n - t r o l t e s t - b e d 摘要: 通过对汽车硅油风扇离合器工况的模拟和高效测试方法的研究, 研制测试其各项技术参数的数控自动 测试台。实现对产品性能的自动、 高效、 准确的判定。 主题词: 硅油风扇离合器; 工况模拟
6、; 高效测试方法; 数控测试台 图1硅油风扇离合器结构示意图 1 .阀片;2 .发动机主轴;3 .主动盘;4 .盖体 5 .硅油室;6 .感温圈;7 .阀片轴;8 .盖板;9 .扇叶 1 2 3 4 5 6 7 8 9 工艺改善工艺改善 6 7- 呈分离状态。温度达到一定值时,感温圈产生角 度位移,阀片将硅油室出油口打开,硅油充满槽 隙, 在硅油的粘滞力作用下, 使主动盘( 发动机主 轴) 与盖体( 风扇座) 呈现同步高速运转。这样就 实现了主轴与风扇的分离或啮合。 由于离合器特性的需要和离合器特殊的结 构,离合器具有特定的温度转速和转速变 化时间特性。下图示 问题的提出: 离合器在试制和生产
7、过程中,由于硅油注入 量、 感温圈-致性、 阀片及其他机械装配的一致性 等因素都会引起离合器特性变化。这样就需对离 合器的分离转速、 分离温度、 分离时间、 啮合转速、 啮合时间及分离和啮合转速的稳定性等参数进行 测量和检验。 在离合器生产初期,这些参数的测定都是手 工控制下完成的。由于工况模拟不易控制,被测 参数在测试过程中一纵即逝不易准确捕捉,使得 检验结果重复性差、 准确度差, 工效很低, 不能满 足生产的需要。为此, 我们应二汽某厂要求, 从9 0 年代开始进行了离合器性能试验方法的研究和数 控自动测试台的研制。 我们完成的H G F - I型硅油风扇离合器测试 台, 在通过有关部分鉴
8、定、 验收后批量投产。经过 近1 0年的运行, 得到各方的好评。2 0 0 5年我们应邀 改型生产的H G F - 型测试台能适应几乎所有类 型的离合的测试( 不同车型和叶片数量) 1性能试验方法研究: 1 . 1离合器工作温度模拟 测试离合器,感温圈处热风产生和控制是关 键。为了实现所有参数一次测试完成,用曲线温 控实现温度变化模拟。见图1 - 1 各曲线段的作用: 1 . T 0初始恒温段, 测试离合器初速大小和稳 定性。 2 . T 1快速升温段, 快速加温到测试温度。 3 . T 2啮合测试段, 以恒定的小斜率升温, 以 准确找出啮合温度, 啮合转速和啮合时间。 4 . T 3啮合恒温
9、段, 测试啮合转速稳定性。 5 .T 4快速降温段,快速降温到分离测试温 度。 6 . T 5分离测试段, 一恒定的小斜率降温, 以 准确测出分离温度, 分离转速和分离时间。 7 . T 6分离恒温段, 测试分离转速稳定性。 为了适应不同的产品和不同的测试目的, 各 曲线段参数在规定的范围内可任意设定。 图1 - 1温控曲线 离合器曲线温控系统的构成: 图1 - 2说明了温控系统构成方案 n N 2 啮合转速 N 1 分离转速 T 1 分离温度 T 2 啮合温度 T 温度转速特性 n n N f 0 分离起点 N f 1 分离终点 t t 分离时间 分离转速时间特性 N n 1 啮合终点 N
10、n 0 啮合起点 t t 啮合时间 啮合转速时间特性 T T 0 T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 t 工艺改善工艺改善 6 8- 装备维修技术2 0 0 7年第4期( 总期第1 2 6期) 鼓风机 打印机 显示屏 操作台 数控单元 功率转换 热风筒 温度传感器 感温圈 风扇叶片 硅油离合器 轴承箱 风扇转速 传感器 主轴转速 传感器 变频电机 变频 调速器 1 . 2离合器动力模拟 图1 - 3离合器测试台结构示意图 用变频调速器驱动变频电机作为离合器模拟 动力源, 加上合适的测试台座, 为各种不同的离合 器提供测试动力。 1 . 3风扇转速和主轴转速的快速同步测量 离合器转速
