论文部分内容阅读
【摘 要】汽車行业在最近的几年时间里飞速发展，汽车空调作为汽车内部的一个重要组成部分，其工况好坏对汽车经济性、舒适性影响较大。为此对应用本科汽车服务工程教学与教具提出更高的要求。本文根据应用本科人才培养目标以及理实一体化教学模式的要求，本文设计研制了一种用于汽车空调制冷系统理论与实训教学的台架，该系统能有效实现教学功能并满足学生实训操作，具有良好的改造延展性，且对驱动电路做了创新，为教学提供了一种良好的教学手段且提高了学生维修实践与创新的技能。
【关键词】理实一体化教学;汽车空调;制冷系统;实训台架
1 概述
近年来随着汽车行业飞速发展，汽车空调不断更新换代。汽车内部的空调很大程度上影响了驾驶员与乘客的舒适性。随着经济水平提高，人们对汽车性能要求也越来越高。它的作用也不再只是制冷和制暖，在调整车内的湿度、空气流动和空气清洁度等方面也起着至关重要的作用，通过这些功能来减少人们在开始出行时所带来的疲惫。本文结合本院课程实际情况研制了一台汽车空调制冷系统台架，一方面促进教师理实一体化教学改革;另一方面有助学生更好理解并掌握汽车空调系统实操技术，培养大学生创新创业能力。
2 实训台架总体设计方案
本方案研制的是一种用于实训教学的汽车空调制冷系统实训台架。汽车空调制冷系统实训台架控制面板上装有点火开关、空调开关以及指示灯，另外在台架上面还安装了压缩机、发电机、电动机等电器设备。直接将这些电器设备安装在台架上是为了演示汽车空调制冷系统在工作时各零部件的现象。让学生依据这些现象来了解它们的工作原理。本实训台架还可以进行制冷剂的加注、抽真空、冷冻机油的加注以及汽车空调制冷系统排故等实训项目。有助于更好的培训学生分析和解决问题的能力，同时提高教师教学质量。以此为出发点，将本产品的整体设计方案列至如下：
（1）选用某型号五菱宏光轿车空调制冷系统的零件为实训台架零件的对象。
（2）本实训台架上安装控制面板、线槽以及接线端子的线号。
（3）本实训台架为可移动台架，台架底座角落安装有带自锁功能的万向脚轮，将电气设备安装在台架上，选择与该款五菱宏光轿车动力相近的电动机驱动发电机发电，并安装了起动机实物。
2.1台架行走机构的设计
在完成焊接之后开始设计台架的移动机构。因为随着方钢的焊接，架子整体的质量也在不断升高。如果这个时候为架子安装一个可以移动的机构，那么在后面的工作中会节约很多的时间，提高制作效率。所以在经过讨论后决定在架子的四个角落安装带有刹车的万向轮作为可移动的结构。最终确定选用四个相同型号的万向轮与四个100×100mm的铁片作为可移动的机构。依照万向轮的四个孔位在铁片对应的位置上用M8的钻头打孔。然后将铁片焊接到架子上面，在焊接好之后用锤子敲掉没用的焊渣。最后用手握式的打磨机将焊缝磨平。
2.2 控制面板设计
本实训台架控制面板的材料选用的是铁板。选用木板加工难度比铁板高，并且加工后还需处理毛刺等后续工作。综合上述原因，将铁板进行激光切割。这样既节约时间，又相对精确。控制面板的孔位布置以铁板中心线的交点位置为基准，将整体设计为对称结构。控制面板孔位上方选用贴纸对零部件进行注释。
2.3线槽设计
由于本实训台架电路分支较多，连接后显得比较凌乱，所以在台架上面安装线槽。使电路的整体走向一致，同时可避免由于外界环境造成的电线潮湿导致意外发生。在安装线槽时不得超过台架整体最外面的轮廓，安装后使得台架整体更加美观实用性更强。
整体设计完成后可将各零部件进行安装，具体安装流程如图2所示。
2.4实训台架电路设计
