基于气动原理的汽车座椅检测加载装置及其控制

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2013年第 10期 液压与气动 55DOI：10．11832／j．issn．1000—4858．2013．10．015基于气动原理的汽车座椅检测加载装置及其控制钟晓勤 ，柴绍宽 ，蔡汉跃Design and Control of Car Seat Inspection Equipment Based onPneumatic PrincipleZHONG Xiao．qin ，CHAI Shao．kuan ，CAI Han．yue(1．上海应用技术学院 机械工程学院，上海 200235；2．上海应用技术学院 电气与电子工程学院，上海 200235)摘 要：针对汽车座椅性能的检测要求，设计了一种基于气动原理的检测加载装置，并成功应用于实际}生能检测中。详细阐述和分析了加载装置的结构设计、气压系统的工作原理及其电气控制基本原理。

关键词 ：气动；加载 ；检测 ；控制中图分类号：TH138 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)10-0055-04引言汽车工业的快速发展，促进了汽车及其零部件生产的规范化运行，国家、行业和企业为此制定了各项试验标准，以检验汽车及其零部件的质量和运行可靠性。

汽车座椅作为车辆内部重要的零部件，是人们实施驾乘功能的基础保障体，在行驶中要承受来 自于汽车外部和内部的随机复杂载荷，尤其当是汽车起步或紧急制动时。汽车座椅必须能够支撑人体，为驾乘人员提供比较安全舒适的环境 ，使他们在汽车行驶中保持平稳安全，减少路面激励对驾乘人员的影响，并当汽车受到撞击时最大限度地保护乘员生命安全 J¨。因此，作为汽车座椅的实际载荷承受体，座椅骨架的刚度、强度等机械性能是否满足工况要求显得尤为重要，只有当座椅骨架性能满足要求，才能保证座椅在工作中不产生破坏，保证驾乘人员的安全。对汽车座椅骨架的刚性进行检测是座椅性能测试的标准之一，为此，需要研究相应的试验设备，以完成对座椅该项性能的检测。

1 加载装置结构1．1 加栽装置功能要求汽车座椅骨架是汽车座椅的基础结构，可分为靠背骨架和座垫骨架。对汽车座椅骨架进行刚性试验是某汽车集团公司对其所属产品生产的检测试验标准之一
，其试验目的在于防止当机车行使时，在人体重量及其他外载荷作用下，座椅支架上的各连接处(焊接、粘合及旋紧)发生松动，以加强对其座椅产品质量的控制。对前排座椅总成产品的刚性试验标准要求是：在规定时间内对座椅座垫骨架前端两边的指定部位分别按规定载荷实施加载，检测座盆骨架的变形量是否在一 定范围内，控制座盆骨架刚性。

1．2 加载方式与装置结构设计1)加载方式分析作为座椅产生变形的源由，载荷是主要的作用因素，因此，座椅性能检测的关键之一是实现对座椅骨架的载荷施加。如何选择合理施加载荷方式和标准载荷大小，使之作用于检测对象，是需要解决的问题。

对物体加载的方式可以有机械、液压、气压等不同方式。机械式加载一般通过原动机驱动凸轮、连杆、齿轮等各类机构或组合机构传动，由执行机构(元件)完成规定动作，可靠性高；基于流体力学、工程力学等学收稿 日期 ：2013-06．17作者简介 ：钟晓勤(1961一)，女，湖南湘阴人，副教授，工学学士，主要从事机械设计的教学与研究工作。

56 液压与气动 2013年第 l0期科理论的液压传动，是以液体的压力能进行传递和转换能量的液体传动_2 J，它同样能实施对物体的加载，液体压力的大小取决于负载，应用越来越广泛。但是，在综合比较了液压、气压、机械等各类机构装置传动元件的结构特点和应用特性，以及检测试验机工作地点气源充分的特点，本设计采用比较简洁、方便、工作介质清洁的气压传动完成加载工作。

2)加载装置结构设计加载装置由加载气缸、机架、连接低板、压杆、传感器等组成。加载气缸固定在机架上，通过压杆将载荷施加于加载对象，传感器用于载荷测试，其安装位置位于载荷作用线上，保证其测量值的准确度，机构结构简图见图 1所示。

图 1 加载装置结构简图考虑到加载对象——座椅在安装过程中的位置需要被调整，作为整机调整系统的一部分，将加载装置整体安装在连接底板上，底板由螺栓组固定锁紧机架横梁上；并且利用机架横梁铝合金材料结构上的凹槽，通过底板带动加载装置整体沿机架横梁方向移动，可以满足该方向上的微调需要；同时，将直接作用于被测座椅的压杆底端面设计为圆头，以提高加载接触区域的精确度 。

