汽車滑移門耐久臺架耐久試驗裝置設(shè)計

陳勇強，盧厚柱，何程遠，黃鵬，王均天

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545005）

汽車滑移門耐久臺架耐久試驗裝置設(shè)計

陳勇強，盧厚柱，何程遠，黃鵬，王均天

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545005）

介紹一種汽車滑移門耐久試驗裝置的開發(fā)與設(shè)計，主要利用搭建臺架的方式，再運用PLC程序來實現(xiàn)臺架的自動化控制，來完成滑移門的耐久試驗任務(wù)，發(fā)現(xiàn)滑移門潛在的故障，為設(shè)計提供整改依據(jù)。

滑移門；耐久；臺架

汽車兩側(cè)門是汽車的重要組成部分，車門的性能關(guān)系到車內(nèi)乘客和貨物的安全，而車門的耐久性能關(guān)系到車門自身能否發(fā)揮其作用的重要指標；設(shè)計汽車滑移門耐久試驗臺架，基本要求有：（1）要模擬司乘人員對滑移車門的實際操作；（2）要能實現(xiàn)自動化技術(shù)；（3）不允許對車門系統(tǒng)產(chǎn)生額外的破壞；（4）低成本，能滿足試驗要求和現(xiàn)場管理要求[1]。當前國內(nèi)外在開展車門的耐久性能試驗時，采用的是鋼鐵焊接鋼鐵的方法，該方法工序復(fù)雜，帶有危險性，操作難度大，同時不具備通用性，效果極不理想。本文選擇針對當前滑移門耐久試驗過程中出現(xiàn)的問題，設(shè)計了一套耐久試驗臺架。

1 設(shè)計的主要原理

本文針對滑移門的耐久試驗需求對試驗所需臺架進行了開發(fā)設(shè)計，本著滑移門的試驗特點：車門的主要動作是解鎖、開門和關(guān)門，所以所設(shè)計的臺架必須滿足并實現(xiàn)這三個基本動作；而在解鎖，開門和關(guān)門時，其各自有最大操作力的要求，所以該臺架所用到的執(zhí)行元件的作用力大小必須能實現(xiàn)可控；還要根據(jù)現(xiàn)場管理要求，臺架要整潔美觀，易于保養(yǎng)，能轉(zhuǎn)移和定位，性價比高等要求。

2 臺架結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)方案

為了滿足現(xiàn)場要求，設(shè)計滑移門耐久試驗臺架選擇采用鋁合金型材作為最初的原材料，主要因為：

（1）鋁合金型材是大眾化材料，價格不高，容易采購；

（2）鋁合金型材是鋁制品，不容易生銹，容易保養(yǎng)；

（3）鋁合金型材上有專門的T型槽，方便拆裝；

（4）鋁合金型材重量輕，不需要太多的勞動力一起配合即可開展[2]；臺架結(jié)構(gòu)組成見圖1.

圖1 滑移門耐久試驗臺架結(jié)構(gòu)組成

首先搭建基架10，為了方便整個臺架的移動，基架完成之后，要在基架上安裝四個萬向腳輪，因為白車身較重，同時根據(jù)試驗要求，試驗分高溫、低溫、高濕等多個階段，所以所采用的萬向腳輪必須是承重型，并且耐高低溫，防腐，還要帶剎車功能，以便固定整個臺架，將白車身放置并固定在基架上，然后根據(jù)滑移門的位置現(xiàn)場安裝固定臺架的其他部分。

驅(qū)動車門來回移動的裝置采用氣缸，原因有：（1）氣缸的能量來源是壓縮空氣，公司廠房都配備右壓縮空氣管；（2）試驗有多種不同環(huán)境下階段，而不同的環(huán)境對氣缸的性能產(chǎn)生的影響遠遠小于對其他元件（如電缸，油缸等）的影響；（3）氣缸使用壽命長，能節(jié)約成本。選擇兩個氣缸實現(xiàn)對車門的三個動作，即一個氣缸負責(zé)實現(xiàn)解鎖動作，另外一個氣缸負責(zé)實現(xiàn)開門和關(guān)門動作。為了確保氣缸能實現(xiàn)車門的操作，同時又能避免氣缸以及車門的被破壞，在現(xiàn)場加工了一些工裝夾具來輔助整個臺架功能的實現(xiàn)，如手柄工裝、支架及解鎖接點等。因為滑移門的開關(guān)門路徑并不是直線的，而臺架所采用的滑軌是直線的，為了避免試驗過程中對車門和臺架產(chǎn)生干涉，碰撞而引起破壞，車門與滑軌之間保持有絕對的安全距離，車門與滑塊之間的連接采用萬向連接，所以在支架4與滑塊之間采用轉(zhuǎn)軸連接，擺桿1與滑塊之間采用鉸鏈連接。采用這種方式可以實現(xiàn)萬向擺動，避免車門在運動過程中與滑軌發(fā)生相對運動時產(chǎn)生對臺架以及車門的破壞；同時確保臺架配件能牢固安裝在臺架上，優(yōu)化試驗效果。

