轮胎侧面撞击试验装置机电系统毕业论文.doc

本 科 毕 业 设 计 (论 文)轮胎侧面撞击试验装置机电系统设计Electromechanical system design oftires side impact test device毕业设计（论文）中文摘要轮胎侧面撞击试验装置机电系统设计摘 要：近几年来，越来越多的消费者开始关注轮胎与汽车驾驶安全性问题。生产厂家、销售单位和用户对汽车轮胎的安全性要求也越来越关注。汽车专业人士知道，轮胎侧表面是整个轮胎最脆弱的部分，而且一旦受损将很难修复。据我们调研，目前行业内尚缺乏定量性的检测设备用于轮胎侧面受冲击的安全性检测，这给众多的汽车安全运行、正确的养护带来了很大问题。针对目前这个直接关乎到汽车运行的安全性重要问题，本课题提出了轮胎侧面撞击试验装置机电系统设计和研究任务。本次设计课题所涉及新产品的目的是期望为轮胎生产厂家、四S维修店及相关研究单位提供一种轮胎侧面抵抗外力撞击能力的试验装置，并期望依靠该设备来完成各类轿车轮胎产品抵抗侧面受力能力的分析和比较，为众多的养护厂家、用户提供一套科学的轮胎侧面状况的鉴定设备。因此，本课题和所设计产品在产品的创新性，关乎众多车辆运行安全性，和开展轮胎侧面冲击损坏研究方面均具有基础性的理论和现实意义。本次设计的主要内容是对轮胎侧面撞击实验装置的总体的布局、传动机构方案比较、气压控制系统、电气控制系统以及安全保护系统的分析和设计。设计中充分考虑到现有普通轮胎拆装机的状况，基本保持了原轮胎拆装机的功能并兼顾了原有扒胎机设备的一些性能，增加了工作盘转速可变功能（变频调速）、横臂可沿轴线伸缩并且可绕轴线旋转功能、冲击杆冲击轮胎侧面功能、立柱可后倾功能、气动门保护功能等。设计内容较全面的覆盖了该新产品设计要求的方案比较、机械结构系统、电气传动系统，气压控制系统。所完成分析、计算内容和图纸具有一定的实际参考价值。关键词：轮胎侧面； 外力撞击； 测试毕业设计（论文）外文摘要Electromechanical system design oftires side impact test deviceAbstract: In recent years, more and more consumer begin to pay close attention to the car driving safety problems with the tires manufacturers, sales units and users to automobile tires pay more and more attention to the safety requirements. Car professionals know, tire surface is the entire tire side the most vulnerable parts, and once the damage will be difficult to repair. According to our research, the industry at present is lack of quantitative inspection equipment to used in tire side impact of safety testing. For many cars safety operation and the correct maintenance bring big problem. According to the important issue of the car runs security, this topic put forward the tire side impact test device for mechanical and electrical system design and research tasks. This design subject involves the purpose of new products is expected that provide a tire side impact resistance of the external force ability test device to tire manufacturers, 4S repair shops and related