11、变化快,用测量风扇单圈转动时 间的方法可在最短时间完成转速测量。 以8片扇叶为例 图1 - 4 图1 - 4 n( 转速)=6 0/(t 0 + t 1 + t 7) 在主轴上装一个等分测量叶轮,用同样的方 法可同步测得主轴转速。 测一次转速只需叶轮转动一圈的时间即可完 成, 而且叶轮不等间隔不影响测量精度。 图1 - 2曲线温控系统框图 图2 - 1硅油风扇离合器测试台系统示意图 曲线发生软件 曲线段参数 + - 数字P I D调节 P I D参数 D / A转换 功率转换 A / D转换 热风筒 温度变送 热风 变频调 速器 变频电机 轴承箱 离合器联接头 测试台座 t 7 t 0 t 6
12、t 1 t 5 t 2 t 4t 3 工艺改善工艺改善 6 9- 2硅油离合器数控测试台的实现: 硅油离合器测试台的系统构成见图2 - 1 2 . 1数控单元( 图2 - 2) 数控单元以i n t e l M C S - 9 6微处理器为核心组 成。其中数控软件固化在R O M中, 由一个N V R A M 存放曲线控温各段的参数、P I D参数、 风扇叶片参 数、产品技术参数和其他控制参数。这些数据可 以依不同的产品和要求随时修改。通过接口连接 实现温度、 主轴转速、 风扇转速的测量和控制; 键 盘和显示器通过接口连接提供指令和数据输入和 显示功能;经微处理器计算的温控数据通过电加 热控制
13、接口输出实现曲线温控;打印机通过接口 输出测试结果数据。 2 . 2转速测量 由光电器件组成转速传感器,实现叶片转动 时间间隔到电脉冲的转换。M C S - 9 6芯片中H S I ( 高速事件输入单元) 完成时间采样, 分辨率可达 到2 u s,测量精度接近理论值。 2 . 3温度测量 温度传感器采用N S C集成3线I C芯片, 分辩率 0 . 0 5 响应时间0 . 5 S。信号经接口电路处理后, 由M C S - 9 6中的1 0 B I TA/ D转化为数字。 2 . 4温度控制 温度测量值在和曲线设定值比较后产生的差 值经 数字P I D软件计算后输出到接口电路; 再经 集成调功模
14、块和双向可控硅控制电热器实现连续 调功, 在特殊热风筒中产生恒温均匀热风输出。 3性能 软件功能: 一键通全自动测试: 只需按一次功能键, 所有 测试自动完成, 自动打印测试结果; 自动判别是否 合格。 参数设置:测控曲线各点参数可设定; 控温 P I D参数可设定;叶片数量可随时设定。设定有 错, 系统会提示。 测控参数设置: 主轴转速4挡, 每挡连续可调; 每一挡系统会自动选择一组对应的测控参数。 时钟功能: 日期、 时钟显示和设定; 测试时间 显示。 测试台性能: 温度测控范围:2 0 - 9 5 温度测控分辨率:0 . 1 温度测控精度: 0 . 3 % 升降温速率:0 - 2 0 /
15、 m i n 曲线跟踪误差: 0 . 5 恒温时间:0 - 1 0 0 0 S 转速测控范围:3 0 0 - 1 0 0 0 0r m p 转速测量精度: 1r m p 转速测量延时: 0 . 2 S 分离、 啮合时间测量分辨率:0 . 2 S 单次测试时间:3 - 1 0m i n 数据重复误差: 1 % 4结论 在对硅油风扇离合器的测试方法充分研究的 基础上, 研制的H G F硅油风扇离合器自动测试台, 为多种车型的离合器研制和生产提供了稳定、 可 靠、 准确的测试手段。 将复杂的测试过程用数字控 制的手段, 实现了自动化、 智能化。为硅油风扇离 合器这一节能产品的生产提供了先进的测试装
16、备。达到了节能降耗、 提高劳动 图2 - 2数控单元框图 转速传感器接口 温度传感器接口 电加热控制接口 键盘显示接口 微处理器单元 参数存储 N V R A M 数控软件 R O M 主轴转速 控制接口 打印机 接口 ( 下转第5 7 页) 工艺改善工艺改善 7 0- 装备维修技术2 0 0 7年第4期( 总期第1 2 6期) 生产率、 降低生产成本的目的。 参考文献: 1全国汽车标准化技术委员会:Q C / T7 4 7 - 2 0 0 6汽车发 动机硅油风扇离合器技术条件.中国计划出版社. 2国家发展和改革委员会. Q C / T3 3 - 2 0 0 6汽车发动机硅 油风扇离合器实验方法.中国计划出版社. 3赵依军、 胡戎. 8 0 9 8单片机原理及系统设计技术.武汉: 华中理工大学出版社. 1 9 9 0年 参考文献: 1脱脂工程施工及验收规范(H G2 0 2 0 2 - 2 0 0 0) , 中国工 程建设标准化协会化工工程委员会, 微化学工业