汽车空调制冷系统实训台电子元件包括：充电指示灯、空调开关、5线汽车点火开关、继电器、装线槽、交流接触器（380V）、保险、发电机指示灯等。设计框架如图3所示。
（1）驱动电路设计
本实训台架驱动电路由蓄电池、点火开关、继电器、交流接触器与电动机组成，电路控制原理是接通蓄电池电源，由蓄电池向点火开关供电，点火开关ST线接到继电器与交流接触器，共同完成对电动机的起动与控制。
蓄电池向点火开关供电。当点火开关ST档启动，继电器线圈通电，常开触点吸合。电流由L2流向30号脚与87号脚，并通过控制线圈主触点A1和A2回到L3。交流接触器常开触点闭合，电流由黑白线IG1通过触点13NO和14NO，最后通过继电器85号脚和86号搭铁，三项电机开始工作。之后，点火开关自动回位到（IG）档，蓄电池开始充电，交流接触器自锁。
各电器元件型号选用12v蓄电池、五线点火开关、四角继电器、380v交流接触器以及三相异步电动机。可作实训项目包括：空调制冷系统的抽真空、低压端法空调制冷剂的加注、真空吸入法加注冷冻机油、空调压缩机不运转的故障诊断与排除。
（2）空调电路设计
空调电路由蓄电池供电，电流经过保险以及蓝色（+）线向点火开关供电。该电路由点火开关和空调开关共同控制，打开点火开关ACC档，蓝线（+）向空调继电器30号脚供电。打开IG档和空调开关，一端电流向鼓风机供电，另一端经温控器和压力开关后通过空调继电器85和86号脚。线圈通电，常闭触电吸合，电流经30和87号脚向泠凝器风扇和压缩机电磁离合器供电。
（3）充电电路设计
当开关闭闭合时，电流由蓄电池供给。这时，充电指示灯会亮起，因为有电流流过。然而，三相电机起动之后，发电机的转速开始增加，发电机的端电压也增加。当蓄电池的电压等于发电机输出电压时，发电机“D”端与“B”端的电位相等。由于发电机两端电位差为零，充电指示灯熄灭。
（4）启动电路设计
2.5线路布置 首先，先画出电路走向图和电路原理图。再根据CAD图纸为基础，连接电路。在完成汽车空调制冷系统的电路图和走向图后。按图纸要求即可将汽车空调制冷系统的各零部件正确连接。同时，应注意以下几点：第一，线与线之间以及各电器元件之间的连线应选用接线端子来连接，不但便于拆装和检查，还安全简洁。用接线端子连接牢固，能保证接触良好，利于系统正常工作。第二，为避免导线过细而烧掉保险引起电路故障，应选择正确规格的电线和保险丝进行连接。第三，为防止碰线而引发安全事故，使用连接端子进行接线时，可以用端子保护套避免。第四，为了线路的整洁美观，要求线与线以及各零件的接线端子整齐安装。第五，汽车空调制冷系统电路连接需严格遵守国家要求，并选用符合规格的导线。
依据电路走向图，完成各电器元件的连接。第一，先完成控制电路的连接。第二，为便于老师教学和同学实践练习，选用不同颜色的电线进行连接。第三。对于端口的连接，本设计选用接线端子完成，并将其放入线槽。便于教师教学，同时也提高了上课的效率。为布置教学故障提供便捷，同时也能提高线路寿命。
2.6维修与调试
将电器元件成功安装后，不能立即启动电路系统。第一，检查各大部件机构是否固定上紧。第二，检查各系统电路是否连接完整。第三，对整个汽车空调制冷系统进行适当调试。例如，整机启动、系统抽真空、补充规定型号的制冷剂等。
（1）整机启动
首先，在确认系统各部件正常后启动汽车空调制冷系统，将黑色夹子夹到蓄电池负极，使制冷系统通电。使用点火开关和空调开关控制电路系统，若系统正常工作，则电路系统运行正常。如果系统无法正常工作，需关闭电源进行故障排除。用万用表检测蓄电池电压是否正常即，12V。其次，检查是否有开路或短路故障的电路。最后检查保险故障。
