鐵路客車塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的研究*

陳 輝，劉家碩

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)車車輛學(xué)院，江蘇 南京 210031）

隨著我國(guó)鐵路客車運(yùn)行速度的不斷提高，鐵路客車廣泛采用電控氣動(dòng)塞拉門（以下簡(jiǎn)稱塞拉門）。相較于普通車門，塞拉門密封性能好，操作簡(jiǎn)單，安全可靠，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)本車控制和列車集中控制功能，提高鐵路客車車門鎖閉系統(tǒng)的安全系數(shù)和自動(dòng)化程度。但由于氣路系統(tǒng)故障、機(jī)械故障、供電品質(zhì)等原因，導(dǎo)致塞拉門無(wú)法關(guān)閉、自動(dòng)開門、鎖閉不良等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，如不能得到及時(shí)有效地解決，將會(huì)導(dǎo)致列車中途晚點(diǎn)事故，影響鐵路客車正常運(yùn)輸秩序，給列車運(yùn)行帶來(lái)極大的安全隱患。

塞拉門主要采用電控系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)控制，通常塞拉門出現(xiàn)故障時(shí)，電控系統(tǒng)的指示燈、蜂鳴器會(huì)發(fā)出故障提醒，方便檢修人員進(jìn)行故障排查及處理。塞拉門的驅(qū)動(dòng)主要依靠氣動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，氣動(dòng)系統(tǒng)包含閥件較多，通常會(huì)出現(xiàn)壓力不足、閥件損壞、管路堵塞或泄漏、氣缸潤(rùn)滑不良等故障，且氣動(dòng)系統(tǒng)無(wú)故障提示，多由檢修人員憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行故障排查和處理，延長(zhǎng)了故障處理時(shí)間，因此有必要對(duì)鐵路客車塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)常見故障及處理措施進(jìn)行訓(xùn)練。塞拉門實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是一整套完整塞拉門，包含車門組件、電氣綜合控制柜、氣動(dòng)系統(tǒng)等，且氣動(dòng)閥件、氣管接頭屬于易損件，故不便在該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)上反復(fù)進(jìn)行故障設(shè)置及處理。因此，本研究設(shè)計(jì)組裝一套與塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)功能一致且方便故障設(shè)置及處理的塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)故障診斷及處理的實(shí)踐操作訓(xùn)練具有重要的實(shí)踐意義，同時(shí)對(duì)開展鐵路客車其他設(shè)備氣動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷及處理、氣路優(yōu)化等具有重要的指導(dǎo)意義。

1 塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的功能分析

鐵路客車塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置主要用于實(shí)現(xiàn)塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)故障診斷及處理的實(shí)踐操作訓(xùn)練，因此本實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)具備以下三個(gè)基本功能。

1.1 通過(guò)控制操作，氣動(dòng)系統(tǒng)正常工作運(yùn)行

通過(guò)進(jìn)行控制閥操作，氣動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)正常工作運(yùn)行，使實(shí)驗(yàn)者能直接觀察到控制操作不同閥件時(shí)，氣動(dòng)執(zhí)行元件的不同工作狀態(tài)。結(jié)合氣動(dòng)系統(tǒng)工作原理，熟悉實(shí)驗(yàn)裝置中各氣動(dòng)閥件、管路之間的關(guān)聯(lián)性。

1.2 依據(jù)常見故障原因，進(jìn)行氣動(dòng)系統(tǒng)故障模擬設(shè)置

通過(guò)分析塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)常見故障原因，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行故障模擬設(shè)置，可進(jìn)行供氣故障設(shè)置、控制閥故障設(shè)置、氣缸故障設(shè)置、氣動(dòng)管路故障設(shè)置、輔助元件故障設(shè)置等。故障設(shè)置后氣動(dòng)系統(tǒng)有明顯故障現(xiàn)象或異常響聲出現(xiàn)，故障設(shè)置不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)者、實(shí)驗(yàn)裝置和周圍環(huán)境造成危害。

1.3 通過(guò)氣動(dòng)系統(tǒng)故障診斷分析，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)系統(tǒng)故障處理

通過(guò)對(duì)塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)故障現(xiàn)象的觀察，分析故障原因，進(jìn)行氣動(dòng)系統(tǒng)故障處理，解決故障問題，運(yùn)行調(diào)試氣動(dòng)系統(tǒng)，恢復(fù)塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置正常工作。故障處理主要是針對(duì)氣源、管路、控制閥件、氣缸等進(jìn)行檢查或更換，在較短時(shí)間內(nèi)盡快恢復(fù)氣動(dòng)系統(tǒng)正常工作，模擬實(shí)際工作狀態(tài)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)者實(shí)踐操作技能。

2 塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)現(xiàn)

塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置主要由氣源裝置、氣動(dòng)系統(tǒng)和固定框架組成。氣源裝置主要為氣動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行提供壓縮空氣，氣動(dòng)系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)塞拉門開啟、關(guān)閉、開鎖、關(guān)鎖等功能，固定框架主要用于氣動(dòng)系統(tǒng)的安裝和固定。

2.1 氣源裝置的選擇

鐵路客車塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)由列車主管提供壓縮空氣，氣壓為6.0～9.0 bar（0.6～0.9 MPa）?？紤]到實(shí)驗(yàn)裝置的輕便性、易移動(dòng)、易組裝等問題，選用小型空氣壓縮機(jī)為壓縮空氣制備裝置，壓縮空氣通過(guò)氣動(dòng)輔件進(jìn)行空氣過(guò)濾和壓力調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)裝置選用無(wú)油空氣壓縮機(jī)作為氣源裝置，其基本參數(shù)為：功率800 W，氣罐容量30 L，排氣量0.06 m3/min，排氣壓力0.7 MPa，滿足塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)供氣要求。在空氣壓縮機(jī)排氣口安裝有過(guò)濾器、調(diào)壓閥，可對(duì)壓縮空氣進(jìn)行過(guò)濾和壓力調(diào)節(jié)。

2.2 氣動(dòng)元件的選擇

塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)中所使用的氣動(dòng)元件主要有控制閥件、執(zhí)行氣缸、輔助元件。依照鐵路客車塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)所用氣動(dòng)元件選擇亞德客氣動(dòng)元件。

2.2.1 控制閥件的選擇

塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)中控制閥件主要有二位三通手動(dòng)換向閥、二位三通電磁換向閥、單向節(jié)流閥、快速排氣閥、壓力開關(guān)。

實(shí)驗(yàn)裝置中，二位三通手動(dòng)換向閥作為氣源開關(guān)，控制塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)是否通入壓縮空氣，選用亞德客手動(dòng)控制閥；兩個(gè)二位三通電磁換向閥分別用于控制塞拉門的開門和關(guān)門，在實(shí)際運(yùn)行的車輛上，這兩個(gè)二位三通電磁換向閥均通過(guò)塞拉門電控系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，在實(shí)驗(yàn)裝置中，為了方便故障設(shè)置和處理操作，可通過(guò)電磁換向閥應(yīng)急手動(dòng)開關(guān)進(jìn)行工作控制，選用亞德客電磁控制閥；四個(gè)單向節(jié)流閥分別用于開門和關(guān)門進(jìn)氣管路、腳蹬氣缸有桿腔和無(wú)桿腔回氣管路的流量調(diào)節(jié)，以控制塞拉門開門或關(guān)門、腳蹬氣缸推動(dòng)或收回翻轉(zhuǎn)腳蹬的速度，選用亞德客單向節(jié)流閥；兩個(gè)快速排氣閥分別用于開門和關(guān)門的快速排氣，選用歐雷凱快速排氣閥；壓力開關(guān)是塞拉門的防擠壓開關(guān)，主要是在塞拉門關(guān)門過(guò)程中如果擠壓到異物，壓力開關(guān)就會(huì)通過(guò)門控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)使車門重新打開，選用亞德客壓力開關(guān)。

2.2.2 執(zhí)行氣缸的選擇

塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)中執(zhí)行氣缸主要有用于開關(guān)門的無(wú)桿氣缸、用于翻轉(zhuǎn)腳蹬的腳蹬氣缸、用于開鎖的開鎖缸和用于關(guān)鎖的關(guān)鎖缸。

實(shí)際運(yùn)行中，塞拉門門框?qū)?30 mm，門寬878 mm，塞拉門手動(dòng)開門力≤150 N，開門時(shí)間為2.5～6 s，關(guān)門時(shí)間為3～6 s。在鐵路客車塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)中開關(guān)門的無(wú)桿氣缸為廠家專門定制的無(wú)桿氣缸，考慮到實(shí)驗(yàn)裝置主要為了進(jìn)行氣動(dòng)系統(tǒng)故障設(shè)置和故障處理并不實(shí)際推動(dòng)車門，因此在實(shí)驗(yàn)裝置中選擇了結(jié)構(gòu)相似的亞德客RMT16×500 S無(wú)桿氣缸。腳蹬氣缸用于翻轉(zhuǎn)腳蹬的打開和收回，選用亞德客MBL32×300CA雙作用單活塞桿氣缸。塞拉門開鎖缸、關(guān)鎖缸主要用于塞拉門開門前的開鎖以及塞拉門關(guān)門后的關(guān)鎖，保障車輛運(yùn)行安全，為專門設(shè)計(jì)生產(chǎn)的單作用氣缸，單作用氣缸可實(shí)現(xiàn)不通氣時(shí)在彈簧張力作用下活塞桿自動(dòng)復(fù)位。在實(shí)驗(yàn)裝置中，開鎖缸、關(guān)鎖缸分別選用亞德客MSA25×100SCA單作用單活塞桿氣缸，實(shí)現(xiàn)塞拉門開鎖、關(guān)鎖動(dòng)作。

