趙 巖， 王東輝， 張春晶， 訾 鴻

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

0 引言

鐵路車輛制動性能是確保行車安全的關鍵.因此，鐵道部規(guī)定，新造車輛和修理車輛出廠前或制動機經(jīng)過檢修后，必須依照相關規(guī)定都要用單車試驗器進行試驗，以檢查車輛制動及整個車輛制動裝置在靜止狀態(tài)的性能.單車制動試驗通過檢測制動管和制動缸的壓力來檢查列車制動機的性能，使制動機性能可靠，滿足車輛的運用要求.傳統(tǒng)的單車試驗器工藝參數(shù)調整不靈活，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準，只能實現(xiàn)手動和單步控制，現(xiàn)場操作者和微機操作者通過對講機聯(lián)系，工作效率低，失誤多.為此，設計了一種新型微控單車試驗器[1].

1 系統(tǒng)的構成及功能

1.1 系統(tǒng)總體構成

此系統(tǒng)由壓力傳感器對列車管、制動缸風壓力進行實時采集，并通過A/D擴展模塊進行A/D轉換后，送入PLC進行數(shù)據(jù)處理，通過PLC控制電磁閥的通斷，以實現(xiàn)對車輛制動部分的充風、保壓及減壓試驗過程的自動控制，所有參數(shù)設置及系統(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.

微控單車試驗器由工業(yè)級PLC直接控制，采用一體化壓力傳感器，高精度、高穩(wěn)定性，將壓力傳感器內置，徹底解決了制動缸壓力傳感器線路易斷影響試驗操作，從而保證制動缸壓力的準確測量;采用高性能鐵路專用的一體板式電控氣動閥，運行穩(wěn)定使用壽命長，開關次數(shù)高達百萬次，無須維護，漏瀉量 ＜0.01%，反應速度 ＜0.05ms;采用觸摸屏輸入式人機界面實時顯示試驗過程，真正實現(xiàn)了對試驗過程的實時控制和連續(xù)試驗，并可通過無線系統(tǒng)上報信息至服務器顯示、打印測試結果.每一個獨立的單車試驗器通過有線和無線傳輸兩種方式連接成局域網(wǎng)，最多可連接100個單車試驗終端，各終端均能獨立進行手動操縱和自動測試，以方便在進行自動檢測前能通過自檢發(fā)現(xiàn)制動機故障并即時檢修.試驗結果可以存儲在各試驗器內，也可以集中存儲到服務器中，隨時進行查詢、統(tǒng)計.手動、自動的轉換方便快捷[2].

圖1 單車試驗器系統(tǒng)結構

電氣部分原理圖如圖2所示，系統(tǒng)主要由電磁閥、過濾調壓閥、電控氣動閥、風源、軟管連接器等部分組成.

圖2 單車試驗器電氣原理圖

圖3 感度試驗壓力—時間曲線

圖4 安定試驗壓力—時間曲線

1.2 系統(tǒng)的功能

試驗終端(單車試驗器)和管理服務器均可進行自動連續(xù)試驗和單項試驗，均具有自動測試、自動檢測、自動測量、判斷合格與否功能、試驗數(shù)據(jù)存儲、顯示、打印和多途徑信息查詢，可隨時停止和恢復試驗、試驗故障自動提示等功能，能將單車試驗和機能試驗結果自動填入系統(tǒng)的表格中.試驗過程中的試驗步驟以及壓力變化均在觸摸屏上動態(tài)顯示并和服務器實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)管理，另外配備微型打印機可以實現(xiàn)實時動態(tài)打印試驗結果.

