陳勇強(qiáng)，盧厚柱，何程遠(yuǎn)，黃鵬，王均天

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西柳州545005）

汽車(chē)滑移門(mén)耐久臺(tái)架耐久試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

陳勇強(qiáng)，盧厚柱，何程遠(yuǎn)，黃鵬，王均天

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西柳州545005）

介紹一種汽車(chē)滑移門(mén)耐久試驗(yàn)裝置的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，主要利用搭建臺(tái)架的方式，再運(yùn)用PLC程序來(lái)實(shí)現(xiàn)臺(tái)架的自動(dòng)化控制，來(lái)完成滑移門(mén)的耐久試驗(yàn)任務(wù)，發(fā)現(xiàn)滑移門(mén)潛在的故障，為設(shè)計(jì)提供整改依據(jù)。

滑移門(mén)；耐久；臺(tái)架

汽車(chē)兩側(cè)門(mén)是汽車(chē)的重要組成部分，車(chē)門(mén)的性能關(guān)系到車(chē)內(nèi)乘客和貨物的安全，而車(chē)門(mén)的耐久性能關(guān)系到車(chē)門(mén)自身能否發(fā)揮其作用的重要指標(biāo)；設(shè)計(jì)汽車(chē)滑移門(mén)耐久試驗(yàn)臺(tái)架，基本要求有：（1）要模擬司乘人員對(duì)滑移車(chē)門(mén)的實(shí)際操作；（2）要能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)；（3）不允許對(duì)車(chē)門(mén)系統(tǒng)產(chǎn)生額外的破壞；（4）低成本，能滿(mǎn)足試驗(yàn)要求和現(xiàn)場(chǎng)管理要求[1]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在開(kāi)展車(chē)門(mén)的耐久性能試驗(yàn)時(shí)，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(xiǎn)性，操作難度大，同時(shí)不具備通用性，效果極不理想。本文選擇針對(duì)當(dāng)前滑移門(mén)耐久試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套耐久試驗(yàn)臺(tái)架。

1 設(shè)計(jì)的主要原理

本文針對(duì)滑移門(mén)的耐久試驗(yàn)需求對(duì)試驗(yàn)所需臺(tái)架進(jìn)行了開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，本著滑移門(mén)的試驗(yàn)特點(diǎn)：車(chē)門(mén)的主要?jiǎng)幼魇墙怄i、開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)，所以所設(shè)計(jì)的臺(tái)架必須滿(mǎn)足并實(shí)現(xiàn)這三個(gè)基本動(dòng)作；而在解鎖，開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)時(shí)，其各自有最大操作力的要求，所以該臺(tái)架所用到的執(zhí)行元件的作用力大小必須能實(shí)現(xiàn)可控；還要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管理要求，臺(tái)架要整潔美觀，易于保養(yǎng)，能轉(zhuǎn)移和定位，性?xún)r(jià)比高等要求。

2 臺(tái)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)方案

為了滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)要求，設(shè)計(jì)滑移門(mén)耐久試驗(yàn)臺(tái)架選擇采用鋁合金型材作為最初的原材料，主要因?yàn)椋?/p>

（1）鋁合金型材是大眾化材料，價(jià)格不高，容易采購(gòu)；

（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(zhuān)門(mén)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(dòng)力一起配合即可開(kāi)展[2]；臺(tái)架結(jié)構(gòu)組成見(jiàn)圖1.

圖1 滑移門(mén)耐久試驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)組成

首先搭建基架10，為了方便整個(gè)臺(tái)架的移動(dòng)，基架完成之后，要在基架上安裝四個(gè)萬(wàn)向腳輪，因?yàn)榘总?chē)身較重，同時(shí)根據(jù)試驗(yàn)要求，試驗(yàn)分高溫、低溫、高濕等多個(gè)階段，所以所采用的萬(wàn)向腳輪必須是承重型，并且耐高低溫，防腐，還要帶剎車(chē)功能，以便固定整個(gè)臺(tái)架，將白車(chē)身放置并固定在基架上，然后根據(jù)滑移門(mén)的位置現(xiàn)場(chǎng)安裝固定臺(tái)架的其他部分。

