智能化道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力測試系統(tǒng)的研制與應(yīng)用

劉 峰

（天津鐵路信號工廠有限責(zé)任公司，天津 300300）

1 概述

隨著ZD（J）9、ZD6（含擠切削保護(hù)裝置）等轉(zhuǎn)轍機(jī)在鐵路集中聯(lián)鎖車站的廣泛使用，涉及設(shè)備安全性能的擠脫力技術(shù)指標(biāo)監(jiān)控顯得更為重要。電液伺服電動轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力測試系統(tǒng)就是在這種情形下研制的。它是遵循鐵路行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合轉(zhuǎn)轍機(jī)實(shí)際使用條件和當(dāng)代最新的試驗(yàn)技術(shù)，專門為電動轉(zhuǎn)轍機(jī)試驗(yàn)開發(fā)而研制的專用檢測設(shè)備。該系列試驗(yàn)機(jī)在研制、開發(fā)過程中突出國際先進(jìn)電液伺服試驗(yàn)機(jī)技術(shù)，采用良好的人機(jī)界面控制，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程實(shí)時數(shù)據(jù)的分析研究。同時具有使用方便、測試精度高、可靠性好、自動化程度高、系統(tǒng)的穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，試驗(yàn)機(jī)的整體性能已達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。

2 智能化道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于天津鐵路信號工廠有限責(zé)任公司（簡稱天津廠）現(xiàn)生產(chǎn)的各種不同型號的轉(zhuǎn)轍機(jī)，在構(gòu)思智能化道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力測試臺功能框架時，主要考慮以下幾方面的問題。

1）電液伺服轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力測試系統(tǒng)能夠完成可擠型ZD6、ZD（J）9系列交直流電動轍機(jī)（含擠切銷保護(hù)裝置）整機(jī)擠脫力測試的擠脫過程力值、位移、擠脫測試。

2）電液伺服轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力測試系統(tǒng)能夠完成擠切銷，剪切過程力值、位移、失效時間的測試。

3）電液伺服轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力測試系統(tǒng)能夠模擬轉(zhuǎn)轍機(jī)設(shè)備在現(xiàn)場安裝、使用環(huán)境進(jìn)行測試。

4）利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面控制，能對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，且操作方便，系統(tǒng)穩(wěn)定，可靠性高。

3 智能化道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力測試系統(tǒng)的工作原理

經(jīng)查閱研究國外的相關(guān)資料，學(xué)習(xí)鐵路行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)天津廠的實(shí)際產(chǎn)品和測試要求，繪制出測試系統(tǒng)工作原理圖（如圖1所示），其系統(tǒng)工作原理如下。

測試臺通過推動轉(zhuǎn)轍機(jī)動作桿運(yùn)動，測量轉(zhuǎn)轍機(jī)在各種運(yùn)動狀態(tài)和運(yùn)動到各工作位置時所需的推動力以及到達(dá)各工作位置時移動的距離，從而得出轉(zhuǎn)轍機(jī)工作狀態(tài)下的各種試驗(yàn)力、位移等參數(shù)。

測試步驟：如ZDJ9轉(zhuǎn)轍機(jī)整機(jī)測試時，被測試轉(zhuǎn)轍機(jī)剛性固定安裝在試驗(yàn)機(jī)的前端，伺服直線作動器通過支架水平安裝在試驗(yàn)機(jī)的另一端，作動器的活塞桿和轉(zhuǎn)轍機(jī)的動作桿連接，作動器活塞桿可在水平方向前后移動。試驗(yàn)機(jī)工作時，液壓油在伺服閥的控制下按照試驗(yàn)軟件發(fā)出的控制信號進(jìn)入作動器，推動作動器活塞桿按照控制信號移動。在轉(zhuǎn)轍機(jī)動作桿上施加一軸向外力，使動作桿帶動鎖閉鐵移動，致使頂桿移動。斷開表示接點(diǎn)達(dá)到規(guī)定值，從而完成整個工作過程，此時動作桿上所加的最大軸向力即為擠脫力。

作動器活塞桿前端安裝有負(fù)荷傳感器，用于測量試驗(yàn)機(jī)推動轉(zhuǎn)轍機(jī)工作時所需的試驗(yàn)力；作動器安裝有位移傳感器，用于測量轉(zhuǎn)轍機(jī)工作時移動的位移。試驗(yàn)力和試驗(yàn)位移可以通過計(jì)算機(jī)軟件處理成各種試驗(yàn)曲線。泵站作用是為試驗(yàn)機(jī)工作提供動力，測控系統(tǒng)用于控制試驗(yàn)機(jī)的工作過程，并將實(shí)時采集各種試驗(yàn)參數(shù)，采集后處理并形成各種曲線。

4 智能化道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力測試系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

1）最大試驗(yàn)力：50 kN；

2）力值精度：±0.5%；

3）作動器最大振幅：±130 mm（行程260 mm）；

4）示值精度：±0.5%；

5）作動器最大速度：0.03 m/s；

6）恒壓伺服泵站規(guī)格：流量10 L/min，21 Mpa；

7）電源電壓：380 V/50 Hz；電機(jī)功率：3 kW。

5 電液伺服轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力試驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)成及特點(diǎn)

電液伺服轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力試驗(yàn)系統(tǒng)由主機(jī)、液壓泵站、控制系統(tǒng)等組成。

1）主機(jī)

