汽车减振器流量试验台温度控制系统精.docx

1、汽车减振器流量试验台温度控制系统精文章编号 :1006 4303(2002 04 0340 04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

2、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 :AResearch on temperature controlling system of the hydrau lic flowtest device for shock absorbers in automobileYIN Jian jun, GAO Hong li, JI ANG Wei, YANG Ji long(College of Mechanical&Electrical Engineering, Zhej

3、iang Uni versity of Technology Hangzhou 310014, Chi naAbstract:The hydraulic flow test stand is developed to test the automobile s shock absorbers on the perfor mance by measuring the flow pressure relationship of the oil passing the piston. This paper briefly intro duced the structure and working p

4、rocess of a testing device using the hydraulic system for shock absorbers in automobiles , then, a detailed study on the temperature controlling system applied to this testing device was supplied. This system includes two parts:One is the heating and c ooling equipment of which the author tried to a

5、nalyse the structure the working process and the design ; another part is the temperature controlling system which includes hardware and software syste ms. Now, this system has been working very well for a long time in Shanghai HuiZhong Automobile Company.Key words:shock absorber; hydraulic test sta

6、nd; temperature controlling system; PLC; cooling system 0 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 ,

7、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 JOURNAL OF ZHEJIANG UNIVERSITY OF TEC HNOLOGY Vol. 30No. 4Aug. 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

8、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

9、 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。

10、 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 KF 61W/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

11、始数据液压系统额定压力5MPa 90#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. 71. 015m 32. 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 :KF 61W/CIS, 该机组制冷量为 6. 1kW , 压缩机电机输出 功率

12、为 2. 35kW(三相、 380V/50Hz2. 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 t e =5 ; 过热温度 t 0=15 ; 冷凝温度 ; t k =40 ; 吸气温度 t u =35 , 取冷却介质液压油进口温度 t 1=19 , 液压油出口温度 t 2=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

13、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PLC CP U 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

14、, 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 SI MATIC S7 200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 :E M235三路模拟输入 , 一路模拟输出 , 两个模块 , 三路 12BIT

15、 模拟输入 , 转换 时间为 25 s, 一路模拟输出 , 电流输出 :020MA, 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 VR 1实现输出信号的改变。3. 2.

16、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

17、简捷、 方便。3. 3. 2 PLC 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

18、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 :汽车减振器流量试验台温度控制系统