液压传动风扇有限寿命台架试验

夏焕文，　刘　焱，　买靖东，　徐诗辉，　田小燕，　匡进安

(中国北方车辆研究所，北京 100072)



液压传动风扇有限寿命台架试验

夏焕文，刘焱，买靖东，徐诗辉，田小燕，匡进安

(中国北方车辆研究所，北京 100072)

液压传动风扇是车辆散热系统的关键部件，因其失效将直接影响车辆工作甚至危及人员安全，为验证其可靠性，需要进行有限寿命台架试验.试验结果证明：液压传动风扇各部件之间匹配良好，各处密封、管路等满足工作要求，其有限寿命满足样车设计要求.

风扇；液压传动；寿命；可靠性

风扇作为车辆散热系统的关键部件，已广泛应用于各种车辆上.然而其可靠性、寿命备受设计师们的关注，尤其是新设计的车型，因其对应的动力舱容积、形状及布置不同，需求的散热量不同，对应的风道阻力及风扇负载也不同，需设计的风扇其结构及对应的传动在动力舱内的布置也截然不同.因此，为保障样车的可靠性，同时缩短试验周期，节约成本，需对该风扇进行装车前的有限寿命台架试验，以确保装车前部件的可靠性，达到提高整车可靠性的目的.

1　台架的组成及工作原理

1.1组成及主要参数

本液压传动风扇有限寿命台架主要由风扇、风扇泵、马达、温控阀、减压阀、溢流阀、油滤、管路及发动机、油箱、可调恒温水箱、散热器、测量设备组成，其结构简图如图1所示.

液压传动风扇的主要参数见表1.

图1　液压传动风扇有限寿命台架结构简图

表1　液压传动风扇的主要参数表

1)当温控阀控制点温度t>82℃、坟山转速n为5 000 r/min时，风扇功率Nf≤80 kW.

1.2液压传动风扇工作原理

本液压传动风扇工作原理是：风扇泵输入转速nB一定时，在一定的工作油温度及压力范围内，通过温控阀感受所需要控制的温度信号(如发动机出水温度或动力舱温度或任何需要控制的温度点)，由温控阀的温度信号再转化成控制压力信号，送入风扇泵的控制阀驱动风扇泵斜盘，来控制风扇泵斜盘的开度，以改变风扇泵的排量，从而控制马达转速，最终控制风扇的转速[1].

2　台架试验内容和方法

2.1试验条件

被试件液压传动风扇在试验室内、常温下试验，安装状态与样车相同或相似，包括零部件数量、安装位置、安装角度、固定方式，等等；试验工况与样车相同或相似，模拟样车的参数，包括工作转速、工作压力、油液温度、风扇转速控制方式，等等；安装的仪器仪表不影响被试件试验的性能，并能满足试验需要.

2.2试验内容

1)液压传动风扇压力试验.试验前对风扇、液压传动管路、接头进行打压，在常温下主油路施加压力42 MPa、回油路施加压力0.6 MPa，验证液压传动风扇渗漏情况.

2)液压传动风扇磨合试验.液压传动风扇有限寿命试验前对液压传动风扇进行低转速运行，风扇转速n在1 000 r/min、2 000 r/min、3 000 r/min、4 000 r/min、5 000 r/min各运转0.5 h，检查液压传动风扇运转情况.

3)液压传动风扇有限寿命试验.在液压传动风扇按给定时间、给定的风扇转速下持续运转，验证温控阀控制点、控制逻辑的工作情况，验证风扇、风扇泵、马达、温控阀、减压阀、溢流阀、油滤、管路持续工作的寿命等是否满足设计要求.

2.3试验方法

按图1安装风扇等各部件，连接好管路及测量仪表，按以下方法试验：

1)对风扇泵、马达注油，给管路充满油，在常温下对主油路通过外接泵加压到42 MPa，对回油路通过外接泵加压到0.6 MPa，保持10 min,检查液压传动风扇渗漏情况.

2)启动发动机，控制风扇泵输入转速nB为500 r/min，运转5 min，观察液压传动风扇运转情况，工作正常后，提高风扇泵转速nB，使风扇转速n分别稳定在1 000 r/min、2 000 r/min、3 000 r/min、4 000 r/min、5 000 r/min下各运转0.5 h，检查液压传动风扇运转情况.

3)启动发动机，保持风扇泵输入转速nB为3 200 r/min，通过可调恒温水箱，使温控阀温度t从常温增加到75 ℃，记录风扇转速n；继续升温使温控阀温度t从75 ℃增加到85 ℃，记录风扇转速n；继续升温使温控阀温度t>85 ℃，记录风扇转速n.

