一種農(nóng)用車安全帶鎖止性能測(cè)試機(jī)的工作原理及設(shè)計(jì)*

疏 劍 ， 張磊磊 ， 劉海鵬 ， 張?jiān)A ， 劉 青 ， 朱婷婷

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 滁州 239000）

0 前言

近年來(lái)，農(nóng)用車的安全性能越來(lái)越受到重視，安全帶是乘員保護(hù)系統(tǒng)中最直接也是最主要的保護(hù)部件，它在各類車型上得到了廣泛使用。我國(guó)對(duì)安全帶實(shí)施《機(jī)動(dòng)車乘員用安全帶、約束系統(tǒng)、兒童約束系統(tǒng)和ISOFIX兒童約束系統(tǒng)》（GB 14166—2013）強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)[1]。安全帶的緊急鎖止性能是該標(biāo)準(zhǔn)中最重要的農(nóng)用車安全帶必須具備的關(guān)鍵性能之一[2]，如何進(jìn)行安全帶鎖止性能的測(cè)試是安全帶生產(chǎn)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(yàn)機(jī)能夠滿足安全帶的帶感鎖止測(cè)試、角度傾斜鎖止測(cè)試，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能完備，能夠滿足安全帶鎖止性能的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試與裝配生產(chǎn)線的鎖止測(cè)試要求。

1 現(xiàn)狀分析

目前，市面上常見的農(nóng)用車安全帶鎖止測(cè)試裝置只能測(cè)試帶感鎖止或者角度傾斜鎖止，其功能相對(duì)單調(diào)；或者其測(cè)試結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝調(diào)試不方便、制造成本高，存在動(dòng)不平衡、壽命短等缺點(diǎn)。為解決這一問題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從安全帶鎖止功能測(cè)試的研究角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出了一臺(tái)能夠進(jìn)行安全帶帶感鎖止、角度傾斜鎖止測(cè)試的試驗(yàn)機(jī)，該設(shè)備能夠按照國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安全帶的緊急鎖止性能檢測(cè)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、功能強(qiáng)大，能夠設(shè)置測(cè)試的傾斜鎖止角度范圍及加速鎖止測(cè)試用的加速度值[3-5]。

2 農(nóng)用車安全帶帶感與角度鎖止性能測(cè)試機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

農(nóng)用車安全帶帶感與角度鎖止性能測(cè)試機(jī)工作結(jié)構(gòu)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(gè)固定彈簧拉伸結(jié)構(gòu)。鎖止測(cè)試工作時(shí)，把22抽出繞過21拉到14與13之間，按下測(cè)試啟動(dòng)按鈕（腳踏開關(guān)），這時(shí)11氣缸伸出使得12和13夾住抽出的安全帶織帶，接下來(lái)可以根據(jù)觸摸屏選擇的測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行加速鎖止測(cè)試、角度傾斜測(cè)試。

圖1 農(nóng)用車安全帶帶感與角度鎖止性能測(cè)試機(jī)工作結(jié)構(gòu)圖

1）加速鎖止測(cè)試：由8驅(qū)動(dòng)9帶動(dòng)10，10帶動(dòng)13，在勻速抽出22時(shí)15并不會(huì)鎖止，而如果是利用0.8 G的加速度進(jìn)行測(cè)試，其加速2 s織帶抽出的長(zhǎng)度在50 mm～100 mm內(nèi)就應(yīng)該被鎖止，此時(shí)杠桿19開始工作，鎖止信號(hào)氣缸18發(fā)出信號(hào)傳遞給控制終端，根據(jù)其在規(guī)定的條件下18是否有信號(hào)來(lái)判斷安全帶的加速鎖止功能是否有效。

2）傾斜測(cè)試：在加速鎖止測(cè)試的基礎(chǔ)上加上角度驅(qū)動(dòng)，但此時(shí)設(shè)置的測(cè)試加速度通常為零，也就是勻速抽拉織帶。左右方向由6驅(qū)動(dòng)并通過5來(lái)增大扭矩以實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)動(dòng)。6的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0°～12°時(shí)，15不會(huì)鎖止；當(dāng)6的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為12°～27°時(shí)，15會(huì)立即鎖止，此時(shí)21將會(huì)被22帶下，18會(huì)瞬間把15自動(dòng)鎖止的信號(hào)傳遞給控制終端，從而判斷在規(guī)定的傾斜角度范圍內(nèi)安全帶是否能鎖止。

如果安全帶在上面兩個(gè)測(cè)試過程中都能夠符合企業(yè)要求的鎖止標(biāo)準(zhǔn)，則可以認(rèn)定該安全帶是合格品，否則是不合格品。

3 農(nóng)用車安全帶帶感與角度鎖止性能測(cè)試機(jī)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)

3.1 UG軟件建模、MATLAB計(jì)算仿真技術(shù)

利用UG軟件建立農(nóng)用車安全帶鎖止性能綜合三維軟件模型，進(jìn)行動(dòng)畫相關(guān)仿真，既能夠保證測(cè)試系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠，又能夠保證制造樣機(jī)時(shí)各零部件加工便捷。本設(shè)計(jì)中6和7電機(jī)的選型利用MATLAB軟件進(jìn)行仿真，繪制了兩驅(qū)動(dòng)電機(jī)在聯(lián)動(dòng)工作時(shí)的扭矩閾值，從而得到選用電機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩[6-9]。

3.2 可編程邏輯控制器技術(shù)、伺服控制技術(shù)

可編程邏輯控制器（PLC）具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好、容易擴(kuò)展、編程方便等優(yōu)勢(shì)，選用目前主流的可編程邏輯控制器（PLC），作為本測(cè)試系統(tǒng)控制器。伺服控制技術(shù)具有響應(yīng)快、精度高、可靠性好等特點(diǎn)，選用目前主流的伺服電機(jī)、伺服控制器，作為本測(cè)試系統(tǒng)的XY軸、抽帶電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置。

3.3 氣動(dòng)傳動(dòng)技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、觸摸屏技術(shù)

氣動(dòng)傳動(dòng)技術(shù)具有動(dòng)作響應(yīng)快、可靠性好、有緩沖性、行程可控、安裝便捷等特點(diǎn)，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(cè)試的緩沖氣缸。傳感器具有種類多、可選擇性好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，選用不同類型的傳感器，作為各類信號(hào)采集處理元件。觸摸屏具有可視化、可編程、人機(jī)交互方便等特點(diǎn)，故選用觸摸屏，作為測(cè)試系統(tǒng)的人機(jī)交互界面[10-11]。該設(shè)備樣機(jī)如圖2所示，它能夠進(jìn)行安全帶帶感鎖止測(cè)試，可根據(jù)企業(yè)需求設(shè)置0.8 G～2.0 G加速范圍；也可以進(jìn)行角度鎖止測(cè)試，能夠設(shè)置測(cè)試的傾斜角范圍為0°～75°。

圖2 農(nóng)用車安全帶帶感應(yīng)-角度測(cè)試機(jī)樣機(jī)

4 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)用車安全帶帶感與角度鎖止性能測(cè)試機(jī)是一臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、自動(dòng)化程度高的試驗(yàn)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可滿足當(dāng)前國(guó)內(nèi)各種安全帶標(biāo)準(zhǔn)與安全帶緊急鎖止性能的檢測(cè)要求，是安全帶研究、生產(chǎn)和使用較為理想的裝置。該測(cè)試裝置的性能穩(wěn)定可靠，界面美觀；成本低廉，檢測(cè)效率高，穩(wěn)定性好；其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，利于工人操作，有較大的推廣價(jià)值，目前已到達(dá)工業(yè)級(jí)的使用要求。