机械工程及自动化专业外文翻译气动PLC控制汽车齿轮换挡机构.docx
- 文档编号:9819953
- 上传时间:2023-02-06
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:1.58MB
机械工程及自动化专业外文翻译气动PLC控制汽车齿轮换挡机构.docx
《机械工程及自动化专业外文翻译气动PLC控制汽车齿轮换挡机构.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《机械工程及自动化专业外文翻译气动PLC控制汽车齿轮换挡机构.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
机械工程及自动化专业外文翻译气动PLC控制汽车齿轮换挡机构
中文译文:
气动,PLC控制,汽车齿轮换挡机构
摘要:
在本研究中,由于该换挡机构的设计和使用,使驾驶员更快的并减小损毁的换挡。
新设备必须是可靠的,有体积小、结构简单和低成本的优点。
本文的目的在于用以下零部件改善换挡:
一个手动四速齿轮箱,四个气压双作用气缸,四个气动二位五通方向控制阀,可编程逻辑控制器(PLC),一台电机,一个电离合器,皮带,两个滑轮,限位开关,按钮,指示灯,支承架和电力供应。
根据齿轮换挡法的建议,驾驶员可以不从方向盘上移动其手来换挡,而直接按住换挡按钮来选择传动比,以改变速度。
运用这种方法留给驾驶员充裕的时间来选择换挡时刻。
关键词:
方向控制阀,变速箱,齿轮换挡机构,气缸,可编程逻辑控制器(PLC),电磁阀
引言
本文用通俗易懂的语言详细的介绍了如何将传统的手动变速结构转换成通过可编程逻辑控制器的半自动换挡机构。
如今汽车工业主要的挑战在于提高性能、质量、成本方面的要求,在任何情况下,各组件及配件的运动都必须立即自动记录、检查以达到最大效率。
汽车技术在很多地方都已经升级,比如ABS系统,主动转向系统和其它安全保护系统,它们分别提升了乘客的安全性和舒适性。
该技术的提升也包括使变速箱柔和的换挡、产生的噪音低。
换挡机构必须易于使用且工作可靠。
这些要求是非常重要的,特别是那些有特殊需要的人驾驶的小型汽车。
材料与方案
步骤,元件及分析:
这项工作是阿-拜勒加大学应用工程技术学院工程力学系在2009年取得的。
对于一些驾驶员,在特别的关键境况下齿轮换挡可能会导致驾驶员作出混乱的动作。
在拥挤的山坡道路上或者突然绕道行驶驾驶员会产生紧张的情绪。
这样的情况下在合适的时间选择合理的压缩比和发动机动力是一个困难。
(布奈哈等,1993;冈田等,2002;田口等,2003,易,1998)。
这种设计有助于提高驾驶员在行驶路上的注意力。
同时减少发动机按需要减小功率的时间,提高了车辆的反应速度。
该设计可以作为齿轮换挡的一种教学模式。
因此,我们提出以下观点内容:
·主要部件的支承要有适宜的尺寸。
将其它部分零件的强化和提升空间考虑在里面。
·用于梅赛德斯-奔驰汽车四轮驱动,手动、四个前进挡和一个倒挡的齿轮箱对于该设计是一个极佳的选择,因为它很容易被改装。
·电机用来代替内燃机提供机械的动力,因为内燃机布置在这里比较困难。
它的使用可以使这些结合过程更容易。
·一个电离合器将取代手动离合器。
这里使用的电力来自汽车蓄电池。
如图1所示。
图1电离合器图2变速箱转向臂
·一对滑轮和一传输皮带用于将动力从电机传递到齿轮箱。
两个滑轮的直径相同,传输皮带是V型的(其型号为17600)。
·为避免输入轴的连接产生径向力,使用一个轴承将其固定在支承架上。
·使用四个不同直径的双作用气缸,其中两个用于前面的纵向移动,另外两个气缸用于后面的横向移动。
·四个(二位五通)方向控制阀用来改变压缩空气的方向。
每一个方向控制阀有一个12V的电磁换向阀,用于将电能转换成磁能,以吸引阀中的阀芯;通过这一动作改变压缩空气的方向。
模型组件:
·手动4-速变速箱
·双作用气缸
·PLC单元
·四个二位五通气压方向控制阀
·一个电动马达(以模拟内燃机旋转输出动力)
·一个电离合器(图1所示)
·二个滑轮
·一条V型皮带
·线管
·电线
·五个限位开关
·六个按钮
·五个指示灯
·一个支承架
·一12V直流电源
组件描述
支承架:
支承架是用铁做的。
由两组组成,一组是固定的另一组是可移动的。
固定组比较矮。
它用来布置电池(电源)、齿轮箱、限位开关、滑动气缸和电力马达。
