城軌車輛制動管路保壓試驗優(yōu)化

劉春振

（鄭州中車四方軌道車輛有限公司，河南 鄭州 450100）

隨著城市城鎮(zhèn)化步伐的加快，區(qū)域面積不斷擴大，城市軌道交通車輛已成為人們出行必不可少的公共交通工具之一。公共交通運行的第一要素是確保乘客安全，制動管路作為城軌車輛的重要組成部分，連接著空壓機、制動控制裝置、風缸、制動缸、受電弓等核心設備，直接關系到車輛的運行安全[1]。

一般情況下，軌道交通車輛制動系統中，管路故障頻繁發(fā)生，其中以制動系統漏氣最為常見，一旦發(fā)生該故障，可能導致制動系統無法發(fā)揮作用，甚至可能會直接導致車輛無法及時制動停車[2]。制動管路系統的密封性直接影響著制動性能，組裝后的制動管路需對其密封性進行試驗。制動管路保壓試驗作為制動管路組裝后的一種質量檢測手段，通過提升管路保壓試驗檢測的準確度，可進一步保證制動系統的安全，從而提高城軌車輛運行的安全。

1 制動管路保壓現狀

管路保壓設備直接從車間管道快速接口處接入900 kPa 風源。設備的進氣口1 連接車輛一位端制動管路，設備的出氣口1 連接車輛二位端制動，形成一個回路，通過在管路保壓設備管道中安裝壓力傳感器進行壓力采集，通過對比保壓前后的壓力來判定制動管路氣密性是否符合工藝要求。制動系統管路保壓試驗標準為開始壓力（880±10）kPa，保壓5 min，制動管路保壓前后壓力差小于等于10 kPa[3]。

現有管路保壓試驗臺在城軌車輛管路密封性測試時，為了達到測量精度和速度的最優(yōu)化，現場試驗人員在系統充氣到最高900 kPa 壓力值后，手動泄壓至測試起始壓力880 kPa，開始自動保壓試驗。但存在以下2 個問題導致試驗顯示數值誤差：①手工泄壓存在人為因素導致的操作誤差，如泄壓壓力小于880 kPa 時，試驗默認開始保壓前壓力還是880 kPa，進而影響試驗結果或造成試驗失敗，從而增加了保壓試驗的難度，降低了試驗效率；②試驗工藝流程未考慮管路系統的復雜性和充氣壓力的穩(wěn)定性，在手動泄壓至試驗開始壓力后，立即自動啟動保壓試驗，缺少穩(wěn)壓過程，且壓力傳感器的安裝位置靠近進氣口1 處會出現短時的壓力波動，最終導致試驗理論顯示結果與實際結果存在差距。

2 管路保壓試驗優(yōu)化

針對以上問題，通過對管路保壓試驗臺氣路結構、快慢充邏輯、穩(wěn)壓過程、自動判定結果、實時數據顯示等方面進行軟硬件改造，提升保壓試驗數據準確度。

在試驗開始后，系統打開快速進氣閥快速進氣至系統最低壓力870 kPa，然后自動切換至慢速進氣達到試驗開始壓力880 kPa，進行系統穩(wěn)壓計時5 min，管路內壓力達到穩(wěn)定狀態(tài)，開始保壓試驗計時。計時開始后首先記錄開始壓力值，不斷檢測記錄壓力變化，保壓計時5 min 結束后，計算結束壓力和開始壓力之差，差值小于等于設定值10 kPa 時，則自動判定試驗結果合格。具體措施如下。

2.1 氣路結構改造

在現有管路保壓裝置進氣口處設置增壓閥和氣動調壓閥，增壓閥為2 倍增壓，最大增壓壓力為1.6 MPa。進口壓力為600 kPa 時流量不小于150 L/min。當外部風源壓力低于保壓試驗壓力時，增壓閥動作給試驗管路增壓供風。通過此改進，可與車間風動工具共用600 kPa 風源，避免了前期管路保壓試驗時需單獨啟動900 kPa 風源造成資源浪費的現象。

通過提供兩路獨立的試驗通道，每路試驗通道提供快慢進氣管路、排氣管路。每個管路的進排氣功能分別由電磁閥控制。所有氣路電磁閥由工控機I/O 口通過繼電器控制，壓力傳感器模擬量輸出信號由工控機的模擬量板卡接收并轉化為數字量。