2.2.3 輔助元件的選擇

在實(shí)驗(yàn)裝置中用到的輔助元件主要有氣動(dòng)三聯(lián)件、氣管、管接頭等，均按照實(shí)際塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)中所選用輔助元件進(jìn)行選擇。氣動(dòng)三聯(lián)件主要用于壓縮空氣的過(guò)濾、調(diào)壓以及元件的油霧潤(rùn)滑，選用亞德客氣動(dòng)三聯(lián)件，調(diào)壓閥調(diào)壓范圍為0～1 MPa。氣管選用直徑為?6的透明氣管，管接頭選用亞德客三通快插接頭。

2.3 固定框架的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)裝置固定框架主要用于固定氣動(dòng)系統(tǒng)閥件和氣缸，要求在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中穩(wěn)定可靠、便于觀察、方便操作。固定框架選用40×40的鋁型材，框架整體為長(zhǎng)方體，尺寸設(shè)計(jì)兼顧了實(shí)際塞拉門的尺寸進(jìn)行縮小，重點(diǎn)考慮了實(shí)驗(yàn)者操作的方便性以及實(shí)驗(yàn)中受到振動(dòng)后的穩(wěn)定可靠性進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的運(yùn)行和調(diào)試

在實(shí)際組裝中，鐵路客車塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)的開關(guān)門無(wú)桿氣缸安裝在車門上方，控制閥件、氣管大部分集中安裝在塞拉門一側(cè)下部的翻轉(zhuǎn)腳蹬氣缸附近，較為集中和隱蔽。考慮到實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行故障設(shè)置及處理的直觀性和方便性，氣動(dòng)系統(tǒng)按照對(duì)稱布置方式進(jìn)行布置安裝。

實(shí)驗(yàn)裝置安裝完成后，進(jìn)行塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試，過(guò)程如下：

（1）打開空氣壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮空氣制備，調(diào)整調(diào)壓閥保持進(jìn)氣壓力為0.7MPa，打開供氣閥門，為系統(tǒng)供氣，供氣過(guò)程中注意觀察壓力表壓力值情況，檢查氣動(dòng)系統(tǒng)管路連接、管接頭密封情況；

（2）打開手動(dòng)換向閥，氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入等待工作狀態(tài)，具體如圖1所示；

圖1 塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行調(diào)試

（3）開啟開門電磁閥，開門氣路通氣，開鎖缸進(jìn)氣后，氣缸活塞帶動(dòng)機(jī)構(gòu)開鎖；同時(shí)翻轉(zhuǎn)腳蹬氣缸進(jìn)氣，氣缸活塞桿縮回，帶動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，翻轉(zhuǎn)腳蹬打開；無(wú)桿氣缸進(jìn)氣，缸體運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)門扇打開；關(guān)閉開門電磁閥；

（4）開啟關(guān)門電磁閥，關(guān)門氣路通氣，翻轉(zhuǎn)腳蹬氣缸進(jìn)氣，氣缸活塞桿伸出，帶動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，翻轉(zhuǎn)腳蹬收起；同時(shí)無(wú)桿氣缸進(jìn)氣，缸體運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)門扇關(guān)閉；關(guān)鎖缸進(jìn)氣，氣缸活塞帶動(dòng)機(jī)構(gòu)關(guān)鎖；關(guān)閉關(guān)門電磁閥；

（5）調(diào)節(jié)氣動(dòng)回路中的單向節(jié)流閥，運(yùn)行氣動(dòng)回路，觀察氣缸運(yùn)行變化；

（6）氣缸復(fù)位，關(guān)閉手動(dòng)換向閥，關(guān)閉氣源裝置。

4 結(jié)束語(yǔ)

鐵路客車塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)包含氣動(dòng)元件、輔件較多，列車運(yùn)行中時(shí)間有限，快速有效進(jìn)行塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)故障診斷及處理對(duì)于列車安全運(yùn)行至關(guān)重要。本研究設(shè)計(jì)組裝了一套與實(shí)際運(yùn)行塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)功能一致，可用于實(shí)驗(yàn)室操作訓(xùn)練的塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，方便實(shí)驗(yàn)室開展塞拉門氣動(dòng)系統(tǒng)故障診斷及處理訓(xùn)練，提高學(xué)習(xí)者現(xiàn)場(chǎng)故障處理能力，確保鐵路客車安全運(yùn)行。