research unit, and expect to finish all kinds of the equipment on car tires resistance force ability of product profile analysis and comparison, for many of the manufacturers, the user to provide maintenance a set of scientific side of the status identification equipment tires. so this topic and the design of the product, innovative products, for many vehicles running safety and in side impact study of tire damage all have the basic theoretical and practical significance.The design of the main content of tire is side impact experiment device overall layout, transmission scheme comparison, pressure control system, electrical control system and safety protection system analysis and design. Design is fully considering to the existing of tire installed, keep the original basic tire installed function, Increases the speed variable functions work dish(Variable frequency speed regulation),wishbone can adjustable and rotate, impact stem impact tire side function, column can tilt back function, pneumatic door protection function and so on. Design content more comprehensive coverage of the new product design requirements of the scheme comparison, pressure control system, electrical control system and safety protection system. The complete analysis, calculation content and drawings have practical reference value.Keywords: Tire side; Outside force bump; test目 录1绪论11.1选择本课题的目的和意义11.2设计方案的拟定21.3本设计研究的内容22机身的设计33.轮胎侧面撞击试验装置设计程序33.1传动装置总体设计33.1.1电机的选择33.1.2选择传动机构类型33.2冲击气缸的结构及设计计算53.2.1冲击气缸结构53.2.2冲击气缸的设计计算63.3 轮胎侧面撞击试验装置保护壳的设计73.3.1.保险门的结构特点73.3.2运动分析83.3.3两绞点中心距的确定83.3.4.驱动机构的结构及其工作原理93.4.控制系统的设计103.4.1电气控制系统的设计103.4.2电路系统的组成103.4.3电气连锁电气保护装置133.4.4气动控制系统设计133.5调速系统的设计183.5.1 变频调速的基本方式与选择193.5.2 变频器参数的计算193.5.3变频器外围设备的选择203.5.4 变频器的安装方式203.5.5变频器的调试和运行步骤213.6轮胎侧面撞击试验装置横臂的伸缩与旋转的设计224.气源三联件的调试与调整225.管道系统236.