（2）检测压力
在测试压力之前，需确保歧管压力表的高压和低压手动阀和快速连接阀处于关闭状态。然后将高、低压表正确连接到汽车空调制冷系统的压缩机上（红色高压快速连接阀连接到较细的高压维修阀门，蓝色低压快速连接阀连接到较粗的低压维修阀门），然后再打开阀门。
要正確读取到歧管压力表组的压力，需要先让汽车发动机以怠速运转。并使汽车空调系统开启10分钟后才能读取。当制冷系统正常时，低压值应在0.08和0.95MPa之间。且高压表的读数约为低压表读数的十倍左右。将表中读取的高压值和低压值与标准值进行比较，结合系统中出现的其他症状，即可以确定汽车空调制冷系统的故障。
泄漏检测方法：目视泄漏检测，氮气水泄漏检测，荧光泄漏检测，肥皂水泄漏检测，卤素灯泄漏检测，气体压差检漏和电子泄漏检测等。
（3）加注制冷剂
首先，常用的制冷剂加注方法有两种：一种为低压侧加注，另一种为高压侧加注。其次，需要填充适量且符合规定类型的R134a制冷剂。注意加注R134a制冷剂前需要对高低压表的三根表管进行排空气处理。抽真空的时间不可过短，至少要5-8min。清空制冷剂时，为防止大量冷冻机油流出并造成浪费，应慢慢打开高低压手动阀。为了准确测量压力，进行系统压力检测时，要先对高压和低压手动阀进行关闭处理以确保测量的准确性。
3 实训台架优势与应用价值
（1）经济方面
在经济时代，无论是什么行业要制作什么样的产品，产品的成本都是要放在第一位上面去考虑的，即使一个产品设计的非常完美，但制造成本过高，市场占有率会受到很大影响。在经过市场上汽车空调制冷系统教学台架多次调查之后，结合学校的教学要求设计简化了空调供暖系统，运用价值工程原理思路，对于教学中使用不到的功能去除，节省了大量成本。具对比，经济优势明显：与市场上试验台架的市场价格相比起来，价格相差将近10倍左右。整个台架操作简单方便、各个零部件以及电线的布置简单明了。
（2）教学方面
结构清晰明了，能在多角度观察制冷系统的工作情况，有利学生掌握知识。汽车空调系统实训台架内部空间够大，一方面方便指导老师进行教学演示，另一方面也有利于同学们实际动手操作和了解汽车空调制冷系统的结构布局。教学方便，在空调系统主要电器元件均使用方便拆装的接线端子连接，有利于排故检修。本实训台架可以让学生更好的理解课本知识的同时增强学生实际动手操作能力。台架增加移动机构使得台架具有可移动的特点，大大方便教师教学使用。
（3）电路方面
本实训台架的总电路系统可分为四个子系统，分别为驱动电路、空调电路、充电电路以及启动电路。本实训台架在驱动电路设计方面进行创新，利用点火开关直接控制电动机，外接三相电源，简单方便。此外台架本身带有充电系统
4 设计的不足与改进建议
本实训台架在制作过程中，由于经验不足，在机架的焊接与打孔的先后顺序发生错误，导致一些孔位在进行打孔的时候位置上会造成一定的误差。建议后续再设计制作类似实训台架，可在绘制草图之后先将零部件放到原材料方钢上面进行打孔，这样可以提高制作的效率，尽可能的降低误差。
基金项目：2018年自治区级大学生创新创业训练计划项目“汽车空调实训台架研制”（编号201813639049）
参考文献：
[1]金旭星.《汽车机械基础》[M].北京：人民邮电出版社.2009.11
[2]陈家瑞.《汽车构造》[M].北京：机械工业出版社.2009.2
作者简介：
朱蕊（1984.11-），女，山东安丘人，管理学硕士，讲师，广西科技大学鹿山学院汽车工程系教师，专业为企业管理市场营销方向，研究方向为汽车营销与服务。
