王福榮

（中車集團山東機車車輛有限公司，山東 濟南 250022）

1 設(shè)計背景

2013 年，中國鐵路總公司提出鐵路貨車制動缸入廠復(fù)驗與裝車前，必須進行制動缸試驗，主要試驗內(nèi)容包括。

1.1 感度試驗

向制動缸內(nèi)充入壓縮空氣，在制動缸壓力30kPa（30 ～35kPa）之前，活塞應(yīng)能動作。在制動缸壓力80kPa（80 ～89kPa）時，活塞應(yīng)達到全行程（254±5mm）。排空缸內(nèi)壓縮空氣后，活塞應(yīng)能完全復(fù)位。

1.2 氣密性試驗

（1）通過φ3 的孔向制動缸內(nèi)充入80kPa（80 ～89kPa）壓縮空氣，分別在活塞行程120mm、160mm 及全行程時，壓力穩(wěn)定后保壓2min，壓力下降不大于3kPa/min。

（2）通過φ3 的孔向制動缸內(nèi)充入600kPa（600 ～610kPa）壓縮空氣，分別在活塞行程120mm、160mm 及全行程時，壓力穩(wěn)定后保壓2min，壓力下降不大于3kPa/min。

當(dāng)時公司現(xiàn)有的制動缸試驗臺功能僅為實現(xiàn)充、排氣，觀察制動缸活塞桿有無動作，功能單一，不能滿足以上試驗要求功能，且現(xiàn)有制動缸試驗臺無法匹配不同型號制動缸。

綜上所述，現(xiàn)有裝備無法滿足鐵總文件要求，且適用性不高，需重新設(shè)計并制作用于多種型號單元式制動缸感度試驗和氣密性試驗的試驗臺。

2 方案設(shè)計

本次設(shè)計的主要目標(biāo)是該試驗臺應(yīng)精確可靠，經(jīng)濟實用，安全簡便，工作效率高，滿足日產(chǎn)20 臺份貨車用制動缸的試驗要求，能適應(yīng)多種鐵路貨車單元式制動缸，試驗數(shù)據(jù)可信可靠；

初步設(shè)計方案如下：

該試驗臺應(yīng)設(shè)置焊接結(jié)構(gòu)底座，該底座上平面應(yīng)設(shè)置限位單元和調(diào)節(jié)單元，限位單元和調(diào)節(jié)單元之間配合設(shè)置可移動的運輸單元。

調(diào)節(jié)單元設(shè)計依次并列設(shè)置多個調(diào)節(jié)擋板和分型擋板，分型擋板可更換，調(diào)節(jié)擋板可翻轉(zhuǎn)，試驗臺通過調(diào)節(jié)單元的設(shè)置，可根據(jù)制動缸的型號、大小和行程選擇合適的分型擋板和調(diào)節(jié)擋板，分型擋板可以區(qū)分同類型、不同大小型號的制動缸，調(diào)節(jié)擋板可以調(diào)節(jié)同一制動缸的不同試驗行程，實現(xiàn)試驗要求。

限位單元和調(diào)節(jié)單元應(yīng)相對設(shè)置在底座上，限位單元和調(diào)節(jié)單元之間放置制動缸。限位單元底座上側(cè)部應(yīng)設(shè)置限位板，限位板表面設(shè)置應(yīng)設(shè)置防止損傷制動缸后座板表面漆膜和標(biāo)牌的墊板。

運輸單元主體為移動式小車車體，小車車體上設(shè)置頂部帶有V 型卡槽的支座，卡槽處也應(yīng)設(shè)置防止擦傷制動缸筒體外表面漆膜防磨墊板。

設(shè)計整體系統(tǒng)內(nèi)還包括專用微機控制系統(tǒng)、專用試驗軟件和風(fēng)動管路控制系統(tǒng)，微機控制系統(tǒng)與制動缸通過風(fēng)動管路控制系統(tǒng)連接，采用壓力傳感器傳遞控制信號。

該試驗臺的預(yù)想操作方法為：

（1）將限位單元和調(diào)節(jié)單元固定支撐于底座上，保證限位單元水平中心線與分型擋板、調(diào)節(jié)擋板工作面中心重合；

（2）將制動缸水平放置在運輸單元上，運輸單元將其移動至限位單元和調(diào)節(jié)單元之間設(shè)定位置處，制動缸后座板與限位單元的防磨墊板貼合，目測保證制動缸中心軸線與限位單元水平中心線、分型擋板、調(diào)節(jié)擋板的工作面中心重合；

（3）按照80kPa/600kPa 兩檔壓力分別對制動缸進行感度試驗和氣密性試驗，根據(jù)試驗要求選擇對應(yīng)的分型擋板和調(diào)節(jié)擋板與制動缸配合，實現(xiàn)行程調(diào)整。

