汽車(chē)防飛濺系統(tǒng)雨簾位移檢驗(yàn)裝置的研制

賴建文

福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院龍巖分院 福建省專(zhuān)用車(chē)輛產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中心 福建省龍巖市 364000

1 引言

我國(guó)是全球汽車(chē)保有量最大的國(guó)家，近年來(lái)交通事故率逐年上升，汽車(chē)行駛的安全性越來(lái)越引起行業(yè)的重視。防飛濺系統(tǒng)是用于減少車(chē)輛運(yùn)動(dòng)時(shí)輪胎向上濺起水霧的系統(tǒng)，可提高汽車(chē)行駛的安全性，通常由裝有防飛濺裝置的擋泥板、外擋板和雨簾組成。歐洲在1991 年就制定了91/226/EEC《機(jī)動(dòng)車(chē)輛及其掛車(chē)防飛濺系統(tǒng)》，并且該指令為許多國(guó)家對(duì)進(jìn)口車(chē)的必檢認(rèn)證項(xiàng)目之一。為促進(jìn)我國(guó)防飛濺裝置行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，提高防飛濺裝置的產(chǎn)品質(zhì)量，保障防飛濺裝置技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)與世界同步，2017 年11 月1 日GB 34659-2017《汽車(chē)和掛車(chē)防飛濺系統(tǒng)性能要求和測(cè)量方法》強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，于2018 年1 月1 日強(qiáng)制實(shí)施，并作為專(zhuān)用車(chē)《公告》強(qiáng)檢項(xiàng)目。GB 34659-2017 標(biāo)準(zhǔn)將防飛濺裝置分為空氣/水分離型裝置和能量吸收型裝置，兩種防飛濺裝置均要求：在雨簾下邊緣上方50mm 處，按每100mm 雨簾寬度施加3N 的力計(jì)算，雨簾向后偏斜應(yīng)不大于100mm。

現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)雨簾位移進(jìn)行檢驗(yàn)通常采用推拉力計(jì)和鋼卷尺，檢驗(yàn)過(guò)程需確保拉力水平，讀取雨簾被拉前后位置的位移量，造成檢驗(yàn)效率低、檢驗(yàn)結(jié)果受人為因素影響大，測(cè)量精度難以保證。針對(duì)目前雨簾位移檢驗(yàn)的不便性，研發(fā)一款自動(dòng)化高、通用性強(qiáng)的汽車(chē)防飛濺系統(tǒng)雨簾位移檢驗(yàn)裝置，提升檢驗(yàn)效率和測(cè)量精度。

2 研發(fā)的總體思路

汽車(chē)防飛濺系統(tǒng)雨簾位移檢驗(yàn)裝置是根據(jù)GB 34659-2017《汽車(chē)和掛車(chē)防飛濺系統(tǒng)性能要求和測(cè)量方法》標(biāo)準(zhǔn)中雨簾位移檢驗(yàn)的指標(biāo)要求，具備施力高度位置可自動(dòng)調(diào)節(jié)、施力值可根據(jù)需求任意設(shè)定及自動(dòng)讀取雨簾向后偏斜位移量等功能。其剪叉式絲桿升降臺(tái)作為氣缸的承載結(jié)構(gòu)，以氣源為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)氣缸拉動(dòng)雨簾，并采用模擬量信號(hào)傳感器作為數(shù)據(jù)采集部件，結(jié)合控制器數(shù)據(jù)處理技術(shù)。該汽車(chē)防飛濺系統(tǒng)雨簾位移檢驗(yàn)裝置（以下簡(jiǎn)稱“檢驗(yàn)裝置”）已研制出樣機(jī)，檢驗(yàn)效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

3 設(shè)計(jì)原理及技術(shù)參數(shù)