熊维平（1952.07-），男，广西柳州人，高级工程师，广西科技大学鹿山学院汽车工程系教师，专业为机械设计制造及其自动化，研究方向为车辆工程。
（作者单位：广西科技大学鹿山学院 汽车工程系）
【关键词】理实一体化教学;汽车空调;制冷系统;实训台架
1 概述
近年来随着汽车行业飞速发展，汽车空调不断更新换代。汽车内部的空调很大程度上影响了驾驶员与乘客的舒适性。随着经济水平提高，人们对汽车性能要求也越来越高。它的作用也不再只是制冷和制暖，在调整车内的湿度、空气流动和空气清洁度等方面也起着至关重要的作用，通过这些功能来减少人们在开始出行时所带来的疲惫。本文结合本院课程实际情况研制了一台汽车空调制冷系统台架，一方面促进教师理实一体化教学改革;另一方面有助学生更好理解并掌握汽车空调系统实操技术，培养大学生创新创业能力。
2 实训台架总体设计方案
本方案研制的是一种用于实训教学的汽车空调制冷系统实训台架。汽车空调制冷系统实训台架控制面板上装有点火开关、空调开关以及指示灯，另外在台架上面还安装了压缩机、发电机、电动机等电器设备。直接将这些电器设备安装在台架上是为了演示汽车空调制冷系统在工作时各零部件的现象。让学生依据这些现象来了解它们的工作原理。本实训台架还可以进行制冷剂的加注、抽真空、冷冻机油的加注以及汽车空调制冷系统排故等实训项目。有助于更好的培训学生分析和解决问题的能力，同时提高教师教学质量。以此为出发点，将本产品的整体设计方案列至如下：
（1）选用某型号五菱宏光轿车空调制冷系统的零件为实训台架零件的对象。
（2）本实训台架上安装控制面板、线槽以及接线端子的线号。
（3）本实训台架为可移动台架，台架底座角落安装有带自锁功能的万向脚轮，将电气设备安装在台架上，选择与该款五菱宏光轿车动力相近的电动机驱动发电机发电，并安装了起动机实物。
2.1台架行走机构的设计
在完成焊接之后开始设计台架的移动机构。因为随着方钢的焊接，架子整体的质量也在不断升高。如果这个时候为架子安装一个可以移动的机构，那么在后面的工作中会节约很多的时间，提高制作效率。所以在经过讨论后决定在架子的四个角落安装带有刹车的万向轮作为可移动的结构。最终确定选用四个相同型号的万向轮与四个100×100mm的铁片作为可移动的机构。依照万向轮的四个孔位在铁片对应的位置上用M8的钻头打孔。然后将铁片焊接到架子上面，在焊接好之后用锤子敲掉没用的焊渣。最后用手握式的打磨机将焊缝磨平。
2.2 控制面板设计
本实训台架控制面板的材料选用的是铁板。选用木板加工难度比铁板高，并且加工后还需处理毛刺等后续工作。综合上述原因，将铁板进行激光切割。这样既节约时间，又相对精确。控制面板的孔位布置以铁板中心线的交点位置为基准，将整体设计为对称结构。控制面板孔位上方选用贴纸对零部件进行注释。
2.3线槽设计
由于本实训台架电路分支较多，连接后显得比较凌乱，所以在台架上面安装线槽。使电路的整体走向一致，同时可避免由于外界环境造成的电线潮湿导致意外发生。在安装线槽时不得超过台架整体最外面的轮廓，安装后使得台架整体更加美观实用性更强。
整体设计完成后可将各零部件进行安装，具体安装流程如图2所示。
2.4实训台架电路设计
汽车空调制冷系统实训台电子元件包括：充电指示灯、空调开关、5线汽车点火开关、继电器、装线槽、交流接触器（380V）、保险、发电机指示灯等。设计框架如图3所示。
（1）驱动电路设计
