張鐵軍

【摘 要】對(duì)比《鐵路客車空氣制動(dòng)裝置檢修規(guī)則》（鐵總運(yùn)〔2014〕215號(hào)）中有關(guān)列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的技術(shù)要求，準(zhǔn)確地總結(jié)分析現(xiàn)有制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)中存在問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了TKS-41型微機(jī)控制客車列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)，論證了該系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)解決方案的可行性，說明了改進(jìn)措施，描述了系統(tǒng)組成。

【Abstract】 In this paper， the technical requirements of the train brake test are compared with the "rules for the maintenance of the air brake of the railway passenger car" （CRT[2014] No. 215）， and the problems in the existing brake test system are accurately summarized. The TKS-41 microcomputer controlled passenger train brake system was developed， and the feasibility of the key technology solution of the system was demonstrated. The improvement measures were described and the system composition was described.

【關(guān)鍵詞】客車列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)改進(jìn)；應(yīng)用

【Keywords】bus train brake test system； design improvement； application

【中圖分類號(hào)】U266 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）04-0155-03

1 引言

為統(tǒng)一鐵路客車空氣制動(dòng)裝置檢修技術(shù)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，保證客車空氣制動(dòng)裝置檢修質(zhì)量，鐵路總公司組織制定了《鐵路客車空氣制動(dòng)裝置檢修規(guī)則》（鐵總運(yùn)〔2014〕215號(hào)），自2015年1月1日起開始施行。針對(duì)新制規(guī)，目前現(xiàn)有微機(jī)控制列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)存在以下幾點(diǎn)問題：

①執(zhí)行器壓力數(shù)據(jù)和尾部的壓力數(shù)據(jù)采樣間隔在0.5s以上，采樣頻率較低，執(zhí)行器自身無法精確判斷充風(fēng)或減壓的速度，所以執(zhí)行器的充風(fēng)或減壓速度不可控，并且不同設(shè)備的一致性較差。

②不具備執(zhí)行器的機(jī)能試驗(yàn)功能，沒有配置相應(yīng)的機(jī)能檢查設(shè)備。

③不支持客列尾主機(jī)的測(cè)試功能。

為解決上述問題，太原車輛段成立課題組，對(duì)客車列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，設(shè)計(jì)開發(fā)了TKS-41型微機(jī)控制客車列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)。

2 TKS-41型微機(jī)控制客車列車制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成

TKS-41型微機(jī)控制客車列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)由值班室監(jiān)控中心、現(xiàn)場(chǎng)雙路執(zhí)行器、尾壓監(jiān)測(cè)設(shè)備、客列尾試驗(yàn)裝置等組成。

值班室監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)控制現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器與客列尾試驗(yàn)裝置，并接收?qǐng)?zhí)行器返回的首部壓力數(shù)據(jù)和尾壓監(jiān)測(cè)返回的尾部壓力數(shù)據(jù)，以及客列尾裝置返回的客列尾主機(jī)的信息，根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)程和相關(guān)數(shù)據(jù)，判定試驗(yàn)的結(jié)果。

2.2 工作原理

監(jiān)控計(jì)算機(jī)上安裝列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)控制軟件。

當(dāng)某股道列車開始試風(fēng)時(shí)，計(jì)算機(jī)與列車首部的執(zhí)行器、列車尾部的電子風(fēng)表、列車兩端的客列尾主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，根據(jù)控制過程及處理結(jié)果向執(zhí)行器發(fā)送控制指令[1]。監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)巡檢制動(dòng)管首部和尾部壓力，根據(jù)不同的情況控制執(zhí)行器工作，在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)自動(dòng)保存試驗(yàn)曲線及試驗(yàn)結(jié)果。（圖1）

2.3 執(zhí)行控制單元——雙路執(zhí)行器

兩臺(tái)執(zhí)行器從電路上做到了相互獨(dú)立，能夠完全獨(dú)立完成制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)功能。執(zhí)行器是整個(gè)試風(fēng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它接收并執(zhí)行監(jiān)控計(jì)算機(jī)的命令，向計(jì)算機(jī)回傳風(fēng)源壓力、制動(dòng)管首部壓力、工作環(huán)境參數(shù)。