维护和安全操作规程236.1维护和保养246.2安全操作规程25结论26致谢27参考文献29附录30附表清单：表1 电动机参数表 4表2 常用冲击气缸性能和结构参数表 6表3工作台气缸夹紧与松开控制方式表 14表4常见故障及排除方法表 241 绪论1.1 选择本课题的目的和意义近几年来，越来越多的消费者开始关注轮胎与汽车驾驶安全性的问题，用户对轮胎的要求越来越苛刻。众所周知，轮胎侧表面是整个轮胎最脆弱的部分，一旦受损将很难修复，而本课题的研究意义就在于能够直观清晰地向消费者展示轮胎侧面抵抗外力撞击的能力。对我国的轮胎企业来说，美国、欧洲都是最主要的市场。较之现行的FMVSS119轮胎测试标准，美国新实行的FMVSS139轮胎测试标准主要在以下两个方面做出了具体规定：一是安全参数比现行的标准更加严格。对汽车轮胎在低气压状态下进行的高速试验，试验速度由原来的每小时121千米、129千米、137千米分别增加到140千米、150千米、160千米。耐久性试验里程则达到4080千米，较原来增加了1.5倍。二是在轮胎脱圈、老化、透气性及道路危险性试验等方面的要求也较以前严格。该标准针对所有额定总质量低于或等于4.5吨的车辆轮胎。美国FMVSS119轮胎测试标准主要侧重于产品性能方面提高了要求，欧盟REACH法案则更侧重于环保要求，相对来说对于中国轮胎企业影响更大的是美国FMVSS119轮胎测试标准。一方面因为欧盟的新标准更侧重于原材料的要求，另一方面则是美国的市场地位所决定的。由此看来，为了接轨国际市场，我们更加需要一套严谨的轮胎测试系统来详细的测试轮胎各方面的安全参数。很多方面我们都有了专业的测试方法或仪器，比如轮胎压力测试仪、轮胎帘线测试仪等。但是在侧面撞击试验这一方面，我们还没有形成一套专业的测试方法，更加缺少测试仪器，所以我们必须尽快在这一方面有所突破。本次设计的主要内容是对轮胎侧面撞击实验装置进行总体的外形、传动机构、气压控制系统、机电控制系统以及安全保护装置进行全局性、实用性的设计。本次设计的设备是在轮胎拆装机的基础上经过大量改装而来，总体外形保持了原轮胎拆装机的形状，在此基础上增加了工作盘转速可变功能（变频调速）、横臂可沿轴线伸缩并且可绕轴线旋转功能、冲击杆与冲击气缸连接实现冲击杆冲击轮胎功能、立柱可后倾功能、气动门保护功能等，并简化了原轮胎拆装机扒胎铲拆装轮胎的功能。通过本次设计诞生的设备将是完全具备实际使用价值的。此设备能够直观清晰的向消费者展示轮胎侧面抗撞击的能力，消费者将很容易了解到轮胎质量的好坏。1.2、设计方案的拟定本课题设计的是改装轮胎拆装机后得到的轮胎侧面撞击试验装置，要求工作盘在30-80km/h范围内旋转，撞击头应该能在1590范围内撞击轮胎，同时考虑到安全问题，工作盘夹紧机构必须有较大的夹紧力并且装置必须有完善的安全保护装置。1.3、本设计研究的内容本装置主要由主机和控制系统组成，管路及电气装置联系起来组成的一个整体。主机部分由机身、气压装置、电机等组成。控制部分由动力机构、限程装置、管路及电气操作部分组成。各部分结构如下：（1）机身的设计机身由底座、转盘、立柱、冲击杆、踏脚控制器、手动控制器等组成。底座为主架，转盘卡爪装在底座正上方，立柱在正后方，横臂用以连接立柱和冲击杆，脚踏安装在底座前方，方便操作。（2）夹紧机构的设计车轮在拆装前应被夹紧在转盘上，转盘上安装由夹紧用的卡爪，考虑到本设计所需的转盘转速较大且需要在30-80km/h内变化，所以卡爪所需的夹紧力较大。（3）动力机构的设计动力机构主要由电机、变频器、轮盘、汽缸等组成。轮盘的旋转由电机控制，电机转向由主令控制器控制，用手旋转控制器保持电机正转，轮盘顺时针转动；松开松开手柄，则手柄回位，电机停转。向相反的方向旋转手柄，则电机反转，轮盘逆时针转动。同时轮盘转速要可调，需设计变频调速系统来进行控制。（4）撞击角度控制装置的设计要求撞击头能实现在15-90范围内撞击轮胎，设计立柱为后倾式并且横臂能在其轴线方向上旋转和伸缩。（5）安全保护装置的设计给装置设计外壳并且安装上可以手动控制开与关的门。2.机身的设计本次设计的装置是在原扒胎机的基础上改装而来的，总体外形保持了原轮胎拆装机的形状，在此基础上增加了工作盘转速可变功能（变频调速）、横臂可沿轴线伸缩并且可绕轴线旋转功能、冲击杆与冲击气缸连接实现冲击轮胎功能、立柱可后倾功能、气动门保护功能等。总体机身图如下：图1：轮胎侧面撞击试验装置总体装配图3.轮胎侧面撞击试验装置设计程序3.1.传动装置总体设计3.1.1 选择传动机构类型根据设计要求，本装置工作台转速要可变。