設(shè)計方案圖，見圖1、2。

圖1

圖2

圖1 為制動缸試驗臺的整體組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a 為旋壓式制動缸試驗臺底座結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b 為C 型制動缸試驗臺底座結(jié)構(gòu)示意圖；圖2c 為DAB 型制動缸試驗臺底座結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，4 限位單元底座，5 限位板,6 防磨墊板,7 調(diào)節(jié)單元底座，8 分型擋板，9 調(diào)節(jié)擋板,10 轉(zhuǎn)軸，11 小車車體，12 支座，13 防磨墊板。

3 設(shè)計方案具體實施

由于鐵路貨車用單元式制動缸有多種結(jié)構(gòu)形式，因此該試驗臺主要通過可更換的底座保證結(jié)構(gòu)差異較大的制動缸能夠進行試驗，根據(jù)本公司所產(chǎn)貨車類型，底座現(xiàn)有旋壓式制動缸試驗臺底座（圖2a）、C 型制動缸試驗臺底座（圖2b）、DAB 型制動缸試驗臺底座（圖2c）等幾種，可根據(jù)制動缸的具體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計適用的試驗底座，底座本體均為鋼結(jié)構(gòu)組焊件，具有足夠的強度和安全措施，保證試驗的安全性和試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

限位單元和調(diào)節(jié)單元為通用結(jié)構(gòu)形式，與底座上平面組焊連接，對所用材料和焊接全過程明確要求，保證其結(jié)構(gòu)具有足夠的強度承受制動缸多次試驗壓力和推力。

現(xiàn)結(jié)合圖示，具體設(shè)計實施方案如下：

在圖1 中，調(diào)節(jié)擋板9 和分型擋板8 由轉(zhuǎn)軸10 處轉(zhuǎn)動，可將不適用的擋板翻轉(zhuǎn)至非工作位，而適用的擋板處于工作位與制動缸配合。轉(zhuǎn)軸10 與調(diào)節(jié)擋板9、分型擋板8 二者的連接點偏于調(diào)節(jié)擋板9、分型擋板8 二者中心?？梢员ＷC轉(zhuǎn)動至非工作位的擋板不會干涉其他擋板和制動缸的正常工作。

分型擋板8 具有不同厚度，用于區(qū)分同類型不同大小型號的制動缸，調(diào)節(jié)擋板9 具有不同厚度，按照一定順序依次反正，即可調(diào)節(jié)同一制動缸的不同試驗行程，實現(xiàn)試驗要求，轉(zhuǎn)軸10 為分型擋板8 和調(diào)節(jié)擋板9 的旋轉(zhuǎn)中心，用于減輕操作者勞動強度，提高工作效率，調(diào)節(jié)單元整體具有足夠的強度承受制動缸試驗壓力。

限位單元的限位板作為制動缸體后座的定位板，其定位面為制動缸推桿體行程計算基準(zhǔn)，限位單元整體具有足夠的強度承受制動缸試驗壓力。限位單元為組焊件，對多種型號單元式制動缸缸體后座板進行定位，防止軸向竄動，承受軸向反壓力。

如圖1 所示，運輸單元的小車具有足夠的強度和靈活性，便于將制動缸運輸?shù)较尬粏卧驼{(diào)節(jié)單元之間的指定試驗位置，支座固定在小車車體的特定位置，用于支撐制動缸筒體。運輸單元的不同高度V 型卡槽能夠適應(yīng)不同型號的制動缸，一個小車能夠?qū)崿F(xiàn)至少1 臺試驗制動缸運輸功能?？ú厶幵O(shè)置防磨尼龍墊板，能夠有效防止擦傷制動缸筒體外表面漆膜。

試驗臺的微機控制系統(tǒng)設(shè)置在底座一側(cè)，其風(fēng)動管路通過法蘭和接頭體與制動缸連接。該微機控制系統(tǒng)包括專用試驗控制程序、輸出、檢測、工位、氣動控制管路等，控制與調(diào)節(jié)試驗壓力，監(jiān)控試驗過程，采集試驗數(shù)據(jù)，輸出試驗結(jié)果，實現(xiàn)試驗程序過程控制和試驗數(shù)據(jù)的紙質(zhì)表格輸出，保證試驗的準(zhǔn)確性，程序設(shè)計擴展性好，可適應(yīng)多種型號和試驗過程的制動缸氣密性試驗。

4 結(jié)語

本次設(shè)計的鐵路貨車單元式制動缸多型號微控試驗臺軟件與硬件部分均為完全自主設(shè)計與制造，經(jīng)過近六年的貨車實際生產(chǎn)考驗，能夠按照鐵總運要求，圓滿完成鐵路貨車制動缸入廠復(fù)驗與裝車前的感度試驗和氣密性試驗，制動缸換型時，僅需在對應(yīng)型號底座上進行試驗即可。該試驗臺結(jié)構(gòu)簡單實用，試驗過程安全可靠，試驗軟件運行流暢，試驗輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可信，具有良好的擴展性，柔性程度高，根據(jù)不同型號制動缸的外形和試驗要求，采用對應(yīng)的底座和微機控制程序，配合相同結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)單元、限位單元和運輸單元，即可實現(xiàn)不同型號制動缸的試驗功能，經(jīng)濟性很好。