汽车减振器流量试验台温度控制系统精.docx

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汽车减振器流量试验台温度控制系统精

文章编号:

10064303（200204034004

收稿日期:

2001-00-00;修订日期:

2001-05-01,男,,汽车减振器流量试验台温度控制系统

殷建军,高红俐,姜伟,杨继隆

（浙江工业大学机电学院,浙江杭州310032

摘要:

汽车减振器流量试验台是为了检测筒式液力减振器的性能而自行研制开发的,试验台通过在恒温工况下自动检测流过减振器活塞的油液流量和压力之间的关系,来检测减振器的性能。

本文简单介绍了汽车减振器流量试验系统的总体结构及工作原理,详细介绍了试验台温度控制系统:

制冷及加热系统的结构、工作原理及设计计算;温度控制系统软件及硬件设计。

关键词:

减振器;液压试验台;温度控制;制冷;PLC

中图分类号:

TH39文献标识码:

A

Researchontemperaturecontrollingsystemofthehydraulicflow

testdeviceforshockabsorbersinautomobile

YINJianjun,GAOHongli,JIANGWei,YANGJilong

（CollegeofMechanical&ElectricalEngineering,ZhejiangUniversityofTechnologyHangzhou310014,China

Abstract:

Thehydraulicflowteststandisdevelopedtotesttheautomobilesshockabsorbersontheperformancebymeasuringtheflowpressurerelationshipoftheoilpassingthepiston.Thispaperbrieflyintroducedthestructureandworkingprocessofatestingdeviceusingthehydraulicsystemforshockabsorbersinautomobiles,then,adetailedstudyonthetemperaturecontrollingsystemappliedtothistestingdevicewassupplied.Thissystemincludestwoparts:

Oneistheheatingandcoolingequipmentofwhichtheauthortriedtoanalysethestructuretheworkingprocessandthedesign;anotherpartisthetemperaturecontrollingsystemwhichincludeshardwareandsoftwaresystems.Now,thissystemhasbeenworkingverywellforalongtimeinShanghaiHuiZhongAutomobileCompany.

Keywords:

shockabsorber;hydraulicteststand;temperaturecontrollingsystem;PLC;coolingsystem0引言

减振器是汽车的一个重要零部件,它用于汽车底盘以缓和汽车的震动,减小冲击,增加寿命,其性能的优、劣直接关系到轿车的平衡性和舒适性。

目前,在汽车上广泛采用的是筒式液力减振器,它的主要的工作原理为:

当汽车车架在悬架上震动时,带动减振器的主要工作部件活塞在减振器的工作油缸内做上下往复运动,随着活塞的运动减振器内的粘滞油液从一侧内腔经活塞上的阻尼孔流入另一侧内腔,此时,孔壁与粘滞油液的摩擦及液体分子内摩擦等便形成了对振动的阻力,使汽车振动能量转化为热

第30卷第4期

2002年8月浙江工业大学学报JOURNALOFZHEJIANGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol.30No.4

Aug.2002

能。

对于筒式液力减振器,其主要的工作部件是活塞,活塞的结构和性能直接决定着减振器的性能和寿命。

因此上海汇众公司委托我院设计一套实验装置,通过此装置来自动检测流过减振器活塞的油液流量和压力之间的关系,据此来检测减振器的性能。

1减振器流量试验台总体系统简介

汽车减振器流量试验台由试验台架,油箱及泵组件、液压控制元件、恒温系统、检测元件及控制装置组成,其中控制装置包括上位计算机和电器控制柜。

恒温系统包括制冷、加热装置及温度控制系统,其主要作用是保持流过试件的油温为（20!

2∀,从而保证试验台的检验精度及性能。

本试验台控制系统由液压控制回路和温度控制回路组成（如图1所示,试验和系统参数由上位计算机软件设定,计算机将设定的参数通过串行通讯传到PLC可编程控制器,PLC根据输入的命令来执行相应的过程（设定流量测试压力、设定压力测试流量、逐点检测或连续检测控制策略采用PID调节算法。

试验的压力、流量信号通过压力传感器及流量计转换为电信号,经信号调理后送到PLC的A/D

转图1减振器试验台控制原理图

换模块转化为数字量,PLC一方面将采

样结果送到上位计算机,另一方面将计

算结果经D/A转换及比例放大器放大

后送到比例溢流阀或比例调速阀以实

现对实验的控制,上位计算机完成试验

结果的保存、图形化输出,并送打印机

打印结果（这一部分的详细说明请见另

文。

液压油的温度控制,采用热电阻检

测油箱的温度,将检测到的油温信号通

过信号调理电路送PLC的A/D转换模

块,PLC将模拟信号转化为数字量,一方

面将温度值送到上位机进行保存、显

示、打印,同时PLC进行PID调节运算,实现对温度的控制。

图2制冷系统总体装置2试验台的恒温装置及其设计计算

汽车减振器流量试验台的恒温装置包括制冷装置和加热装置,

其中加热装置采用三只2KW的加热器,由于原理和结构均比较简单,在此不做详细论述,下面主要讲述制冷装置的结构、工作原理及设计计算。

2.1制冷系统的组成、工作原理、蒸发器的结构设计

汽车减振器流量试验台制冷系统总体装置如图2所示:

由空调室

外机KF61W/CIS（压缩机和冷凝器、蒸发器、膨胀阀组成。

蒸发器

安装在油箱内来冷却油温,根据油箱的结构及试验台的工作环境我

们自行设计,详细结构如图3所示。

2.2制冷系统设计

2.2.1原始数据

液压系统额定压力

5MPa90#341#第4期殷建军,等:

汽车减振器流量试验台温度控制系统

1油箱;2连接板;3制冷铜管;4挡板图3制冷系统蒸发器结构图

单件连续测试时间

∃10min被测试试件安装时间

∃1h工作环境温度

（-5~+40∀油箱控制温度

（20!