快充管路與慢充管路采用不同規(guī)格，快充管路規(guī)格為34 mm×3.5 mm，慢充管路規(guī)格為12 mm×1.5 mm，通過管路的截面大小及電磁閥的開關流量的大小控制氣體的流量。具體原理如圖1 所示。

圖1 管路快慢充氣原理

2.2 快慢充

通過微機控制模塊控制快充電磁閥開啟自動充風作業(yè)。當壓力傳感器檢測到車輛空氣管路系統充風至最低要求壓力（870 kPa，壓力值可設定），快充電磁閥跳至關閉位。微機控制模塊控制慢充電磁閥開啟，進行慢速充風，將車輛空氣管路系統充風至最高壓力（880 kPa，壓力值可設定），微機控制模塊控制慢充電磁閥跳至關閉位。此時，整個充風管路關閉，防止風源一直給車輛管路供風，影響試驗結果。

通過快慢充改造，實現了管路保壓設備自動充風至管路保壓要求壓力值，改變了原有保壓前由人員操縱使壓力值由900 kPa 降壓到880 kPa 的模式。

2.3 穩(wěn)壓

由于城軌車輛制動管路錯綜復雜、存在風缸等儲氣裝置，對車輛進行充風時，設備壓力表處在遠端，存在壓力波動影響試驗結果。通過增加穩(wěn)壓時間，使車輛管路內部壓力趨于穩(wěn)定。穩(wěn)壓時間過短，系統壓力不能穩(wěn)定影響試驗結果；穩(wěn)壓時間過長則試驗效率降低。通過對已保壓合格的3 種城軌車輛進行穩(wěn)壓時間測試，發(fā)現在穩(wěn)壓3～4 min 時壓力表處于穩(wěn)定狀態(tài)，無波動現象，為了確保準確，穩(wěn)壓時間設定為5 min。

穩(wěn)壓過程中壓力傳感器不斷檢測車輛管路內部壓力值，如車輛管路有泄漏造成壓力降低超過設定壓力差（10 kPa），則提前結束試驗并發(fā)出漏氣警報，供試驗人員進行人工檢漏；否則穩(wěn)壓5 min 后，系統自動進行保壓試驗階段。

2.4 保壓

保壓試驗開始時，自動采集壓力值，作為試驗開始壓力值；保壓5 min，然后自動采集壓力值，作為試驗結束壓力值。根據保壓標準要求：5 min 內壓降不大于10 kPa，最低壓力值不得低于870 kPa，系統自動判定試驗結果是否合格，并自動輸出試驗報告。

2.5 實時壓力曲線

為了對保壓數據的數字監(jiān)控及過程管理，通過實時采集保壓試驗過程中各階段壓力值和時間，形成實時壓力曲線圖。為了清晰地顯示保壓過程中的壓力變化情況，壓力縱坐標設定區(qū)間為850～910 kPa，時間橫坐標設定區(qū)間為0～15 min。試驗保壓曲線示意圖如圖2 所示。

圖2 制動管路保壓曲線示意圖

2.6 試驗數據管理

搭建管路保壓試驗數據管理系統，對試驗任務的在線管理、試驗過程的實時監(jiān)測、試驗異常的管理、試驗結果的自動評判及輸出、試驗設備狀態(tài)的實時跟蹤、試驗數據結構化管理進行管控。

管路保壓數據管理系統由硬件和軟件組成，硬件負責車間各試驗臺生產數據的采集、傳輸和存儲，軟件負責上傳、處理、分析數據，為使用者提供方便，快捷、良好的操作界面，圖形操作界面和入口。管路保壓數據管理系統分為4 個部分：設備端、使用端、管理端和展示端。

2.6.1 設備端

通過對管路保壓設備增加無線網絡模塊，借助物聯網技術將設備聯網集成，實時獲取車輛位置、壓力傳感器采集數據，對保壓試驗的壓力值、單位時間泄漏量等關鍵過程數據進行實時采集、上傳，實時質量監(jiān)控。

