汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架研制與應(yīng)用

朱蕊 熊維平 王哲 王啟凡

【摘 ?要】汽車行業(yè)在最近的幾年時(shí)間里飛速發(fā)展，汽車空調(diào)作為汽車內(nèi)部的一個(gè)重要組成部分，其工況好壞對(duì)汽車經(jīng)濟(jì)性、舒適性影響較大。為此對(duì)應(yīng)用本科汽車服務(wù)工程教學(xué)與教具提出更高的要求。本文根據(jù)應(yīng)用本科人才培養(yǎng)目標(biāo)以及理實(shí)一體化教學(xué)模式的要求，本文設(shè)計(jì)研制了一種用于汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)理論與實(shí)訓(xùn)教學(xué)的臺(tái)架，該系統(tǒng)能有效實(shí)現(xiàn)教學(xué)功能并滿足學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作，具有良好的改造延展性，且對(duì)驅(qū)動(dòng)電路做了創(chuàng)新，為教學(xué)提供了一種良好的教學(xué)手段且提高了學(xué)生維修實(shí)踐與創(chuàng)新的技能。

【關(guān)鍵詞】理實(shí)一體化教學(xué);汽車空調(diào);制冷系統(tǒng);實(shí)訓(xùn)臺(tái)架

1 ?概述

近年來(lái)隨著汽車行業(yè)飛速發(fā)展，汽車空調(diào)不斷更新?lián)Q代。汽車內(nèi)部的空調(diào)很大程度上影響了駕駛員與乘客的舒適性。隨著經(jīng)濟(jì)水平提高，人們對(duì)汽車性能要求也越來(lái)越高。它的作用也不再只是制冷和制暖，在調(diào)整車內(nèi)的濕度、空氣流動(dòng)和空氣清潔度等方面也起著至關(guān)重要的作用，通過這些功能來(lái)減少人們?cè)陂_始出行時(shí)所帶來(lái)的疲憊。本文結(jié)合本院課程實(shí)際情況研制了一臺(tái)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)臺(tái)架，一方面促進(jìn)教師理實(shí)一體化教學(xué)改革;另一方面有助學(xué)生更好理解并掌握汽車空調(diào)系統(tǒng)實(shí)操技術(shù)，培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

2 實(shí)訓(xùn)臺(tái)架總體設(shè)計(jì)方案

本方案研制的是一種用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)的汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架。汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架控制面板上裝有點(diǎn)火開關(guān)、空調(diào)開關(guān)以及指示燈，另外在臺(tái)架上面還安裝了壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等電器設(shè)備。直接將這些電器設(shè)備安裝在臺(tái)架上是為了演示汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)在工作時(shí)各零部件的現(xiàn)象。讓學(xué)生依據(jù)這些現(xiàn)象來(lái)了解它們的工作原理。本實(shí)訓(xùn)臺(tái)架還可以進(jìn)行制冷劑的加注、抽真空、冷凍機(jī)油的加注以及汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)排故等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。有助于更好的培訓(xùn)學(xué)生分析和解決問題的能力，同時(shí)提高教師教學(xué)質(zhì)量。以此為出發(fā)點(diǎn)，將本產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)方案列至如下：

（1）選用某型號(hào)五菱宏光轎車空調(diào)制冷系統(tǒng)的零件為實(shí)訓(xùn)臺(tái)架零件的對(duì)象。

（2）本實(shí)訓(xùn)臺(tái)架上安裝控制面板、線槽以及接線端子的線號(hào)。

（3）本實(shí)訓(xùn)臺(tái)架為可移動(dòng)臺(tái)架，臺(tái)架底座角落安裝有帶自鎖功能的萬(wàn)向腳輪，將電氣設(shè)備安裝在臺(tái)架上，選擇與該款五菱宏光轎車動(dòng)力相近的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，并安裝了起動(dòng)機(jī)實(shí)物。

2.1臺(tái)架行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在完成焊接之后開始設(shè)計(jì)臺(tái)架的移動(dòng)機(jī)構(gòu)。因?yàn)殡S著方鋼的焊接，架子整體的質(zhì)量也在不斷升高。如果這個(gè)時(shí)候?yàn)榧茏影惭b一個(gè)可以移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，那么在后面的工作中會(huì)節(jié)約很多的時(shí)間，提高制作效率。所以在經(jīng)過討論后決定在架子的四個(gè)角落安裝帶有剎車的萬(wàn)向輪作為可移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。最終確定選用四個(gè)相同型號(hào)的萬(wàn)向輪與四個(gè)100×100mm的鐵片作為可移動(dòng)的機(jī)構(gòu)。依照萬(wàn)向輪的四個(gè)孔位在鐵片對(duì)應(yīng)的位置上用M8的鉆頭打孔。然后將鐵片焊接到架子上面，在焊接好之后用錘子敲掉沒用的焊渣。最后用手握式的打磨機(jī)將焊縫磨平。