3.1 設(shè)計(jì)原理

檢驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)原理如圖1 所示，該檢驗(yàn)裝置主要包括絲桿升降臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、帶導(dǎo)向架氣缸、力傳感器、位移傳感器、控制器、顯示屏、氣源三聯(lián)件、電磁換向閥、節(jié)流閥、壓力傳感器以及空壓機(jī)。帶導(dǎo)向架氣缸安裝在絲桿升降臺(tái)臺(tái)面上，氣缸的輸出端連接有用于檢測(cè)雨簾拉力的力傳感器，氣缸的導(dǎo)向桿上安裝有用于檢測(cè)雨簾偏移量的位移傳感器，氣缸的輸氣端設(shè)置有壓力傳感器，力傳感器、位移傳感器及壓力傳感器的信號(hào)量傳輸至控制器，再由控制器進(jìn)行運(yùn)算處理，并發(fā)送至顯示屏上顯示出結(jié)果；經(jīng)空壓機(jī)壓縮后的氣源進(jìn)入至氣源三聯(lián)件，氣源經(jīng)減壓、凈化過(guò)濾及潤(rùn)滑后進(jìn)入三位五通電磁換向閥，再經(jīng)節(jié)流閥調(diào)速后進(jìn)入至氣缸輸氣端，進(jìn)而使氣缸達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)所需的力值；步進(jìn)電機(jī)與絲桿通過(guò)彈性聯(lián)軸節(jié)連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿進(jìn)而帶動(dòng)剪型升降臺(tái)升降至雨簾標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)所需的高度。

圖1 設(shè)計(jì)原理圖

3.2 主要技術(shù)指標(biāo)

本檢驗(yàn)裝置的主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 檢驗(yàn)裝置主要技術(shù)指標(biāo)

4 設(shè)計(jì)與選型

本檢驗(yàn)裝置主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊、氣路模塊和電控模塊組成。檢驗(yàn)裝置裝配結(jié)構(gòu)如圖2 所示。其中機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊主要包括絲桿、升降臺(tái)、刻度尺、限位塊、固定架；氣路模塊包括空壓機(jī)（圖中未示出）、氣源三聯(lián)件、電磁換向閥、節(jié)流閥、帶導(dǎo)向架氣缸；電控模塊包括壓力傳感器、位移傳感器、力傳感器、控制器、顯示屏、步進(jìn)電機(jī)。

圖2 裝配結(jié)構(gòu)圖

4.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊

機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊中升降臺(tái)采用剪型升降支撐、雙導(dǎo)軌五軸過(guò)定位機(jī)構(gòu)，保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，同時(shí)為降低偏心擾動(dòng)和空回，通過(guò)彈性聯(lián)軸節(jié)將精密研配絲桿和步進(jìn)電機(jī)連接，并在升降臺(tái)的臺(tái)面和側(cè)面預(yù)留有限位塊、刻度尺以及氣缸的安裝孔，其中限位塊的下端面與雨簾施力點(diǎn)同高度。升降臺(tái)在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)剪型支撐升降，當(dāng)限位塊下端面的刻度值到預(yù)設(shè)高度時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止工作。

固定架采用4040 鋁合金型材，其四面均有安裝槽孔，方便調(diào)整及固定其它元件。為減小升降臺(tái)的承載，將氣源三聯(lián)件、控制器、電磁換向閥等安裝在固定架上，同時(shí)為便于檢驗(yàn)和存儲(chǔ)可將檢驗(yàn)裝置的升降臺(tái)和固定架置于小推車(chē)上。

4.2 氣路模塊

氣路原理如圖3 所示，氣路模塊中選用工作壓力為0.7Mpa 的無(wú)油空氣壓縮機(jī)為本檢驗(yàn)裝置提供氣源，并配備有6 米彈簧管的快速接頭，便于與氣源三聯(lián)件快速連接。選用含有減壓閥、過(guò)濾器、油霧器的氣源三聯(lián)件，減壓閥對(duì)氣源進(jìn)行調(diào)壓，使氣源達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)所需的壓力；過(guò)濾器用于對(duì)氣源的清潔，過(guò)濾壓縮空氣中的水份，避免水份隨氣體進(jìn)入本檢驗(yàn)裝置；油霧器對(duì)氣缸進(jìn)行潤(rùn)滑，延長(zhǎng)氣缸的使用壽命。

圖3 氣路原理圖

選用三位五通電磁換向閥用于控制氣源流向，當(dāng)電磁換向閥斷電時(shí)，電磁換向閥切換至中間位置，氣缸停止動(dòng)作，電磁換向閥左邊通電時(shí)，氣缸大缸進(jìn)氣，氣缸活塞桿伸出，電磁換向閥右邊通電時(shí)，氣缸小缸進(jìn)氣，氣缸活塞桿縮回。通過(guò)控制面板上的三檔開(kāi)關(guān)按鈕切換電磁換向閥氣路，本檢驗(yàn)裝置檢驗(yàn)過(guò)程，氣缸處于縮回動(dòng)作。選用帶刻度的單向節(jié)流閥用于控制氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度。由于本檢驗(yàn)裝置所需的力值小，故選用氣缸內(nèi)徑D 為12mm、活塞桿外徑d 為6mm 的帶雙導(dǎo)向架氣缸，提高其抗扭轉(zhuǎn)、抗側(cè)向載荷能力。

