夾鉗制動單元試驗設(shè)備的研制

鄧鐵山 彭曉靖

摘要：本文介紹了對克諾爾夾鉗制動單元檢修后試驗所需設(shè)備的研制以及設(shè)備主要功能，對檢修后的夾鉗制動單元各項性能指標進行測試，確保夾鉗制動單元滿足裝車要求。

關(guān)鍵詞：夾鉗制動單元;試驗設(shè)備;制動;緩解;試驗原理

大力發(fā)展軌道交通已成為大中型城市解決城市公共出行的首要選擇。夾鉗制動單元作為車輛的關(guān)鍵部件，其性能的好壞不僅影響車輛乘坐的舒適性，更關(guān)系到車輛行車安全。國內(nèi)早期地鐵車輛上所配置的夾鉗制動單元多采用進口品牌，到修程后，大部分地鐵車輛維保單位采用部件原廠維修模式，該模式下的維修周期較長，且費用昂貴不透明。在此背景下，以廣州地鐵為代表的部分業(yè)主開始嘗試自主檢修模式。因國外廠商技術(shù)開放程度有限，需地鐵業(yè)主自行解決檢修所需配套的設(shè)備問題。針對此現(xiàn)狀，開發(fā)出滿足夾鉗制動單元檢修后的功能試驗檢測設(shè)備，成為推進夾鉗制動單元自主修的關(guān)鍵步驟。該項目以廣州地鐵三號線及三號線北延線所采用的克諾爾夾鉗制動單元作為被檢修對象，根據(jù)夾鉗制動單元廠商提供的試驗大綱要求，結(jié)合其工作原理，研究適用于該被檢修對象的夾鉗制動單元試驗設(shè)備。

一、設(shè)備組成

夾鉗制動單元試驗設(shè)備主要用于對夾鉗制動單元進行裝車前必要的功能測試和檢查。根據(jù)夾鉗制動單元的結(jié)構(gòu)特點及測試項目，確定了夾鉗制動單元試驗設(shè)備的總體方案。該設(shè)備主要由試驗工裝、操作臺、控制系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)四大部分組成。

1、試驗工裝

試驗工裝（如圖1）由安裝支架、安全防護罩、試驗工裝盒三大部分組成。

安裝支架采用鋁型材作為主要支撐受力件，外形美觀，結(jié)構(gòu)輕巧。

安全防護罩采用鋁型材為骨架，鑲嵌亞克力板，既便于觀察，又能有效起到安全防護的作用。

試驗工裝盒（如圖2所示）主要由左夾板、右夾板、中間固定板組成，左右夾盤間集成了力傳感器、位移傳感器，活動氣缸等元器件。試驗工裝盒在試驗過程中能模擬制動盤，內(nèi)部集成的力傳感器、位移傳感器能夠?qū)崟r采集試驗所需數(shù)據(jù)。

2、操作臺

操作臺采用琴臺式結(jié)構(gòu)，適用于站立操作模式，該結(jié)構(gòu)考慮人機工程學要求，控制面板及顯示界面與豎直面成一定夾角，便于試驗人員操作及觀察試驗數(shù)據(jù)。

3、控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)以PLC為核心部件，通過控制各電磁閥通斷邏輯、調(diào)節(jié)比例閥輸出氣壓，完成各項試驗內(nèi)容，控制系統(tǒng)可設(shè)置試驗項分步驟手動進行，也可設(shè)置成整個試驗過程自動完成。

4、氣路系統(tǒng)

氣路系統(tǒng)主要由輸入氣源、電氣比例閥、手動調(diào)壓閥、電磁閥、氣壓傳感器、管路系統(tǒng)等部分組成。設(shè)備氣路原理圖3所示：

二、設(shè)備功能

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)原理

（1）試驗工裝結(jié)構(gòu)原理

試驗工裝主要由機架、試驗工裝盒、夾鉗安裝支架和防護罩組成，機架作為整個試驗工裝的主體承力部件，采用型材連接而成。試驗工裝盒主要由左夾板、右夾板、中間固定板組成，左右夾盤間集成了力傳感器、位移傳感器，撐開氣缸等。力傳感器用于測量夾鉗夾緊力，位移傳感器用于檢測調(diào)整量及閘瓦間隙等參數(shù)。夾鉗安裝支架主要用于固定被試夾鉗制動單元。試驗時，當試驗工裝盒伸入夾鉗制動單元左右夾鉗間進行試驗時，防護罩滑動至試驗區(qū)域，將整個夾鉗制動單元及試驗工裝盒防護起來，最大限度保障設(shè)備操作人員人身安全。

（2） 操作臺結(jié)構(gòu)原理

操作臺上集成了按鈕、指示燈、數(shù)顯儀表、工控機、液晶顯示屏等。試驗人員可選擇手動和自動兩種試驗模式。氣壓、夾緊力、位移等數(shù)據(jù)在操作面板上及顯示器屏幕上均可直觀顯示。

