板簧刚性的试验方法及试验机选型

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1、板簧刚性的试验方法及试验机选型肖剑(新疆八一钢铁集团公司板簧有限公司)摘 要:对板簧产品的性能检测, 依据所确立的试验方法, 对刚性试验机选型提出要求, 以提高板簧刚度性能的 检测试验精度。关键词:性能检测; 试验方法; 试验精度1 前言 汽车钢板弹簧是汽车的主要组成部件之一, 它 把车架与车轴弹性地联接起来, 其主要作用是传递 车轮和车架间的一切力和力距, 并且缓和由不平路 面传给车架的冲击载荷, 以衰减由冲击载荷引起的 承载系统的振动, 以保证汽车平稳地正常行驶, 因 此, 汽车钢板弹簧的性能直接影响到汽车的运行安 全和使用质量, 因而对板簧的性能检测就显得尤为 重要。 板簧的刚度和静负荷

2、弧高是保证汽车行驶平 顺性的重要性能指标。目前, 国内对板簧的性能 刚度和静负荷弧高的检测, 大部分厂家采用在通用 的万能液压材料试验机上进行人工手动测量, 然后 将人工测量的数据进行计算才能得到板簧的刚度和 静负荷弧高值。 这样的方式检测板簧产品的性能值 由于受人为因素影响较多, 误差较大, 且人工计算量 也较大。随着计算机的成熟应用, 结合板簧性能参数 刚度、静负荷弧高的参数类型, 提出一种新型自 动的板簧刚性试验方法, 作为板簧性能试验机选型 的编程要求。2 板簧刚性试验的方法板簧的刚度和静负荷弧高, 其实质就是压力与 变形的关系, 即板簧在连续均匀地加载到一设定载 荷, 然后立即连续均

3、匀地卸载到0 的加载、卸载过程 中, 板簧抵抗变形的程度以及加载到一特定载荷时 的变形量。汽车板簧是弹簧扁钢经过处理后, 由多片 钢板叠加组装到一起的, 依据汽车钢板弹簧台架试 验方法, 对钢板弹簧的总成静负荷弧高和刚度测定 出刚性曲线, 如图1 所示。 因板簧多片弹簧片间摩擦起阻尼作用, 使板簧 在加载和卸载过程的变形曲线不一致。图 1 刚性曲线对于一套用微机控制的板簧刚性试验系统, 其 试验的方法依据国家行业标准, 它建立的准确程度 是检测数据可信性、正确性以及精度合理性的关键。根据汽车钢板弹簧技术条件(Q Cn29035 91) 和汽车钢板弹簧台架试验方法(JB 338383) , 建立

4、检测试验钢板弹簧性能的两种方法。2. 1控制载荷的刚性检测方法 (1) 单点方式。板簧从零载荷开始, 测定板簧自 由弧高H 0 , 连续均匀加载至给定的负荷 P 时, 测板 簧拱高(弧高) H 1 继续加载至验证负荷, 再卸载至给 定负荷P 时, 测板簧拱高(弧高)H 2 , 则刚度C 为:C =P H 0 - H 式中, C 刚度, N m in;P 载荷, N ;H 0 自由弧高, mm ;H 静负荷弧高, mm ;联系人: 肖剑, 男, 33 岁, 大学本科, 工程师, 乌鲁木齐(830022) 新疆八一钢铁集团公司板簧有限公司12其中静负荷弧高H = (H 1 + H 2 ) 2 此种

5、方法, 只能测定静负荷时板簧刚度, 不能反 映其它载荷下的刚度情况。(2) 两点方式。板簧加载至第一点给定负荷 P 1 时的拱高H 1 , 继续加载至给定第二点负荷 P 2 时的 拱高 H 2 , 继续加载至设定的验证负荷后卸载, 卸载 至第二点负荷 P 2 时的拱高 h 2 , 继续卸载至第一点 负荷P 1 时的拱高h 1 , 则刚度为:C =P 2 - P 1 (H 1 + h 1 ) 2- (H 2 + h 2 ) 2 其中, P 1 = 0. 7P 0P 2 = 1. 3P 0 (P 0 为静载荷)则静负荷弧高: H = (H 1 + h 1 ) 2+ (H 2 + h 2 ) 22此