本实训台架驱动电路由蓄电池、点火开关、继电器、交流接触器与电动机组成，电路控制原理是接通蓄电池电源，由蓄电池向点火开关供电，点火开关ST线接到继电器与交流接触器，共同完成对电动机的起动与控制。
蓄电池向点火开关供电。当点火开关ST档启动，继电器线圈通电，常开触点吸合。电流由L2流向30号脚与87号脚，并通过控制线圈主触点A1和A2回到L3。交流接触器常开触点闭合，电流由黑白线IG1通过触点13NO和14NO，最后通过继电器85号脚和86号搭铁，三项电机开始工作。之后，点火开关自动回位到（IG）档，蓄电池开始充电，交流接触器自锁。
各电器元件型号选用12v蓄电池、五线点火开关、四角继电器、380v交流接触器以及三相异步电动机。可作实训项目包括：空调制冷系统的抽真空、低压端法空调制冷剂的加注、真空吸入法加注冷冻机油、空调压缩机不运转的故障诊断与排除。
（2）空调电路设计
空调电路由蓄电池供电，电流经过保险以及蓝色（+）线向点火开关供电。该电路由点火开关和空调开关共同控制，打开点火开关ACC档，蓝线（+）向空调继电器30号脚供电。打开IG档和空调开关，一端电流向鼓风机供电，另一端经温控器和压力开关后通过空调继电器85和86号脚。线圈通电，常闭触电吸合，电流经30和87号脚向泠凝器风扇和压缩机电磁离合器供电。
（3）充电电路设计
当开关闭闭合时，电流由蓄电池供给。这时，充电指示灯会亮起，因为有电流流过。然而，三相电机起动之后，发电机的转速开始增加，发电机的端电压也增加。当蓄电池的电压等于发电机输出电压时，发电机“D”端与“B”端的电位相等。由于发电机两端电位差为零，充电指示灯熄灭。
（4）启动电路设计
2.5线路布置 首先，先画出电路走向图和电路原理图。再根据CAD图纸为基础，连接电路。在完成汽车空调制冷系统的电路图和走向图后。按图纸要求即可将汽车空调制冷系统的各零部件正确连接。同时，应注意以下几点：第一，线与线之间以及各电器元件之间的连线应选用接线端子来连接，不但便于拆装和检查，还安全简洁。用接线端子连接牢固，能保证接触良好，利于系统正常工作。第二，为避免导线过细而烧掉保险引起电路故障，应选择正确规格的电线和保险丝进行连接。第三，为防止碰线而引发安全事故，使用连接端子进行接线时，可以用端子保护套避免。第四，为了线路的整洁美观，要求线与线以及各零件的接线端子整齐安装。第五，汽车空调制冷系统电路连接需严格遵守国家要求，并选用符合规格的导线。
依据电路走向图，完成各电器元件的连接。第一，先完成控制电路的连接。第二，为便于老师教学和同学实践练习，选用不同颜色的电线进行连接。第三。对于端口的连接，本设计选用接线端子完成，并将其放入线槽。便于教师教学，同时也提高了上课的效率。为布置教学故障提供便捷，同时也能提高线路寿命。
2.6维修与调试
将电器元件成功安装后，不能立即启动电路系统。第一，检查各大部件机构是否固定上紧。第二，检查各系统电路是否连接完整。第三，对整个汽车空调制冷系统进行适当调试。例如，整机启动、系统抽真空、补充规定型号的制冷剂等。
（1）整机启动
首先，在确认系统各部件正常后启动汽车空调制冷系统，将黑色夹子夹到蓄电池负极，使制冷系统通电。使用点火开关和空调开关控制电路系统，若系统正常工作，则电路系统运行正常。如果系统无法正常工作，需关闭电源进行故障排除。用万用表检测蓄电池电压是否正常即，12V。其次，检查是否有开路或短路故障的电路。最后检查保险故障。
（2）检测压力
在测试压力之前，需确保歧管压力表的高压和低压手动阀和快速连接阀处于关闭状态。然后将高、低压表正确连接到汽车空调制冷系统的压缩机上（红色高压快速连接阀连接到较细的高压维修阀门，蓝色低压快速连接阀连接到较粗的低压维修阀门），然后再打开阀门。