（3） 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

控制系統(tǒng)以PLC為核心，控制氣路系統(tǒng)中各電磁閥的通斷及電氣比例閥氣壓的給定，并對各傳感器數(shù)據(jù)進行同步采集。試驗數(shù)據(jù)收集后，工控機可對各數(shù)據(jù)進行比對，自動判定試驗項是否合格。

（4）氣路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

氣路系統(tǒng)主要由輸入氣源、電氣比例閥、手動調(diào)壓閥、電磁閥、氣壓傳感器、管路系統(tǒng)等部分組成。

由空氣壓縮機提供輸入氣源，經(jīng)氣源潔凈裝置后，一路通過電氣比例閥，輸出試驗要求的低壓氣壓（<9bar），一路通過手動調(diào)壓閥，輸出試驗要求的高壓氣壓（12bar）。

2 試驗功能

（1）準備工作

1）檢查空壓機與操作臺及試驗工裝之間的氣路連接，確保管路已經(jīng)連接到位后將空壓機電源通電，啟動空壓機。

2）將試驗設(shè)備面板上的旋鈕打到手動位置，將夾鉗制動單元吊裝固定在夾鉗安裝支架上，進入手動試驗。

（2）試驗功能

1）靈敏度檢測

該試驗項主要用于測試常用/停放制動缸動作靈敏度是否滿足要求。調(diào)整面板上的手動調(diào)壓閥氣壓值至0.5bar，將常用/停放制動缸的旋鈕旋至充氣位置，制動夾鉗單元有出閘動作，排氣后緩解則判斷該項合格。

2）氣密性檢測

該試驗項主要用于測試常用/停放制動缸整體氣密性是否滿足要求。調(diào)整面板上的手動調(diào)壓閥氣壓值至7bar，將常用/停放制動缸的旋鈕旋至充氣位置，充氣開始的同時將計時按鈕旋至開始位置，充氣120s后，將旋至旋至停止位置，再維持120S，數(shù)顯表上讀得的泄漏量不大于0.02bar視為合格。

3）強度檢測

該試驗項主要用于測試常用/停放制動缸整體強度是否滿足要求。調(diào)整面板上的手動調(diào)壓閥氣壓值至8bar（停放制動缸12bar），將旋鈕旋至充氣位置，維持10S。強度試驗中或結(jié)束后，無任何可見變化視為合格。

4）一次調(diào)整量及最大伸長量測量

該試驗項主要用于測試常用/停放制動缸一次調(diào)整量是否滿足要求。順時針轉(zhuǎn)動常用/停放制動缸間隙調(diào)整器六角復位頭，使調(diào)節(jié)器完全旋起。將試驗工裝盒撐出至左右夾鉗之間，再使活動氣缸處于撐開狀態(tài)，往常用/停放制動缸內(nèi)充2bar的氣體進行五次制動與緩解，并由位移傳感器記錄每次調(diào)整量的數(shù)值;試驗設(shè)備通過位移傳感器自動記錄下此時閘片托的最大伸長值即為一次進給量，記錄兩閘片之間間距減小量L1，一次調(diào)整量=1/5L1試驗設(shè)備自動計算完成，L1大于5.5mm視為合格;

5）閘瓦間隙測量

該試驗項主要用于測試常用/停放制動缸閘瓦間隙是否滿足要求。往常用制動缸內(nèi)充2bar的氣體進行兩次制動與緩解，兩個閘片間的距離變化≥11mm視為合格。往停放制動缸內(nèi)充2bar的氣體進行兩次制動與緩解，兩個閘片間的距離變化≥8mm視為合格。

6）總調(diào)整量測試

該試驗項主要用于測試常用/停放制動缸閘瓦總調(diào)整量是否滿足要求。順時針轉(zhuǎn)動夾鉗制動單元間隙調(diào)整器六角復位頭，使調(diào)節(jié)器完全旋起。將工裝盒氣缸旋鈕旋至撐出位置，再將活動氣缸調(diào)至撐出位置，調(diào)整面板上的手動調(diào)壓閥氣壓值至2bar，將常用缸的旋鈕旋至充氣位置，兩閘瓦片之間距離大于（或等于）210±3 mm視為合格。

7）夾鉗夾緊輸出力檢測

該試驗項主要用于測試常用/停放制動缸輸出夾緊力是否滿足要求。調(diào)整閘瓦間隙為3.0±1.0mm，將停放缸的旋鈕旋至排氣位置，夾緊力在最小25.7KN到最大29.5KN的范圍內(nèi)視為合格。

三、結(jié)束語

該夾鉗制動單元試驗設(shè)備為針對廣州地鐵三號線及三號線北延線克諾爾夾鉗制動單元特意開發(fā)。能夠?qū)υ擃愋蛫A鉗制動單元進行全方位的行檢修后性能試驗，試驗數(shù)據(jù)可靠，操作簡單，試驗完成后，能夠自動判斷各試驗項合格與否，具有較高的自動化程度。該試驗設(shè)備投入使用后，運行狀態(tài)良好，成功解決了廣州地鐵三號線克諾爾夾鉗制動單元的日常檢修問題，為廣州地鐵3號線夾鉗制動單元自主修提供了必要條件，保障了地鐵行車安全。

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