2.2 氣缸計算

滑移門是直線開門和關(guān)門，車門的運動行程都很長，如果采用長氣缸，則會引起氣缸容易變形；為了保護氣缸，采用類似曲柄滑塊原理，將圓周運動轉(zhuǎn)化為直線運動，避免了采用長氣缸，從而實現(xiàn)了對氣缸的保護，具體為：在門邊安裝一根滑軌1，滑軌1上安裝滑塊，滑塊與車門連接，通過控制滑塊的運動來實現(xiàn)車門的開關(guān)，而另外還有一根滑軌2連接滑塊，滑塊均能夠相對滑軌1和滑軌2來回滑動；氣缸來回驅(qū)動滑軌2來回運動，滑軌2在來回運動的同時，與帶動滑塊一起運動，而由于滑軌1對滑塊的作用，即就能將氣缸的伸縮運動轉(zhuǎn)化成車門的來回運動，因為氣缸2在安裝過程中要求與滑軌1平行，根據(jù)相似三角形原理，可以確定氣缸2的安裝位置：擺桿2的運動行程很短，可以將其運動的弧線近似看成直線，假設(shè)氣缸2與擺桿2之間的絞點在開門初始位置為A1，開門結(jié)束位置為A2，擺桿2與滑塊絞點在門開初始時為B1，在門開結(jié)束位置時為B2，擺桿2與支架固定點為O，氣缸平行與擺桿1安裝，見圖2.

圖2 機構(gòu)簡圖

由此可知，

所以，

而OB1、B1B2的長度可直接測量得，有所選氣缸的型號可知A1A2長度，所以可得氣缸2的安裝位置。

為了保證車門的最大開啟力、最大關(guān)門力和最大解鎖力，確保車門合手柄在設(shè)計要求范圍內(nèi)開啟和關(guān)閉，以最大開門力的計算為例，同樣根據(jù)平行三角形原理；假設(shè)氣缸對擺桿2的拉力為F2，滑塊對車門的拉力為F1，根據(jù)平行三角形原理，可知：

OA1、OB1的長度均可由上得知，F(xiàn)1的大小根據(jù)設(shè)計取得，由此可得F2大小。

再根據(jù)氣缸的型號可得氣缸的缸徑，例如所選擇的氣缸型號為CG1BN20-75-XB7，可知氣缸的缸徑為20 mm，行程75 mm，所以可假定氣缸2的大腔缸徑為D2，氣缸的桿徑為d2，F(xiàn)2的大小是由氣缸的小腔產(chǎn)生，用游標卡尺可測量桿徑大小，根據(jù)小腔氣缸壓力大小的計算公式：

而F的大小由公式（3）可得，所以可得氣缸2的最大壓力P，可根據(jù)此設(shè)定氣壓閥，以確保車門在設(shè)定的最大開啟力范圍內(nèi)開門；最大關(guān)門力的計算方法類似于最大開門力的計算方法。而最大解鎖力的大小計算方法則可直接根據(jù)公式（4），公式（6）計算得到。

3 臺架控制程序設(shè)計

本臺架需要實現(xiàn)的主要功能是：解鎖—開門—關(guān)門這三個動作，中間加入調(diào)壓閥，節(jié)流閥等輔助元件。針對功能需求，采用PLC程序，因為PLC可編程控制器是通過儲存在存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，同一臺控制器還可以用于不同的控制對象，靈活，通用性強；通過控制氣路系統(tǒng)來實現(xiàn)對動作器的控制，以完成對車門的開關(guān)控制，實現(xiàn)臺架的機電一體化功能，不僅可以完成臺架的自動控制，自動計數(shù)，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)自動循環(huán)等功能[3]。相應(yīng)的控制過程如圖3所示。

圖3 臺架功能控制流程

PLC程序控制的梯形圖如圖4.