2.4 尾壓監(jiān)測(cè)設(shè)備

尾壓監(jiān)測(cè)設(shè)備由尾壓基站、無線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀等組成。

無線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀卡接在列車管尾部軟管的風(fēng)鉤上，開機(jī)后，實(shí)時(shí)快速采集列車制動(dòng)管尾部壓力。并通過無線的方式上傳到尾壓基站，尾壓基站再將數(shù)據(jù)通過有線通信的方式上傳到監(jiān)控計(jì)算機(jī)中，實(shí)現(xiàn)列車管尾部風(fēng)壓的采集。

無線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀采用進(jìn)口高精度壓力傳感器，將尾部壓力物理量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過微控制器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為具體的壓力值[2]。壓力傳感器精度不低于3‰，測(cè)量范圍為0～1000 kPa。

2.5 客列尾試驗(yàn)裝置

客列尾試驗(yàn)裝置由TK-980電臺(tái)、控制電路、穩(wěn)壓電路、天線等組成。

控制電路通過有線CAN通信接收監(jiān)控計(jì)算機(jī)的命令，然后將命令通過TK-980電臺(tái)發(fā)送給客列尾主機(jī)，并通過電臺(tái)接收客列尾主機(jī)的信息，解析后通過CAN通信上傳到監(jiān)控計(jì)算機(jī)。

無線頻率為800MHz，無線通信距離不小于1km，無線發(fā)送功率大于20W。

CAN總線通信波特率4800bps，裝置采用AC220V供電。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

①完成《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》、《鐵路客車空氣制動(dòng)裝置檢修規(guī)則》（鐵總運(yùn)〔2014〕215號(hào)）中關(guān)于列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的全部功能。

②執(zhí)行器機(jī)能檢查。增加容積風(fēng)缸，符合執(zhí)行器的充排氣時(shí)間檢查。

③制動(dòng)緩解感度試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)備減壓速度在10～20kPa/s，制動(dòng)安定試驗(yàn)的設(shè)備減壓速度在25～35kPa/s。

④試風(fēng)執(zhí)行器與電子風(fēng)表采用時(shí)間同步技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，快速連續(xù)的采集制動(dòng)管首部壓力、制動(dòng)管尾部壓力，快速、準(zhǔn)確定位安定性不良的車輛，定位誤差不大于1輛。

總風(fēng)系統(tǒng)漏泄試驗(yàn)與制動(dòng)管試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，并記錄在同一個(gè)試驗(yàn)記錄。

⑤客列尾主機(jī)試驗(yàn)。試風(fēng)作業(yè)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)機(jī)與客列尾主機(jī)試驗(yàn)同步進(jìn)行，縮短了試驗(yàn)時(shí)間、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了車輛周轉(zhuǎn)率。具有客列尾主機(jī)連接與解除、壓力查詢、欠壓自動(dòng)提示，以及“1s內(nèi)分別出發(fā)首部、尾部客列尾主機(jī)排風(fēng)，自動(dòng)判定首部、尾部客列尾主機(jī)是否排風(fēng)，是否分別引起首部、尾部車輛發(fā)生緊急制動(dòng)作用?！?/p>

⑥客車列車尾部風(fēng)壓監(jiān)控裝置具有體積小、重量輕、攜帶方便、記錄試驗(yàn)過程曲線、減壓速度等優(yōu)點(diǎn)，能夠完成尾部車輛安定性、首部車輛制動(dòng)靈敏度的試驗(yàn)。

⑦尾壓監(jiān)測(cè)。采用了新式無線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀和矮柱尾壓中轉(zhuǎn)站，無線風(fēng)表降低了功耗，提高電池使用壽命，減少了故障率；基站可通率達(dá)到99.9%，真正實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)以尾部壓力為準(zhǔn)。

⑧雙路執(zhí)行器同時(shí)在線，真正實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備，確保不間斷試驗(yàn)。能夠同時(shí)開展列車制動(dòng)管、總風(fēng)管試驗(yàn)，節(jié)約試驗(yàn)時(shí)間。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)分析驗(yàn)證

