袁立福+趙金輝

摘 要：隨著貨物貨車提速與重載的全面實施，貨車制動故障越來越引起鐵路運營部門的關注。制動系統(tǒng)是鐵路貨車的重要組成部分，緩解彈簧作為制動缸的關鍵部件，又直接影響制動缸的制動性能，影響到鐵路的行車安全。為了提高制動缸緩解彈簧試驗數(shù)據(jù)的準確性及真實性，提高試驗的自動化程度，減輕工人的勞動強度，研制了鐵路貨車制動缸彈簧微控檢測試驗臺，通過微機對制動缸緩解彈簧進行性能檢測，提高檢測精度和檢修效率。

關鍵詞：貨車；制動缸彈簧；微控；實驗臺

中圖分類號：U270 文獻標識碼：A

1.目前國內(nèi)技術現(xiàn)狀

隨著貨物貨車提速與重載的全面實施，貨車制動故障越來越引起鐵路運營部門的關注。

制動系統(tǒng)是鐵路貨車的重要組成部分，是鐵路貨物運輸秩序和安全的重要保障。鐵路貨車制動系統(tǒng)是一個工作過程非常復雜、專業(yè)性很強的系統(tǒng)，制動缸作為制動系統(tǒng)關鍵部件，它的性能優(yōu)劣直接影響鐵路行車安全。緩解彈簧作為制動缸的關鍵部件，又直接影響制動缸的制動性能，影響到鐵路的行車安全。

《鐵路貨車制動裝置檢修規(guī)則》（鐵運[2008]15號）3.7.1.3.3條規(guī)定，在制動缸緩解彈簧的檢修工藝過程中，對制動缸的彈簧檢測提出了嚴格的性能指標要求。

目前，鐵路車輛段對制動缸分解后無專用彈簧檢修試驗設備，對制動缸緩解彈簧的性能檢測，仍使用手工檢測的方式，試驗數(shù)據(jù)的準確性、真實性較差，無法準確判斷制動缸彈簧質(zhì)量。不利于數(shù)據(jù)的存儲與追溯，不便于管理。

2.試驗臺技術方案

2.1總體設計方案（圖1）

2.2微控試驗臺組成

2.2.1設計原則

（1）滿足各種型號制動缸緩解彈簧的檢測；

（2）依據(jù)《制規(guī)》要求檢測；

（3）能夠進行自動檢測；

（4）能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動存儲和數(shù)據(jù)查詢。

2.2.2微控彈簧試驗臺組成

本檢測試驗臺主要由主機、微機及控制柜和主控軟件組成。

主機包括主體結構、驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、測量控制系統(tǒng)和安全保護裝置等。

主機機身采用門式結構，主機框架通過力學有限元分析，框架的剛度和強度得到充分保證。傳動系統(tǒng)采用零間隙滾珠絲杠副，保證了試驗結果的準確性和耐久性，主機框架應用四根導向立柱導向，保證了框架的剛性。

驅(qū)動系統(tǒng)采用日本富士交流伺服電機及調(diào)速器。

傳動系統(tǒng)由同步齒形帶、精密滾珠絲杠副及導向部分等組成。

負荷測量控制系統(tǒng)由高精度負荷傳感器、測量放大器、A/D 轉(zhuǎn)換、開關電源等組成；位移測量控制系統(tǒng)由光電編碼器、倍頻整形電路、計數(shù)電路等組成。通過各種信號處理，實現(xiàn)計算機顯示、控制及數(shù)據(jù)處理等功能。

安全保護裝置包含過載保護、橫梁極限位置保護、過電流保護、過電壓保護、前后安全防護門、彈簧軸向定位等。

微機采用主流配置臺式主機和17寸觸摸顯示器，配備鍵盤、鼠標和品牌打印機。

主控軟件用于微機控制制動缸彈簧試驗機對各種型號制動缸緩解彈簧進行試驗。該軟件可用于WinXP、Win7等多種操作系統(tǒng)，可實現(xiàn)手動控制、自動試驗功能。試驗完畢后自動保存數(shù)據(jù)。該主控軟件可以根據(jù)用戶反饋信息不斷進行完善，升級。

