鮑春光

(中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

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氣動夾鉗性能試驗臺的研制

鮑春光

(中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

對氣動夾鉗的結構原理和性能要求進行了研究，研制出了全自動高精度的氣動夾鉗性能試驗臺，實現(xiàn)了對氣動夾鉗設計指標的綜合驗證和監(jiān)控，保障了設計制造產(chǎn)品的可靠性。

氣動夾鉗；試驗臺；測試；傳感器

近年來，隨著國內(nèi)高鐵和軌道交通產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各型動車組、機車車輛對列車的安全停車制動性能也提出了更高的要求，在此情況下，氣動盤形制動單元得到廣泛的應用。作為盤形制動單元關鍵執(zhí)行元件的氣動夾鉗，其性能好壞對列車運行的安全起到至關重要的作用，因此對氣動夾鉗的性能測試就顯得格外重要，為此研制了一種全自動高精度的氣動夾鉗性能試驗臺。

1 氣動夾鉗基本工作原理及主要性能要求

目前主流應用的氣動夾鉗從安裝方式區(qū)分主要包括三點吊掛式和四螺栓緊固吊掛式，從制動力放大結構區(qū)分主要包括傳統(tǒng)杠桿式和緊湊式，雖然各型夾鉗設計結構差異明顯，但是主要功能模塊和基本工作原理是一致的。氣動夾鉗典型功能模塊包括吊架、氣缸、放大機構、杠桿、間隙調(diào)整器、閘片托。氣動夾鉗通過吊架安裝在車輛轉向架構架上，通過氣缸將空氣壓力轉化為制動輸出力，通過放大機構對氣缸的輸出力進行放大以便減小氣缸尺寸，通過杠桿將輸出力傳遞至閘片和制動盤上實施制動，氣缸和杠桿間通常設置間隙調(diào)整器補償閘片和制動盤磨耗后產(chǎn)生的間隙，保證制動穩(wěn)定性，閘片托安裝在杠桿上用來安裝閘片。為了保證氣動夾鉗能可靠地實施制動，根據(jù)TB/T 3431—2015《機車車輛制動夾鉗單元》標準，主要對氣動夾鉗的以下性能進行規(guī)范測試：吊架、杠桿和閘片托的強度和剛度，夾鉗靈敏度特性，氣缸的高壓、低壓密封性能，間隙調(diào)整器的調(diào)整性能，夾鉗輸入、輸出力特性。

2 試驗臺基本要求

試驗臺使用由供風設備提供的壓力為12～14 bar的風源，將氣動夾鉗制動單元安裝在試驗臺安裝架上，并用軟管通過錐面快插接頭與試驗臺相連接，在該試驗臺上對氣動夾鉗制動單元進行各項功能試驗。氣動夾鉗試驗臺分為檢測試驗臺和控制數(shù)據(jù)采集中心兩部分。

檢測試驗臺部分：測試產(chǎn)品安裝于檢測試驗臺，主要包括基座、測試產(chǎn)品安裝架、夾緊力檢測模塊、位移檢測模塊、試驗假盤、安全防護罩，此部分由數(shù)據(jù)線和氣路同控制數(shù)據(jù)采集中心連接。

控制數(shù)據(jù)采集中心：由數(shù)據(jù)顯示模塊、工控機、控制電氣柜組成。

3 試驗臺設計的關鍵技術

(1) 氣動夾鉗試驗臺氣路系統(tǒng)

氣動夾鉗試驗臺氣路系統(tǒng)如圖1所示，圖中的P1、P2氣壓傳感器為高壓傳感器，測試壓力為1.6 MPa，用于強度試驗壓力監(jiān)測，P3、P4氣壓傳感器測試壓力為0.8 MPa，用于密封性測試等其他測試項的壓力監(jiān)測。該氣動控制管路主要在氣動夾鉗測試過程中為氣缸提供多種壓力值的氣壓源以及管道通斷控制。氣動控制管路主要由過濾器、調(diào)壓閥，電器比例閥、電磁閥、氣控閥、壓力傳感器、手動調(diào)壓閥、儲氣罐等元器件組成。系統(tǒng)配置1.6 MPa、0.8 MPa氣壓傳感器，實現(xiàn)氣壓的實時監(jiān)測，系統(tǒng)配置電氣比例閥可實現(xiàn)測試壓力的自動控制。采用電氣比例閥+節(jié)流孔模式實現(xiàn)緩慢增壓，滿足靈敏度試驗時的緩慢增壓要求。