驅(qū)動(dòng)車(chē)門(mén)來(lái)回移動(dòng)的裝置采用氣缸，原因有：（1）氣缸的能量來(lái)源是壓縮空氣，公司廠房都配備右壓縮空氣管；（2）試驗(yàn)有多種不同環(huán)境下階段，而不同的環(huán)境對(duì)氣缸的性能產(chǎn)生的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對(duì)其他元件（如電缸，油缸等）的影響；（3）氣缸使用壽命長(zhǎng)，能節(jié)約成本。選擇兩個(gè)氣缸實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)門(mén)的三個(gè)動(dòng)作，即一個(gè)氣缸負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)解鎖動(dòng)作，另外一個(gè)氣缸負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)動(dòng)作。為了確保氣缸能實(shí)現(xiàn)車(chē)門(mén)的操作，同時(shí)又能避免氣缸以及車(chē)門(mén)的被破壞，在現(xiàn)場(chǎng)加工了一些工裝夾具來(lái)輔助整個(gè)臺(tái)架功能的實(shí)現(xiàn)，如手柄工裝、支架及解鎖接點(diǎn)等。因?yàn)榛崎T(mén)的開(kāi)關(guān)門(mén)路徑并不是直線的，而臺(tái)架所采用的滑軌是直線的，為了避免試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)車(chē)門(mén)和臺(tái)架產(chǎn)生干涉，碰撞而引起破壞，車(chē)門(mén)與滑軌之間保持有絕對(duì)的安全距離，車(chē)門(mén)與滑塊之間的連接采用萬(wàn)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(shí)現(xiàn)萬(wàn)向擺動(dòng)，避免車(chē)門(mén)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與滑軌發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生對(duì)臺(tái)架以及車(chē)門(mén)的破壞；同時(shí)確保臺(tái)架配件能牢固安裝在臺(tái)架上，優(yōu)化試驗(yàn)效果。

2.2 氣缸計(jì)算

滑移門(mén)是直線開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)，車(chē)門(mén)的運(yùn)動(dòng)行程都很長(zhǎng)，如果采用長(zhǎng)氣缸，則會(huì)引起氣缸容易變形；為了保護(hù)氣缸，采用類(lèi)似曲柄滑塊原理，將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，避免了采用長(zhǎng)氣缸，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣缸的保護(hù)，具體為：在門(mén)邊安裝一根滑軌1，滑軌1上安裝滑塊，滑塊與車(chē)門(mén)連接，通過(guò)控制滑塊的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)門(mén)的開(kāi)關(guān)，而另外還有一根滑軌2連接滑塊，滑塊均能夠相對(duì)滑軌1和滑軌2來(lái)回滑動(dòng)；氣缸來(lái)回驅(qū)動(dòng)滑軌2來(lái)回運(yùn)動(dòng)，滑軌2在來(lái)回運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，與帶動(dòng)滑塊一起運(yùn)動(dòng)，而由于滑軌1對(duì)滑塊的作用，即就能將氣缸的伸縮運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成車(chē)門(mén)的來(lái)回運(yùn)動(dòng)，因?yàn)闅飧?在安裝過(guò)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(yùn)動(dòng)行程很短，可以將其運(yùn)動(dòng)的弧線近似看成直線，假設(shè)氣缸2與擺桿2之間的絞點(diǎn)在開(kāi)門(mén)初始位置為A1，開(kāi)門(mén)結(jié)束位置為A2，擺桿2與滑塊絞點(diǎn)在門(mén)開(kāi)初始時(shí)為B1，在門(mén)開(kāi)結(jié)束位置時(shí)為B2，擺桿2與支架固定點(diǎn)為O，氣缸平行與擺桿1安裝，見(jiàn)圖2.

圖2 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

由此可知，

所以，

而OB1、B1B2的長(zhǎng)度可直接測(cè)量得，有所選氣缸的型號(hào)可知A1A2長(zhǎng)度，所以可得氣缸2的安裝位置。

為了保證車(chē)門(mén)的最大開(kāi)啟力、最大關(guān)門(mén)力和最大解鎖力，確保車(chē)門(mén)合手柄在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)開(kāi)啟和關(guān)閉，以最大開(kāi)門(mén)力的計(jì)算為例，同樣根據(jù)平行三角形原理；假設(shè)氣缸對(duì)擺桿2的拉力為F2，滑塊對(duì)車(chē)門(mén)的拉力為F1，根據(jù)平行三角形原理，可知：

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

再根據(jù)氣缸的型號(hào)可得氣缸的缸徑，例如所選擇的氣缸型號(hào)為CG1BN20-75-XB7，可知?dú)飧椎母讖綖?0 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(biāo)卡尺可測(cè)量桿徑大小，根據(jù)小腔氣缸壓力大小的計(jì)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(chē)門(mén)在設(shè)定的最大開(kāi)啟力范圍內(nèi)開(kāi)門(mén)；最大關(guān)門(mén)力的計(jì)算方法類(lèi)似于最大開(kāi)門(mén)力的計(jì)算方法。而最大解鎖力的大小計(jì)算方法則可直接根據(jù)公式（4），公式（6）計(jì)算得到。