2.3系統(tǒng)主要功能

（1）數(shù)據(jù)交互功能：微控試驗臺在試驗完畢后自動將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，在制動缸進行試驗之前，制動缸試驗臺主控程序會讀取微控彈簧試驗臺存儲的試驗數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行分析和判斷，給出最終的檢測結果。這樣就使兩個試驗環(huán)節(jié)完美地銜接起來，使制動缸的檢測更具系統(tǒng)性，減少了人為的干預，檢測結果更加真實、嚴謹。

（2）自動對盤功能：當上、下壓盤之間的實際距離與計算機軟件界面顯示數(shù)值不同時，需執(zhí)行自動對盤功能來對位移進行對零。

（3）自動試驗功能：建立好試驗方案和試驗批次，并且配置好試驗速度和試驗次數(shù)后，點擊開始按鈕可自動進行試驗，并保存試驗結果。

2.4試驗主機設計

2.4.1主機結構設計

根據(jù)《鐵路貨車制動裝置檢修規(guī)則》中表3-19的數(shù)據(jù)，制動缸緩解彈簧在檢測過程中所能達到的最大負荷為3060N，選用5000N的負荷傳感器即可滿足試驗需求。

負荷傳感器安裝位置選擇：負荷傳感器的位置有兩個選擇，即安裝至上壓盤或下壓盤。安裝至下壓盤有3個明顯的缺點：

（1）在檢測時，彈簧和定位軸套是放在下壓盤上的，彈簧和定位軸套放上去后就會產(chǎn)生負荷，在每次試驗開始時都必須對負荷進行清零；

（2）傳感器放置在下壓盤上容易發(fā)生磕碰和沖擊，造成傳感器損壞；

（3）維修空間不如放置在上壓盤上充足。綜上所述，將負荷傳感器安裝在上壓盤處。

被測彈簧的內(nèi)徑在100mm～110mm，外徑在120mm～130mm，高度在498mm～665mm，由于外形尺寸和最大負荷均較大，采用單臂式結構在壓縮過程中容易發(fā)生偏壓現(xiàn)象，不安全。綜合考慮以上情況，主機采用門式結構，使用大型加工中心加工，保證精度。主體結構外部采用鈑金件進行覆蓋，簡潔美觀。

試驗主機的主機結構三維圖紙如圖2所示。

2.4.2驅(qū)動、傳動系統(tǒng)設計

試驗主機的驅(qū)動、傳動系統(tǒng)主要部件如下：伺服電機及伺服系統(tǒng)、減速機、傳動帶輪、齒形帶、滾珠絲杠副等。傳動系統(tǒng)簡圖如圖3所示。

2.4.3結構方面的安全防護設計

在結構方面的安全防護設計主要設計3個方面。

（1）增加前后安全防護門；

（2）設計彈簧軸向定位套；

（3）橫梁位置的上、下限位。

后安全門固定于門式結構立柱上，前安全門能夠以單側(cè)為軸旋轉(zhuǎn)，在門的中間部位開口并嵌入透明有機玻璃，以方便操作者觀察。endprint

在試驗過程中，由于彈簧的壓縮量比較大，如果出現(xiàn)壓偏打滑現(xiàn)象非常危險，為此設計了彈簧軸向定位套，主要有兩個作用：

（1）實現(xiàn)彈簧軸向定位，使彈簧在每次試驗時能夠正好在壓盤的中心部位；

（2）定位軸套底部的邊沿可以罩在下壓盤上，防止壓縮過程中的側(cè)滑。

定位軸套簡圖如圖4所示。

為了試驗主機本身的安全考慮，橫梁的移動范圍必須受到可靠限制，否則會出現(xiàn)傳感器損壞的情況。為此，在設計過程中增加了橫梁位置的上、下位置限位功能，通過限位開關實現(xiàn)。當橫梁運動到設置好的極限位置時，就會觸動限位開關，整機斷電，實現(xiàn)對試驗主機的機械保護。

