汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)實訓(xùn)臺架研制與應(yīng)用

朱蕊 熊維平 王哲 王啟凡

【摘 ?要】汽車行業(yè)在最近的幾年時間里飛速發(fā)展，汽車空調(diào)作為汽車內(nèi)部的一個重要組成部分，其工況好壞對汽車經(jīng)濟性、舒適性影響較大。為此對應(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)目標以及理實一體化教學(xué)模式的要求，本文設(shè)計研制了一種用于汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)理論與實訓(xùn)教學(xué)的臺架，該系統(tǒng)能有效實現(xiàn)教學(xué)功能并滿足學(xué)生實訓(xùn)操作，具有良好的改造延展性，且對驅(qū)動電路做了創(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)生維修實踐與創(chuàng)新的技能。

【關(guān)鍵詞】理實一體化教學(xué);汽車空調(diào);制冷系統(tǒng);實訓(xùn)臺架

1 ?概述

近年來隨著汽車行業(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)濟水平提高，人們對汽車性能要求也越來越高。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，通過這些功能來減少人們在開始出行時所帶來的疲憊。本文結(jié)合本院課程實際情況研制了一臺汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)臺架，一方面促進教師理實一體化教學(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)實操技術(shù)，培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

2 實訓(xùn)臺架總體設(shè)計方案

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

（1）選用某型號五菱宏光轎車空調(diào)制冷系統(tǒng)的零件為實訓(xùn)臺架零件的對象。

（2）本實訓(xùn)臺架上安裝控制面板、線槽以及接線端子的線號。

（3）本實訓(xùn)臺架為可移動臺架，臺架底座角落安裝有帶自鎖功能的萬向腳輪，將電氣設(shè)備安裝在臺架上，選擇與該款五菱宏光轎車動力相近的電動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，并安裝了起動機實物。

2.1臺架行走機構(gòu)的設(shè)計

在完成焊接之后開始設(shè)計臺架的移動機構(gòu)。因為隨著方鋼的焊接，架子整體的質(zhì)量也在不斷升高。如果這個時候為架子安裝一個可以移動的機構(gòu)，那么在后面的工作中會節(jié)約很多的時間，提高制作效率。所以在經(jīng)過討論后決定在架子的四個角落安裝帶有剎車的萬向輪作為可移動的結(jié)構(gòu)。最終確定選用四個相同型號的萬向輪與四個100×100mm的鐵片作為可移動的機構(gòu)。依照萬向輪的四個孔位在鐵片對應(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將焊縫磨平。

2.2 控制面板設(shè)計

本實訓(xùn)臺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，將鐵板進行激光切割。這樣既節(jié)約時間，又相對精確?？刂泼姘宓目孜徊贾靡澡F板中心線的交點位置為基準，將整體設(shè)計為對稱結(jié)構(gòu)?？刂泼姘蹇孜簧戏竭x用貼紙對零部件進行注釋。

2.3線槽設(shè)計

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

整體設(shè)計完成后可將各零部件進行安裝，具體安裝流程如圖2所示。

2.4實訓(xùn)臺架電路設(shè)計

汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)實訓(xùn)臺電子元件包括：充電指示燈、空調(diào)開關(guān)、5線汽車點火開關(guān)、繼電器、裝線槽、交流接觸器（380V）、保險、發(fā)電機指示燈等。設(shè)計框架如圖3所示。

（1）驅(qū)動電路設(shè)計

本實訓(xùn)臺架驅(qū)動電路由蓄電池、點火開關(guān)、繼電器、交流接觸器與電動機組成，電路控制原理是接通蓄電池電源，由蓄電池向點火開關(guān)供電，點火開關(guān)ST線接到繼電器與交流接觸器，共同完成對電動機的起動與控制。

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

各電器元件型號選用12v蓄電池、五線點火開關(guān)、四角繼電器、380v交流接觸器以及三相異步電動機?？勺鲗嵱?xùn)項目包括：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油、空調(diào)壓縮機不運轉(zhuǎn)的故障診斷與排除。

（2）空調(diào)電路設(shè)計

空調(diào)電路由蓄電池供電，電流經(jīng)過保險以及藍色（+）線向點火開關(guān)供電。該電路由點火開關(guān)和空調(diào)開關(guān)共同控制，打開點火開關(guān)ACC檔，藍線（+）向空調(diào)繼電器30號腳供電。打開IG檔和空調(diào)開關(guān)，一端電流向鼓風(fēng)機供電，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號腳。線圈通電，常閉觸電吸合，電流經(jīng)30和87號腳向泠凝器風(fēng)扇和壓縮機電磁離合器供電。

（3）充電電路設(shè)計

當(dāng)開關(guān)閉閉合時，電流由蓄電池供給。這時，充電指示燈會亮起，因為有電流流過。然而，三相電機起動之后，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速開始增加，發(fā)電機的端電壓也增加。當(dāng)蓄電池的電壓等于發(fā)電機輸出電壓時，發(fā)電機“D”端與“B”端的電位相等。由于發(fā)電機兩端電位差為零，充電指示燈熄滅。