3 臺(tái)架控制程序設(shè)計(jì)

本臺(tái)架需要實(shí)現(xiàn)的主要功能是：解鎖—開(kāi)門(mén)—關(guān)門(mén)這三個(gè)動(dòng)作，中間加入調(diào)壓閥，節(jié)流閥等輔助元件。針對(duì)功能需求，采用PLC程序，因?yàn)镻LC可編程控制器是通過(guò)儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，同一臺(tái)控制器還可以用于不同的控制對(duì)象，靈活，通用性強(qiáng)；通過(guò)控制氣路系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)作器的控制，以完成對(duì)車(chē)門(mén)的開(kāi)關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)臺(tái)架的機(jī)電一體化功能，不僅可以完成臺(tái)架的自動(dòng)控制，自動(dòng)計(jì)數(shù)，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)循環(huán)等功能[3]。相應(yīng)的控制過(guò)程如圖3所示。

圖3 臺(tái)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(guò)程PLC梯形圖

其他開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)過(guò)程的梯形圖同理。

以上為實(shí)現(xiàn)耐久試驗(yàn)的一個(gè)過(guò)程，一個(gè)過(guò)程完成之后，利用PLC程序的自動(dòng)循環(huán)指令，將該過(guò)程又重新開(kāi)始，同時(shí)加入計(jì)數(shù)累計(jì)指令，將試驗(yàn)次數(shù)累計(jì)，直至完成要求試驗(yàn)次數(shù)最終臺(tái)架搭建效果，如圖5所示。臺(tái)架設(shè)計(jì)完成之后，目前已經(jīng)完成公司下達(dá)的不少于十個(gè)滑移門(mén)項(xiàng)目的耐久試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)臺(tái)架的檢查結(jié)果中可知，臺(tái)架能滿(mǎn)足對(duì)整個(gè)試驗(yàn)的要求，不僅能確保解鎖力、開(kāi)關(guān)門(mén)力的大小和方向均在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)執(zhí)行，同時(shí)每一次開(kāi)關(guān)門(mén)都能夠真實(shí)模擬司乘人員實(shí)際對(duì)滑移門(mén)的開(kāi)關(guān)情況，試驗(yàn)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，這些問(wèn)題為設(shè)計(jì)部門(mén)整改車(chē)門(mén)系統(tǒng)提供了依據(jù)和方向。

圖5 滑移門(mén)耐久試驗(yàn)臺(tái)架

4 結(jié)束語(yǔ)

車(chē)門(mén)的耐久性能關(guān)系到車(chē)門(mén)自身能否發(fā)揮其作用。針對(duì)汽車(chē)滑移門(mén)耐久試驗(yàn)需求，設(shè)計(jì)了耐久試驗(yàn)臺(tái)架。本臺(tái)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(dòng)控制、自動(dòng)計(jì)數(shù)和自動(dòng)循環(huán)，每一次均能夠精確到位，減輕了工作人員的工作強(qiáng)度；相比于其他企業(yè)的滑移門(mén)耐久試驗(yàn)臺(tái)架，本臺(tái)架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低成本，功能性強(qiáng)，能滿(mǎn)足試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化精確控制，減輕工人的工作強(qiáng)度；臺(tái)架牢固可靠，只要平時(shí)做好維護(hù)保養(yǎng)工作，臺(tái)架在試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的異常很少。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)驗(yàn)證后，臺(tái)架耐久性能高，目前經(jīng)過(guò)得到多位專(zhuān)家的高度評(píng)價(jià)，并且已經(jīng)申請(qǐng)到了國(guó)家專(zhuān)利，相信將來(lái)能在不斷創(chuàng)新的臺(tái)架設(shè)計(jì)領(lǐng)域中發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，被更多的汽車(chē)企業(yè)所認(rèn)可。

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

[2]傅強(qiáng).汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)[M].上海：同濟(jì)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(guó)電力出版社，2012.

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

[5]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[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(hào)：1

1672-545X（2017）05-0078-04

2017-02-08

陳勇強(qiáng)（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(yàn)；盧厚柱（1987-），男，廣西人，本科，技術(shù)員，研究方向：門(mén)蓋系統(tǒng)耐久試驗(yàn)；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(yàn)；何程遠(yuǎn)（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(yàn)；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(yàn)。