要实现无极调速有3种方式可以实现，即液压调速系统、气压调速系统和电机+变频器调速系统。考虑到本设计对气压系统应用的较多，调速系统若选用液压调速将增大成本投入与占地面积，而选用气压调速又难以保证工作的稳定性，最终选用电动机+变频器的调速方式。3.1.2 电机的选择1.电机的类型及结构型式选择由于本拆装机需要经常起动、制动和反转，并要求有较小的转动惯量和较强的过载能力。选择Y系列异步电机。.电机容量的选择）工作所需功率PW工作主轴所需功率： 式（1） 主机所需功率Pd： 式（2）式中为电机至工作主轴的总效率 =123n根据机械设计基础P7表2-4取值如下联轴器2=0.99本设计需要的工作台转速在3080km/h，即198530r/min.负载转矩T=mR2w/2,取轮胎质量10kg，工作台质量20kg，经过计算，得出T=158.5NMPW=8.8KW则可以算出Pd=9.2KW3.确定电机型号由机械设计手册第篇电力传动（P-3 2）确定电机型号为Y160M-4型，其额定转速为1460r/min,额定功率为11KW。表1：Y160M-4型电动机参数技术数据表型号Y160M-4额定功率（KW）11满载转速（r/min）1460同步转速（r/min）1500级数4额定电流（A）22.6额定转矩（Nm）2.23.2冲击气缸的结构及设计计算冲击气缸是结构简单、成本低、耗气功率较小的新型气动执行元件。它以高速运动着的活塞和活塞杆所存贮的能量, 产生巨大的冲击力来作功。图2：冲击气缸总体装备图3.2.1 冲击气缸结构1.蓄能缸的高度蓄能缸腔室的大小直接影响冲击能量的大小、耗气量和工作频率。一般蓄能缸的内径选用与活塞直径相同的尺寸。如果增大蓄能缸的高度, 也即增加蓄能腔容量, 必须同时加大控制回路中的换向阀和管路通径, 则冲击能量将会增加, 但同时耗气量也相应增加, 工作频率降低。若过分增大蓄能缸的高度, 回路中换向阀和管路通径不变, 则冲击能量反而会显著减小。2 排气孔和信号孔排气孔的作用是在冲击过程开始之前,使活塞上端的环形腔室中的压力为大气压。当活塞开始冲击时, 排气孔关闭, 腔室中的压缩空气不向外泄漏。因此需在排气孔处接一个低压排气阀, 如右图所示。该阀在低压时P0导通排气， 高压时关闭P0通路。调节弹簧的预压缩量可改变关闭时的压力。 图3：快速排气阀3 喷口的大小和形状若喷口面积太大, 则降低了活塞上的压力动能, 减小了冲击能量。但喷口太小, 一旦喷口打开后, 气流从蓄能腔向无杆腔流动的阻力增大, 也会影响冲击能量。一般取喷口面积为活塞面积的1/9 , 即喷口直径d=D/39(D为活塞直径)。为减小气流的阻力, 喷口形状最好做成流线型的。若受加工条件限制, 也可加工成60角。4 密封在冲击气缸中密封装置的结构型式直接影响冲击能量大小。若密封阻力太大, 则冲击能量大大降低。因此必须认真考虑密封的结构型式, 要求活塞在快速运动中所受的摩擦阻力尽量地小。在保证密封的条件下, 密封圈的预压缩量尽量选得小些, 如采用O 型密封圈, 预压缩量取为5-7% , 活塞、活塞杆及气缸壁运动配合面的光洁度为89。另外, 供气回路中要安装油雾器, 用油雾润滑, 以减少运动阻力。实际上, 影响冲击气缸冲击能量的因素还有很多。在根据所需的冲击功选定冲击气缸的缸径后, 冲击能量的大小还可以通过改变气源压力、,工作行程及控制管路的长短适当加以调整。一般冲击气缸的冲击功是指气压为5kgf/cm2 ，（一般工业气源）时的额定冲击能量。若所使用的气源压力改变, 则冲击气缸的冲击能量也相应地变化。若气源压力增高, 输出的冲击能量增加；气压降低,输出的冲击能量也相应减小。工作行程是指冲击气缸的锤头在打击工件前, 活塞杆所走过的位移。要求调整工作行程, 使活塞杆的位移在冲击气缸释放最大能量范围里作功。改变从换向阀（主控阀） 到气缸的控制管路l1 与l2 长度之比可调整冲击气缸有杆腔排气和蓄能腔充气的时间, 从而使冲击气缸获得最大的动能, 一般情况下l1/l2约为1/3。 3.2.2冲击气缸的设计计算轿车的重量约合1.3 -1.8t,本设计所预定的行驶速度为30-80Km/h ，撞击功T=mv2/2经过计算，撞击功在45-445Tmm范围内，这个范围是在汽车轮胎垂直撞击到物体上并且速度减为0的前提下计算出的结果，显然实际情况下达不到这么大的撞击功。经过综合考虑并保证冲击工作可靠，选择缸径为200mm的冲击气缸。