（4）啟動電路設(shè)計

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，應(yīng)注意以下幾點：第一，線與線之間以及各電器元件之間的連線應(yīng)選用接線端子來連接，不但便于拆裝和檢查，還安全簡潔。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)線過細而燒掉保險引起電路故障，應(yīng)選擇正確規(guī)格的電線和保險絲進行連接。第三，為防止碰線而引發(fā)安全事故，使用連接端子進行接線時，可以用端子保護套避免。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)電路連接需嚴格遵守國家要求，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)實踐練習(xí)，選用不同顏色的電線進行連接。第三。對于端口的連接，本設(shè)計選用接線端子完成，并將其放入線槽。便于教師教學(xué)，同時也提高了上課的效率。為布置教學(xué)故障提供便捷，同時也能提高線路壽命。

2.6維修與調(diào)試

將電器元件成功安裝后，不能立即啟動電路系統(tǒng)。第一，檢查各大部件機構(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，對整個汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)進行適當(dāng)調(diào)試。例如，整機啟動、系統(tǒng)抽真空、補充規(guī)定型號的制冷劑等。

（1）整機啟動

首先，在確認系統(tǒng)各部件正常后啟動汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)，將黑色夾子夾到蓄電池負極，使制冷系統(tǒng)通電。使用點火開關(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)運行正常。如果系統(tǒng)無法正常工作，需關(guān)閉電源進行故障排除。用萬用表檢測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。最后檢查保險故障。

（2）檢測壓力

在測試壓力之前，需確保歧管壓力表的高壓和低壓手動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)的壓縮機上（紅色高壓快速連接閥連接到較細的高壓維修閥門，藍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)動機以怠速運轉(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，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準值進行比較，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。

泄漏檢測方法：目視泄漏檢測，氮氣水泄漏檢測，熒光泄漏檢測，肥皂水泄漏檢測，鹵素?zé)粜孤z測，氣體壓差檢漏和電子泄漏檢測等。

（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制冷劑前需要對高低壓表的三根表管進行排空氣處理。抽真空的時間不可過短，至少要5-8min。清空制冷劑時，為防止大量冷凍機油流出并造成浪費，應(yīng)慢慢打開高低壓手動閥。為了準確測量壓力，進行系統(tǒng)壓力檢測時，要先對高壓和低壓手動閥進行關(guān)閉處理以確保測量的準確性。

3 實訓(xùn)臺架優(yōu)勢與應(yīng)用價值

（1）經(jīng)濟方面

在經(jīng)濟時代，無論是什么行業(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，即使一個產(chǎn)品設(shè)計的非常完美，但制造成本過高，市場占有率會受到很大影響。在經(jīng)過市場上汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)教學(xué)臺架多次調(diào)查之后，結(jié)合學(xué)校的教學(xué)要求設(shè)計簡化了空調(diào)供暖系統(tǒng)，運用價值工程原理思路，對于教學(xué)中使用不到的功能去除，節(jié)省了大量成本。具對比，經(jīng)濟優(yōu)勢明顯：與市場上試驗臺架的市場價格相比起來，價格相差將近10倍左右。整個臺架操作簡單方便、各個零部件以及電線的布置簡單明了。

（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。汽車空調(diào)系統(tǒng)實訓(xùn)臺架內(nèi)部空間夠大，一方面方便指導(dǎo)老師進行教學(xué)演示，另一方面也有利于同學(xué)們實際動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。本實訓(xùn)臺架可以讓學(xué)生更好的理解課本知識的同時增強學(xué)生實際動手操作能力。臺架增加移動機構(gòu)使得臺架具有可移動的特點，大大方便教師教學(xué)使用。

（3）電路方面

本實訓(xùn)臺架的總電路系統(tǒng)可分為四個子系統(tǒng)，分別為驅(qū)動電路、空調(diào)電路、充電電路以及啟動電路。本實訓(xùn)臺架在驅(qū)動電路設(shè)計方面進行創(chuàng)新，利用點火開關(guān)直接控制電動機，外接三相電源，簡單方便。此外臺架本身帶有充電系統(tǒng)

4 設(shè)計的不足與改進建議

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

基金項目：2018年自治區(qū)級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目“汽車空調(diào)實訓(xùn)臺架研制”（編號201813639049）

參考文獻：

[1]金旭星.《汽車機械基礎(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：機械工業(yè)出版社.2009.2

作者簡介：

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)管理市場營銷方向，研究方向為汽車營銷與服務(wù)。

熊維平（1952.07-），男，廣西柳州人，高級工程師，廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院汽車工程系教師，專業(yè)為機械設(shè)計制造及其自動化，研究方向為車輛工程。

（作者單位：廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院 汽車工程系）