2 气压加载系统设计气压传动的工作原理与液压传动相似，但是它们的工作介质不同，二者的传动又有着明显的差异。气压传动利用空气压缩机把电动机或其他原动机输出的机械能转化为空气的压力能，在控制元件的作用下，通过执行元件把压力能转化为直线或回转运动形式的机械能，来完成各种动作，并对外作功 。基于气压传动的基本原理，本加载系统根据座椅检测试验的动作顺序要求和载荷标准而设计，气动回路 由各类阀、气缸、气动三联件等组成，气动系统加载原理见图 2所示。

气气缸～唤向阀＼J Il ／节流图 2 气 动系统原理 图气压加载系统根据座椅的检测要求实现试验力Il载目标，气缸经历“活塞杆伸出下行一加载 1一活寨杆退回上行一伸出一加载2一退回一原位停止”的动作循环过程 。

电磁换向阀是电气系统与气压系统之间的信 转换元件，使气压系统方便地实现各种操作及 自动}I1ji序工作。当三位五通电磁换向阀1YA通电时，同路左接人，气压向左路输出至二位五通电磁换 向阀，如3YA通电时，上回路继续左路输出，使气缸 B活塞杆外伸下行，对被测座椅实施加载；如3YA断电时，则 l回路换为右路输出气压，使气缸 A活塞杆外伸下行，对另一座椅被测点实施加载。当三位五通电磁换向阀2YA通电时，回路右位接入，气压向右路输 ，使 A、B两气缸均能接通回气路，令 A、B两气缸活塞杆均向上退回。当 1YA、2YA两电磁铁都断电时，A、R两个气缸都无动作。三位五通电磁换向阀的中位机能型式为O形机能，中位时各阀口互不相通，使执行元件停止存需要位置，保持原始状态无动作。

三联件是气动设备中不可缺少的气源装置，依次由分水过滤器、减压阀、油雾器组成，安装在系统的最前端。减压阀Jl先行一级减压，将总管路流入系统同路压力减至0．58 MPa，起减压和稳压作用。减压阀J2对回路进行二级减压至 0．4 MPa，以控制气缸 A或 B下行加载时的供气压力稳定，保证回路T作压力正常，满足动作要求。气压系统回路在气缸的进 口使用 4个单向节流阀，均形成回气路节流调速，可以控制气流的单向流动和气缸所有动作的运行姿态气缸是气动自动化中应用最广的一种执行元件，将压缩空气能转换为直线运动并作功，已成为标准件选用气缸的型号为DNC-63．200一PPV—A。按试验要求，2013年第1O期 液压与气动 57L1L2L3NPEQK"- -L L2l- ．L L3l1+24VNOL O2 NO3 ZJ1 ZJ2 ZJ51 |． |． |． |.

．．． ．． _J 603 604 70l 702605l ＼ ／＼。

匡 固 匡 囵匡 臣 口匝 匝si31／KM3 KM3 KM3、l 713 4o1IIsBI302I，o3／ 囱 I DT1 DT2 IGQK 总电源开关一 SB1、SB2带灯按钮 (DT1、DT2) XZ1卸载开关— _{电I QT 交直流转换开关 GZ1加载开关l源l KM3交流接触器 QH1转换开关插l BYQ交流变压器 ZJ1~5中间继电器图3 加载系统电气控制原理图最大外载为 1000 N，则气缸直径计算：设最大负载F=1000 N，负载率 叼=0．85，工作压力P：0．4 MPa，则：D≥√ =N／'r 4 x 100 =61 m(1)按系列取气缸直径为 D=63 mnl。

当试验载荷 F=500 N时，Di>43．3 mm；如果工作压力调至0．6 MPa，则该气缸可达最大推力为：F =P D ,74／订 = 0．6 ×63 ×0．85 x 4／w=2577 N (2)所 以，设计选用 DNC．63-200一PPV．A标准气缸能保证对座椅加载动作的连续正常实施。

3 电气及计算机控制原理3．1 电气控制基本原理与系统设计_3I4电气控制系统具有简化设备结构，提高设备 自动化水平，实现远距离安全操作等功能。因此，在现代化设备中，通常配备设计电气控制系统。

基于电气控制的基本原理，根据座椅检测加载的动作要求，以及与计算机系统等设备组成部分的协调运行关系，本研究电气控制系统采用逻辑控制系统。

逻辑控制系统通常采用具有两个稳定工作状态的电气元件构成控制系统，电路简洁、控制方式可靠、元器件结构简单，成本低，对计算机控制系统起保护系统稳定、电器的继电操作等作用，图3为加载系统电气控制原理 图。