(1)單車試驗

單車檢測試驗就是依據(jù)鐵道部的有關規(guī)定，對鐵路貨車制動性能進行檢驗.其方法是將單車試驗器與車輛一端制動軟管相連，充風(加壓)至500kPa，打開某一電磁閥，使壓力減為某一值，并記錄檢查這一過程單車壓力的變化，如果在其規(guī)定范圍內，為合格;否則是不合格.單車試驗主要分為:① 漏泄試驗:主要檢驗車輛的密封性能.打開一位電磁閥充風至500kPa，待其壓力穩(wěn)定后，關閉一位閥，保壓1min，制動系統(tǒng)漏泄量不得超過規(guī)定.②安定試驗:檢驗單車的減速性能下限.③感度試驗:檢驗單車的減速性能上限及靈敏度.④緊急試驗:檢驗單車的緊急制動性能.列車在產(chǎn)生緊急制動時，其緊急制動閥被打開，制動缸壓力在0.2s內，由400kPa以上降低至200kPa以下.⑤閘調器試驗:閘瓦間隙自動調整器，簡稱閘調器，是保證新舊閘瓦有相同的制動性的關鍵部件.

圖5 緊急制動試驗壓力—時間曲線

(2)機能試驗

機能試驗就是依據(jù)鐵道部的有關規(guī)定，對單車自身性能進行檢驗.其方法是將一標準的檢測風缸(一種密封容器)接入系統(tǒng)，充風(加壓)至500kPa，并打開某一電磁閥，使壓力減為某一值，記錄并檢查這一過程所需時間，如果在其規(guī)定范圍內，為合格;否則不合格.機能試驗主要分為:①漏泄試驗:主要檢驗單車試驗器本身的密封性能.②緩解試驗:主要檢驗2位孔大小、電磁閥及氣路.③安定試驗:主要檢驗5位孔大小、電磁閥及氣路.④感度試驗:主要檢驗4位孔大小、電磁閥及氣路.⑤緊急試驗:主要檢驗6位孔大小、電磁閥及氣路.

表1 感度試驗參數(shù)表

表2 安定試驗參數(shù)表

2 試驗結果

本系統(tǒng)可應用于單車試風系統(tǒng)的各項試驗，實際試驗結果通過無線通訊模塊傳輸至服務器(上位機)，顯示出制動缸壓力—時間曲線.通過試驗曲線可看出，本試風系統(tǒng)精度高，可靠性強，均達到各項參數(shù)的要求.

(1)感度試驗

試驗開始，一位充風，然后四位排風，減壓40kPa后處于保壓狀態(tài)，保壓時間內，制動機發(fā)生自然緩解，則試驗結果為不合格;否則二位充風，制動缸壓力在45s內緩解到30kPa以下為合格，否則為不合格.試驗參數(shù)如表1所示.感度試驗壓力—時間曲線如圖3所示.由曲線可看出，制動缸壓力在20s左右就緩解到30kPa以下，達到要求的精度.

(2)安定試驗

試驗開始，一位充風，充風結束后，如果制動缸壓力高于10kPa，結果為不合格.制動缸壓力低于10kPa，結果為合格.充風結束后，常用位排風，減壓200kPa后停止，進入保壓狀態(tài)，保壓過程中，制動缸壓力下降不得超過5kPa，否則結果為不合格.試驗參數(shù)如表2所示.安定試驗壓力—時間曲線如圖4所示.由曲線可看出，保壓過程中，制動缸壓力下降3kPa左右，達到要求的精度.

(3)緊急制動試驗

試驗開始，一位充風，緊急位排風，減壓100kPa前，制動機需發(fā)生緊急作用，否則為不合格.試驗參數(shù)如表3所示.緊急制動試驗壓力—時間曲線如圖5所示.由曲線可看出，在減壓100kPa前，制動機發(fā)生了緊急作用，達到要求的精度.

表3 緊急制動試驗參數(shù)表

3 結論

微控單車試驗器在設計時，采用了優(yōu)質的電動氣控閥，高精度壓力傳感器.考慮到系統(tǒng)的可擴展性，在主機控制方面采用先進的工業(yè)級PLC控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的可擴展性強，升級空間大.由于采用的PLC控制方式是梯形圖式語言，使得系統(tǒng)維護和程序升級非常方便.通過各項試驗可看出列車制動機的各項性能準確可靠，因此此系統(tǒng)具有較強的推廣應用前景和經(jīng)濟實用價值[3].

[1]孫文全.單片機控制的貨車空氣制動單車試驗器[J].自動化與儀表2000，(1):19.

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

[3]劉星平.PLC原理及工程應用[M].北京:中國電力出版社，2010:38－58.