表2：常用冲击气缸的结构和性能参数表3.3 轮胎侧面撞击试验装置保护壳的设计由于本装置工作台转速较快，考虑到可能会发生安全事故，需要给装置增加一个带有保险门的保护壳。它不仅要为轮胎安装与卸下创造条件, 而且要与整个装置的造型相适应。3.3.1.保险门的结构特点保险门是借鉴外摆式乘客门的设计而来。门扇由上、下两根支撑臂支撑, 通过转轴带动使门扇平行移动, 如图所示。门关闭时, 门扇外侧与机身侧壁保持一致, 无凹陷与缝隙。门打开时, 门扇平行移出车外, 使门置于车门框的外后或外前侧,可以方梗地安装与卸下轮胎。这种门密封性好,门的设计与装置的设计能很好的一致起来, 使整个装置的造型更加美观，同时门是外摆式的，这样可以节省内部空间是整个装置结构更加紧致。 图4 外摆式客车门示意图1.门支柱；2.支撑臂；3.转轴；4.下支撑臂5.驱动机构；6.下导向杆；7.门扇它由驱动机构、支撑臂、导向杆、门扇和锁止机构组成。驱动机构是外摆式乘客门的动力供给部分, 它可由压缩空气作为动力源, 一也可用可逆电机作为动力源, 通过一套机械传动机构完成旋转和锁闭的驱动功能。支撑臂的作用是支撑门扇并连接驱动机构, 与导向杆一起构成按一定轨迹运动的一套连杆机构。锁止机构的作用是当门关闭时, 将门锁止定位, 以防止在装置工作过程中门的摆振或自行开启。3.3.2运动分析下图为外摆式乘客门的运动分析简图。图中AB 为车门关闭位置,AB为车门开启位置。图5：外摆式乘客门运动分析简图从连杆机构的设计及运动性能的要求来看, 车门的运动轨迹最好为平动, 即从AB位置平移到AB的位置。根据四杆机构的运动规律, 车门在移动过程中,它们的轨迹均为圆弧。因此,A,B两点的固定铰点C,D必定在AB弧和AB弧的垂直平分线上且ABAB，AC=BD。则由ABCD组成的四杆机构可以保证车门的平动启闭。由图可知, 当车门开启时, 连杆AC绕铰点C以角速度向右摆动。由于车门是平动,所以车门上的任一点轨迹都是等半径的圆。保证车门能平移开启的极限条件是当车门从关闭AB位置移动到AB位置时, 车门在y座标上的位移为车门厚度t, 而在x座标上的位移为。由图可知, 在设计车门时, 门与门框的间隙至少应大于。由于乘客门的厚度T与车身的结构和乘客门本身的刚性有关, 一般来说, t的变化范围不大, 基本上可以看成定值。一因此, 要改变的大小, 最有效的方法就是调整支撑臂的安装角度。一般支撑臂安装角可取10-20。3.3.3两绞点中心距的确定由于门的运动是平动, 所以门上任意一点都代表了整个车门的运动。我们不妨取车门上的A点作为分析的对象，如右图中AB为乘客门的关闭位置, AB为门的开启位置。前面巳经说过, 铰点必在AA连线的垂直平分线L上。取安装角为, 以A点为中心作一射线AC, 射线AC 与垂直平分线L 的交点即为铰接点。由此可以算出支撑臂长为：式（3）式中B门的宽度 500mmB开门后的残留宽度50mmT门的厚度10mm支撑臂安装角20门开启后，门内板到机身侧壁的距离50mmAA连线与车门处于关闭位置时的夹角其中与B、B、t和之间的关系是： 式（4）则=7.5可得R=340mm3.3.4.驱动机构的结构及其工作原理驱动机构的简图如右图所示。它由气缸、花键套、转轴、丝杆螺母副、枢轴和压紧弹簧等几部分组成。关闭车门时, 压缩空气从气缸下部输人, 排出活塞上部的空气, 使活塞上移。活塞杆与驱动轴连接, 驱动轴的上部是一滚珠丝杆, 下部带有花键。驱动轴在矩形花键的限制下只能上下移动而不能转动, 而滚珠丝杆副产生的水平分力产生一转矩, 使转轴带动支撑臂旋转, 从而实现门的关闭。而垂直分力可以用来实现门的锁闭。为使车门在运动过程中不至上移, 在驱动管套的上部还装有一平衡弹簧。因此, 在活塞上移时,门在水平分力的作用下关闭。当门与门框接触时, 旋转运动受到限制, 气缸下部的压力增加, 产生略超过驱动管套上部平衡弹簧的力,门向上抬起, 闭锁器互相咬合, 实现门的闭锁。开门时, 压缩空气从活塞上部输入, 活塞杆下降,首先整个门下降, 打开门的闭锁, 然后开始门的开启动作。将活塞杆上、下部的空气都排入大气, 则门可实现气动化。 图6：滚珠丝杆结构图3.4.控制系统的设计控制系统的设计作为本次设计的一个重点，按照集成化、标准化和宜人化的原则进行。经过在各汽车维修店的调查，目前不同厂家生产的各种类型的轮胎拆装机的控制部分都设计为脚踏控制的形式。这样的结构形式存在很多的缺陷。工作部件的正向、反向活动都由同一个踏板来控制，并且踏板的结构形式一样，在控制的时候容易出现误操作的现象，特别是不熟练的工人，需要经过比较久的岗前培训方能上岗。