2.2 控制面板設(shè)計(jì)

本實(shí)訓(xùn)臺(tái)架控制面板的材料選用的是鐵板。選用木板加工難度比鐵板高，并且加工后還需處理毛刺等后續(xù)工作。綜合上述原因，將鐵板進(jìn)行激光切割。這樣既節(jié)約時(shí)間，又相對(duì)精確。控制面板的孔位布置以鐵板中心線的交點(diǎn)位置為基準(zhǔn)，將整體設(shè)計(jì)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。控制面板孔位上方選用貼紙對(duì)零部件進(jìn)行注釋。

2.3線槽設(shè)計(jì)

由于本實(shí)訓(xùn)臺(tái)架電路分支較多，連接后顯得比較凌亂，所以在臺(tái)架上面安裝線槽。使電路的整體走向一致，同時(shí)可避免由于外界環(huán)境造成的電線潮濕導(dǎo)致意外發(fā)生。在安裝線槽時(shí)不得超過臺(tái)架整體最外面的輪廓，安裝后使得臺(tái)架整體更加美觀實(shí)用性更強(qiáng)。

整體設(shè)計(jì)完成后可將各零部件進(jìn)行安裝，具體安裝流程如圖2所示。

2.4實(shí)訓(xùn)臺(tái)架電路設(shè)計(jì)

汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)電子元件包括：充電指示燈、空調(diào)開關(guān)、5線汽車點(diǎn)火開關(guān)、繼電器、裝線槽、交流接觸器（380V）、保險(xiǎn)、發(fā)電機(jī)指示燈等。設(shè)計(jì)框架如圖3所示。

（1）驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

本實(shí)訓(xùn)臺(tái)架驅(qū)動(dòng)電路由蓄電池、點(diǎn)火開關(guān)、繼電器、交流接觸器與電動(dòng)機(jī)組成，電路控制原理是接通蓄電池電源，由蓄電池向點(diǎn)火開關(guān)供電，點(diǎn)火開關(guān)ST線接到繼電器與交流接觸器，共同完成對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與控制。

蓄電池向點(diǎn)火開關(guān)供電。當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)ST檔啟動(dòng)，繼電器線圈通電，常開觸點(diǎn)吸合。電流由L2流向30號(hào)腳與87號(hào)腳，并通過控制線圈主觸點(diǎn)A1和A2回到L3。交流接觸器常開觸點(diǎn)閉合，電流由黑白線IG1通過觸點(diǎn)13NO和14NO，最后通過繼電器85號(hào)腳和86號(hào)搭鐵，三項(xiàng)電機(jī)開始工作。之后，點(diǎn)火開關(guān)自動(dòng)回位到（IG）檔，蓄電池開始充電，交流接觸器自鎖。

各電器元件型號(hào)選用12v蓄電池、五線點(diǎn)火開關(guān)、四角繼電器、380v交流接觸器以及三相異步電動(dòng)機(jī)。可作實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目包括：空調(diào)制冷系統(tǒng)的抽真空、低壓端法空調(diào)制冷劑的加注、真空吸入法加注冷凍機(jī)油、空調(diào)壓縮機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)的故障診斷與排除。

（2）空調(diào)電路設(shè)計(jì)

空調(diào)電路由蓄電池供電，電流經(jīng)過保險(xiǎn)以及藍(lán)色（+）線向點(diǎn)火開關(guān)供電。該電路由點(diǎn)火開關(guān)和空調(diào)開關(guān)共同控制，打開點(diǎn)火開關(guān)ACC檔，藍(lán)線（+）向空調(diào)繼電器30號(hào)腳供電。打開IG檔和空調(diào)開關(guān)，一端電流向鼓風(fēng)機(jī)供電，另一端經(jīng)溫控器和壓力開關(guān)后通過空調(diào)繼電器85和86號(hào)腳。線圈通電，常閉觸電吸合，電流經(jīng)30和87號(hào)腳向泠凝器風(fēng)扇和壓縮機(jī)電磁離合器供電。

（3）充電電路設(shè)計(jì)