在檢驗(yàn)前調(diào)節(jié)氣源三聯(lián)件中的減壓閥，使氣缸輸出的力值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)力值，根據(jù)壓強(qiáng)公式：

式中：F 為雨簾施力值，N；P 為氣缸輸氣口壓力，Pa；D 為氣缸內(nèi)徑，mm；d 為活塞桿外徑，mm。

結(jié)合搜集到汽車(chē)企業(yè)所配備的雨簾參數(shù)，雨簾寬度一般為400mm～700mm，即標(biāo)準(zhǔn)要求檢測(cè)力值為12N～21N，根據(jù)公式（1）及選用的氣缸、空壓機(jī)，本檢驗(yàn)裝置輸出力為8.5N～59.4N，氣缸輸出力如表2 所示，滿足檢驗(yàn)所需要求。

表2 氣缸輸出力 單位：N

4.3 電控模塊

電控模塊中選用量程為0～10kg 的微型拉壓力傳感器，其安裝在氣缸活塞桿推頭端部，當(dāng)力傳感器拉動(dòng)雨簾時(shí)，受力產(chǎn)生的微小形變轉(zhuǎn)化為模擬量信號(hào)傳輸至控制器處理，經(jīng)運(yùn)算處理后顯示力值。選用每0.02mm輸出1 個(gè)脈沖的磁柵位移傳感器，讀磁頭安裝在氣缸導(dǎo)向桿末端，隨氣缸一起運(yùn)動(dòng)，磁尺固定在升降臺(tái)臺(tái)面上，當(dāng)讀磁頭在磁尺的磁場(chǎng)空間中做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，讀磁頭根據(jù)運(yùn)動(dòng)的位移量實(shí)時(shí)輸出相應(yīng)的位置脈沖，經(jīng)控制器運(yùn)算處理后顯示出位移量。選用氣壓量程-101.3kpa～1Mpa 的壓力傳感器，其安裝在氣缸小缸的輸氣口，便于在調(diào)節(jié)減壓閥時(shí)，直接顯示出氣缸的壓力。

控制器選用7 寸觸控型PLC 一體機(jī)，其安裝在固定架上，控制器內(nèi)設(shè)定氣缸停止工作程序，當(dāng)氣缸拉動(dòng)雨簾所需負(fù)載超過(guò)預(yù)設(shè)力值時(shí)，延時(shí)3S 電磁閥斷電，電磁換向閥切換到中間位置，氣缸停止工作；或者雨簾位移量超過(guò)120mm 時(shí)，電磁閥斷電，電磁換向閥切換到中間位置，氣缸停止工作。

5 驗(yàn)證分析

為了驗(yàn)證本檢驗(yàn)裝置的穩(wěn)定性和檢驗(yàn)效率，分別對(duì)2 種車(chē)型的雨簾位移量進(jìn)行檢驗(yàn)并用秒表計(jì)時(shí)檢測(cè)所需時(shí)間，將手工測(cè)量及本檢驗(yàn)裝置所測(cè)的結(jié)果進(jìn)行比較，試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。其中手工測(cè)量的器具為推拉力計(jì)和鋼卷尺，每種車(chē)型測(cè)量5 次。結(jié)果表明采用本檢驗(yàn)裝置的檢測(cè)結(jié)果重復(fù)性高，檢測(cè)時(shí)間短。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

6 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目研制的汽車(chē)防飛濺系統(tǒng)雨簾位移檢驗(yàn)裝置具有施力高度位置可自動(dòng)調(diào)節(jié)、施力值可根據(jù)需求任意設(shè)定及自動(dòng)讀取雨簾向后偏斜位移量功能。整個(gè)檢驗(yàn)裝置智能化程度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及操作便捷，可快速檢測(cè)出雨簾偏斜位移量，檢測(cè)結(jié)果重復(fù)性高。