可移动的那组在上面较高,它用于布置PLC控制单元、按钮和指示灯板、方向控制阀和前后移动气缸。
支承架尺寸:
长0.9米,宽0.5米,高0.9米
齿轮箱:
手动变速箱是一个同步器换挡、斜齿轮变速器。
它有一个输入轴和一个输出轴。
它有三个转向臂,其中第一个臂提供一挡、二挡的换挡,第二个臂提供三挡、四挡的换挡,最后一个转向臂提供倒挡换挡,如图2所示。
每个转向臂对应连接一个连杆。
每个连杆连接着一个共同的转向臂杠杆。
图3表示了上述的上盘和下盘。
转向杠杆长80mm,可作滑动和轴向移动。
其轴向运动可向前35mm、向后35mm(35mm↑35mm)。
滑动运动可向左15mm、向右15mm(15mm←15mm→)。
该臂的顶部连接着前面和后面的活塞轴。
在变速箱输入轴的端部有轴承连接。
输出轴的外端部由轴承连接固定,而内侧端部与变速箱输入轴连接。
如图4所示。
图3变速箱转向杠杆
图4轴承
气缸:
这里我们所面临的一个问题是如何将换挡杠杆停止在中点处。
空气压缩的能力很难使活塞停止某一确定的点上。
为解决这个问题,我们使用两个气缸使中点得以实现。
为实现向前和向后运动,气缸选择行程长度为35mm、缸径选为32mm。
气缸如图5所示,端部与端部相连接(田口等,2003;布奈哈,1993;基尼勒莫等,2006)。
图5换挡气缸
通过这一布置,得到换挡杠杆的三个位置点。
第一个位置点产生于两个气缸同时向外伸出时。
第二个位置点产生于其中一个气缸向内压缩而另一个气缸向外伸出时;最后的位置点产生于当两个气缸都压缩时。
气缸中某一端部通过轴结点连接在变速箱壳体上,如图6所示。
图6连结点
这个结点使气缸组随着转向杠杆作横向滑动而移动得以实现(例如:
从二挡到三挡的换挡)。
另一端通过球结点连接着换挡杠杆,如图7所示。
该结点只用于保留切向力,并抵消活塞杆上的力。
对于滑动运动,同样适用两个气缸端部与端部相连来获得中间点。
这里活塞的缸径并不重要,因为这里产生的力比较微小。
如前所述,其中一个气缸的行程为15mm,气缸的一段与支承架相连,另一端连接着换挡杠杆。
图7球结点
方向控制阀:
为控制通向气缸压缩空气的流动方向,使用了四个方向控制阀。
它们是结合在一起的,用同一个输入轴连着压缩空气源,两个常见的排气孔与外界接通。
图8说明了方向控制阀的工作原理。
它有一个电磁执行元件和弹簧,图9显示了方向控制阀的硬件。
图8方向控制阀
图9控制阀硬件
控制单元:
这里使用的控制单元是PLCLOGO,它有8个输入引脚、4个输出引脚克莱门茨·杰夫科特,(1996年)。
输入引脚与PB连接,输出引脚与直流电压螺线管连接。
图10表示了控制部分的硬件。
LOGO是PLC控制单元设备中最简单的一款产品。
它被称为可编程中继器。
LOGOPLC有中继器、定时器和计数器。
有一些产品还有实时操作。
它可用于简单的运算;它是一个可靠的、寿命比较长的设备。
图10PLC控制元件
PB被安装在一个控制板上面,每个PB下面有一个指示灯显示在工作中的齿轮。
空挡位置点有一个单独的指示指示灯。
倒挡齿轮除了指示灯外还额外有一个蜂鸣器,如图11所示。
绿色的指示灯点亮表示接通电源。
其它的指示灯连接着限位开关。
最后使用了5个限位开关,如图12和图13所示,每个齿轮都有一个限位开关。
图11工作指示板
图12一挡限位开关指示灯
图13倒挡限位开关指示灯
计算
首先,需要同步进行力测量实验,这个测得约为150N。
压缩空气压力约为4bar。
活塞缸径为32mm。
对于参与运动的气缸:
活塞截面积A:
活塞连杆截面积a:
净截面积A′:
A′=A-a=
向外拉伸的力
:
向内压缩的力
:
这里p为压缩空气压力,p=4bar。
滑动所需的力为70N。
对于滑动气缸:
活塞截面积A:
活塞连杆截面积a:
净截面积A′:
A′=A-a=
向外拉伸的力
:
向内压缩的力
:
正如计算出来的结果,气缸所施加的力足够移动换挡杠杆。
图表
气压图:
如图14所示,当有信号给了阀门B,气缸会产生感应,气缸Ⅰ向外伸出。
与阀门C相连接的气缸Ⅲ会产生相同的运动。
气缸Ⅱ,连接着阀门A,气缸Ⅳ连接着阀门D,当信号出现时气缸Ⅱ及气缸Ⅳ会向内收缩,气缸会向外伸出。
图14气压换挡原理示意图
图15换挡逻辑图
逻辑换挡图:
图15所示换挡过程的顺序步骤。
例如,如果现在使用第一个齿轮在驾驶,不能在不使用第二个齿轮的情况下,使用第三个齿轮。