圖4 解鎖控制過程PLC梯形圖

其他開門和關(guān)門過程的梯形圖同理。

以上為實現(xiàn)耐久試驗的一個過程，一個過程完成之后，利用PLC程序的自動循環(huán)指令，將該過程又重新開始，同時加入計數(shù)累計指令，將試驗次數(shù)累計，直至完成要求試驗次數(shù)最終臺架搭建效果，如圖5所示。臺架設(shè)計完成之后，目前已經(jīng)完成公司下達的不少于十個滑移門項目的耐久試驗，在試驗過程中對臺架的檢查結(jié)果中可知，臺架能滿足對整個試驗的要求，不僅能確保解鎖力、開關(guān)門力的大小和方向均在設(shè)計要求的范圍內(nèi)執(zhí)行，同時每一次開關(guān)門都能夠真實模擬司乘人員實際對滑移門的開關(guān)情況，試驗過程中也發(fā)現(xiàn)了很多問題，這些問題為設(shè)計部門整改車門系統(tǒng)提供了依據(jù)和方向。

圖5 滑移門耐久試驗臺架

4 結(jié)束語

車門的耐久性能關(guān)系到車門自身能否發(fā)揮其作用。針對汽車滑移門耐久試驗需求，設(shè)計了耐久試驗臺架。本臺架采用鋁合金為原材料搭建，采用PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)控制，利用PLC程序自動控制、自動計數(shù)和自動循環(huán)，每一次均能夠精確到位，減輕了工作人員的工作強度；相比于其他企業(yè)的滑移門耐久試驗臺架，本臺架具有結(jié)構(gòu)簡單，低成本，功能性強，能滿足試驗的要求，所采用的鋁合金型材不易生銹，易于日常保養(yǎng)，采用PLC程序控制可實現(xiàn)自動化精確控制，減輕工人的工作強度；臺架牢固可靠，只要平時做好維護保養(yǎng)工作，臺架在試驗過程中出現(xiàn)的異常很少。經(jīng)過多次試驗驗證后，臺架耐久性能高，目前經(jīng)過得到多位專家的高度評價，并且已經(jīng)申請到了國家專利，相信將來能在不斷創(chuàng)新的臺架設(shè)計領(lǐng)域中發(fā)揮自身的優(yōu)勢，被更多的汽車企業(yè)所認可。

[1]付百學(xué).汽車試驗技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.

[2]傅強.汽車機械基礎(chǔ)[M].上海：同濟大學(xué)出版社，2009. [3]公利濱.歐姆龍PLC培訓(xùn)教材[M].北京：中國電力出版社，2012.

[4]（德）理查德（Richard，F(xiàn).）.現(xiàn)代汽車技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010

[5]聞邦椿.機械設(shè)計手冊[M].5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

Design of Durability Test Bench for Auto Sliding Door

CHEN Yong-qiang，LU Hou-zhu，HE Cheng-yuan，HUANG Peng，WANG Jun-tian
（SAIC GM Wuling Automobile Limited by Share Co.,Ltd.，Liuzhou Guangxi 545005，China）

This paper mainly introduces a kind of development and design of durability test platform for automobile sliding door.The main way to build a platform，and then using PLC program to realize the automatic control of the platform，to finishing the durability test requirements for sliding doors，and then realizing the durability of sliding door

sliding door；durability；platform

U463.83

A < class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0078-04

2017-02-08

陳勇強（1988-），男，廣西人，本科，助理工程師，研究方向：零部件子系統(tǒng)耐久試驗；盧厚柱（1987-），男，廣西人，本科，技術(shù)員，研究方向：門蓋系統(tǒng)耐久試驗；黃鵬（1990-），男，湖南人，本科，助理工程師，研究方向：零部件子系統(tǒng)耐久試驗；何程遠（1986-），男，廣西人，本科，助理工程師，研究方向：零部件子系統(tǒng)耐久試驗；王均天（1986-）男，貴州人，本科，助理工程師，研究方向：零部件子系統(tǒng)耐久試驗。