6、种方法, 反映两点的平均刚度检测, 其精度较 高, 但此种方法不能检测静负荷弧高值。(3) 三点方式。对同一板簧的两个受压拱高控制 段进行两点法检测, 既对板簧加载变形至第一点给 定拱高H 1 时, 测负荷P 1 , 加载变形至第二点给定拱 高H 2 时, 测负荷P 2 , 然后继续加载变形至第三点给 定拱高H 3 时, 测负荷P 3 , 然后继续变形一定量后卸 载, 卸载至第三点给定拱高H 3 时, 测负荷 F 3 , 卸载 至第二点给定拱高H 2 时, 测负荷F 2 , 继续卸载至第 一点拱高H 1 时, 测负荷F 1 , 则刚度(P 2 + F 2 ) 2- (P 1 + F 1 ) 2

7、 C 1 =H - H(P 3 + F 3 ) 2- (P 2 + F 2 ) 2 此种试验方法较单点法精度要高, 它检测的是两点载荷间的刚度, 但静负荷弧高H 为P 1 , P 2 两点 下的计算值, 不能具体反映板簧在静载荷时的弧高。C 2 =C = C 1 + C 2 2H 2 - H 3(3) 三点方式。 先测板簧未受载荷时自由弧高 (拱高) H 0 , 然后板簧均匀连续加载至第一点给定负 荷P 1 时的拱高H 1 , 继续加载至第二点给定负荷P 2 时的拱高H 2 , 再加载至第三点给定负荷 P 3 时的拱 高 H 3 , 再加载至给定验证负荷, 然后卸载至第三点 负荷 P 3 时的

8、拱高 h 3 , 再继续卸载至第二点负荷 P 2 时拱高h 2 , 再卸载至第一点负荷P 1 时的拱高h 1 , 其中: P 1 = 0. 7P 0; P 2 = P 0; P 3 = 1. 3P 0 (P 0 为静载荷) ; 则刚度C =P 3 - P 1 (H 1 + h 1 ) 2- (H 3 + h 3 ) 2静负荷弧高 H = H 2 + h 2 2 此种试验方法既采用了两点载荷来测定了刚 度, 又把静载荷时弧高进行了测定。2. 2控制受压拱高来进行刚性检测的试验 (1) 单点方式。先测板簧自由弧高(拱高) H 0 , 然 后对板簧加载变形到给定拱高H 时, 测负荷 P 1 , 再

9、继续变形一定量后, 卸载至给定拱高 H 时, 测负荷(P 1 + P 2 ) 2此种试验方法, 采用分段两点法来反映三点的 平均刚度检测, 但此种方法仍不能检测静负荷弧高 值。综上所述, 按两种控制方式建立的刚性试验方 法, 都能对板簧的刚度进行检测, 但按受压拱高控制 的方式不能检测静负荷弧高。 静负荷弧高是指受规 定的静载荷时, 板簧的弧高值。这一参数是通过载荷 的控制来测定板簧弧高的。因而, 在实际应用中, 为 能全面检测板簧的性能, 确定采用按控制载荷的方 法进行刚性试验。3板簧性能试验机的造型针对汽车行业的飞速发展, 载货车向重型车方 向发展, 载货吨位越来越大, 八钢板簧公司中原有

10、 10t 万能液压材料试验机已无法对重型板簧进行性 能检测, 且拱高变形量用手工钢板尺测量, 测量误差 大, 不能满足重型板簧的试验, 为此, 在2002 年购买 了板簧刚性试验机。依据汽车钢板弹簧技术条件、汽车钢板弹簧 P 2 , 刚度为: C =H 0 - H台架试验方法及相关设备要求, 对板簧刚性试验机此种方法利用一点拱高所测刚度只能反映在该 点时的板簧刚度, 它不能反映板簧的线性曲性刚度, 且不能检测静负荷弧高。(2) 两点方式。板簧加载变形至第一点给定拱高 H 1 时, 测负荷 P 1 , 加载变形至第二点给定拱高 H 2 时, 测负荷 P 2 , 然后继续变形一定量后卸载, 卸载至