操作时候需要经过思考决定下一步的动作。3.4.1电气控制系统的设计由于拆装机工作台需要频繁地启动、停转并且有时要反转，实现这一功能的可用机械机构或者电气控制来实现。经过调查研究，目前轮胎拆装机采用的电机换向控制器是在专门厂家定做，通用化和模块化不够好，并且需要设计制造与之相适应的踏板结构，经济性也不够好。出于机器本身结构和经济化的要求，本设计采用电气主令控制器来实现这一功能。3.4.2 电路系统的组成由于电气系统的任务是按照电气系统规定的动作图表，驱动电动机，选择规定的工作方式在主令控制器的指令下，使有电机动作以完成指定的工艺动作。设备采用三相交流50HZ，220V电源，通过变频器控制电动机输出转速、控制正反转等动作。如右图所示，为本装置电气原理图的主电路。三相380交流电通过空气开关QF在经过接触器KM1接到变频器BF的电源输入端R、S、T上。变频器输出变频电压(U、V、W)，经热继电器RJ1接到负载电动机上。空气开关起到总电源开关作用。同时它还具有短路和过载保护的作用。一般变频器的铭牌以它的所驱动的电动机容量为准，但实际的消耗功率应大一点，因此空气开关QF的选择应按变频器的容量来选择。制动电阻的作用是，当电动机出现制动情况，电动机会有一部分能量回输到变频器内部来，造成变频器的主电路中的直流环节的直流电压上升。这一部分由于电动机回输能量造 成的高压经过电子开关接制 图7：电气控制主电路图动电阻，将这部分能量消耗掉。这个电阻实际选用时可以有以下经验公式选取：电阻功率： WR=WD 1.3 式（5） 式中 WD为电动机功率 则，WR=1.311=14.3KW电阻值：R=112.5/ WD 式（6） 则R=112.5/11=10.2实际选用时，可按10%选用。正反转控制通过FWD、REV、CM的开关信号来进行。最简单的情况可以由普通开关开控制，本电路通过按钮控制继电器KA1、KA2来进行。总体电气控制电路如下图所示，电气控制系统设计时充分考虑到了安全问题。由于工作盘转速较快，所以在工作盘气缸夹紧与电动机启动、冲击气缸冲击运动、之间使用了连锁控制，在气动门开启与工作台气缸松开之间使用了连锁控制时在电动机启动与气动门开启之间使用了互锁控制。与此同时，同一个控制阀控制的两个动作本身也是不能同时开启的，这两个动作要形成互锁关系。图8：电气控制原理图控制电路根据气压泵电动机的启动特点，即只要有机构运动，储气罐里的气量就会消耗，此时就需要气压泵电动机及时启动供气，因此，给气压泵电机的启动设计了多点控制，如图：图9 气压泵电动机启动方式示意图3.4.3电气连锁电气保护装置1.控制电路的短路保护是采用空气开关。2.电动机的过载保护是采用热继电器，短路保护是采用空气开关。3.本机器电器装置均有安全可靠的接地装置，用户应按照要求接上总地线。3.4.4气动控制系统设计总体气压系统原理控制图如下：图10：装置气压系统控制原理图如图所示，整个气压系统共有4条支路，分别为冲击气缸回路、工作台夹紧气缸回路、立柱后倾气动控制和气动门开关控制。同时，为了减少各个支路之间的影响，在每个支路加了一个单向阀。1.工作台夹紧气缸控制阀的说明 为了操作工能准确地使工作台气缸夹紧轮胎，和操作方便。采用QSR5系列脚踏式三位五通阀，由于要使气缸在控制阀不发出指令的时候能处于停止状态并夹紧轮胎，所以采用的是中位常闭式。图形符号：可以看出，脚踏有三个工作位置，其动作说明如下：表3：工作台夹紧与松开控制表脚踏角度上推气缸收回松开开不施力时手柄气缸不动脚踏角度下推气缸顶出夹紧同时，由于气缸、气阀等工作时排气速度较高，气体体积急剧膨胀，会产生刺耳的噪声。噪声的强弱随排气的速度、排气量和空气通道的形状而变化。排气的速度和功率越大，噪声也越大。一般可达100120dB。为了降低噪声，在排气口安装上了消声器。由于本装置工作台得转速较快，轮胎安装到工作台上以后势必需要较大的夹紧力，才能保证装置能够安全的运行。定其工作台夹紧汽缸夹紧力F为4000N，所选气缸为特殊气缸。设d/D=0.160.4， D=（1.011.09） 式（7）式中F4000N；工作压力PMPa；取0.6； 则D=93.1100.45mm由缸的内径范围应选用QGSJ系列夹紧气缸，且取D=100mm。由于d/D=0.160.4，故d=（0.160.4）D=（0.160.4）100=1640mm，取d=30mm。