1—氣源；2—過濾器；3—儲氣罐 ；4—調(diào)壓閥；5—電磁閥 ；6、7、8、9—電磁換向閥； 10、11、12—球閥；10′、11′、12′、13—電磁換向閥；14—調(diào)速閥；15、16、17、20—電磁換向閥；18、19—儲氣罐。圖1 氣動控制管路原理圖

(2) 計算機控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由工控機、高速數(shù)據(jù)采集卡、電氣比例閥、 電磁閥、 氣控閥、 氣壓傳感器、力傳感器、位移傳感器等組成。試驗臺軟件設計依靠可編程控制器PLC完成邏輯動作控制，計算機實時顯示試驗數(shù)據(jù)。系統(tǒng)所有的測試項目可勾選，可以單獨項測試，也可多項連續(xù)測試。系統(tǒng)主要工作流程如圖2所示，軟件主界面如圖3所示。

圖2 試驗臺工作流程圖

(3) 臺架及裝夾系統(tǒng)

操作臺如圖4所示。假盤工裝采用兩片對壓結構，中間均布力傳感器，可檢測力值并輸出；采用激光位移傳感器檢測被試品夾鉗動作位移，激光位移傳感器安裝在閘片托兩測的XZ坐標軸上，能精確記錄閘片托間距和相對位移，并能根據(jù)不同被試品自動調(diào)整位置；夾鉗采用吊裝方式進行安裝，根據(jù)產(chǎn)品結構的不同，分為三點吊掛和四點吊掛，而類似結構的產(chǎn)品固定孔的間距部分不同，所以設計了不同的安裝支架，支架與設備的接口保證通用性；機械測試工裝具有安全罩裝置，可以避免試驗時停放彈簧意外蹦出造成的危險[1]。

圖3 氣動夾鉗試驗界面

圖4 操作臺示意圖

4 試驗臺操作簡介

該試驗臺于2014年10月完成試制工作，投入使用近1年時間，性能穩(wěn)定可靠。試驗臺可適應不同氣動夾鉗的性能測試工作，如圖5所示，主要進行如下項目的測試工作：

圖5 氣動夾鉗性能試驗臺實物圖

(1) 強度試驗：計算機控制電氣比例閥、電磁閥向夾鉗氣缸中充入設定空氣壓力，保壓5 s后卸壓，目測氣動夾鉗有無異常變形、龜裂和損壞等情況；

(2) 靈敏度試驗：向夾鉗氣缸緩慢增壓，氣壓傳感器實時監(jiān)測常用缸口壓力，位移傳感器實時監(jiān)測兩模擬閘片位置，當兩模擬閘片位置變化量之和大于0.05 mm時，氣缸的氣壓壓力值作為靈敏度的測試數(shù)據(jù)；

(3) 密封性試驗：向夾鉗氣缸分別充入(400～500)kPa、(50～100)kPa 壓縮空氣，待氣壓穩(wěn)定后，保壓5 min，氣壓傳感器測定5 min的漏泄量；

(4) 一次調(diào)整量試驗：向夾鉗氣缸充入壓縮空氣，位移傳感器實時監(jiān)測模擬閘片位置，模擬閘片走完最大行程時，計算機控制電磁閥使氣缸直通大氣，待模擬閘片位置穩(wěn)定不變時，設為閘片排氣位置，傳感器采集兩閘片排氣位置，計算機自動計算兩閘片排氣位置相對于初始位置的位置偏差之和作為一次調(diào)整量測試數(shù)據(jù)；

(5) 輸入輸出特性試驗：向夾鉗氣缸充入壓縮空氣，力傳感器實時采集夾鉗輸出力，并自動繪制輸出力與輸入氣壓對應曲線。

5 總結

根據(jù)氣動夾鉗的功能原理和結構特性，設計開發(fā)了自動化高精度的氣動夾鉗性能試驗臺，可實現(xiàn)對制動夾鉗強度、靈敏度、高低壓密封性能、間隙調(diào)整性能、輸入輸出特性等方面的綜合測試，為氣動夾鉗設計驗證、性能優(yōu)化和產(chǎn)品出廠檢驗提供了良好的保障。

[1] 陳美憲，張興田.CRH1型制動夾鉗試驗臺的研制[J].鐵道車輛，2010，48(10)：33-35． □

(編輯：林素珍)

2095-5251(2016)04-0004-02

2015-11-11

鮑春光(1981-)，男，本科學歷，高級工程師，從事制動器的設計工作。

U270.35

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