當(dāng)開關(guān)閉閉合時(shí)，電流由蓄電池供給。這時(shí)，充電指示燈會(huì)亮起，因?yàn)橛须娏髁鬟^。然而，三相電機(jī)起動(dòng)之后，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速開始增加，發(fā)電機(jī)的端電壓也增加。當(dāng)蓄電池的電壓等于發(fā)電機(jī)輸出電壓時(shí)，發(fā)電機(jī)“D”端與“B”端的電位相等。由于發(fā)電機(jī)兩端電位差為零，充電指示燈熄滅。

（4）啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)

2.5線路布置

首先，先畫出電路走向圖和電路原理圖。再根據(jù)CAD圖紙為基礎(chǔ)，連接電路。在完成汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的電路圖和走向圖后。按圖紙要求即可將汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的各零部件正確連接。同時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：第一，線與線之間以及各電器元件之間的連線應(yīng)選用接線端子來(lái)連接，不但便于拆裝和檢查，還安全簡(jiǎn)潔。用接線端子連接牢固，能保證接觸良好，利于系統(tǒng)正常工作。第二，為避免導(dǎo)線過細(xì)而燒掉保險(xiǎn)引起電路故障，應(yīng)選擇正確規(guī)格的電線和保險(xiǎn)絲進(jìn)行連接。第三，為防止碰線而引發(fā)安全事故，使用連接端子進(jìn)行接線時(shí)，可以用端子保護(hù)套避免。第四，為了線路的整潔美觀，要求線與線以及各零件的接線端子整齊安裝。第五，汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)電路連接需嚴(yán)格遵守國(guó)家要求，并選用符合規(guī)格的導(dǎo)線。

依據(jù)電路走向圖，完成各電器元件的連接。第一，先完成控制電路的連接。第二，為便于老師教學(xué)和同學(xué)實(shí)踐練習(xí)，選用不同顏色的電線進(jìn)行連接。第三。對(duì)于端口的連接，本設(shè)計(jì)選用接線端子完成，并將其放入線槽。便于教師教學(xué)，同時(shí)也提高了上課的效率。為布置教學(xué)故障提供便捷，同時(shí)也能提高線路壽命。

2.6維修與調(diào)試

將電器元件成功安裝后，不能立即啟動(dòng)電路系統(tǒng)。第一，檢查各大部件機(jī)構(gòu)是否固定上緊。第二，檢查各系統(tǒng)電路是否連接完整。第三，對(duì)整個(gè)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)試。例如，整機(jī)啟動(dòng)、系統(tǒng)抽真空、補(bǔ)充規(guī)定型號(hào)的制冷劑等。

（1）整機(jī)啟動(dòng)

首先，在確認(rèn)系統(tǒng)各部件正常后啟動(dòng)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)，將黑色夾子夾到蓄電池負(fù)極，使制冷系統(tǒng)通電。使用點(diǎn)火開關(guān)和空調(diào)開關(guān)控制電路系統(tǒng)，若系統(tǒng)正常工作，則電路系統(tǒng)運(yùn)行正常。如果系統(tǒng)無(wú)法正常工作，需關(guān)閉電源進(jìn)行故障排除。用萬(wàn)用表檢測(cè)蓄電池電壓是否正常即，12V。其次，檢查是否有開路或短路故障的電路。最后檢查保險(xiǎn)故障。

（2）檢測(cè)壓力

在測(cè)試壓力之前，需確保歧管壓力表的高壓和低壓手動(dòng)閥和快速連接閥處于關(guān)閉狀態(tài)。然后將高、低壓表正確連接到汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)上（紅色高壓快速連接閥連接到較細(xì)的高壓維修閥門，藍(lán)色低壓快速連接閥連接到較粗的低壓維修閥門），然后再打開閥門。

要正確讀取到歧管壓力表組的壓力，需要先讓汽車發(fā)動(dòng)機(jī)以怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。并使汽車空調(diào)系統(tǒng)開啟10分鐘后才能讀取。當(dāng)制冷系統(tǒng)正常時(shí)，低壓值應(yīng)在0.08和0.95MPa之間。且高壓表的讀數(shù)約為低壓表讀數(shù)的十倍左右。將表中讀取的高壓值和低壓值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，結(jié)合系統(tǒng)中出現(xiàn)的其他癥狀，即可以確定汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的故障。

泄漏檢測(cè)方法：目視泄漏檢測(cè)，氮?dú)馑孤z測(cè)，熒光泄漏檢測(cè)，肥皂水泄漏檢測(cè)，鹵素?zé)粜孤z測(cè)，氣體壓差檢漏和電子泄漏檢測(cè)等。