4)启动发动机，对液压传动风扇进行有限寿命试验，其试验顺序分为转速上升阶段及转速下降阶段依次循环进行.转速上升阶段：保持风扇泵输入转速nB从0按表2规定的各转速区间上升到3 200 r/min，调整温控阀温度t使风扇转速n稳定在表2中对应规定的转速区间内；转速下降阶段：保持风扇泵输入转速nB从3 200 r/min按表2规定的各转速区间下降到0，调整温控阀温度t使风扇转速n稳定在表2中对应规定的转速区间内.

表2　液压传动风扇有限寿命时间分配表

3　试验结果与分析

3.1试验结果

1)在nB为0、主油路压力42 MPa、回油路压力0.6 MPa、工作油温位于20 ～ 90 ℃的范围条件下，液压传动风扇渗漏情况见表3

表3　液压传动风扇静压力渗漏情况

2)在nB由0上升到3 200 r/min、工作油温控制在20 ～ 90 ℃的范围条件下，控制风扇转速及磨合时间，磨合情况见表4。

表4　液压传动风扇磨合记录

3)在nB为3 200 r/min、工作油温控制在20 ～ 105 ℃的范围条件下，通过可调恒温水箱，使温控阀温度t从常温增加到100 ℃，风扇转速和主油路压力见表5.

表5　液压传动风扇温控阀温度记录

4) 液压传动风扇有限寿命试验.为准确把握其有限寿命试验，便于具体操作，试验时，对表2规定的风扇泵输入转速nB进行了细化，同时与风扇泵输入转速nB相对应的各风扇转速也进行了细化，其对应的试验时间按比例亦进行了分配.

先给定风扇泵输入转速nB，控制工作油温在20～105 ℃的范围条件下，通过控制温控阀温度t，使风扇转速工作在对应的风扇转速区间内，试验结果见表6.

表6　液压传动风扇有限寿命试验

3.2结果分析

1)从表3可以看出：液压传动风扇在静态条件下，无泄漏，各部分密封及耐压性能良好，达到设计要求.

2)从表4可以看出：控制工作油温在20 ～ 90 ℃的范围条件下，对液压传动风扇进行磨合后，未发现异常，满足设计要求.

3)对照表1和表5可以看出：在给定nB为3 200 r/min、控制工作油温在20 ～ 105 ℃的范围条件下，当液压传动风扇温控阀温度t<75 ℃时，n<300 r/min，满足n<500 r/min设计要求；当温控阀温度t从75 ℃连续升至85 ℃时，n则从310 r/min连续升至5 000 r/min，线性爬升，满足n从500 r/min到5 000 r/min连续调速的设计要求；当温控阀温度t>85 ℃时，n=5 000 r/min，不再爬升，压力P<35 MPa，保护了风扇不超速，满足设计要求.

4)表6是依据表2进行细化后的试验结果.由表6可知：控制工作油温在20 ～ 105 ℃的范围条件下，按风扇泵输入转速nB由0上升到3 200 r/min，然后再由3 200 r/min下降到0，依次循环试验，液压传动风扇共计试验503.3 h，风扇工作正常，风扇泵、马达工作正常，各零部件完好无损.满足给定的500 h有限寿命试验要求.

4　结　论

液压传动风扇在试验台架上的试验结果表明：该液压传动风扇各部件功能正常，部件之间匹配良好，其寿命为503.3 h，大于要求的有限寿命500 h，满足样车设计的可靠性要求.

[1]机械设计手册编委会. 机械设计手册.液压传动与控制[M].4版. 北京:机械工业出版社，2007.

Finite Life Lab Test of Hydraulic-driven Fan

XIA Huan-wen，LIU Yan，MAI Jing-dong，XU SHI-hui，TIAN Xiao-yan，KUANG Jin-an

(China North Vehicle Research Institute，Beijing 100072，China)

Hydraulic-driven fan is the key component of the vehicle cooling system. Fan faults will affect the performance of vehicle and the safety of crews. Therefore,a finite life time lab test should be carried out for reliability. The results show that the components within the hydraulic fan can match and wrok well altogether, the pipeline and seal can meet the work requirement and the fan’s life span fulfills the vehicle design goal.

fan；hydraulic drive；finite life；reliability

1009-4687(2016)01-0040-03

URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.4493.TH.20151210.1137.002.html

2015-11-26.

10.16599/j.cnki.1009-4687.20151210.001

夏焕文(1962-),男,研究员级高级工程师，主要研究方向为车用叶轮机械研究.

U644.138+.4

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