汽車防飛濺系統(tǒng)雨簾位移檢驗裝置的研制

賴建文

福建省特種設(shè)備檢驗研究院龍巖分院 福建省專用車輛產(chǎn)品質(zhì)量檢驗中心 福建省龍巖市 364000

1 引言

我國是全球汽車保有量最大的國家，近年來交通事故率逐年上升，汽車行駛的安全性越來越引起行業(yè)的重視。防飛濺系統(tǒng)是用于減少車輛運動時輪胎向上濺起水霧的系統(tǒng)，可提高汽車行駛的安全性，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《機動車輛及其掛車防飛濺系統(tǒng)》，并且該指令為許多國家對進口車的必檢認證項目之一。為促進我國防飛濺裝置行業(yè)的技術(shù)進步，提高防飛濺裝置的產(chǎn)品質(zhì)量，保障防飛濺裝置技術(shù)和標準與世界同步，2017 年11 月1 日GB 34659-2017《汽車和掛車防飛濺系統(tǒng)性能要求和測量方法》強制性標準出臺，于2018 年1 月1 日強制實施，并作為專用車《公告》強檢項目。GB 34659-2017 標準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 的力計算，雨簾向后偏斜應(yīng)不大于100mm。

現(xiàn)有技術(shù)中對雨簾位移進行檢驗通常采用推拉力計和鋼卷尺，檢驗過程需確保拉力水平，讀取雨簾被拉前后位置的位移量，造成檢驗效率低、檢驗結(jié)果受人為因素影響大，測量精度難以保證。針對目前雨簾位移檢驗的不便性，研發(fā)一款自動化高、通用性強的汽車防飛濺系統(tǒng)雨簾位移檢驗裝置，提升檢驗效率和測量精度。

2 研發(fā)的總體思路

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

3 設(shè)計原理及技術(shù)參數(shù)

3.1 設(shè)計原理

檢驗裝置設(shè)計原理如圖1 所示，該檢驗裝置主要包括絲桿升降臺、步進電機、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。帶導(dǎo)向架氣缸安裝在絲桿升降臺臺面上，氣缸的輸出端連接有用于檢測雨簾拉力的力傳感器，氣缸的導(dǎo)向桿上安裝有用于檢測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量傳輸至控制器，再由控制器進行運算處理，并發(fā)送至顯示屏上顯示出結(jié)果；經(jīng)空壓機壓縮后的氣源進入至氣源三聯(lián)件，氣源經(jīng)減壓、凈化過濾及潤滑后進入三位五通電磁換向閥，再經(jīng)節(jié)流閥調(diào)速后進入至氣缸輸氣端，進而使氣缸達到標準檢測所需的力值；步進電機與絲桿通過彈性聯(lián)軸節(jié)連接，步進電機驅(qū)動絲桿進而帶動剪型升降臺升降至雨簾標準檢驗所需的高度。

圖1 設(shè)計原理圖

3.2 主要技術(shù)指標

本檢驗裝置的主要技術(shù)指標如表1所示。

表1 檢驗裝置主要技術(shù)指標

4 設(shè)計與選型

本檢驗裝置主要由機械結(jié)構(gòu)模塊、氣路模塊和電控模塊組成。檢驗裝置裝配結(jié)構(gòu)如圖2 所示。其中機械結(jié)構(gòu)模塊主要包括絲桿、升降臺、刻度尺、限位塊、固定架；氣路模塊包括空壓機（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、步進電機。

圖2 裝配結(jié)構(gòu)圖

4.1 機械結(jié)構(gòu)模塊

機械結(jié)構(gòu)模塊中升降臺采用剪型升降支撐、雙導(dǎo)軌五軸過定位機構(gòu)，保證運動平穩(wěn)，同時為降低偏心擾動和空回，通過彈性聯(lián)軸節(jié)將精密研配絲桿和步進電機連接，并在升降臺的臺面和側(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同高度。升降臺在步進電機驅(qū)動下帶動絲桿轉(zhuǎn)動，進而帶動剪型支撐升降，當限位塊下端面的刻度值到預(yù)設(shè)高度時，步進電機停止工作。

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，同時為便于檢驗和存儲可將檢驗裝置的升降臺和固定架置于小推車上。

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 的無油空氣壓縮機為本檢驗裝置提供氣源，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、過濾器、油霧器的氣源三聯(lián)件，減壓閥對氣源進行調(diào)壓，使氣源達到標準檢測所需的壓力；過濾器用于對氣源的清潔，過濾壓縮空氣中的水份，避免水份隨氣體進入本檢驗裝置；油霧器對氣缸進行潤滑，延長氣缸的使用壽命。

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，當電磁換向閥斷電時，電磁換向閥切換至中間位置，氣缸停止動作，電磁換向閥左邊通電時，氣缸大缸進氣，氣缸活塞桿伸出，電磁換向閥右邊通電時，氣缸小缸進氣，氣缸活塞桿縮回。通過控制面板上的三檔開關(guān)按鈕切換電磁換向閥氣路，本檢驗裝置檢驗過程，氣缸處于縮回動作。選用帶刻度的單向節(jié)流閥用于控制氣缸往復(fù)運動速度。由于本檢驗裝置所需的力值小，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到標準檢測力值，根據(jù)壓強公式：

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

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，當力傳感器拉動雨簾時，受力產(chǎn)生的微小形變轉(zhuǎn)化為模擬量信號傳輸至控制器處理，經(jīng)運算處理后顯示力值。選用每0.02mm輸出1 個脈沖的磁柵位移傳感器，讀磁頭安裝在氣缸導(dǎo)向桿末端，隨氣缸一起運動，磁尺固定在升降臺臺面上，當讀磁頭在磁尺的磁場空間中做直線運動時，讀磁頭根據(jù)運動的位移量實時輸出相應(yīng)的位置脈沖，經(jīng)控制器運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，直接顯示出氣缸的壓力。

控制器選用7 寸觸控型PLC 一體機，其安裝在固定架上，控制器內(nèi)設(shè)定氣缸停止工作程序，當氣缸拉動雨簾所需負載超過預(yù)設(shè)力值時，延時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120mm 時，電磁閥斷電，電磁換向閥切換到中間位置，氣缸停止工作。

5 驗證分析

為了驗證本檢驗裝置的穩(wěn)定性和檢驗效率，分別對2 種車型的雨簾位移量進行檢驗并用秒表計時檢測所需時間，將手工測量及本檢驗裝置所測的結(jié)果進行比較，試驗結(jié)果如表3 所示。其中手工測量的器具為推拉力計和鋼卷尺，每種車型測量5 次。結(jié)果表明采用本檢驗裝置的檢測結(jié)果重復(fù)性高，檢測時間短。

表3 試驗結(jié)果

6 結(jié)束語

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