新能源汽车维修专用整车升降机构设计

刘福华，伍倪燕，斯兴瑶

（1.宜宾职业技术学院，四川 宜宾 644003；2.宜宾市电动汽车智能电驱控制工程研究中心，四川 宜宾 644003；3.四川轻化工大学，四川 宜宾 644000）

1 引言

随着新能源汽车的不断发展，有助于拓展汽车产业的消费市场，增加新能源汽车产品的数量、提高产业经济效益发展水平。在此过程中应重点促进新能源汽车突破整车维修专用举升机的瓶颈和困境，新能源汽车整车维修必须使用举升机，而现阶段生产的举升机有众多安全隐患，增加维修人员的维修风险[1]，且没有考虑人体舒适性。新能源汽车维修，是对出现故障的新能源汽车通过技术手段进行排查，找出故障原因，新能源汽车在维修时需要将整车升起来对汽车底盘进行观察[2]。原有的新能源汽车维修专用举升机是通过维修人员事先调整好位置，缺乏灵活性[3]。

本文为了解决整车升降装置不具备承托机构的问题，当整车升起时，需要人站在车下面进行检查维修，维修人员长时间抬头维修会导致脖颈不适，从而影响维修效率；为此，这里推出一种新能源汽车维修用整车升降装置，该装置安全性好、使用方便。

2 汽车维修专用举升装置的设计

2.1 设计方案

本文提供一种新能源汽车维修用整车升降装置，具备承托功能，解决了整车升降装置不能对维修人员进行承托的问题。

为实现升降目的，本文提供如下技术方案：新能源汽车维修用整车升降装置，设计了一个底箱，在底箱的两侧均固定连接有竖板并在一侧开设有滑槽，并在内部连接滑块，滑动杆表面的底部活动连接有滑块，滑块的一侧固定连接有支撑板。设计方案提出在支撑板的顶部开设凹槽，侧面固定连接定位块，并在定位块相对的一侧开设置物槽，方便放置维修工具。置物槽的内腔固定连接电动推杆，由电动推杆的输出端固定连接夹持板，支撑板相对的一侧固定连接连接杆，滑块的顶部固定连接提拉绳，竖板相对一侧的顶部固定连接横板，横板顶部的两侧均固定连接电机，电机的输出轴固定连接卷盘，提拉绳的一端与卷盘的表面固定连接。横板顶部的两侧均固定连接固定块，固定块的顶部活动连接转杆，转动杆的表面活动连接导轮，导轮的表面与提拉绳的表面活动连接。横板的顶部固定连接控制箱，支撑板的底部固定连接挂钩，底箱内腔的底部固定连接承托板，承托板顶部的两侧均固定连接连接绳，连接绳的一端固定连接挂环。横板底部的两侧均固定连接有固定盒，举升装置固定盒的内腔的顶部固定连接弹簧，弹簧的底部固定连接活动板，活动板的底部固定连接安全绳。竖板相反一侧的底部活动连接活动杆，活动杆远离竖板的一端活动连接制动板。活动杆的表面活动连接气缸，气缸远离活动杆的一端与竖板的表面活动连接。还设置有防滑门和防滑板，保证维修人员安全操作面板。用操作面板进行控制照明灯和升降机，只需要输入简单指令即可完成控制，具体举升装置如图1所示。

图1 举升装置设计图

新能源汽车专用举升装置方案的确定为后续生产提供了理论支撑，解决了维修人员的承托问题，极大方便维修人员进行新能源车的维修，解决了维修时颈部不适的问题。

2.2 举升装置的工作原理

新能源汽车专用升降装置使用时，维修人员将新能源汽车开至维修专用举升装置支撑板的顶部。如图2所示。

图2 举升装置底部

该车轮锁定装置适用于维修时，固定车轮，防止车滑动，增加安全性。锁止装置通过定位块刚性连接到支撑板上，用控制面板命令电动推杆向车轮方向运动，再通过电动推杆带动夹持板运动，直至压紧，在车轮和夹持板的中间增加防滑块，目的是增加摩擦力，进一步保证维修安全。车轮锁定装置如图3所示。

图3 车轮锁定装置

车轮锁定装运动设定好极限位置，由夹持板上的防滑块压紧车轮压紧，夹持板向车轮的压紧力与车轮给装置施加的反作用力达到平衡，以此实现锁定。

举升装置如图4所示。固定新能源汽车的车轮后，在保证稳定性的前提下，卷筒提升装置，通过起动电机工作提供动力源，接着利用安全绳对汽车的顶部进行固定，电机输出端带动卷盘转动，在导轮的作用下，使安全绳改变一定角度，保证在最适宜举升的角度，以此来实现放在底板和顶板上的新能源车辆举升工作；在此基础上，先实行液压缓冲装置，待新能源汽车固定后，再启动电机进行举升。

