張清濤

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司,511430,廣州∥助理工程師)

軌道工程車軟管試驗(yàn)平臺(tái)的研制

張清濤

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司,511430,廣州∥助理工程師)

軌道工程車制動(dòng)軟管需定期進(jìn)行試驗(yàn),而普通的試驗(yàn)設(shè)備使用PLC(可編程邏輯控制器)進(jìn)行設(shè)計(jì)且價(jià)格較為昂貴。介紹了自主研制的軌道工程車軟管試驗(yàn)平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)、電氣控制原理、參數(shù)等，并對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行分析。該試驗(yàn)平臺(tái)采用電氣控制技術(shù)，通過各個(gè)電氣元件之間的連接設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的過程自動(dòng)控制。應(yīng)用表明，其性能可靠、操作簡(jiǎn)單、制造成本低，能滿足軌道工程車制動(dòng)軟管的試驗(yàn)要求。

軌道工程車; 制動(dòng)軟管; 試驗(yàn)平臺(tái); 電氣控制; 氣壓試驗(yàn); 水壓試驗(yàn)

Author′s address Guangzhou Metro Group Co.,Ltd.,511430,Guangzhou,China

軌道工程車制動(dòng)軟管的性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)，直接影響到軌道工程車運(yùn)行的安全性,因此，需要對(duì)制動(dòng)軟管定期進(jìn)行氣壓和水壓試驗(yàn)。軟管試驗(yàn)周期短,隨著城市軌道交通的快速發(fā)展,需要試驗(yàn)的軟管數(shù)量很大,使得軟管檢驗(yàn)任務(wù)特別繁重。而普通試驗(yàn)設(shè)備因采用控制器進(jìn)行設(shè)計(jì),制造成本和維修要求較高。為滿足日益增長的軟管試驗(yàn)需求,以節(jié)約成本、化繁為簡(jiǎn)為理念,自主研制了一臺(tái)沒有控制器、功能齊全、穩(wěn)定性較高、成本較低的軟管試驗(yàn)平臺(tái)。本文從整體結(jié)構(gòu)、電氣控制原理以及特點(diǎn)分析等對(duì)其進(jìn)行闡述[1]。

1 設(shè)計(jì)要求

根據(jù)我國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TBT 60-2001《制動(dòng)軟管連接器總成》中的試驗(yàn)要求,軟管的試驗(yàn)內(nèi)容分為兩項(xiàng):

(1) 風(fēng)壓試驗(yàn):將軟管置于裝滿水的水槽中,安裝好接口,通以0.6 MPa的壓縮空氣,保壓5 min,軟管無泄漏和破裂者合格;

(2) 水壓試驗(yàn):風(fēng)壓試驗(yàn)合格后,以1 MPa的水壓進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn),保壓5 min無破損且無局部凸起者合格[1]。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本軟管試驗(yàn)平臺(tái)由機(jī)架、儲(chǔ)水池、水槽、氣壓系統(tǒng)、水壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。為使試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、美觀整潔、易于維護(hù),機(jī)架由方鋼制成,并且用可拆卸的鋁板加以封裝,試驗(yàn)水槽和操作面板由不銹鋼方管和不銹鋼板制成。其整體外觀如圖1所示,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 軟管試驗(yàn)平臺(tái)整體外觀

本軟管試驗(yàn)平臺(tái)可同時(shí)對(duì)6條制動(dòng)軟管進(jìn)行試驗(yàn)。水槽中設(shè)有3個(gè)軟管接頭,被檢測(cè)的軟管放入水槽,軟管的一端接在水槽的試驗(yàn)接頭上,另一端用活接堵頭封堵,待軟管內(nèi)充高壓水或高壓空氣時(shí),則呈密封狀態(tài),從而對(duì)制動(dòng)軟管進(jìn)行氣壓和水壓試驗(yàn)。

圖2 軟管試驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.2 工作流程設(shè)計(jì)

為提高軟管試驗(yàn)平臺(tái)的工作效率,避免在試驗(yàn)較多軟管時(shí)試驗(yàn)水槽加水和排水耗費(fèi)過多時(shí)間,軟管試驗(yàn)平臺(tái)采用氣壓試驗(yàn)和水壓試驗(yàn)獨(dú)立自動(dòng)操作的設(shè)計(jì)方案。

軟管試驗(yàn)平臺(tái)機(jī)械原理的設(shè)計(jì)以化繁為簡(jiǎn)為原則,盡可能減少各種零部件的使用,在提高穩(wěn)定性的同時(shí)降低制造成本。試驗(yàn)平臺(tái)機(jī)械原理圖如圖3所示[2]。

