一種農用車安全帶鎖止性能測試機的工作原理及設計*

疏 劍 ， 張磊磊 ， 劉海鵬 ， 張元華 ， 劉 青 ， 朱婷婷

（滁州職業技術學院，安徽 滁州 239000）

0 前言

近年來，農用車的安全性能越來越受到重視，安全帶是乘員保護系統中最直接也是最主要的保護部件，它在各類車型上得到了廣泛使用。我國對安全帶實施《機動車乘員用安全帶、約束系統、兒童約束系統和ISOFIX兒童約束系統》（GB 14166—2013）強制性標準[1]。安全帶的緊急鎖止性能是該標準中最重要的農用車安全帶必須具備的關鍵性能之一[2]，如何進行安全帶鎖止性能的測試是安全帶生產廠商必須要解決的問題。本文介紹的一種安全帶帶感與角度鎖止性能試驗機能夠滿足安全帶的帶感鎖止測試、角度傾斜鎖止測試，其結構簡單、功能完備，能夠滿足安全帶鎖止性能的實驗室測試與裝配生產線的鎖止測試要求。

1 現狀分析

目前，市面上常見的農用車安全帶鎖止測試裝置只能測試帶感鎖止或者角度傾斜鎖止，其功能相對單調；或者其測試結構復雜，安裝調試不方便、制造成本高，存在動不平衡、壽命短等缺點。為解決這一問題，項目團隊從安全帶鎖止功能測試的研究角度出發，設計出了一臺能夠進行安全帶帶感鎖止、角度傾斜鎖止測試的試驗機，該設備能夠按照國家規定的標準進行安全帶的緊急鎖止性能檢測，其機械結構簡潔、功能強大，能夠設置測試的傾斜鎖止角度范圍及加速鎖止測試用的加速度值[3-5]。

2 農用車安全帶帶感與角度鎖止性能測試機的結構及工作原理

農用車安全帶帶感與角度鎖止性能測試機工作結構圖如圖1所示，其工作流程如下：將15固定在14上，為了便于裝卸15，14采用了一個固定彈簧拉伸結構。鎖止測試工作時，把22抽出繞過21拉到14與13之間，按下測試啟動按鈕（腳踏開關），這時11氣缸伸出使得12和13夾住抽出的安全帶織帶，接下來可以根據觸摸屏選擇的測試項目進行加速鎖止測試、角度傾斜測試。

圖1 農用車安全帶帶感與角度鎖止性能測試機工作結構圖

1）加速鎖止測試：由8驅動9帶動10，10帶動13，在勻速抽出22時15并不會鎖止，而如果是利用0.8 G的加速度進行測試，其加速2 s織帶抽出的長度在50 mm～100 mm內就應該被鎖止，此時杠桿19開始工作，鎖止信號氣缸18發出信號傳遞給控制終端，根據其在規定的條件下18是否有信號來判斷安全帶的加速鎖止功能是否有效。

2）傾斜測試：在加速鎖止測試的基礎上加上角度驅動，但此時設置的測試加速度通常為零，也就是勻速抽拉織帶。左右方向由6驅動并通過5來增大扭矩以實現左右轉動。6的轉動角度為0°～12°時，15不會鎖止；當6的轉動角度為12°～27°時，15會立即鎖止，此時21將會被22帶下，18會瞬間把15自動鎖止的信號傳遞給控制終端，從而判斷在規定的傾斜角度范圍內安全帶是否能鎖止。

如果安全帶在上面兩個測試過程中都能夠符合企業要求的鎖止標準，則可以認定該安全帶是合格品，否則是不合格品。

3 農用車安全帶帶感與角度鎖止性能測試機設計的主要技術

3.1 UG軟件建模、MATLAB計算仿真技術

利用UG軟件建立農用車安全帶鎖止性能綜合三維軟件模型，進行動畫相關仿真，既能夠保證測試系統的機械結構設計可靠，又能夠保證制造樣機時各零部件加工便捷。本設計中6和7電機的選型利用MATLAB軟件進行仿真，繪制了兩驅動電機在聯動工作時的扭矩閾值，從而得到選用電機的驅動扭矩[6-9]。

3.2 可編程邏輯控制器技術、伺服控制技術

可編程邏輯控制器（PLC）具有結構簡單、可靠性好、容易擴展、編程方便等優勢，選用目前主流的可編程邏輯控制器（PLC），作為本測試系統控制器。伺服控制技術具有響應快、精度高、可靠性好等特點，選用目前主流的伺服電機、伺服控制器，作為本測試系統的XY軸、抽帶電機的驅動裝置。

3.3 氣動傳動技術、傳感器檢測技術、觸摸屏技術

氣動傳動技術具有動作響應快、可靠性好、有緩沖性、行程可控、安裝便捷等特點，選用不同行程的氣缸，分別作為夾持安全帶組件的夾持氣缸、緩沖停止測試的緩沖氣缸。傳感器具有種類多、可選擇性好、使用壽命長等特點，選用不同類型的傳感器，作為各類信號采集處理元件。觸摸屏具有可視化、可編程、人機交互方便等特點，故選用觸摸屏，作為測試系統的人機交互界面[10-11]。該設備樣機如圖2所示，它能夠進行安全帶帶感鎖止測試，可根據企業需求設置0.8 G～2.0 G加速范圍；也可以進行角度鎖止測試，能夠設置測試的傾斜角范圍為0°～75°。

圖2 農用車安全帶帶感應-角度測試機樣機

4 結語

農用車安全帶帶感與角度鎖止性能測試機是一臺結構設計合理、自動化程度高的試驗設備，其結構簡單，可滿足當前國內各種安全帶標準與安全帶緊急鎖止性能的檢測要求，是安全帶研究、生產和使用較為理想的裝置。該測試裝置的性能穩定可靠，界面美觀；成本低廉，檢測效率高，穩定性好；其結構簡單明了，利于工人操作，有較大的推廣價值，目前已到達工業級的使用要求。