转向油缸是叉车的重要组成部分，是叉车工作的重要安全部件，如果出现不良，会造成车辆无法转弯，进而整个车辆无法使用。要求转向油缸质量可靠，不能出现漏油、断裂等问题。本系统主要完成转向油缸的可靠性实验，以确保油缸的设计和制造满足使用要求。
1 系统总体结构
本系统由电源模块、位置检测模块、电磁阀控制模块、液晶显示模块、数据存储单元、人机交互模块和报警输出模块组成。单片机是系统的核心部分，用来控制电磁阀的动作，协调各组成单元的功能。
图1 系统总体结构
1.1 电源模块
电磁阀用的是12V电源，直接采用12V铅酸蓄电池供电。单片机采用5V电源，如图2所示，采用220V/5V的电源适配器做输入，经过电容滤波后供给单片机和其他模块使用。
图2 5V电源模块
1.2 人机交互模块及位置检测
人机交互模块如图3~图5所示，图3中SW1、SW2、SW3、SW4分别接入单片机的P3.3、P3.4、P3.5、P3.6。SW1控制转向油缸工作的启动和停止，SW2、SW3设置转向油缸的工作时间，SW4将存储器计数清零复位。图4为液晶显示模块，采用液晶显示屏LCD1602，用来实时显示转向油缸的工作次数和工作时间，方便实验人员实时了解实验状况。图5为单片机核心控制系统。
图3 人机交互及位置检测 图4 液晶显示
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图5 单片机核心控制系统
1.3 位置检测模块
位置检测模块如图3所示，S5是位置检测传感器，与单片机的P3.2相连。用来确认转向油缸的位置，当转向油缸运动到规定位置时S5闭合，单片机P3.2为低电平；当转向油缸远离规定位置时S5打开，P3.2为高电平。单片机根据电平变化，判断转向油缸是否转动到位或存在卡滞等异常。
1.4 报警输出模块
报警输出单元如图6所示，主要由报警蜂鸣器和三级管组成，连接到单片机的P3.7脚。当检测到转向油缸工作不正常时，单片机将电磁阀关闭，转向油缸停止工作，同时蜂鸣器打开，发出警告。
图6 报警模块
1.5 数据存储单元
数据存储单元如图5所示，采用可编程存储器AT24C16，串行时钟（SCL）与单片机的P2.1相连，串行数据（SDA）与单片机的P2.0相连。单片机将转向油缸的工作次数及工作时间写入AT24C16，同时将故障信息也存储起来，以便查询。
1.6 电磁阀控制
电磁阀控制器模块如图7所示，由光耦隔离器、三极管及继电器组成。电磁阀电源采用12V铅酸蓄电池。单片机的P1.0控制VAL1，P1.1控制VAL2。
电磁阀的原理如图8所示，当VAL1接通时，A油路接通，B油路关闭，液压油推动转向油缸向左运动。当VAL2接通时，B油路接通，A油路关闭，液压油推动转向油缸向右运动。通过控制A、B油路的通断，控制转向油缸往复运动。
图7 电磁阀控制 图8 电磁阀原理图
2 系统软件设计
系统软件采用模块化设计，系统软件流程如图9所示。单片机上电后，系统首先自检初始化，并完成系统变量定义和变量赋地址等。
运行中先调用按键扫描程序，若无按键按下，则等待；若启动按键按下，则控制电磁阀工作。在此过程中判断油缸是否工作正常，若正常，则将运行的数据送液晶显示，并将运行状态存储在存储器中，若运行不正常则停止油缸运转，并输出报警，同时将故障信息存储在存储器中。
图9 系统软件流程图
3 系统运行
转向油缸在负荷工况下全行程范围内往复运动10万次，液压油的压力为最大工作压力，平均动作速度100mm/s。在实验到5万次时，发现漏油状况，经过分析原因找出对策后重新实验，故障消除。整改后的油缸在实验中未发现漏油、卡滞、断裂等现象，满足耐久性实验要求。
4 结论
油缸耐久性实验系统采用单片机作为系统的主要控制芯片，采用电磁阀为主要执行元件，实现了油缸的耐久性测试。自动化程度高、成本低、方便可靠。在测试过程中发现并解决了油缸本身和制造过程中存在的缺陷，保证了产品的可靠性，提升了产品的品质。
参考文献
[1]中国汽车技术研究中心．汽车动力转向动力缸台架实验方法：QC/T 302-1999[S]．
[2]雷丽文，朱晓华，蔡征宇，等．微机原理与接口技术[M]．北京：电子工业出版社，2006．
[3]潘永雄．新编单片机原理与应用[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2003．
（作者孟祥儒系优嘉力叉车（安徽）有限公司工程师，硕士）
