一種新型微控單車試風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)①

趙 巖， 王東輝， 張春晶， 訾 鴻

(1.黑龍江科技學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150027;2.哈爾濱工程大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150001)

0 引言

鐵路車輛制動(dòng)性能是確保行車安全的關(guān)鍵.因此，鐵道部規(guī)定，新造車輛和修理車輛出廠前或制動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)檢修后，必須依照相關(guān)規(guī)定都要用單車試驗(yàn)器進(jìn)行試驗(yàn)，以檢查車輛制動(dòng)及整個(gè)車輛制動(dòng)裝置在靜止?fàn)顟B(tài)的性能.單車制動(dòng)試驗(yàn)通過(guò)檢測(cè)制動(dòng)管和制動(dòng)缸的壓力來(lái)檢查列車制動(dòng)機(jī)的性能，使制動(dòng)機(jī)性能可靠，滿足車輛的運(yùn)用要求.傳統(tǒng)的單車試驗(yàn)器工藝參數(shù)調(diào)整不靈活，采用普通壓力傳感器不能滿足新工藝的整車泄漏要求的標(biāo)準(zhǔn)，只能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和單步控制，現(xiàn)場(chǎng)操作者和微機(jī)操作者通過(guò)對(duì)講機(jī)聯(lián)系，工作效率低，失誤多.為此，設(shè)計(jì)了一種新型微控單車試驗(yàn)器[1].

1 系統(tǒng)的構(gòu)成及功能

1.1 系統(tǒng)總體構(gòu)成

此系統(tǒng)由壓力傳感器對(duì)列車管、制動(dòng)缸風(fēng)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并通過(guò)A/D擴(kuò)展模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，送入PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)PLC控制電磁閥的通斷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛制動(dòng)部分的充風(fēng)、保壓及減壓試驗(yàn)過(guò)程的自動(dòng)控制，所有參數(shù)設(shè)置及系統(tǒng)功能的操作都由與PLC配接的觸摸屏顯示并操作.系統(tǒng)框圖如圖1所示.

微控單車試驗(yàn)器由工業(yè)級(jí)PLC直接控制，采用一體化壓力傳感器，高精度、高穩(wěn)定性，將壓力傳感器內(nèi)置，徹底解決了制動(dòng)缸壓力傳感器線路易斷影響試驗(yàn)操作，從而保證制動(dòng)缸壓力的準(zhǔn)確測(cè)量;采用高性能鐵路專用的一體板式電控氣動(dòng)閥，運(yùn)行穩(wěn)定使用壽命長(zhǎng)，開(kāi)關(guān)次數(shù)高達(dá)百萬(wàn)次，無(wú)須維護(hù)，漏瀉量 ＜0.01%，反應(yīng)速度 ＜0.05ms;采用觸摸屏輸入式人機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)過(guò)程，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和連續(xù)試驗(yàn)，并可通過(guò)無(wú)線系統(tǒng)上報(bào)信息至服務(wù)器顯示、打印測(cè)試結(jié)果.每一個(gè)獨(dú)立的單車試驗(yàn)器通過(guò)有線和無(wú)線傳輸兩種方式連接成局域網(wǎng)，最多可連接100個(gè)單車試驗(yàn)終端，各終端均能獨(dú)立進(jìn)行手動(dòng)操縱和自動(dòng)測(cè)試，以方便在進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)前能通過(guò)自檢發(fā)現(xiàn)制動(dòng)機(jī)故障并即時(shí)檢修.試驗(yàn)結(jié)果可以存儲(chǔ)在各試驗(yàn)器內(nèi)，也可以集中存儲(chǔ)到服務(wù)器中，隨時(shí)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì).手動(dòng)、自動(dòng)的轉(zhuǎn)換方便快捷[2].

圖1 單車試驗(yàn)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電氣部分原理圖如圖2所示，系統(tǒng)主要由電磁閥、過(guò)濾調(diào)壓閥、電控氣動(dòng)閥、風(fēng)源、軟管連接器等部分組成.