11、 第二点给定拱高H 2 时, 测负荷F 2 , 继续卸载至第一 点拱高H 1 时, 测负荷F 1 , 则刚度为:(P 2 + F 2 ) 2- (P 1 + F 1 ) 2C =H 1 - H 220选型要求如下: 最大负荷 350kN , 以满足重型大负荷板簧的试 验;力值测量精度: 0. 5% FS; 位移测量精度: 0. 2mm ; 重复精度: 力值检测重复精度(波动) 1%位移检测重复精度(波动) 0. 5mm 设备要求: 施力方法为液压方式, 压头上装有高 精度压力传感器, 试验机采用工业计算机控制。机架 采用双立柱结构, 在试验的施压过程中不发生变形,整体设备刚度应满足测量精度的要

12、求。按前文所述控制载荷的试验方法编制试验微机程序, 并具有信号的采集、放大和传输, 供计算机进 行数据处理, 并直接显示出来所测板簧的刚度和静 负荷弧高。因该试验机用于实验室对汽车钢板弹簧总成刚 度静负荷弧高、自由弧高等性能进行连续自动检测, 要求具有国家计量部门许可的企业制造, 且制造出 的试验机要经过国家计量部门检定。4 整机调试经与国内板簧试验机厂家的联系, 最后由山东 淄博某公司生产制造, 并于 2002 年 12 月到货安装 调试。该试验机采用柱塞泵供油, 液压波动小, 施力平 稳。压力检测靠压头上的压力传感器进行, 并将检查信号传回计算机, 位移(拱高) 检测是靠同步带将压 头油缸

13、杆的竖直位移转换为圆周角位移, 由编码器 测定传给微机, 由微机按所编制程序对数据处理后, 显示打印出来。该试验机编制了在控制载荷下的三种程序工作 检测方式: 单点式; 两点式; 三点式。单点方式和两点 方式用于没有图纸、技术数值的板簧刚度检测; 三点 式用于图纸、技术参数齐全的板簧性能的检测, 检测 数据较全面、精度较高, 并且符合汽车钢板弹簧台 架试验方法中的七点测量要求。经新疆维吾尔自治区计量测试研究所检定, 该 试验机力值检定精度如见表1。 其力值精度0. 5% , 该试验机所检测板簧的性 能数据情况见表2、表3。表 1 检定精度值试验力10kN20kN30kN40kN50kN100k

14、N150kN200kN250kN300kN误差%0. 50. 5- 0. 1- 0. 1- 0. 1- 0. 10. 10. 10. 10. 1表 2 EQ 1141 付板簧的性能检测值弧高单位: mm0. 7P0P 01. 3P0静负荷刚度 次数16. 加载198kN 卸载加23. 载14kN 卸30. 载加载083kN自由弧高卸载676弧高216(N mm ) 54554. 5123表 3 EQ 1211G 板簧的性能检测值弧高单位: mm0. 7P0P 01. 3P0静负荷刚度 次数58. 31kN 加载卸载83. 3kN 加载卸载108. 29kN 加载卸载自由弧高 428弧高- 18

15、(N mm ) 2298229110. 93. 3- 1- 6. 5- 12. 8- 16. 141. 7- 3. 752324. 6 2113. 3- 1- 6. 5- 12. 8- 16. 241. 7- 3. 72324. 73113. 3- 1- 6. 5- 12. 7- 16. 141. 8- 3. 752324. 6位移测量精度0. 1mm , 位移重复精度(波动) 0. 2mm。所检测板簧的静负荷弧高值在标准范围 内, 刚度值也在标准范围内。其中所检测板簧刚度的5结论= 1. 16% 93. 2N mm 时, 其偏差为10% 。用 所确立的试验方法编制的试验程序检测的板簧性能, 其精度达到行标要求。该试验机确立的试验方法 达到了对板簧性能检测的准确度和精度要求。(4) 所选型的板簧刚性试验机, 其力值、位移精 度, 以及重复检测精度均达到规定要求, 保证了测量 数据的精确和可靠。 (5) 经过近半年的检测、试验, 对八钢板簧公司 的所有品种板簧进行了检测, 该刚性试验机, 满足对 板簧性能试验的要求,