图4 举升装置

与此同时，启动气缸的输出端带动活动杆移动，活动杆带动制动板和防滑板移动至防滑板的底部与地面接触。液压缓冲装置在重力的作用下，活动杆运动，气缸起到缓冲作用，能够在车辆开进举升装置的瞬间防止失重而向前倾斜。

液压缓冲装置具有阻尼缓冲功能，利用力学原理，将压力转换成地面摩擦力，防止举升装置碰撞地面，以此来保障整个举升装置的安全。该装置也可以调节气缸伸缩长度，可以适应不同重量的新能源汽车，在阻力作用下，能够产生相当于汽车2~3倍的力，以此保证汽车稳定保持在举升装置上。

随后，启动电机人输出端带动卷盘转动，进行举升。在卷筒提拉装置下面还设计了阻尼减振装置，能够吸收振动，避免刚性连接带来的弊端。阻尼减振装置通过弹簧缓冲，油缸吸收振动，将振动转换为热能进行释放。在维修车辆准备工作中，安全绳固定车辆的顶端，车轮锁定装置稳定车轮底端，双重保证维修人员的安全，能够更稳定的固定好待维修车辆。

新能源汽车专用维修装置特别设计了挂钩提升装置，该装置是卷筒提拉装置中的提拉安全绳带动滑块向上移动，滑块带动支撑板向上移动，支撑板带动汽车向上移动至指定位置，根据维修需求，维修人员还可以将承托板连接安全绳和挂环固定在支撑板的底部，便于维修人员躺在上面继续维修工作，使其在举升过程中产生随动效果，并自由调节高度，在满足维修需求的前提条件下，避免颈部不适。

在设计中，该举升装置每个装置相互配合使用，并通过控制面板进行操作，能够控制照明灯开关和整个装置的运动，不仅能够方便快捷的固定好待维修车辆，还能提高维修效率[4]。

2.3 举升装置控制系统设计

新能源汽车维修举升装置控制系统为PLC，因为PLC控制系统运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰能力强，设计和调试周期短，是维修升降机构最佳控制方式[5]。

汽车维修举升装置控制系统主要由输入单元和输出单元两个部分构成，由信号系统和拖动控制系统组成。来自操纵箱、呼吸盒、井道装置及安全装置的外部信号通过输入单元及其扩展送入PLC内部微处理器进行逻辑运算与处理，再经过输出单元及其扩展模块分别向显示、呼吸信号灯及运行方向信号灯发出显示信号，向门机发出开关门控制信号，向变频器发出上下行、换速等信号，从而实现升降装置运行状态的控制。具体控制流程如图5所示。

图5 举升装置控制系统

新能源汽车举升装置和控制系统的输入、输出单元一般都通过光电隔离和滤波把PLC和外部电路隔开，控制系统的抗干扰能力很强。控制逻辑由存储在内存中的程序实现，大大减少了系统中继电器的使用数量，使得触点少、磨损现象少、连线少，减小了控制柜的体积，系统可靠性增强，并有良好的灵活性和扩展性。

维修举升装置的控制要求，在维修过程中，通过手动控制，以用户的需要选择上行下行，升降装置运行的速度也可以选择高速或低速运行。需要对I/O点进行分析，包括输入信号、上下限位开关、开门信号、运行信号、输入信号、指示灯信号和其他控制信号（超重输出、升降梯照明及风扇输出）。部分I/O口分配表见下表。

表 部分输入输出I/O口分配表

举升装置控制系统设计采用西门子S71500PLC，极大提高了生产效率，新型的SIMATICS7-1500控制器除了包含多种创新技术之外，还设定了新标准，很大程度提高生产效率，适用于小型汽车维修升降设备，对速度和准确性要求较高的汽车维修升降装置有很大优势。满足汽车维修升降装置的设计要求，为新能源汽车专用升降机的改进提供了方法参考。

3 结论

本装置通过底箱、竖板、滑槽、滑动杆、滑块、支撑板、凹槽、定位块、置物槽、电动推杆、夹持板、连接杆、提拉绳、横板、电机、卷盘、固定块、转杆、导轮、控制箱、挂钩、承托板、连接绳、挂环、固定盒、弹簧、活动板、安全绳、活动杆、制动板和气缸的配合，使整车升降装置可以通过承托机构对维修人员进行承托，避免维修人员长时间维修导致颈部不适，以此提高了整车升降装置的使用效率及实用性。

研究结果表明，针对待维修新能源车辆固定问题，提出了液压缓冲装置和卷筒提拉装置配合固定整个车辆，能够避免安全事故。

该装置设计了一个挂钩提升装置，解决了维修人员颈部不适的问题，不仅节省了材料，而且有效利用空间，通过面板控制的方式，使维修人员能轻松操作。