要正確读取到歧管压力表组的压力，需要先让汽车发动机以怠速运转。并使汽车空调系统开启10分钟后才能读取。当制冷系统正常时，低压值应在0.08和0.95MPa之间。且高压表的读数约为低压表读数的十倍左右。将表中读取的高压值和低压值与标准值进行比较，结合系统中出现的其他症状，即可以确定汽车空调制冷系统的故障。
泄漏检测方法：目视泄漏检测，氮气水泄漏检测，荧光泄漏检测，肥皂水泄漏检测，卤素灯泄漏检测，气体压差检漏和电子泄漏检测等。
（3）加注制冷剂
首先，常用的制冷剂加注方法有两种：一种为低压侧加注，另一种为高压侧加注。其次，需要填充适量且符合规定类型的R134a制冷剂。注意加注R134a制冷剂前需要对高低压表的三根表管进行排空气处理。抽真空的时间不可过短，至少要5-8min。清空制冷剂时，为防止大量冷冻机油流出并造成浪费，应慢慢打开高低压手动阀。为了准确测量压力，进行系统压力检测时，要先对高压和低压手动阀进行关闭处理以确保测量的准确性。
3 实训台架优势与应用价值
（1）经济方面
在经济时代，无论是什么行业要制作什么样的产品，产品的成本都是要放在第一位上面去考虑的，即使一个产品设计的非常完美，但制造成本过高，市场占有率会受到很大影响。在经过市场上汽车空调制冷系统教学台架多次调查之后，结合学校的教学要求设计简化了空调供暖系统，运用价值工程原理思路，对于教学中使用不到的功能去除，节省了大量成本。具对比，经济优势明显：与市场上试验台架的市场价格相比起来，价格相差将近10倍左右。整个台架操作简单方便、各个零部件以及电线的布置简单明了。
（2）教学方面
结构清晰明了，能在多角度观察制冷系统的工作情况，有利学生掌握知识。汽车空调系统实训台架内部空间够大，一方面方便指导老师进行教学演示，另一方面也有利于同学们实际动手操作和了解汽车空调制冷系统的结构布局。教学方便，在空调系统主要电器元件均使用方便拆装的接线端子连接，有利于排故检修。本实训台架可以让学生更好的理解课本知识的同时增强学生实际动手操作能力。台架增加移动机构使得台架具有可移动的特点，大大方便教师教学使用。
（3）电路方面
本实训台架的总电路系统可分为四个子系统，分别为驱动电路、空调电路、充电电路以及启动电路。本实训台架在驱动电路设计方面进行创新，利用点火开关直接控制电动机，外接三相电源，简单方便。此外台架本身带有充电系统
4 设计的不足与改进建议
本实训台架在制作过程中，由于经验不足，在机架的焊接与打孔的先后顺序发生错误，导致一些孔位在进行打孔的时候位置上会造成一定的误差。建议后续再设计制作类似实训台架，可在绘制草图之后先将零部件放到原材料方钢上面进行打孔，这样可以提高制作的效率，尽可能的降低误差。
基金项目：2018年自治区级大学生创新创业训练计划项目“汽车空调实训台架研制”（编号201813639049）
参考文献：
[1]金旭星.《汽车机械基础》[M].北京：人民邮电出版社.2009.11
[2]陈家瑞.《汽车构造》[M].北京：机械工业出版社.2009.2
作者简介：
朱蕊（1984.11-），女，山东安丘人，管理学硕士，讲师，广西科技大学鹿山学院汽车工程系教师，专业为企业管理市场营销方向，研究方向为汽车营销与服务。
熊维平（1952.07-），男，广西柳州人，高级工程师，广西科技大学鹿山学院汽车工程系教师，专业为机械设计制造及其自动化，研究方向为车辆工程。
（作者单位：广西科技大学鹿山学院 汽车工程系）