肖志信+盧浩+劉飛+楊應(yīng)雨+唐小珍

摘要：介紹了汽車(chē)碰撞后輔助開(kāi)門(mén)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、技術(shù)參數(shù)，提出了沖擊氣缸在汽車(chē)安全領(lǐng)域的一種應(yīng)用方式，并對(duì)使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：沖擊氣缸；沖擊功；電磁閥；壓縮氮?dú)夤?/p>

0引言

目前，車(chē)輛已普及在人們的日常生產(chǎn)生活中，車(chē)輛安全問(wèn)題成為一項(xiàng)越來(lái)越重要的課題。汽車(chē)由于碰撞后車(chē)門(mén)變形使駕駛員不能及時(shí)脫險(xiǎn)，導(dǎo)致寶貴的救援時(shí)間被耽誤，從而帶來(lái)嚴(yán)重后果。沖擊氣缸[1，2]作為一種氣動(dòng)元件，具有較大的沖擊力與沖擊功，在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛。本文探索將沖擊氣缸應(yīng)用于快速、高效打開(kāi)車(chē)門(mén)，從而使駕駛員及時(shí)脫險(xiǎn)。

1 開(kāi)門(mén)系統(tǒng)的組成

從功能原理方面考慮，本開(kāi)門(mén)裝置由高壓氮?dú)夤蕖㈦姶砰y和沖擊氣缸三部分組成。

2 開(kāi)門(mén)系統(tǒng)的原理

本開(kāi)門(mén)裝置的工作原理：電磁閥控制高壓氮?dú)夤迌?nèi)的高壓氮?dú)馔ㄟ^(guò)軟管是否進(jìn)入沖擊氣缸的蓄氣缸內(nèi)。當(dāng)汽車(chē)發(fā)生碰撞的一瞬間，電磁閥閥門(mén)迅速開(kāi)啟，高壓氮?dú)夤迌?nèi)的高壓氮?dú)膺M(jìn)入沖擊氣缸的蓄氣缸，使沖擊氣缸的活塞桿受到一個(gè)力，進(jìn)而推動(dòng)活塞桿高速運(yùn)動(dòng)，使車(chē)門(mén)受到?jīng)_擊荷載而迅速開(kāi)啟。

3 高壓氮?dú)夤?/p>

氮?dú)庠诔r下是一種無(wú)色無(wú)味無(wú)嗅的氣體，通常無(wú)毒，且氮?dú)庹即髿饪偭康?8.12%（體積分?jǐn)?shù)），是空氣的主要成份，資源豐富。本安全系統(tǒng)采用高壓氮?dú)夤尢峁┑獨(dú)庾鳛閯?dòng)能的“源頭”，高壓氮?dú)夤薜囊?guī)格采用0.3 L～1L。

4 電磁閥的結(jié)構(gòu)、原理及技術(shù)參數(shù)

4.1 電磁閥的結(jié)構(gòu)

電磁閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4.2 電磁閥原理

本閥為分步動(dòng)作直接先導(dǎo)式電磁閥，根據(jù)斷電時(shí)所處開(kāi)、關(guān)狀態(tài)的不同，可分為常閉式電磁閥和常開(kāi)式電磁閥。

常閉電磁閥：線(xiàn)圈通電后，銜鐵在電磁力作用下先帶動(dòng)副閥閥塞提起，主閥閥杯上的流體經(jīng)副閥流走，減少了作用在主閥閥杯上的壓力，當(dāng)主閥閥杯上的壓力減少到一定值時(shí)，銜鐵帶動(dòng)主閥閥杯，并利用壓差而使主閥閥杯開(kāi)啟，介質(zhì)流通。線(xiàn)圈斷電后，電磁力消失，銜鐵因自重下落復(fù)位。同時(shí)依靠介質(zhì)壓力，主副閥得以緊密關(guān)閉。

常開(kāi)電磁閥：線(xiàn)圈通電后由于吸力作用，動(dòng)鐵芯下移，把副閥閥塞壓下，副閥關(guān)閉，主閥閥杯內(nèi)壓力上升，當(dāng)壓力升到一定值時(shí)，主閥閥杯的上下壓差一樣，由于電磁力作用，動(dòng)鐵芯處于主閥閥杯下，壓緊主閥閥座，閥門(mén)關(guān)閉。線(xiàn)圈斷電時(shí)，電磁吸力為零，副閥閥塞和動(dòng)鐵芯由于彈簧作用向上提起，副閥打開(kāi)，主閥閥杯上的流體經(jīng)副閥流走，減少了作用在主閥閥杯上的壓力，當(dāng)主閥閥杯上的壓力減少到一定值時(shí)，利用壓差把主閥閥杯推起，主閥打開(kāi)，介質(zhì)流通。

1—定鐵芯 2—線(xiàn)圈 3—?jiǎng)予F芯 4、5—彈簧 6—活塞環(huán) 7—節(jié)流孔 8—密封材料 9—先導(dǎo)孔 10—彈簧 11—密封材料 12—導(dǎo)向柱