圖3 試驗(yàn)平臺(tái)機(jī)械原理圖

氣壓試驗(yàn)流程:啟動(dòng)電源→電源燈亮,YV2開,泄壓燈亮→按水槽加水按鈕SB3→抽水泵啟動(dòng),YV4開,水槽加水→水位足夠高時(shí)按停止按鈕SB2→停止加水,抽水泵停止,YV4關(guān)→按加氣按鈕SB4→YV1開,通氣→延時(shí)15 s(排出軟管內(nèi)的氣和水)→YV2關(guān),增加氣壓,泄壓燈滅→氣壓達(dá)到0.6 MPa時(shí)YV1關(guān)→延時(shí)5 min,保持氣壓,檢查軟管是否漏氣→YV2開,泄壓燈亮,泄壓→按水槽排水按鈕SB6→YV5開,水槽排水→按停止按鈕SB2→YV5關(guān),停止排水。

水壓試驗(yàn)流程:按加水按鈕SB5→YV3開,通水→延時(shí)15 s(排出軟管內(nèi)的氣和水)→YV2關(guān),增加水壓,泄壓燈滅→水壓達(dá)到1.0 MPa時(shí)YV3關(guān)→延時(shí)5 min,保持水壓,檢查軟管是否出現(xiàn)凸起或漏水→YV2開,泄壓燈亮,泄壓→拆管。

2.3 電氣控制設(shè)計(jì)

為提高可靠性和抗干擾能力,并盡量降低研制成本,本軟管試驗(yàn)平臺(tái)未采用普通試驗(yàn)設(shè)備所用的PLC(可編程邏輯控制器),而采用電氣控制技術(shù),通過電氣原理的合理設(shè)計(jì),在實(shí)現(xiàn)多種試驗(yàn)功能的同時(shí)，對(duì)設(shè)備的電源、啟動(dòng)、氣壓試驗(yàn)和水壓試驗(yàn)等進(jìn)行安全保護(hù)。其電氣原理圖如圖4、5所示[3]。

圖4 DC 24V電氣控制原理圖

電源保護(hù)原理:本軟管試驗(yàn)平臺(tái)的電氣控制電路可分為兩部分,分別為DC 24V控制電路和AC 220V控制電路。其中，DC 24V控制電路主要是開關(guān)按鈕、壓力開關(guān),以及繼電器和接觸器線圈的控制電路;AC 220V控制電路主要是電磁閥、抽水泵及加壓泵的控制電路。同時(shí),在進(jìn)線端采用了熔斷器,使控制電路中的電氣元件得以更好地被保護(hù)[3]。

啟動(dòng)保護(hù)原理:啟動(dòng)軟管試驗(yàn)平臺(tái)后,24 V電源指示燈常亮,除非急停按鈕SB1和停止按鈕SB2被按下;泄壓閥YV2在啟動(dòng)后由繼電器K2常閉觸點(diǎn)控制,處于導(dǎo)通狀態(tài),使軟管在急停按鈕被拍下時(shí)可以自動(dòng)泄壓,從而使試驗(yàn)軟管和設(shè)備得到保護(hù)。

氣壓試驗(yàn)工作原理:點(diǎn)按水槽加水按鈕SB3,繼電器K4通電后自鎖；K4控制接觸器KM1閉合,從而控制抽水泵啟動(dòng),直到停止按鈕SB2被按下才停止抽水。點(diǎn)按加氣按鈕SB4,繼電器K1通電后自鎖；K1控制進(jìn)氣閥YV1導(dǎo)通,開始對(duì)軟管加氣,由于此時(shí)泄壓閥YV2仍處于導(dǎo)通,空壓機(jī)的氣流將軟管內(nèi)的水和氣排出軟管。同時(shí)，K1常開觸點(diǎn)閉合使排氣排水時(shí)間繼電器KT1得電,延時(shí)15 s后其常開觸點(diǎn)閉合,使繼電器K2得電,從而使泄壓閥YV2斷電閉合,即完成排出管內(nèi)的水和氣。當(dāng)氣壓達(dá)到0.6 MPa 后,壓力開關(guān)SP1閉合,使繼電器K7得電,K7常閉觸點(diǎn)斷開,進(jìn)氣閥YV1斷電閉合,停止進(jìn)氣;同時(shí),K7常開觸點(diǎn)閉合,使保持氣壓時(shí)間繼電器KT2得電,延時(shí)5 min后其常開觸點(diǎn)閉合,繼電器K1和時(shí)間繼電器KT1斷電,從而使泄壓閥YV2導(dǎo)通,排出管內(nèi)的壓縮空氣,自動(dòng)氣壓試驗(yàn)完成。