3.2.1 到達(dá)時(shí)間差定位技術(shù)分析

如圖2所示，B點(diǎn)突然大量排氣的時(shí)刻記為t0，緊急制動(dòng)波將以相對(duì)恒定的波速V向列車首部、尾部同時(shí)傳遞，從而全列車輛發(fā)生緊急制動(dòng)作用。微機(jī)控制列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)的執(zhí)行器、電子風(fēng)表快速采集的壓力都將出現(xiàn)拐點(diǎn)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析查找出壓力拐點(diǎn)，這兩個(gè)時(shí)刻分別記為t1、t2。到達(dá)時(shí)間差定位公式，為公式（1）。圖2是實(shí)測(cè)的緊急制動(dòng)時(shí)執(zhí)行器與電子風(fēng)表采集到的壓力變化曲線。

其中，Lf為長(zhǎng)大風(fēng)管長(zhǎng)度，m；

M為全列車制動(dòng)管長(zhǎng)度，m；

N為突然大量排氣的B點(diǎn)距第1輛端部之間制動(dòng)管長(zhǎng)度，m；

V為緊急制動(dòng)波速，104閥的緊急制動(dòng)波速為196～207m/s。每個(gè)執(zhí)行器或機(jī)車制動(dòng)閥的排氣速度不同，引起緊急制動(dòng)波速存在一定變化范圍。

t1為執(zhí)行器記錄的緊急制動(dòng)作用引起的拐點(diǎn)時(shí)刻，s。

t2為電子風(fēng)表記錄的緊急制動(dòng)作用引起的拐點(diǎn)時(shí)刻，s。

表1中，最大距離誤差7.3m。最短的客車單車（如25G發(fā)電車，換長(zhǎng)2.1）制動(dòng)管長(zhǎng)度的一半約為12m，因此客車順位定位沒有誤差。

理論值與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合，故障車輛定位精準(zhǔn)?？梢姽剑?）的定位原理與實(shí)現(xiàn)方法，切實(shí)可行。

3.2.2 同時(shí)試驗(yàn)首尾部客列尾主機(jī)

要實(shí)現(xiàn)首尾部客列尾主機(jī)同時(shí)試驗(yàn)，數(shù)據(jù)快速采集與時(shí)間統(tǒng)一是關(guān)鍵。首尾部客列尾主機(jī)同時(shí)排氣后，微機(jī)控制列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)的執(zhí)行器、電子風(fēng)表快速采集的壓力都將出現(xiàn)拐點(diǎn)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析查找出壓力拐點(diǎn)，自動(dòng)判斷是否分別引起首部、尾部車輛發(fā)生緊急制動(dòng)作用。

3.2.3 機(jī)能減壓速度穩(wěn)定性試驗(yàn)

系統(tǒng)升級(jí)后對(duì)通同一執(zhí)行器進(jìn)行多次機(jī)能試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表2所示。

通試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，機(jī)能試驗(yàn)平均偏差分別為：制度感度≤0.03、緩解感度≤0.01、制動(dòng)安定≤0.08。因此，可以得出結(jié)論：執(zhí)行器機(jī)能減壓具備很強(qiáng)穩(wěn)定性。

4 實(shí)際效果

太原客技站對(duì)系統(tǒng)升級(jí)后，經(jīng)長(zhǎng)期試用，不僅解決了原有的系統(tǒng)執(zhí)行器與監(jiān)控計(jì)算機(jī)無線通信，壓力數(shù)據(jù)采樣頻率低，數(shù)據(jù)通信速率慢，充風(fēng)和減壓速度不可控，且無法監(jiān)測(cè)、不支持新制規(guī)規(guī)定的機(jī)能檢查的所有要求、不支持客列尾主機(jī)的相關(guān)監(jiān)測(cè)等問題。還縮短了試驗(yàn)時(shí)間、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了車輛周轉(zhuǎn)率。解決對(duì)工作人員的依賴性，保證鐵道車輛的安全可靠。整個(gè)試驗(yàn)過程由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，減小了工作人員的工作強(qiáng)度并且提高了勞動(dòng)效率；使鐵道車輛的安全達(dá)到更高的層次；使鐵路運(yùn)輸在競(jìng)爭(zhēng)中處于更加有利的位置。

【參考文獻(xiàn)】

【1】夏寅蓀，黃德山，何力.104型空氣及電空制動(dòng)機(jī)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2001.

【2】中國(guó)鐵路總公司.鐵路客車空氣制動(dòng)裝置檢修規(guī)則[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2014.