基于正交试验的汽车转向器排油方法研究

2015-12-23张广丽李广明张瑞芳

制造业自动化 2015年24期

张广丽，李广明，刘夏，张瑞芳

ZHANG Guang-li, LI Guang-ming, LIU Xia, ZHANG Rui-fang

（长春工业大学机电工程学院，长春 130012）

0 引言

在大型大客车、重型汽车等较大载重量的汽车中，通常采用液压式动力转向器辅助汽车转向。汽车转向系统是用于改变或保持汽车行驶方向的专门机构，其作用是使汽车在行驶过程中能按照驾驶员的操纵而适时地改变行驶方向，并在受到路面传来的偶然冲击及汽车意外地偏离行驶方向，能与行驶系统配合共同保持汽车继续稳定行驶[1]。汽车转向系统直接影响汽车的安全性和操纵稳定性，因此在动力转向器出厂之前对其性能测试尤为重要。

对转向器性能测试结束之后，工厂需要把转向器内的油排出，一方面不会造成对能源的浪费和生产成本的增加，另一方面不会对接下来的汽车生产环境造成污染。最初生产厂家通过自然空油法和吹气法来收集残油。自然空油法利用转向器的自重，将转向器倒立放置，这个方法需要的时间不仅很长，而且剩油量远远多于100g。吹气法是用高压气体通过气咀向转向器反复注入高压气体，此方法的缺点是没有合理的成套设备，会造成生产环境的污染，同时剩油量也达不到厂家的标准。前期有学者做了汽车动力转向器吸油机，主要是依据负压原理研制而成的，利用真空储油箱内所形成的负压对转向器内的液压油进行吸取[2]，但是营造一个真空环境非常困难。在实验中我们采用“充气排油”的方法，有完整的设备连接，向转向器内注入一定时间的高压气体，在压力差的作用下将油液排出，实验中通过正交试验法确定最优条件使得在生产中腔内的剩油量达到最少。

1 实验准备

图1 整个排油实验设备连接图

我们这次所要研究的3411010—A50A型汽车动力转向器内部截面视图如图2所示。实验采用的是充气排油的方法，腔内的油液在转向器内部与大气的“压力差“作用下排出腔体。整个实验主要用PLC控制程序，即在进油口处接高压气体，通过电磁阀，用PLC控制进气时间，在出油口接油管，通过电磁阀，用PLC控制排油时间。实验中气源提供稳定的气源0.6MP的高压气体，转向器首次进气时间设为12s，首次进气的意义是在进油口出油口全部开启情况下在高压气体作用下排出一部分油液，同时在腔内预留一定空间盛放高压气体。接下来需要对液压阀关闭即进气时间和液压阀开启即排油时间进行不断调整，经过分析无论是A腔还是B腔它们的进油通道也是它们的出油通道，所以进气阀与排油阀采用“互逆”的形式，即进气阀开启的时候排油阀关闭，排油阀开启的时候进气阀关闭，两者没有重叠的时间，这样能够提高排油的效率[3]。由于转向器内部流道复杂，如果只在一个位置排油，很难把油液排出干净，于是我们在排油一定时间之后把转向器进行翻转排油，因此对翻转时间也需要设置。在进行实验之前先做预实验，以此为根据对排油装置的几个变化的参数进行选取，把所有参数编制为控制程序存入PLC的用户程序存储器中，用来控制整个实验的工艺流程。

预实验：喷气时间设为6s，排油时间设为4s，翻转时间设为60s，全过程时间为120s，实验后得到转向器内剩油量78g，符合我们的实验指标要求。

图2 3411010—A50A型汽车动力转向器剖视图

2 实验结果与分析

2.1 列因素水平表

表1 因素水平表

2.2 计算各列偏差平方和及其自由度

正交试验的方法在多因素试验中经常用到，通过正交表来安排多因素试验来减少试验次数，缩短时间，同时保证试验结果不受影响。在正交实验中，通常有极差分析法和方差分析法，极差分析法直观形象，简单易懂，通过非常简单的计算和判断就可以求得试验的优化成果—主次因素、优水平、优搭配及最优组合。但是这种方法不能将试验中由于试验条件改变引起的数据波动同试验误差引起的数据波动区分开来，无法估计误差的大小，不能提出一个标准来判断所考察因素作用是否显著。方差分析可弥补极差分析的不足，因此我们运用方差分析实验结果[4]。

计算各列水平的K值：

表2 试验方案及结果

2.3 显著性检验

计算各列偏差平方和及其自由度：

表3 方差分析表

2.4 确定最优条件

由方差分析结果来看，喷气时间A因素及排油时间B因素对试验指标的影响高度显著，翻转时间因素C影响显著。因素影响主次顺序为A>B>C。试验结果考察的指标是越小越好，通过比较K值，可确定各因素的优水平为A2、B2、C3。我们选取喷气时间为6s，排油时间为3s，翻转时间为60s进行实验，实验结果腔内剩油量为54g，满足厂家要求剩油量在100g以下的标准。