圖2 單車試驗(yàn)器電氣原理圖

圖3 感度試驗(yàn)壓力—時(shí)間曲線

圖4 安定試驗(yàn)壓力—時(shí)間曲線

1.2 系統(tǒng)的功能

試驗(yàn)終端(單車試驗(yàn)器)和管理服務(wù)器均可進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)試驗(yàn)和單項(xiàng)試驗(yàn)，均具有自動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)測(cè)量、判斷合格與否功能、試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示、打印和多途徑信息查詢，可隨時(shí)停止和恢復(fù)試驗(yàn)、試驗(yàn)故障自動(dòng)提示等功能，能將單車試驗(yàn)和機(jī)能試驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)填入系統(tǒng)的表格中.試驗(yàn)過(guò)程中的試驗(yàn)步驟以及壓力變化均在觸摸屏上動(dòng)態(tài)顯示并和服務(wù)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理，另外配備微型打印機(jī)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)打印試驗(yàn)結(jié)果.

(1)單車試驗(yàn)

單車檢測(cè)試驗(yàn)就是依據(jù)鐵道部的有關(guān)規(guī)定，對(duì)鐵路貨車制動(dòng)性能進(jìn)行檢驗(yàn).其方法是將單車試驗(yàn)器與車輛一端制動(dòng)軟管相連，充風(fēng)(加壓)至500kPa，打開(kāi)某一電磁閥，使壓力減為某一值，并記錄檢查這一過(guò)程單車壓力的變化，如果在其規(guī)定范圍內(nèi)，為合格;否則是不合格.單車試驗(yàn)主要分為:① 漏泄試驗(yàn):主要檢驗(yàn)車輛的密封性能.打開(kāi)一位電磁閥充風(fēng)至500kPa，待其壓力穩(wěn)定后，關(guān)閉一位閥，保壓1min，制動(dòng)系統(tǒng)漏泄量不得超過(guò)規(guī)定.②安定試驗(yàn):檢驗(yàn)單車的減速性能下限.③感度試驗(yàn):檢驗(yàn)單車的減速性能上限及靈敏度.④緊急試驗(yàn):檢驗(yàn)單車的緊急制動(dòng)性能.列車在產(chǎn)生緊急制動(dòng)時(shí)，其緊急制動(dòng)閥被打開(kāi)，制動(dòng)缸壓力在0.2s內(nèi)，由400kPa以上降低至200kPa以下.⑤閘調(diào)器試驗(yàn):閘瓦間隙自動(dòng)調(diào)整器，簡(jiǎn)稱閘調(diào)器，是保證新舊閘瓦有相同的制動(dòng)性的關(guān)鍵部件.

圖5 緊急制動(dòng)試驗(yàn)壓力—時(shí)間曲線

(2)機(jī)能試驗(yàn)

機(jī)能試驗(yàn)就是依據(jù)鐵道部的有關(guān)規(guī)定，對(duì)單車自身性能進(jìn)行檢驗(yàn).其方法是將一標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)風(fēng)缸(一種密封容器)接入系統(tǒng)，充風(fēng)(加壓)至500kPa，并打開(kāi)某一電磁閥，使壓力減為某一值，記錄并檢查這一過(guò)程所需時(shí)間，如果在其規(guī)定范圍內(nèi)，為合格;否則不合格.機(jī)能試驗(yàn)主要分為:①漏泄試驗(yàn):主要檢驗(yàn)單車試驗(yàn)器本身的密封性能.②緩解試驗(yàn):主要檢驗(yàn)2位孔大小、電磁閥及氣路.③安定試驗(yàn):主要檢驗(yàn)5位孔大小、電磁閥及氣路.④感度試驗(yàn):主要檢驗(yàn)4位孔大小、電磁閥及氣路.⑤緊急試驗(yàn):主要檢驗(yàn)6位孔大小、電磁閥及氣路.

