一种新型微控单车试风系统的设计①

赵 岩， 王东辉， 张春晶， 訾 鸿

(1.黑龙江科技学院电气与信息工程学院，黑龙江 哈尔滨 150027;2.哈尔滨工程大学，黑龙江 哈尔滨 150001)

0 引言

铁路车辆制动性能是确保行车安全的关键.因此，铁道部规定，新造车辆和修理车辆出厂前或制动机经过检修后，必须依照相关规定都要用单车试验器进行试验，以检查车辆制动及整个车辆制动装置在静止状态的性能.单车制动试验通过检测制动管和制动缸的压力来检查列车制动机的性能，使制动机性能可靠，满足车辆的运用要求.传统的单车试验器工艺参数调整不灵活，采用普通压力传感器不能满足新工艺的整车泄漏要求的标准，只能实现手动和单步控制，现场操作者和微机操作者通过对讲机联系，工作效率低，失误多.为此，设计了一种新型微控单车试验器[1].

1 系统的构成及功能

1.1 系统总体构成

此系统由压力传感器对列车管、制动缸风压力进行实时采集，并通过A/D扩展模块进行A/D转换后，送入PLC进行数据处理，通过PLC控制电磁阀的通断，以实现对车辆制动部分的充风、保压及减压试验过程的自动控制，所有参数设置及系统功能的操作都由与PLC配接的触摸屏显示并操作.系统框图如图1所示.

微控单车试验器由工业级PLC直接控制，采用一体化压力传感器，高精度、高稳定性，将压力传感器内置，彻底解决了制动缸压力传感器线路易断影响试验操作，从而保证制动缸压力的准确测量;采用高性能铁路专用的一体板式电控气动阀，运行稳定使用寿命长，开关次数高达百万次，无须维护，漏泻量 ＜0.01%，反应速度 ＜0.05ms;采用触摸屏输入式人机界面实时显示试验过程，真正实现了对试验过程的实时控制和连续试验，并可通过无线系统上报信息至服务器显示、打印测试结果.每一个独立的单车试验器通过有线和无线传输两种方式连接成局域网，最多可连接100个单车试验终端，各终端均能独立进行手动操纵和自动测试，以方便在进行自动检测前能通过自检发现制动机故障并即时检修.试验结果可以存储在各试验器内，也可以集中存储到服务器中，随时进行查询、统计.手动、自动的转换方便快捷[2].

图1 单车试验器系统结构

电气部分原理图如图2所示，系统主要由电磁阀、过滤调压阀、电控气动阀、风源、软管连接器等部分组成.

图2 单车试验器电气原理图

图3 感度试验压力—时间曲线

图4 安定试验压力—时间曲线

1.2 系统的功能

试验终端(单车试验器)和管理服务器均可进行自动连续试验和单项试验，均具有自动测试、自动检测、自动测量、判断合格与否功能、试验数据存储、显示、打印和多途径信息查询，可随时停止和恢复试验、试验故障自动提示等功能，能将单车试验和机能试验结果自动填入系统的表格中.试验过程中的试验步骤以及压力变化均在触摸屏上动态显示并和服务器实现远程数据管理，另外配备微型打印机可以实现实时动态打印试验结果.

(1)单车试验

单车检测试验就是依据铁道部的有关规定，对铁路货车制动性能进行检验.其方法是将单车试验器与车辆一端制动软管相连，充风(加压)至500kPa，打开某一电磁阀，使压力减为某一值，并记录检查这一过程单车压力的变化，如果在其规定范围内，为合格;否则是不合格.单车试验主要分为:① 漏泄试验:主要检验车辆的密封性能.打开一位电磁阀充风至500kPa，待其压力稳定后，关闭一位阀，保压1min，制动系统漏泄量不得超过规定.②安定试验:检验单车的减速性能下限.③感度试验:检验单车的减速性能上限及灵敏度.④紧急试验:检验单车的紧急制动性能.列车在产生紧急制动时，其紧急制动阀被打开，制动缸压力在0.2s内，由400kPa以上降低至200kPa以下.⑤闸调器试验:闸瓦间隙自动调整器，简称闸调器，是保证新旧闸瓦有相同的制动性的关键部件.

图5 紧急制动试验压力—时间曲线

(2)机能试验

机能试验就是依据铁道部的有关规定，对单车自身性能进行检验.其方法是将一标准的检测风缸(一种密封容器)接入系统，充风(加压)至500kPa，并打开某一电磁阀，使压力减为某一值，记录并检查这一过程所需时间，如果在其规定范围内，为合格;否则不合格.机能试验主要分为:①漏泄试验:主要检验单车试验器本身的密封性能.②缓解试验:主要检验2位孔大小、电磁阀及气路.③安定试验:主要检验5位孔大小、电磁阀及气路.④感度试验:主要检验4位孔大小、电磁阀及气路.⑤紧急试验:主要检验6位孔大小、电磁阀及气路.

表1 感度试验参数表

表2 安定试验参数表

2 试验结果

本系统可应用于单车试风系统的各项试验，实际试验结果通过无线通讯模块传输至服务器(上位机)，显示出制动缸压力—时间曲线.通过试验曲线可看出，本试风系统精度高，可靠性强，均达到各项参数的要求.

(1)感度试验

试验开始，一位充风，然后四位排风，减压40kPa后处于保压状态，保压时间内，制动机发生自然缓解，则试验结果为不合格;否则二位充风，制动缸压力在45s内缓解到30kPa以下为合格，否则为不合格.试验参数如表1所示.感度试验压力—时间曲线如图3所示.由曲线可看出，制动缸压力在20s左右就缓解到30kPa以下，达到要求的精度.

(2)安定试验

试验开始，一位充风，充风结束后，如果制动缸压力高于10kPa，结果为不合格.制动缸压力低于10kPa，结果为合格.充风结束后，常用位排风，减压200kPa后停止，进入保压状态，保压过程中，制动缸压力下降不得超过5kPa，否则结果为不合格.试验参数如表2所示.安定试验压力—时间曲线如图4所示.由曲线可看出，保压过程中，制动缸压力下降3kPa左右，达到要求的精度.

(3)紧急制动试验

试验开始，一位充风，紧急位排风，减压100kPa前，制动机需发生紧急作用，否则为不合格.试验参数如表3所示.紧急制动试验压力—时间曲线如图5所示.由曲线可看出，在减压100kPa前，制动机发生了紧急作用，达到要求的精度.

表3 紧急制动试验参数表

3 结论

微控单车试验器在设计时，采用了优质的电动气控阀，高精度压力传感器.考虑到系统的可扩展性，在主机控制方面采用先进的工业级PLC控制系统，系统的可扩展性强，升级空间大.由于采用的PLC控制方式是梯形图式语言，使得系统维护和程序升级非常方便.通过各项试验可看出列车制动机的各项性能准确可靠，因此此系统具有较强的推广应用前景和经济实用价值[3].

[1]孙文全.单片机控制的货车空气制动单车试验器[J].自动化与仪表2000，(1):19.

[2]武自芳.微机控制系统及其应用(第4版)[M].北京:电子工业出版社，2007.281 －305.

[3]刘星平.PLC原理及工程应用[M].北京:中国电力出版社，2010:38－58.