倒挡齿轮只能从空挡位置点处工作,最后总是返回到空挡位置点。
如图15所示,可编程LOGOPLC单元实现了这一规则系统。
图16PLC控制元件电路图
电气图:
控制单元的输出信号激发中继器,需要操作方向控制阀的螺旋线管。
图16所示的是电路连接图。
(克莱门茨和杰夫科特,1996年)。
结果和讨论
操作顺序:
空挡位置点:
在这个点上,所有控制器的输出信号都为0。
气缸Ⅰ和气缸Ⅲ向外拉伸,而气缸Ⅱ和气缸Ⅳ均向内收缩。
摁住中间的按钮,任何工作中的齿轮控制器的输出信号都会变成0。
另外,在任何换挡过程中,控制器首先将齿轮置于空挡位置点,然后再移动参与工作的齿轮,如表1、表2所示。
表1表述的是空挡位置点的输入信号;表2表述的是空挡位置点的输出信号。
方向控制阀的相关情况如表3所示。
一挡:
在这里,气缸Ⅱ将向外拉伸而同时其它的气缸将会保持在最初的位置。
这一动作将推动齿轮轴向前移动,一挡齿轮结合开始工作。
表4表示了当处于一挡时方向控制阀的相关情况。
二挡:
在控制器到达空挡位置点后,气缸Ⅰ将会向内收缩。
这一动作将把齿轮轴拉回来,二挡齿轮结合开始工作。
表5表述了当处于二挡时方向控制阀的相关情况。
三挡:
在控制器到达空挡位置点后,气缸Ⅲ将会向内收缩,以便使得齿轮轴在三挡位置点工作。
然后,气缸Ⅱ向外伸出,推着齿轮轴与三挡齿轮结合。
表6表述了当处于三挡时方向控制阀的相关情况。
四挡:
和三挡的工作情况相似,气缸Ⅲ向内收缩了。
然后,气缸Ⅰ也将向内收缩,四挡齿轮结合并工作。
表7表述了当处于四挡时,方向控制阀的相关情况。
倒挡:
气缸Ⅳ从空挡位置点开始向外伸出,然后气缸Ⅱ也向外伸出。
在这个位置点,所有的气缸都向外伸出。
表8表述了当处于倒挡时方向控制阀的相关情况。
表1空挡位置点的输入信号
输入信号
Description
11
PB(一挡换挡)
12
PB(二挡换挡)
13
PB(三挡换挡)
14
PB(四挡换挡)
15
PB(倒挡换挡)
16
PB(空挡位置)
表2空挡位置的输出信号
输出信号
Description
Q1
SV(A)
Q2
SV(B)
Q3
SV(C)
Q4
SV(D)
表3空挡位置时阀门的状态
直流电压
PORT2
PORT4
Solenoid
A
Pressure
Exhaust
0
B
Pressure
Exhaust
0
C
Pressure
Exhaust
0
D
Pressure
Exhaust
0
表4一挡时阀门的状态
直流电压
PORT2
PORT4
Solenoid
A
Exhaust
Pressure
1
B
Pressure
Exhaust
0
C
Pressure
Exhaust
0
D
Pressure
Exhaust
0
表5在二挡时阀门的状态
直流电压
PORT2
PORT4
Solenoid
A
Pressure
Exhaust
0
B
Exhaust
Pressure
1
C
Pressure
Exhaust
0
D
Pressure
Exhaust
0
表6在三挡时阀门的状态
直流电压
PORT2
PORT4
Solenoid
A
Exhaust
Pressure
1
B
Pressure
Exhaust
0
表7在四挡时阀门的状态
直流电压
PORT2
PORT4
Solenoid
A
Pressure
Exhaust
0
B
Exhaust
Pressure
1
C
Pressure
Exhaust
0
D
Exhaust
Pressure
1
表8在倒挡时阀门的状态
直流电压
PORT2
PORT4
Solenoid
A
Exhaust
Pressure
1
B
Pressure
Exhaust
0
C
Exhaust
Pressure
1
D
Pressure
Exhaust
0
结论
·根据实验获得的结果,改进的机构是可以实现的也是可行的。
·使用最简单的PLC和所需的硬件便可以将老旧的传统换挡机构改造成半自动换挡机构。
·这一改进机构的使用,使得驾驶过程变得更容易,降低了不稳定汽车的风险,减少了旅程时间及错过换挡的最佳时机。
外文原文:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机械工程 自动化 专业 外文 翻译 气动 PLC 控制 汽车 齿轮 换挡 机构
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)