地鐵車輛液壓制動系統(tǒng)試驗研究

徐廣增 羅超群

摘 要：針對地鐵車輛液壓制動系統(tǒng)，設(shè)計了基于PLC架構(gòu)的液壓制動系統(tǒng)試驗裝置。在車輛通電前即可對液壓制動系統(tǒng)各部件進行控制及狀態(tài)檢測，不僅滿足制動系統(tǒng)注油排氣需求，還可單獨對制動系統(tǒng)進行試驗。在車輛通電后對制動系統(tǒng)電磁閥狀態(tài)、制動壓力等參數(shù)進行在線檢測，可方便的查找系統(tǒng)故障。

關(guān)鍵詞：液壓制動 在線檢測

0.引言

隨著我國軌道交通的迅猛發(fā)展，各類車型的推陳出新同時也加速了各類測試設(shè)備的更新?lián)Q代。目前我國采用液壓制動系統(tǒng)主要為低地板列車，其他類型列車均采用空氣制動系統(tǒng)[1-2]，而各低地板列車液壓制動系統(tǒng)試驗檢測設(shè)備均由各系統(tǒng)供應(yīng)商提供，無法通用。

現(xiàn)對地鐵車輛液壓制動系統(tǒng)試驗內(nèi)容進行研究，開發(fā)一套通用的液壓制動系統(tǒng)試驗裝置，通過制動系統(tǒng)中液壓泵、比例閥、電磁閥以及壓力傳感器等信號的控制及反饋信號采集，結(jié)合車輛制動系統(tǒng)試驗，進一步完善車輛制動系統(tǒng)調(diào)試方法。

1.液壓制動系統(tǒng)原理介紹

液壓制動系統(tǒng)主要由微機制動控制單元、液壓控制單元、蓄能器、基礎(chǔ)制動單元、輔助緩解裝置、液壓管路、液壓油、磁軌制動等組成。液壓制動系統(tǒng)與空氣制動系統(tǒng)施加緩解過程相反，制動缸壓力升高時制動緩解，壓力下降時通過彈簧作用制動施加。

液壓控制單元為制動系統(tǒng)主要的執(zhí)行單元，圖1為其典型原理。液壓泵提供制動系統(tǒng)壓力油，比例閥控制其輸出壓力以施加或緩解制動，通過壓力傳感器提供反饋信號進行調(diào)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)壓力過載時，安全閥打開泄壓限制系統(tǒng)最高壓力，起到安全保護的作用。S口接蓄能器，液壓油充入蓄能器，當(dāng)蓄能器的壓力達到標準后，液壓泵停止工作，制動緩解時通過蓄能器供給壓力，當(dāng)蓄能器壓力下降，液壓泵再次工作。也有部分車型未設(shè)置蓄能器，液壓泵在通電后一直工作，通過比例閥旁路液壓油來調(diào)整輸出壓力，但各種車型液壓制動主要工作原理相類似。

2.液壓制動系統(tǒng)試驗裝置結(jié)構(gòu)

基于對液壓控制單元原理的研究，開發(fā)液壓制動試驗裝置，按照各項試驗流程，采集壓力傳感器信號及電磁閥狀態(tài)，控制液壓制動單元動作，同時檢測判斷試驗結(jié)果。

液壓制動系統(tǒng)試驗裝置分為下位機硬件控制單元及上位機人機界面。采用西門子SMART 200 PLC作為控制模塊完成設(shè)備的邏輯和運動控制以及液壓制動系統(tǒng)各部件運行時電壓、電流、壓力以及壓力開關(guān)狀態(tài)等電參數(shù)的采集[4]。通過基于Microsoft Visual 2008開發(fā)的液壓制動系統(tǒng)試驗軟件[5]實時顯示液壓制動系統(tǒng)各部件的運行狀態(tài)，同時下發(fā)控制指令至PLC，對液壓制動系統(tǒng)進行控制。

系統(tǒng)拓撲如圖2所示，上位機為通用筆記本電腦，安裝自行研發(fā)的液壓制動系統(tǒng)試驗軟件，下位機控制單元包括電源模塊、PLC主機及相應(yīng)輸入輸出模塊，分別控制繼電器、接觸器、PWM等信號輸出以及傳感器信號采集等，通過連接器與液壓制動單元相連。

3.液壓制動系統(tǒng)試驗

通過上述試驗裝置對車輛液壓制動系統(tǒng)進行試驗，下面以車輛試驗中的液壓泵電機試驗、保壓試驗以及電液比例閥的控制試驗為例闡述試驗方法。

3.1液壓泵電機試驗

試驗流程見圖3，通過試驗裝置控制液壓泵電機啟動，同時不斷檢測蓄能器壓力變化[6]，使用外接傳感器采集蓄能器端壓力，若蓄能器壓力低于設(shè)定值，則控制液壓泵啟動泵油，直至系統(tǒng)壓力滿足設(shè)定值。液壓泵電機電源采用可編程電源供電，同時設(shè)有分流器對電機電流進行檢測，過流過壓時自動保護。

3.2保壓試驗

為了檢查制動單元的壓力保持性能，在上述液壓泵啟動試驗后，通過傳感器檢測系統(tǒng)壓力，一般要求30min內(nèi)壓力下降程度不足以觸發(fā)液壓泵啟動。使用液壓制動試驗裝置可自動記錄壓力曲線及保壓時間，無需調(diào)試人員值守，自動判斷試驗結(jié)果。

3.3電液比例閥控制

液壓制動力的大小是通過液壓單元內(nèi)部比例閥控制的，通過控制電液比例閥將蓄能器內(nèi)部壓力釋放至制動缸或?qū)⒅苿痈變?nèi)壓力釋放值油箱中，實現(xiàn)制動施加或緩解。

依據(jù)電液比例閥機構(gòu)控制器特點[7]其控制方式設(shè)計2種方式：電流控制、PWM控制。由于電液比例閥閥芯的移動時間存在滯后，需對滯后時間進行補償。因此在對比例閥控制時需對其進行PID調(diào)節(jié)以補償液壓系統(tǒng)中閥的實際滯后時間的影響[8]。

比例閥PID調(diào)節(jié)程序如下：

經(jīng)過參數(shù)調(diào)整，某車型比例閥控制電流以及輸出壓力曲線結(jié)果如圖4所示，首先逐漸增大比例閥電流使得使制動缸壓力（圖中A口壓力）上升，然后在逐漸減小比例閥電流使得制動缸壓力下降，比例閥電流與比例閥輸出壓力線性關(guān)系良好，證明本試驗裝置可滿足液壓制動試驗需求。

3.4制動系統(tǒng)在線監(jiān)測

除進行液壓制動試驗外，還可在車輛動態(tài)試驗過程中在線監(jiān)測液壓制動單元。如圖5所示，車輛正常運行過程中通過車輛端控制制動系統(tǒng)，液壓制動控制裝置采集制動單元內(nèi)液壓泵、電磁閥等狀態(tài)信息，可快速查找處理動調(diào)過程中出現(xiàn)的制動系統(tǒng)故障。

4.結(jié)語

通過對液壓制動系統(tǒng)研究，設(shè)計了通用的地鐵液壓制動系統(tǒng)試驗裝置，實現(xiàn)車輛液壓制動系統(tǒng)控制與執(zhí)行單元的在線監(jiān)測，優(yōu)化了試驗流程及試驗方法，提高了調(diào)試自動化水平及試驗質(zhì)量，結(jié)合現(xiàn)車驗證效果良好。

參考文獻：

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