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        房車車門液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2015-04-16 06:32:17,
        液壓與氣動 2015年3期
        關(guān)鍵詞:單向閥房車上門

        ,  ,

        (1. 廣東工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院, 廣東 廣州 510006;2. 佛山泰鑫液壓設(shè)備有限公司, 廣東 佛山 528000)

        引言

        房車是為了滿足人們旅游和野外生活工作的需要而設(shè)計(jì)的集房與車的功能于一身的結(jié)合體,形象的可稱之為“可移動的家”。作為一款休閑車,它最大的優(yōu)勢是其舒適性和方便性。目前國內(nèi)對房車的研究還處于起步階段,本研究設(shè)計(jì)了一種簡單實(shí)用的房車車門控制的液壓系統(tǒng),該系統(tǒng)通過PLC控制液壓元器件,利用液壓缸提供推拉車門的驅(qū)動力,可以有效地打開和關(guān)閉車門,確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠。

        1 房車車門控制系統(tǒng)功能需求

        房車車門包括左、右、后三邊門,左、右側(cè)邊門分上、下2個門,后邊門只有1個門,每個門重約110 kg,通過液壓站實(shí)現(xiàn)這5個門的打開和關(guān)閉,控制系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能。

        (1) 功率控制功能房車系統(tǒng)最大可以提供5 kW的功率,考慮到車內(nèi)還有其他用電設(shè)備,所以液壓站的功率控制在3 kW之內(nèi),為了降低功率,采用5個門每次只有1個門動作的工作方式。

        (2) 獨(dú)立控制功能左、右、后三邊門獨(dú)立控制、動作互不影響,提高設(shè)備可靠性。

        (3) 同步控制功能同個門的2條油缸動作要基本同步,防止把門扭壞。

        (4) 時(shí)間控制功能為了提高設(shè)備的安全性,開關(guān)門的時(shí)間盡量長些,同時(shí)需要設(shè)置暫停功能,任何時(shí)候按下暫停按鈕就可以停止車門的動作。

        (5) 斷電控制功能 考慮到房車可能出現(xiàn)斷電的情況,PLC控制系統(tǒng)中時(shí)間繼電器選用斷電保持型的,此外,還需要在車內(nèi)設(shè)置手動卸荷開后門的裝置,防止停電的情況下車內(nèi)人員被困。

        (6) 油液清潔度控制功能油液受污染后會引起液壓元件磨損加劇、卡閥等現(xiàn)象,導(dǎo)致整個液壓系統(tǒng)工作性能變壞,需要采用高精度的過濾手段。

        2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        房車車門液壓系統(tǒng)的主要功能是在打開和關(guān)閉車門的過程中, 通過PLC控制相應(yīng)的液壓元器件, 利用液壓缸提供驅(qū)動力把車門推拉到預(yù)設(shè)的位置,其主要由電動機(jī)、變量葉片泵、控制閥組、液壓缸、液壓管路、油箱等組成。

        表1 電磁鐵得電情況

        注:符號+表示電機(jī)運(yùn)行或電磁鐵得電

        變量泵把電動機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能來驅(qū)動房車車門的開閉,當(dāng)車門沒有動作時(shí)液壓系統(tǒng)通過電磁溢流閥4來卸荷,實(shí)現(xiàn)節(jié)能。每個門通過2條油缸來驅(qū)動,通過調(diào)速閥組來實(shí)現(xiàn)2條油缸的同步動作,同時(shí)調(diào)速閥通過調(diào)節(jié)流量還可以防止門因重力的作用而快速下降。O形中位機(jī)能的三位四通電磁換向閥組除了控制油液流向外還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的保壓。另外,斷電情況下采用手動卸荷閥26來開后門,通過可調(diào)節(jié)流閥27來控制開門的速度,通過單向閥28(開啟壓力比單向閥30低些)完成油缸上腔的補(bǔ)油。房車車門液壓系統(tǒng)原理圖如圖1所示,電磁鐵得電情況如表1所示。

        3 液壓系統(tǒng)參數(shù)和元件選型

        3.1 液壓機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)

        每個門重約110 kg,所需的最大驅(qū)動力約25 kN;側(cè)門液壓缸(N1~N8)缸徑50 mm、桿徑38 mm、行程355 mm、最大壓力160 bar;后門液壓缸(N9,N10)缸徑50 mm、桿徑38 mm、行程400 mm、最大壓力160 bar; 側(cè)門開門時(shí)上門先開,到位后下門再開,關(guān)門時(shí)下門先關(guān),到位后上門再關(guān)。

        3.2 液壓系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)

        首先定義油缸缸徑為D=50 mm,活塞桿直徑為d=38 mm。 油缸的無桿腔充液面積為A1, 有桿腔充液面積為A2,行程為L,動作時(shí)間為t。安裝方式為缸筒固定,活塞桿移動的形式。