圖5 AC 220V電氣控制原理圖

水壓試驗(yàn)工作原理:點(diǎn)按加水按鈕SB5,繼電器K6通電后自鎖,K6的常開觸點(diǎn)閉合,通過接觸器KM2使加壓泵啟動(dòng);同時(shí),K6控制進(jìn)水閥YV3導(dǎo)通,開始對(duì)軟管加水,由于此時(shí)泄壓閥YV2仍處于導(dǎo)通,加壓泵的水流將軟管內(nèi)的水和氣排出軟管。而KM2的常開觸點(diǎn)閉合也使排氣排水時(shí)間繼電器KT1得電,延時(shí)15 s后其常開觸點(diǎn)閉合,使繼電器K2得電,從而使泄壓閥YV2斷電閉合,完成排出管內(nèi)的水和氣。當(dāng)水壓達(dá)到1.0 MPa后,壓力開關(guān)SP2閉合,使繼電器K8得電,K8常閉觸點(diǎn)斷開,進(jìn)水閥YV3斷電閉合,停止進(jìn)水;同時(shí),K8常開觸點(diǎn)閉合,使保持水壓時(shí)間繼電器KT3得電,延時(shí)2 min后其常開觸點(diǎn)閉合,使繼電器K6和時(shí)間繼電器KT3斷電,從而使泄壓閥YV2導(dǎo)通,排出管內(nèi)的壓縮水,自動(dòng)完成水壓試驗(yàn)。

2.4 試驗(yàn)平臺(tái)參數(shù)

對(duì)本軟管試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行多次試驗(yàn)后,得到表1所示的基本參數(shù)。由表1可知，完成1次氣壓和水壓試驗(yàn)所需時(shí)間為15 min,1 h最多可完成24條軌道工程車制動(dòng)軟管的試驗(yàn)工作。因此,試驗(yàn)平臺(tái)的效率是非常高的。

表1 試驗(yàn)平臺(tái)參數(shù)

3 特點(diǎn)分析

3.1 控制技術(shù)

本軟管試驗(yàn)平臺(tái)采用電氣控制技術(shù),通過各個(gè)電氣元件之間的連接設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)設(shè)備的過程自動(dòng)控制。雖然這種控制電路的設(shè)計(jì)難度較大,但可很好地簡(jiǎn)化設(shè)備的控制原理,提高試驗(yàn)平臺(tái)的可靠性和抗干擾能力,降低對(duì)設(shè)備維修人員的要求,同時(shí)可避免普通試驗(yàn)設(shè)備因PLC更新?lián)Q代而導(dǎo)致的維修困難。

3.2 制造成本

由于沒有使用PLC及其配套器件,本軟管試驗(yàn)平臺(tái)很好地降低了制造成本。同時(shí),在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化升級(jí),例如，取消了水壓試驗(yàn)時(shí)啟動(dòng)抽水泵進(jìn)行抽水的環(huán)節(jié),通過加壓泵的合理選型,在水壓試驗(yàn)時(shí)直接由加壓泵完成抽水和加壓。這不僅延長了抽水泵的使用壽命,而且可以減少電磁閥、逆流閥以及高壓管的使用數(shù)量,從而在簡(jiǎn)化設(shè)備、提高穩(wěn)定性的同時(shí)，進(jìn)一步降低制造成本。

3.3 擴(kuò)展功能與環(huán)保節(jié)約

本軟管試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)了強(qiáng)大的擴(kuò)展功能,只要對(duì)壓力開關(guān)的整定壓力稍加調(diào)整并更換相應(yīng)的軟管接頭,即可對(duì)電瓶車剎車管、冷卻水管、工程液壓軟管等非金屬軟管進(jìn)行壓力試驗(yàn)。同時(shí),軟管氣壓和水壓試驗(yàn)所用的水都可排入儲(chǔ)水槽重復(fù)利用,以減少水資源的浪費(fèi)。

4 結(jié)語

相對(duì)于普通的試驗(yàn)設(shè)備,本軟管試驗(yàn)平臺(tái)化繁為簡(jiǎn),以簡(jiǎn)單的電氣控制原理，在保證可靠性的前提下實(shí)現(xiàn)了軌道工程車軟管試驗(yàn)所要求的功能。該試驗(yàn)平臺(tái)現(xiàn)已研制成功,并正式投入使用。應(yīng)用表明,根據(jù)本試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案所研制的軟管試驗(yàn)設(shè)備性能可靠、操作簡(jiǎn)單、制造成本低,能滿足軌道工程車制動(dòng)軟管的試驗(yàn)要求。

[1] 劉麗華,易毅堅(jiān).列車制動(dòng)軟管試驗(yàn)平臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J].液壓與氣動(dòng),2012(2):67.

[2] 杜體育,陳昌煦.鐵路列車制動(dòng)軟管自動(dòng)壓力試驗(yàn)系統(tǒng)[J].設(shè)備管理與維修,2008(8):27.

[3] 劉新宇.電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社,2010.

Development of Rail Truck Hose Test Platform

ZHANG Qingtao

Rail engineering vehicle brake hoses needs test on a regular basis, but the general test equipment has to use the PLC (programmable logic controller), and the design price is relatively high. In this paper, an independently developed test platform for rail engineerring vehicle brake hose is introduced, including the overall structure, electrical control principle and parameters, then, the characters of this platform is analyzed. The application of this new platform verifies the reliability, simple manipulation and lower cost, it can meet the testing requirements for rail engineerring vehicle brake hose.

rail engineering vehicle; brake hose; test platform; electrical control; pressure test; hydrostatic test

U 216.61

10.16037/j.1007-869x.2017.01.026

2014-09-30)