測試臺主機(jī)主要作用是安裝被測試轉(zhuǎn)轍機(jī)，并對轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行工作測試。主機(jī)由伺服作動器、作動器支架、位移測量機(jī)構(gòu)等組成，以上機(jī)構(gòu)和被測試件均安裝在平臺上。被測轉(zhuǎn)轍機(jī)通過T形螺栓及過渡板安裝在平板上，通過更換過渡平板可適用于不同型號規(guī)格的轉(zhuǎn)轍機(jī)。主機(jī)具有安裝、調(diào)整試件方便，操作簡單等特點(diǎn)，如圖2所示。

伺服直線作動器是測試臺的核心部件，測試系統(tǒng)通過作動器對轉(zhuǎn)轍機(jī)施加試驗(yàn)力，從而獲得各種測試數(shù)據(jù)。作動器具有低阻尼、高響應(yīng)、高壽命、大間隙能承受大側(cè)向力的特點(diǎn)。

兩套位移測量機(jī)構(gòu)分別安裝在作動器和轉(zhuǎn)轍機(jī)擠切銷上。位移傳感器采用高精度光電編碼器，具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、可在任意位置清零等特點(diǎn)。

2）液壓泵站

液壓泵站由油箱、電機(jī)油泵、液壓控制模塊、油冷卻器等構(gòu)成。

泵站油箱采用全封閉設(shè)計(jì)，可有效防止外界雜質(zhì)進(jìn)入液壓系統(tǒng)對液壓油的污染。

電機(jī)油泵組配置采用串聯(lián)雙彈性支撐方式，較好地減少了泵站噪音。油泵采用低噪音直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵，直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵具有低噪音、無脈動、長壽命等特點(diǎn)。

液壓控制模塊可任意設(shè)定兩級系統(tǒng)壓力，具有低壓啟動/關(guān)機(jī)，高壓工作的功能，可有效降低泵站啟動/停止時對系統(tǒng)造成的沖擊。模塊液壓元件均采用國內(nèi)著名公司產(chǎn)品，可有效提高液壓系統(tǒng)可靠性。伺服閥采用進(jìn)口試驗(yàn)機(jī)專用高響應(yīng)伺服閥，有極高的穩(wěn)定性和控制精度。

液壓系統(tǒng)安裝有油溫保護(hù)、液位保護(hù)、系統(tǒng)壓力保護(hù)3種安全保護(hù)裝置，自動化程度高，有效地提高液壓系統(tǒng)的安全性。泵站安裝有雙電接點(diǎn)溫控表，用于油溫（低于10℃、高于55℃）控制；液位控制繼電器用于泵站液位控制，泵站具有濾油器堵塞報(bào)警或停車功能。泵站安裝有風(fēng)冷卻器，可不依靠冷卻水對液壓系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，適用方便。

3）控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由顯示器、打印機(jī)及控制軟件等構(gòu)成。

系統(tǒng)管理軟件是整個全數(shù)字伺服控制器工作的基礎(chǔ)，其主要功能是管理控制系統(tǒng)的硬件資源、定義傳感器、數(shù)字控制參數(shù)調(diào)整、設(shè)置保護(hù)、顯示當(dāng)前控制模式、測試數(shù)據(jù)實(shí)時顯示等。

系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)顯示和液晶屏幕顯示兩套顯示系統(tǒng)。兩套顯示系統(tǒng)安裝在控制柜內(nèi)。計(jì)算機(jī)采用虛擬儀表顯示測試參數(shù)，各種參數(shù)設(shè)置可在計(jì)算機(jī)和液晶顯示設(shè)置系統(tǒng)上設(shè)置完成。屏幕顯示各種測試曲線，可打印輸出需要的測試報(bào)表。

控制測量系統(tǒng)的軟件采取圖形化界面，具有在同一坐標(biāo)下顯示力值、時間、位移曲線的功能，并有游標(biāo)顯示任一點(diǎn)個量之大小的功能，以便在動態(tài)情況下進(jìn)行相關(guān)性分析；具有數(shù)據(jù)保存、打印、檢索等數(shù)據(jù)功能。

6 智能化轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力測試系統(tǒng)的應(yīng)用

1）智能化轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力測試系統(tǒng)適用于ZD6、ZD（J）9系列交直流電動轉(zhuǎn)轍機(jī)。

2）智能化轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力測試系統(tǒng)可對各種測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、保存，有利于電轉(zhuǎn)機(jī)的改進(jìn)。

3）智能化轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力測試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存，便于各種電轉(zhuǎn)機(jī)產(chǎn)品追溯和測試數(shù)據(jù)的查詢，有利于故障分析及現(xiàn)場問題的解決。

4）智能化轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力測試系統(tǒng)還可用于新型電動轉(zhuǎn)轍機(jī)設(shè)計(jì)、研究的測試。

7 結(jié)束語

智能化轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力測試系統(tǒng)研制后使用已有2年多，圓滿地完成了數(shù)千臺各類型轉(zhuǎn)轍機(jī)整機(jī)和部件的擠脫力測試任務(wù)，設(shè)備經(jīng)檢驗(yàn)出廠后在現(xiàn)場使用良好。同時測試臺的測試數(shù)據(jù)實(shí)時點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集功能的使用，準(zhǔn)確地顯示了擠脫過程中關(guān)鍵點(diǎn)位的測試參數(shù)，為技術(shù)人員優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)提供有效的幫助。

[1] TB/T2614-2005 轉(zhuǎn)轍機(jī)通用技術(shù)條件[S].

[2] TB/T2613-2005 轉(zhuǎn)轍機(jī)試驗(yàn)方法[S].

[3] TB/T3113-2005 ZD9/ZDJ9系列轉(zhuǎn)轍機(jī)[S].

[4]黃天新，宋躍進(jìn)，謝中理．轉(zhuǎn)轍機(jī)及分動外鎖閉裝置擠岔研究[J]．鐵路通信信號工程技術(shù)，2008（5）：53-56.