， 　，

(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。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳聰.中國房車露營旅游發(fā)展研究[D].武漢：華中師范大學(xué),2013.

[2]王智明,李景海,楊旭.國內(nèi)房車發(fā)展的技術(shù)現(xiàn)狀及前景展望[J].城市車輛,2005，(2):30-32.

[3]王益群,高殿榮.液壓工程師技術(shù)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

[4]李笑.液壓與氣壓傳動[M].北京：國防工業(yè)出版社,2007.

[5]周麗芳,羅志勇,羅萍,等.三菱系列PLC快速入門與實(shí)踐[M].北京：人民郵電出版社,2010.

[6]李剛炎,杜婷婷,涂鳴,等.生活垃圾中轉(zhuǎn)站水平壓縮機(jī)液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[J].液壓與氣動,2013,(3):20-23.

[7]王秋菊.深孔鉆床液壓系統(tǒng)電氣控制的技術(shù)改造設(shè)計(jì)[J].液壓氣動與密封,2014,(2):64-66.

[8]孫春耕,袁銳波,吳張永,等.PLC在液壓泵站中的應(yīng)用[J].液壓與氣動,2010,(2):87-88.

[9]于大國,楊福合,馬清艷,等.利用PLC靈活控制液壓設(shè)備的運(yùn)動[J].液壓與氣動,2011,(3):60-62.

[10]汪功明,姚道如.MMB1320B型外圓磨床液壓系統(tǒng)的PLC控制[J].液壓氣動與密封,2008,(3):24-26.