（3）加注制冷劑

首先，常用的制冷劑加注方法有兩種：一種為低壓側(cè)加注，另一種為高壓側(cè)加注。其次，需要填充適量且符合規(guī)定類型的R134a制冷劑。注意加注R134a制冷劑前需要對(duì)高低壓表的三根表管進(jìn)行排空氣處理。抽真空的時(shí)間不可過短，至少要5-8min。清空制冷劑時(shí)，為防止大量冷凍機(jī)油流出并造成浪費(fèi)，應(yīng)慢慢打開高低壓手動(dòng)閥。為了準(zhǔn)確測(cè)量壓力，進(jìn)行系統(tǒng)壓力檢測(cè)時(shí)，要先對(duì)高壓和低壓手動(dòng)閥進(jìn)行關(guān)閉處理以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。

3 實(shí)訓(xùn)臺(tái)架優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用價(jià)值

（1）經(jīng)濟(jì)方面

在經(jīng)濟(jì)時(shí)代，無(wú)論是什么行業(yè)要制作什么樣的產(chǎn)品，產(chǎn)品的成本都是要放在第一位上面去考慮的，即使一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的非常完美，但制造成本過高，市場(chǎng)占有率會(huì)受到很大影響。在經(jīng)過市場(chǎng)上汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)教學(xué)臺(tái)架多次調(diào)查之后，結(jié)合學(xué)校的教學(xué)要求設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了空調(diào)供暖系統(tǒng)，運(yùn)用價(jià)值工程原理思路，對(duì)于教學(xué)中使用不到的功能去除，節(jié)省了大量成本。具對(duì)比，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯：與市場(chǎng)上試驗(yàn)臺(tái)架的市場(chǎng)價(jià)格相比起來(lái)，價(jià)格相差將近10倍左右。整個(gè)臺(tái)架操作簡(jiǎn)單方便、各個(gè)零部件以及電線的布置簡(jiǎn)單明了。

（2）教學(xué)方面

結(jié)構(gòu)清晰明了，能在多角度觀察制冷系統(tǒng)的工作情況，有利學(xué)生掌握知識(shí)。汽車空調(diào)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架內(nèi)部空間夠大，一方面方便指導(dǎo)老師進(jìn)行教學(xué)演示，另一方面也有利于同學(xué)們實(shí)際動(dòng)手操作和了解汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局。教學(xué)方便，在空調(diào)系統(tǒng)主要電器元件均使用方便拆裝的接線端子連接，有利于排故檢修。本實(shí)訓(xùn)臺(tái)架可以讓學(xué)生更好的理解課本知識(shí)的同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作能力。臺(tái)架增加移動(dòng)機(jī)構(gòu)使得臺(tái)架具有可移動(dòng)的特點(diǎn)，大大方便教師教學(xué)使用。

（3）電路方面

本實(shí)訓(xùn)臺(tái)架的總電路系統(tǒng)可分為四個(gè)子系統(tǒng)，分別為驅(qū)動(dòng)電路、空調(diào)電路、充電電路以及啟動(dòng)電路。本實(shí)訓(xùn)臺(tái)架在驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方面進(jìn)行創(chuàng)新，利用點(diǎn)火開關(guān)直接控制電動(dòng)機(jī)，外接三相電源，簡(jiǎn)單方便。此外臺(tái)架本身帶有充電系統(tǒng)

4 設(shè)計(jì)的不足與改進(jìn)建議

本實(shí)訓(xùn)臺(tái)架在制作過程中，由于經(jīng)驗(yàn)不足，在機(jī)架的焊接與打孔的先后順序發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致一些孔位在進(jìn)行打孔的時(shí)候位置上會(huì)造成一定的誤差。建議后續(xù)再設(shè)計(jì)制作類似實(shí)訓(xùn)臺(tái)架，可在繪制草圖之后先將零部件放到原材料方鋼上面進(jìn)行打孔，這樣可以提高制作的效率，盡可能的降低誤差。

基金項(xiàng)目：2018年自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“汽車空調(diào)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架研制”（編號(hào)201813639049）

參考文獻(xiàn)：

[1]金旭星.《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》[M].北京：人民郵電出版社.2009.11

[2]陳家瑞.《汽車構(gòu)造》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2009.2

作者簡(jiǎn)介：

朱蕊（1984.11-），女，山東安丘人，管理學(xué)碩士，講師，廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院汽車工程系教師，專業(yè)為企業(yè)管理市場(chǎng)營(yíng)銷方向，研究方向?yàn)槠嚑I(yíng)銷與服務(wù)。

熊維平（1952.07-），男，廣西柳州人，高級(jí)工程師，廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院汽車工程系教師，專業(yè)為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，研究方向?yàn)檐囕v工程。

（作者單位：廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院 汽車工程系）