3.關鍵技術和創(chuàng)新點

本微控彈簧檢測試驗臺采用了成熟技術和先進的設計理念，與其他同類產(chǎn)品相比具有一定的技術領先優(yōu)勢，完全滿足可行性研究報告各項技術要求。微控試驗臺技術特點如下：

3.1微控試驗臺主機采用富士交流伺服電機和伺服器，橫梁能夠以（0.05-500）mm/min的速度上下移動，速度連續(xù)可調(diào)；傳動系統(tǒng)采用同步齒形帶和精密滾珠絲杠，橫梁位移控制通過光電編碼器采集，數(shù)據(jù)可靠、準確。

3.2全自動試驗流程：設備具有全自動檢測功能，選擇自動檢測功能后，設備按《制規(guī)》要求自動完成檢測過程，檢測結束后自動保存數(shù)據(jù)。自動給出測試結論：合格和不合格，具備歷史數(shù)據(jù)的查詢和打印。

3.3微控試驗臺實現(xiàn)了自動對盤功能。

3.4微控試驗臺實現(xiàn)了高速逼近，低速采集的功能，保證數(shù)據(jù)采集的準確性。

3.5微控試驗臺具有多重保護功能：

（a）過載保護功能可以在檢測系統(tǒng)過載超負荷運轉(zhuǎn)情況下自動停機，有效的保護系統(tǒng)；

（b）橫梁極限位置保護功能可以在橫梁移動超出設定高度范圍后自動停機，有效的保護傳感器；

（c）具有過電流、過電壓、超速保護功能。

3.6微控試驗臺具有雙重安全防護功能：

（a）配置前后安全門，將彈簧試件與操作者隔開，防止試件破裂對操作者造成傷害；

（b）配置彈簧試件定位軸套，防止試件在壓縮過程中由于受力不均彈出傷人。

4.現(xiàn)場應用及效果

本設備于2016年通過了北京鐵路局科委組織的專用設備技術審查，已在北京局多個車輛段使用，經(jīng)過使用認為該設備具有如下特點：

（1）設備采用精密機械、交流伺服、傳感器、計算機自動控制等技術，自動檢測操作流程設計合理，操作方便、性能可靠、效率高。

（2）填補了該類設備的空白，能實現(xiàn)對Ф10、Ф11、Ф12等3種規(guī)格制動缸緩解彈簧的性能參數(shù)的精確檢測、自動判別，工作效率高、自動化程度高。解決了目前我段制動缸分解后無專用彈簧檢測設備，無法準確判斷制動缸彈簧質(zhì)量的工藝難題。

（3）設置了彈簧超載保護、升降極限位置保護、過電流、過電壓、超速保護以及安全門、彈簧軸向定位套等防護功能，具有較強的安全保護措施。

（4）操作控制、管理軟件設計合理可靠、動作正確、操作便捷，便于精確控制和安全操作，可一次完成彈簧自動檢測，能通過對彈簧檢測數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)曲線的分析，可快速、直觀地發(fā)現(xiàn)故障、失效彈簧。

結語

采用微機控制技術，本設備通過采用交流伺服技術、精密機械技術、傳感器技術、計算機控制技術實現(xiàn)了貨車制動缸緩解彈簧性能指標參數(shù)的精確檢測，數(shù)據(jù)自動采集、自動判別、準確可靠，提高了工作效率，減輕了勞動強度，保證了貨車行車安全，具有較高的推廣應用價值。

參考文獻

[1]方意堅，張強，姜志軍.鐵路貨車典型故障40例淺析[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

[2]王光軍，何梅慶.鐵路貨車行車故障應急處理系統(tǒng)應用研究[J].鐵道機車車輛，2012（15）：131-133.

[3]吳勇，孫照富.壓力傳感器性能試驗臺液壓伺服系統(tǒng)設計[J].液壓與氣動，2008（8）：5-6.endprint