數據上傳采用聯網、離線方式，在車間網絡覆蓋區(qū)域，自動采用聯網方式，試驗數據及試驗曲線實時傳輸至大屏幕顯示，保證大屏顯示數據與保壓裝置試驗數據的同步性。在網絡中斷時，自動采用離線方式，待試驗結束時，則系統根據當前聯網狀態(tài)決定是否將未上傳的試驗數據上傳到服務器端。

通過配置設備編號，并在管理系統中配置試驗接口，同時滿足多臺管路保壓設備同時作業(yè)。

2.6.2 使用端

通過電腦顯示器顯示保壓試驗設備狀態(tài)、試驗車輛試驗進度以及試驗任務信息，指導施工人員規(guī)范化作業(yè)，在線反饋異常信息、試驗完工信息以及交檢交驗信息等。

2.6.3 管理端

用于監(jiān)控試驗設備狀態(tài)、試驗計劃、各工位試驗數據等信息，并設有數據查詢與分析功能，對設備信息和試驗數據進行統計分析。

設備狀態(tài)管理：通過對設備進行基本信息、計量周期維護，可對設備運行時間、試驗時間、能耗信息進行統計，提前一周提醒計量到期周期，對設備計量、維護提供數據支持。

試驗計劃管理：從計劃管理系統中自動下傳至管路保壓管理系統三日生產計劃，操作人員對作業(yè)任務一目了然。實時顯示當天任務完成情況，當設備上傳試驗數據時，自動匹配生產計劃，然后修改此條生產計劃為已完成、完成時間。

試驗數據管理：通過在遠端配置服務器，將試驗數據進行存儲、備份，確保數據安全。通過對試驗數據進行分類管理，提升數據管理水平。主要包括以下幾個模塊：①試驗實時數據查詢。可顯示當前設備當天的實時狀態(tài)，包括設備運行狀態(tài)、設備運行時間、是否正在試驗狀態(tài)、當前的試驗信息等。②試驗報表管理。試驗報表是通過試驗臺做完試驗后，自動生成試驗臺報表，由采集程序自動上傳到系統后臺保存。其上傳的報表為試驗的原始報表，可自行進行下載、重新打印等。③異常數據管理。當保壓泄漏量超過10 kPa，試驗數據自動記錄到異常數據管理中，并提示試驗信息異常，需要用戶確認解決。通過自動統計一次試驗合格率，側面考驗作業(yè)人員技能水平。④歷史數據管理。通過對采集的信息在后臺進行統一維護和管理，可按項目分類查看詳細的數據，并自動生成可視化表單信息。

2.6.4 展示端

通過無線傳輸方式傳遞至車間信息顯示大屏，進行試驗計劃、設備實時數據、狀態(tài)展示，實現生產現場與作業(yè)人員、管理人員信息互通。

試驗計劃展示：實時顯示當天任務及計劃完成情況，如圖3 所示。

試驗狀態(tài)展示：在界面中顯示試驗狀態(tài)、設備編號、當前壓力、保壓試驗原理。通過原理圖可快速了解整個氣路氣體流向，達到通俗易懂的效果，如圖4 所示。

圖4 管路保壓試驗狀態(tài)

試驗信息展示：顯示車輛信息（車型、車列、車號）、試驗名稱、試驗臺位、保壓狀態(tài)、保壓日期、試驗結論。滾動展示6 次試驗的參數信息，試驗數據按照試驗時間的順序倒序排列顯示，如表1 所示。

表1 管路保壓試驗信息

2.7 數字化交檢

通過與質量交檢系統進行數據互通，對其進行質量數據在線交檢，取代原有紙質化交檢，進行數據數字化存儲、分析，提升管路保壓試驗的數字化、精細化、集成化、可視化管理，提高管路保壓試驗質量。

3 結論

通過對現有管路保壓試驗臺進行結構和試驗工藝流程的改進，按照管路保壓試驗標準要求，實現全自動化的快慢進氣、穩(wěn)壓、自動判定結果、數字化管理、數字化交檢等功能，實現管路保壓試驗的精度和速度的最優(yōu)化控制，完全避免了人為操作影響試驗結果的狀況，大大提升了管路保壓試驗數據的準確性，提升了車輛的行車安全。