2∀液压系统泵源电机最大有效功率

8.33kW油箱容积（1.45%1.0%0.7

1.015m32.2.2系统相关功率选择根据本液压系统的特点,液压泵大部分的功

率转化为热量形式,故取制冷系统室外机组为:

KF61W/CIS,该机组制冷量为6.1kW,压缩机电机输出功率为2.35kW（三相、380V/50Hz

2.2.3蒸发器设计计算

本液压试验台制冷装置所采用的蒸发器为冷却液体（液压油的满液式蒸发器,其具体结构如图3所示,空调制冷工况:

蒸发温度te=5∀;过热温度t0=15∀;冷凝温度;tk=40∀;吸气温度tu=35∀,取冷却介质液压油进口温度t1=19∀,液压油出口温度t2=21∀,蒸发器选用12%0.75铜管为蒸发管,经计算得所需铜管长度为99m。

在最恶劣工况夏天温度达40∀时,将油箱油温降至20∀所用时间为1h,满足设计要求。

2.2.4节流机构的选型

根据本系统的特点,我们选择外平衡式热力膨胀阀,它是靠蒸发器出口气态制冷剂的过热度来控制阀门的开启度,自动调节供给蒸发器的制冷剂流量,并同时起节流作用。

3试验台温度控制系统的设计

图4试验台温度控制系统原理图

3.1控制系统组成及控制过程

试验台温度控制系统原理如图4所

示,恒温系统的主要工作原理为:

系统

开机以后,PLC首先进行初始化,上位计

算机将控制命令通过串行总线送到

PLCCPU模块内,若为启动工作命令,则

系统首先进行温度测量,若油温不符合

要求,系统启动温度控制系统,如油箱

温度高于设定值,则通过冷却系统电机

接触器启动空调室外机电机开始制冷

工作循环,直到温度满足要求,如温度

低于设定值,则启动加热器对油箱内的

液压油进行加热,直到温度满足要求。

在测试过程中若温度超过要求温度时,

则温度控制系统随时启动使系统油温

保持在（20!

2∀。

3.2系统的硬件工作模块

3.2.1控制系统PLC

控制系统PLC采用SIMATICS7200系列,其各模块如下:

:

2#342#浙江工业大学学报第30卷

A/D及D/A转换模块:

EM235三路模拟输入,一路模拟输出,两个模块,三路12BIT模拟输入,转换时间为25s,一路模拟输出,电流输出:

0~20MA,或输出电压10V,通过电流放大可满足比例阀的输入信号要求。

通讯转换RS485/RS232:

ADMA4520（台湾研华

图5温度信号调理电路

3.2.2温度检测元件及信号调理电路

温度传感器采用铂电阻PT100或PT1000,温度信

号调理电路由测量电桥、放大及滤波等几部分组成,放

大器采用美国B-B公司仪表放大器INA114,信号调

理电路如图5所示,桥路电压通过稳压器（78L12输入

到电桥,电压为12V,通过调节可变电阻VR1实现输出

信号的改变。

3.2.3电机启动电路

冷却系统电机启动和油泵电机的启动,是由PLC

的继电器输出来控制接触器线包来实现的,其电气要

求均为AC220V,冷却系统电机采用直接启动,油泵电

机采用Y-降压启动方式。

3.3恒温控制系统软件设计

控制系统软件包括以下两部分:

上位计算机的上层操作管理软件和PLC控制程序。

3.3.1上层操作管理软件

上层操作管理软件的主要功能为:

设定系统和试验的参数,进行操作方式的选择,完成数据的储存、显示及打印。

它基于Windows98操作系统,采用VC

++6.0编写,信号的采集处理快速可靠,且人-机界

面友好,从而使整个系统操作简捷、方便。

3.3.2PLC控制程序

PLC控制程序包括以下几个模块:

（1初始化程序（串行口设定,存储器清除,系统输出口初始化及控制参数的读取;

（2串行口读取及命令解释程序（串行口读取中断服务子程序和解数据包及命令解释子程序;

（3测试数据和系统参数送到上位机子程序（数据装包及数据串行口发送子程序;

（4温度控制子程序。

4结论

该液压试验台油温控制系统采用上位计算机和PLC可编程控制器组成的两级控制系统,系统的可靠性及控制精度较高,制冷装置采用空调室外机作为制冷系统的压缩机和冷凝器,节省了许多设计、制造和装配工作,且制冷效率较高,本系统在连续运行一段时间后,证明各项性能指标均符合设计要求:

温度控制精度为∃10%,流量控制精度为∃5%,压力控制精度为∃5%,温度、压力流量的显示精度为∃1%。

参考文献:

[1]陆亚俊,马最良,庞志庆,等主编.制冷技术与应用[M].北京:

中国建筑工业出版社,1995.

[2]仲崇权,郑旭,杨素英,等.基于模糊控制方法的智能温度控制仪的研制[J].电测与仪表,2001,（4:

23-26.

[3]郑均宜,胡海平.数控机床液压油箱温度监控系统设计[J].液压与气动,1999,（3,16-19.

[4]卢焕章.化工基础数据手册[M].北京:

化学工业出版社,1982.

（责任编辑:

翁爱湘#343#第4期殷建军,等:

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