4.3 電磁閥的技術(shù)參數(shù)：

規(guī)格尺寸：DN15～DN50；

連接方式：內(nèi)螺紋、法蘭；

壓力等級(jí)：0～1.6MPa；

溫度范圍：≤200℃；

電源電壓：DC24～127V AC36～380V。

5 沖擊氣缸原理

沖擊氣缸[3，4]結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1—活塞桿 2—泄氣口 3—活塞 4—中蓋 5—無(wú)桿腔 6—噴口 7—進(jìn)氣口 8—有桿腔 9—工作氣缸 10—蓄氣缸

沖擊氣缸有多種缸徑選擇，分別為63、80、100、125等多種規(guī)格，行程為（1～5）D。由于其工作介質(zhì)要求干燥、無(wú)塵、油霧、潔凈的壓縮空氣，又要對(duì)環(huán)境無(wú)污染，因此選用壓縮氮?dú)?。工作壓力?.25～0.8MPa，使用溫度范圍-5℃～80℃。考慮到車(chē)門(mén)變形后受到的約束增多，需要較大的動(dòng)能才能打開(kāi)，故可利用沖擊氣缸通過(guò)碰撞產(chǎn)生的沖擊功將車(chē)門(mén)打開(kāi)。沖擊功的大小與氣缸缸徑及行程S有關(guān)，因此合理選擇沖擊氣缸的規(guī)格關(guān)系到開(kāi)門(mén)的成敗?；诎踩钥紤]，我們選擇缸徑為63，行程為100mm的沖擊氣缸。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得最大沖擊功出現(xiàn)在行程S的55%處，即Smax=0.55S，由計(jì)算可知，沖擊功為31.6N·m，對(duì)應(yīng)行程為55mm。

氮?dú)庠撮y門(mén)開(kāi)啟后，高壓氮?dú)庥扇霘饪谶M(jìn)入蓄氣缸后，缸內(nèi)壓強(qiáng)不斷增大，當(dāng)壓力達(dá)到一定臨界值時(shí)，活塞開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，蓄能階段結(jié)束，此時(shí)密封墊隨活塞離開(kāi)噴氣口，由于蓄氣缸左側(cè)為作功腔，高速運(yùn)動(dòng)的氣體開(kāi)始噴入作功腔，作功腔內(nèi)的壓強(qiáng)增大為P1，作用面積增大為整個(gè)活塞的面積，作用于活塞上的推力F由πd2P0/4突然變化到πD2P0/4（P0為蓄氣缸內(nèi)的壓強(qiáng)）。由此可見(jiàn)，沖擊力巨大，此時(shí)作功腔的氣體壓縮能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊膭?dòng)能，使活塞快速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到0.55S時(shí)，達(dá)到最大功。這時(shí)活塞達(dá)到泄壓口，作功腔壓力得以釋放，活塞達(dá)到最大速度；經(jīng)過(guò)泄壓口后，尾腔空氣被壓縮，產(chǎn)生的負(fù)壓與彈簧共同作用，使活塞減速，以降低對(duì)端部沖擊，同時(shí)碰撞塊與車(chē)門(mén)分離，從而使車(chē)門(mén)順利開(kāi)啟。

由于沖擊氣缸不要求短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行連續(xù)往復(fù)沖擊，因此在普通沖擊氣缸的基礎(chǔ)上可省掉活塞收回步驟，只需要在裝置工作前手動(dòng)復(fù)位；另外，沖擊氣缸還增加了緩沖彈簧，增強(qiáng)了氣缸工作的穩(wěn)定性與安全性。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)沖擊氣缸進(jìn)行改造，并應(yīng)用于汽車(chē)安全領(lǐng)域，擴(kuò)展了沖擊氣缸的用途。需要指出的是，在使用過(guò)程中，經(jīng)過(guò)上述改造的沖擊氣缸應(yīng)該將壓強(qiáng)嚴(yán)格控制在0.25～0.8MPa，壓強(qiáng)過(guò)低會(huì)導(dǎo)致不能正常工作，壓強(qiáng)過(guò)高會(huì)導(dǎo)致沖擊力過(guò)大，對(duì)人自身安全構(gòu)成威脅。此外，還應(yīng)確保氣缸密封良好，氣缸與連接管路結(jié)合緊密，構(gòu)件不會(huì)松脫，才能發(fā)揮整個(gè)裝置的最大性能。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：肖志信，男，漢族，（1968—），湖南衡陽(yáng)人，湖南工學(xué)院，教授，已在各級(jí)刊物上發(fā)表論文30余篇。主要研究方向?yàn)椋含F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)研究。

基金項(xiàng)目：2013年度湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目“汽車(chē)碰撞后輔助逃生系統(tǒng)的研制”湘教通[2013]191號(hào)。endprint