        1.電機(jī) 2.變量泵 3.單向閥 4.電磁溢流閥 5.壓力表6~10.三位四通電磁換向閥 11~20.調(diào)速閥21.左邊上門油缸N1、N2 22.左邊下門油缸N3、N423.右邊上門油缸N5、N6 24.右邊下門油缸N7、N825.后邊門油缸N9、N10 26.二位手動卸荷閥27.可調(diào)節(jié)流閥 28.補(bǔ)油單向閥 29.過濾器30.單向閥 31.油箱圖1 液壓系統(tǒng)原理

        左、右側(cè)門開門動作,L1=355 mm,t1=7 s;后門關(guān)門動作,L2=400 mm,t2=7 s。進(jìn)油油壓為p1,取背壓壓力p2=0.3 MPa。

        則A1=πD2/4=0.00196 m2

        A2=π(D2-d2)/4=0.00083 m2

        v1=L1/t1=0.051 m/s

        v2=L2/t2=0.057 m/s

        已知一個油缸的最大負(fù)載力F=25/2=12.5 kN

        根據(jù)公式p1A1-p2A2=F

        得p1=6.5 MPa

        最大流量Q=2Q2=2v2A1=13.4 L/min

        3.3 液壓元件選型

        1) 液壓泵的選擇

        由上可知選用壓力閥和泵的壓力p需大于6.5 MPa,流量Q需大于13.4 L/min。選用PV7-1X/10-14RE01MC6-16的變量葉片泵:額定壓力10 MPa,最大排量14 cm3/r,轉(zhuǎn)速范圍900~1800 rpm。

        2) 電機(jī)的選擇

        由電機(jī)功率公式,P=1.2·Q·P/60,確定電機(jī)功率=1.2×13.4×6.5/60=1.75 kW。

        選擇類型為單相異步電動機(jī),型號為YC112M-4,額定電壓為AC220 V,額定功率為2.2 kW,額定轉(zhuǎn)速為1400 rpm。

        各液壓元器件的具體選型如表2所示。

        表2 液壓系統(tǒng)關(guān)鍵元件

        4 房車車門電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        4.1 控制系統(tǒng)配置及PLC選型

        該液壓系統(tǒng)共有14個輸入信號,12個輸出信號,都是開關(guān)量。根據(jù)輸入輸出信號的數(shù)量、類型及控制要求,同時(shí)考慮到系統(tǒng)維護(hù)、功能擴(kuò)展和經(jīng)濟(jì)性等因素,決定選擇FX1N-40MR-001的PLC來控制液壓站,該款PLC共有24個輸入點(diǎn)和16個輸出點(diǎn),滿足控制要求,配套的觸摸屏選用GT10系列的產(chǎn)品。

        現(xiàn)場信號和PLC地址對照表如表3所示。

        表3 現(xiàn)場信號和PLC地址對照表

        圖2 PLC外部接線圖

        4.2 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        根據(jù)系統(tǒng)的功能和控制需求,PLC外部接線圖如圖2所示。

        4.3 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        根據(jù)控制要求,系統(tǒng)控制包括車外按鈕控制和車內(nèi)觸摸屏控制兩部分。車外控制后門的開啟和關(guān)閉,車內(nèi)可以對所有門進(jìn)行控制。左、右側(cè)面門的動作循環(huán)為:啟動-上門開-上門開門到位-下門開-下門開門到位-停機(jī);啟動-下門關(guān)-下門關(guān)門到位-上門關(guān)-上門關(guān)門到位-停機(jī)。后門的動作循環(huán)為:啟動-開門-開門到位-停機(jī);啟動-關(guān)門-關(guān)門到位-停機(jī)??紤]到液壓站運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)斷電的情況,采用斷電保持時(shí)間繼電器T251和T252來設(shè)定開、關(guān)門的時(shí)間,同時(shí)開、關(guān)門過程中設(shè)有暫停功能,提高設(shè)備運(yùn)行的安全性。PLC控制系統(tǒng)的程序流程圖如圖3所示。

        圖3 PLC程序流程圖

        5 結(jié)論

        本設(shè)計(jì)的房車車門液壓系統(tǒng)流量小、功率低,電磁換向閥和電磁溢流閥的使用使得液壓系統(tǒng)動作迅速,通過調(diào)速閥組完成油缸同步動作和油缸動作速度的調(diào)節(jié),PLC的電控系統(tǒng)通過不同的編程方式可以實(shí)現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的靈活控制,整個系統(tǒng)簡單實(shí)用,具有能耗低、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。該設(shè)計(jì)已經(jīng)被某公司房車系統(tǒng)采用,調(diào)試效果滿足客戶需求。

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