系统中采用了继电器、交流接触器、位置开关、整流器、保护：元件、各类主令电器、开关电器等，对包括座椅加载在内的汽车座椅性能检测的启动、运行、停止、保护等动作实现电气控制。电气控制系统分别设计了自动和手动两套系统控制方案，自动控制系统用于正常的设备运行，手动系统主要用于对检测设备的安装调试。

在加载系统的电气控制部分，中间继电器 zJ应用其在控制电路中具有逻辑变换和状态记忆的功能、对同一信号进行多点输出的特点，接受来 自计算机输出的运动控制信号，接通或断开控制电路，实施控制系统中对加载气缸运动的逻辑控制任务，即加载和卸载的自动运行控制；交流接触器 KM3，通过对控制柜面板上按钮 SB1、SB2的操作，接通或切断提供控制系统的电源，实现手动系统对气缸加载过程动作的启动、停止控制；各类开关电器如加载开关 GZ1、卸载开关 XZ1、转换开关 QH1、总电源开关 QK等用于手动控制中的分合电路或通断电路，起电源隔离、保护电气设备的作用；当电流超值时，熔断器 Fu可使电路断开，作为过电流或短路的保护。

3．2 计算机控制基本原理计算机控制系统一般由计算机系统、检测装置、通58 液压与气动 2013年第 l0期DOI：10．11832／j．issn．1000—4858．2013．10．016某型飞机液压油箱故障及其改进设计肖文键，扈 航，位立军Hydraulic Tank of a Fighter：Fault Analysis and ImprovementXIAO Wen-jian，HU Hang，WEI Li-jun(北京航空工程技术研究中心，北京 100076)摘 要：针对某型飞机液压油箱气密隔板变形、裂纹及增压连通管断裂等问题，通过理论分析和仿真计算，明确了故障原因，并在此基础上提出了改进措施。在实现主、助力液压系统完全隔离，提高系统安全性的同时，有效解决了液压油箱隔板变形、裂纹和增压连通管断裂等问题。

关键词：液压油箱；分析；改进中图分类号-TH137；V245．1 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)10-0058-04引言液压油箱的主要作用是储存液压系统所需的油液，并有散热和分离液压油中的空气，沉淀油液中杂质等作用?，是液压系统的重要附件。通过对液压油箱中油液增压可以提高液压泵的入口压力，改善液压泵的高空性能。油箱的设计好坏直接影响到液压系统的可靠性，且对液压泵的寿命有决定性的影响【 。

某型飞机的液压油箱属于非隔离式增压油箱，在使用和大修过程中，液压油箱出现故障较多，主要表现为油箱隔板变形、增压连通管断裂 (见图1)等问题。

收稿日期 ：2013-04-03作者简介 ：肖文键(1967一)，男，湖南宜章人，高级T程师，博士，主要从事飞机机电技术方面的科研工作。

道与接口、外部设备和被控对象等部分组成。控制计算机经过输入／输出通道、检测装置与被控对象接口相连，获取压力、温度等对象状态信息以及传送控制命令或设定控制量，通过人机接 口即操作界面与外部设备相联系，完成对被控对象的各类 自动控制。

根据加载控制要求和特点，在对系统进行计算机控制时，需要考虑系统的输入／输出能力、模块化结构、标准化等因素，对数据采集、加载控制、信息管理等做好设计，计算机控制系统组成的基本工作原理见图4所示图4 计算机控制系统基本原理框图作为总体要求，系统软件都需要设置数据采集、数据分析处理、运行控制、信号实时显示等基本功能模块，其中的加载控制模块也建立相应的工作流程，在其他各模块协调下完成加载控制的任务。

4 结论本设计基于气动原理的汽车座椅检测加载装置结构简单，安装操作方便，控制运行可靠，已在某企业对汽车座椅的性能检测中得到成功应用，提高了检测的准确度和自动化程度。

参考文献：[1] 王碹 ，李宏光，等．现代汽车安全[M]．北京：人民交通出版社 ，1998.

[2] 王慧．液压与气压传动[M]．沈阳：东北大学出版社，2011.

[3] 王丰，等．机电传动控制 [M]．北京：清华大学出版社 ，2010.

[4] 王得胜，等．电气控制系统设计[M]．北京：电子T业出版社，2011.

[5] 刘士荣，等．计算机控制系统[M]．北京：机械工业大学出版社，2008.