表1 感度試驗(yàn)參數(shù)表

表2 安定試驗(yàn)參數(shù)表

2 試驗(yàn)結(jié)果

本系統(tǒng)可應(yīng)用于單車試風(fēng)系統(tǒng)的各項(xiàng)試驗(yàn)，實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)無(wú)線通訊模塊傳輸至服務(wù)器(上位機(jī))，顯示出制動(dòng)缸壓力—時(shí)間曲線.通過(guò)試驗(yàn)曲線可看出，本試風(fēng)系統(tǒng)精度高，可靠性強(qiáng)，均達(dá)到各項(xiàng)參數(shù)的要求.

(1)感度試驗(yàn)

試驗(yàn)開(kāi)始，一位充風(fēng)，然后四位排風(fēng)，減壓40kPa后處于保壓狀態(tài)，保壓時(shí)間內(nèi)，制動(dòng)機(jī)發(fā)生自然緩解，則試驗(yàn)結(jié)果為不合格;否則二位充風(fēng)，制動(dòng)缸壓力在45s內(nèi)緩解到30kPa以下為合格，否則為不合格.試驗(yàn)參數(shù)如表1所示.感度試驗(yàn)壓力—時(shí)間曲線如圖3所示.由曲線可看出，制動(dòng)缸壓力在20s左右就緩解到30kPa以下，達(dá)到要求的精度.

(2)安定試驗(yàn)

試驗(yàn)開(kāi)始，一位充風(fēng)，充風(fēng)結(jié)束后，如果制動(dòng)缸壓力高于10kPa，結(jié)果為不合格.制動(dòng)缸壓力低于10kPa，結(jié)果為合格.充風(fēng)結(jié)束后，常用位排風(fēng)，減壓200kPa后停止，進(jìn)入保壓狀態(tài)，保壓過(guò)程中，制動(dòng)缸壓力下降不得超過(guò)5kPa，否則結(jié)果為不合格.試驗(yàn)參數(shù)如表2所示.安定試驗(yàn)壓力—時(shí)間曲線如圖4所示.由曲線可看出，保壓過(guò)程中，制動(dòng)缸壓力下降3kPa左右，達(dá)到要求的精度.

(3)緊急制動(dòng)試驗(yàn)

試驗(yàn)開(kāi)始，一位充風(fēng)，緊急位排風(fēng)，減壓100kPa前，制動(dòng)機(jī)需發(fā)生緊急作用，否則為不合格.試驗(yàn)參數(shù)如表3所示.緊急制動(dòng)試驗(yàn)壓力—時(shí)間曲線如圖5所示.由曲線可看出，在減壓100kPa前，制動(dòng)機(jī)發(fā)生了緊急作用，達(dá)到要求的精度.

表3 緊急制動(dòng)試驗(yàn)參數(shù)表

3 結(jié)論

微控單車試驗(yàn)器在設(shè)計(jì)時(shí)，采用了優(yōu)質(zhì)的電動(dòng)氣控閥，高精度壓力傳感器.考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，在主機(jī)控制方面采用先進(jìn)的工業(yè)級(jí)PLC控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性強(qiáng)，升級(jí)空間大.由于采用的PLC控制方式是梯形圖式語(yǔ)言，使得系統(tǒng)維護(hù)和程序升級(jí)非常方便.通過(guò)各項(xiàng)試驗(yàn)可看出列車制動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能準(zhǔn)確可靠，因此此系統(tǒng)具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值[3].

[1]孫文全.單片機(jī)控制的貨車空氣制動(dòng)單車試驗(yàn)器[J].自動(dòng)化與儀表2000，(1):19.

[2]武自芳.微機(jī)控制系統(tǒng)及其應(yīng)用(第4版)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2007.281 －305.

[3]劉星平.PLC原理及工程應(yīng)用[M].北京:中國(guó)電力出版社，2010:38－58.