本次设计的大气缸选用铸铁HT150，根据表确定气缸壁厚为10mm。使用要求：(1).气缸正常的工作条件：介质、环境温度一般为-2080C，工作压力一般为0.11MPa(2).安装前，应在1.5倍工作压力下进行测试，不应漏气。(3).正常安装时，气源进口处要设置油雾器，以利工作中润滑，气缸的合理润滑尤为重要。(4).负载在行程中有变化时，应使用有足够的输出力的气缸，并要附加缓冲装置。(5).不使用满行程，特别是活塞杆伸出时，不要使活塞与缸盖相撞击，否则容易引起活塞和缸盖等零件损坏。(6).安装时要注意动作方向，活塞杆不允许承受偏心负载或横向负载。2.立柱后倾气缸控制的说明为了操作工能准确地使装置立柱进行后倾动作和操作方便并且更加利于自动化。采用QSR5系列脚踏式三位五通阀，由于要使气缸在控制阀不发出指令的时候能处于停止状态并控制立柱保持垂直状态，所以采用的是中位常闭式。图形符号：如图所选的三位五通电磁阀，电磁K7得电，活塞杆前推，带动连杆机构运动，连杆机构的运动导致立柱产生后倾动作。立柱后倾是靠气缸的动作来完成的，因立柱后倾有一定的角度，且倾斜角度较小，故可选用普通单活塞杆气缸。设d/D=0.160.4 D=（1.011.09） 式（7） 式中F1000N；工作压力PMPa；取0.4 D=56.9961.5mm由缸的内径范围应选用QGBQ系列气缸，且取D=63mm。由于d/D=0.160.4，故d=（0.160.4）D=（0.160.4）63=10.825.2mm，取d=20mm。本次设计的大气缸选用铸铁HT150，根据表确定气缸壁厚为7mm。3.冲击气缸控制回路原理的说明如下图所示，冲击气缸下腔充满压缩空气。当电磁换向阀得电，冲击气缸下腔由快速排气阀通大气，同时换向阀在气压工作下切换，气罐内的压缩空气直接进入冲击气缸，使活塞以极高的速度运动，活塞将所具有的动能转化为很大的冲击力输出，减压阀用于调节冲击力的大小。 图11：冲击气缸控制回路5.气动门驱动气路原理 为了操作工能准确地使气动门气缸活塞杆实现双向运动和操作方便。采用按钮式三位四通阀，由于要使气缸在控制阀不发出指令的时候能处于停止状态并夹紧轮胎，所以采用的是中位常闭式。关闭车门时, 电磁铁K1得电，压缩空气从气缸下部输人, 排出活塞上部的空气, 使活塞上移。开门时，电磁铁K4得电 压缩空气从活塞上部输入, 活塞杆下降,首先整个门下降, 打开门的闭锁, 然后开始门的开启动作。将活塞杆上、下部的空气都排入大气, 则门可实现手动。图12气动门驱动气压原理图6.储气罐的设计储气罐是指专门用来储存气体的设备，同时起稳定系统压力的作用，根据储气罐的承受压力不同可以分为高压储气罐，低压储气罐，常压储气罐。储气罐安装空压机之后，不仅能储存压缩空气，减少由于压缩机排气不连续产生的压力 脉动，实现供气和用气的平衡，而且能降低压 缩空气的温度，减少过过虑器和干燥剂的负荷。图13：储气罐示意图当空压机或外部管网突然停止供气，仅靠气罐中的压缩空气维持气动系统工作一定时间，则气罐容积V的计算式为：V 式（8）其中：Pa大气压力，Pa=0.1MPa，q max气动系统的最大耗气量，取 6L/min，p1突然停电时气罐内的压力，取5MPa，p2气压系统允许的最低工作压力，取1MPa，t停电后应维持气动系统正常工作的时间，取10min。V1.5L气缸活塞杆的确定，按照机器结构，并参照表-活塞杆直径系列选用气缸活塞杆直径mm由液压传动与气压传动P公式（-） 式（9）式中F取10000N；工作压力PMPa；由表-查得.；dmm。代入上式得D=160mm。本次设计的大气缸选用铸铁HT100，根据表-确定气缸壁厚为12mm。储气罐有立式和卧式两种形式，使用时数台空压机可以合用一个储气罐，也可以每台单独配用，储气罐通常安装在基础上。通常，储气罐由压缩机制造厂配套供应。由于大气缸行程短，速度慢，所以无须缓冲。前后端盖只用简单的端盖闭合，所有密封圈均采用O型密封圈，标准GB/T.-。为了防止安装在机器箱体上造成应力过大，要将气缸与加强板连接，并且在大气缸工作时候会有一定的绕轴摆动，所以大气缸的安装形式为前端轴梢式。即在前端盖设计两个轴耳通过螺栓组和箱体的加强板连接。3.5调速系统的设计根据设计要求，本装置的工作台需要在3080km/h的范围内调速，可利用变频调速技术来实现。作为交流电动机变频调速的高新技术产品，变频器得到了越来越多的应用。异步电动机调速运转时，通常由变频器主电路给电动机提供低压调频电源。次电源输出的电压或电流及频率由控制回路的控制指令进行控制。交流电动机调速控制时，除了应选择合适的变频器类型，使其调速范围、调速精度等主要技术性能指标必须满足要求外，变频器的容量选择及与使用有关的一些事项合理运用，也是电动机调速控制装置安全可靠运行的中要求前提。3.5.1 变频调速的基本方式与选择变频器有以下几种调速方式：(1).恒比例控制方式(2).恒磁通控制方式(3).恒功率控制方式(4).恒电流控制方式为了使异步电动机变频调速时取得最好的技术和经济效果，不同类型的负载应根据具体的要求选择不同的控制方式。经过分析，本装置属于恒功率型负载，应采用矢量控制型变频器。3.5.2 变频器参数的计算1.容量的计算P cn= 式（10）I cn= k Is 式（11）式中，Pn负载所要求的电动机的轴输出额定功率电动机额定负载时的效率cos电动机额定负载时的功率因素，通常取0.75In电动机额定电流（有效值）k电流波形修正系数，PWM方式时取1.051.1P cn变频器的额定容量I cn变频器的额定电流代入数据，可得Pcn18.98Kw Icn 24.86A根据上述计算出的变频器容量可选择出变频器的型号，经过综合考虑，选择ACS400系列通用变频器的ACS401-0030型。3.5.3变频器外围设备的选择1 输入变压器变压器的容量= 式（12）其中变频器功率因素在输入交流电抗器时取0.80.85，无输入电抗器时取0.60.8，变频器输出功率为所接电动机的总功率。2.断路器和接触器断路器用于电源回路的开闭，且在出现过流保护或短路事故时自动断开电源。接触器用于电动机在工频电网和变频器之间的切换，保证变频器的输出端不会接到工频电网上去，以免损坏变频器.3.电抗器选择适合的电抗器与变频器配套使用，既可以抑制谐波电流，降低变频器系统所产生的谐波总量，调高变频器的功率因素，又可以抑制来自电网的浪涌对变频器的冲击，保护变频器、降低电动机噪声。保证变频器和电动机的可靠运行。 图 14：变频器外围设备接线图3.5.4 变频器的安装方式目前常用的安装方式有以下几种：1.壁挂式安装2.挂响式安装3.柜内安装4.封闭式安装5.与机械设备配套安装电缆接线方法见下图图15：变频器电缆接线图3.5.5变频器的调试和运行步骤1.做好调试前的准备工作首先要搞清楚系统的工作原理，然后抓住每个环节的输入和输出，搞清各单元和各环节之间的联系，统观全局，接着准备好必要的仪器，制定调试大纲，明确列出调试顺序和步骤，最后再逐步进行调试。2通电前的检查仔细反复阅读变频器的产品说明书，摘录要点，认真检查控制对象有无故障（如机械传动、电气绝缘等是否正常），检查变频器的主电路与控制电路的接线是否正确、牢靠。3.系统功能的设定为了使变频器和电动机能运行在最佳状态，必须对变频器的运行频率和功能进行设定。（1）频率的设定。变频器的频率设定有3种方式。（2）功能的设定。变频器在出厂的时候，所有的功能码都已设定。在实际运行时应根据功能要求对一些功能码进行重新设定。4调试并运行变频器在正式投入使用前，应驱动电动机空载几分钟，试运行可以在5、10、15、20、25、30、35、50HZ等几个频率点进行，同时查看电动机的旋转方向、震动、噪声及温升等是否正常，升降速是否平滑。在运行后，在可以投入负载使用。3.6轮胎侧面撞击试验装置横臂的伸缩与旋转的设计根据要求，横臂要能够在其轴线方向上伸缩同时还要能绕轴线进行旋转运动。如右图所示，利用一个圆形套筒套在圆柱轴上，利用螺纹紧固件锁紧或松开。松开时，可以使横臂沿其周线方向伸缩或绕着周线旋转一定的角度。可以通过在圆柱轴上加上长度和角度的刻度来直观的显示出所要求的转角和伸缩的长度。当转角或伸缩达到要求后，锁紧螺钉，横臂即被锁定，可以进入下一级操作环节。图16：横臂的结构示意图4.气源三联件的调试与调整 如右图所示，图中气源三联件上有一气压调节钮，将其拔起，反时针旋转是减压；顺时针旋转是增压。将压力调到工作压力后，按下调节钮以锁紧。 空气净化器是滤除空气中的水和杂质。当水和杂质累积量超过红线标志时，旋开下面的放水钮然后用手指上压以将水和杂物排出。 油雾器是向工作气体中加入定量的润滑油，用于润滑气缸和气阀中的运动零件。踩下脚踏H或I，35 次后，润滑器玻璃杯中会有一滴油滴入，如达不到该流量值，可调节油量调节螺钉来实现。 图17：气动三大件 辅件的选择要与减压阀相适应。 分水滤气器：AF5000-10 油雾器：AL5000-10 消声