智能化道岔轉轍機擠脫力測試系統的研制與應用

劉 峰

（天津鐵路信號工廠有限責任公司，天津 300300）

1 概述

隨著ZD（J）9、ZD6（含擠切削保護裝置）等轉轍機在鐵路集中聯鎖車站的廣泛使用，涉及設備安全性能的擠脫力技術指標監控顯得更為重要。電液伺服電動轉轍機擠脫力測試系統就是在這種情形下研制的。它是遵循鐵路行業技術標準，并結合轉轍機實際使用條件和當代最新的試驗技術，專門為電動轉轍機試驗開發而研制的專用檢測設備。該系列試驗機在研制、開發過程中突出國際先進電液伺服試驗機技術，采用良好的人機界面控制，實現試驗過程實時數據的分析研究。同時具有使用方便、測試精度高、可靠性好、自動化程度高、系統的穩定性高等特點，試驗機的整體性能已達到國內先進水平。

2 智能化道岔轉轍機擠脫力測試系統的設計

基于天津鐵路信號工廠有限責任公司（簡稱天津廠）現生產的各種不同型號的轉轍機，在構思智能化道岔轉轍機擠脫力測試臺功能框架時，主要考慮以下幾方面的問題。

1）電液伺服轉轍機擠脫力測試系統能夠完成可擠型ZD6、ZD（J）9系列交直流電動轍機（含擠切銷保護裝置）整機擠脫力測試的擠脫過程力值、位移、擠脫測試。

2）電液伺服轉轍機擠脫力測試系統能夠完成擠切銷，剪切過程力值、位移、失效時間的測試。

3）電液伺服轉轍機擠脫力測試系統能夠模擬轉轍機設備在現場安裝、使用環境進行測試。

4）利用計算機技術，實現人機界面控制，能對測試數據進行分析，且操作方便，系統穩定，可靠性高。

3 智能化道岔轉轍機擠脫力測試系統的工作原理

經查閱研究國外的相關資料，學習鐵路行業技術標準，再根據天津廠的實際產品和測試要求，繪制出測試系統工作原理圖（如圖1所示），其系統工作原理如下。

測試臺通過推動轉轍機動作桿運動，測量轉轍機在各種運動狀態和運動到各工作位置時所需的推動力以及到達各工作位置時移動的距離，從而得出轉轍機工作狀態下的各種試驗力、位移等參數。

測試步驟：如ZDJ9轉轍機整機測試時，被測試轉轍機剛性固定安裝在試驗機的前端，伺服直線作動器通過支架水平安裝在試驗機的另一端，作動器的活塞桿和轉轍機的動作桿連接，作動器活塞桿可在水平方向前后移動。試驗機工作時，液壓油在伺服閥的控制下按照試驗軟件發出的控制信號進入作動器，推動作動器活塞桿按照控制信號移動。在轉轍機動作桿上施加一軸向外力，使動作桿帶動鎖閉鐵移動，致使頂桿移動。斷開表示接點達到規定值，從而完成整個工作過程，此時動作桿上所加的最大軸向力即為擠脫力。

作動器活塞桿前端安裝有負荷傳感器，用于測量試驗機推動轉轍機工作時所需的試驗力；作動器安裝有位移傳感器，用于測量轉轍機工作時移動的位移。試驗力和試驗位移可以通過計算機軟件處理成各種試驗曲線。泵站作用是為試驗機工作提供動力，測控系統用于控制試驗機的工作過程，并將實時采集各種試驗參數，采集后處理并形成各種曲線。

4 智能化道岔轉轍機擠脫力測試系統的主要技術指標

1）最大試驗力：50 kN；

2）力值精度：±0.5%；

3）作動器最大振幅：±130 mm（行程260 mm）；

4）示值精度：±0.5%；

5）作動器最大速度：0.03 m/s；

6）恒壓伺服泵站規格：流量10 L/min，21 Mpa；

7）電源電壓：380 V/50 Hz；電機功率：3 kW。

5 電液伺服轉轍機擠脫力試驗系統的構成及特點

電液伺服轉轍機擠脫力試驗系統由主機、液壓泵站、控制系統等組成。

1）主機

測試臺主機主要作用是安裝被測試轉轍機，并對轉轍機進行工作測試。主機由伺服作動器、作動器支架、位移測量機構等組成，以上機構和被測試件均安裝在平臺上。被測轉轍機通過T形螺栓及過渡板安裝在平板上，通過更換過渡平板可適用于不同型號規格的轉轍機。主機具有安裝、調整試件方便，操作簡單等特點，如圖2所示。

伺服直線作動器是測試臺的核心部件，測試系統通過作動器對轉轍機施加試驗力，從而獲得各種測試數據。作動器具有低阻尼、高響應、高壽命、大間隙能承受大側向力的特點。

兩套位移測量機構分別安裝在作動器和轉轍機擠切銷上。位移傳感器采用高精度光電編碼器，具有精度高、抗干擾能力強、可在任意位置清零等特點。

2）液壓泵站

液壓泵站由油箱、電機油泵、液壓控制模塊、油冷卻器等構成。

泵站油箱采用全封閉設計，可有效防止外界雜質進入液壓系統對液壓油的污染。

電機油泵組配置采用串聯雙彈性支撐方式，較好地減少了泵站噪音。油泵采用低噪音直線共軛內嚙合齒輪泵，直線共軛內嚙合齒輪泵具有低噪音、無脈動、長壽命等特點。

液壓控制模塊可任意設定兩級系統壓力，具有低壓啟動/關機，高壓工作的功能，可有效降低泵站啟動/停止時對系統造成的沖擊。模塊液壓元件均采用國內著名公司產品，可有效提高液壓系統可靠性。伺服閥采用進口試驗機專用高響應伺服閥，有極高的穩定性和控制精度。

液壓系統安裝有油溫保護、液位保護、系統壓力保護3種安全保護裝置，自動化程度高，有效地提高液壓系統的安全性。泵站安裝有雙電接點溫控表，用于油溫（低于10℃、高于55℃）控制；液位控制繼電器用于泵站液位控制，泵站具有濾油器堵塞報警或停車功能。泵站安裝有風冷卻器，可不依靠冷卻水對液壓系統進行冷卻，適用方便。

3）控制系統

控制系統由顯示器、打印機及控制軟件等構成。

系統管理軟件是整個全數字伺服控制器工作的基礎，其主要功能是管理控制系統的硬件資源、定義傳感器、數字控制參數調整、設置保護、顯示當前控制模式、測試數據實時顯示等。

系統采用計算機顯示和液晶屏幕顯示兩套顯示系統。兩套顯示系統安裝在控制柜內。計算機采用虛擬儀表顯示測試參數，各種參數設置可在計算機和液晶顯示設置系統上設置完成。屏幕顯示各種測試曲線，可打印輸出需要的測試報表。

控制測量系統的軟件采取圖形化界面，具有在同一坐標下顯示力值、時間、位移曲線的功能，并有游標顯示任一點個量之大小的功能，以便在動態情況下進行相關性分析；具有數據保存、打印、檢索等數據功能。

6 智能化轉轍機擠脫力測試系統的應用

1）智能化轉轍機擠脫力測試系統適用于ZD6、ZD（J）9系列交直流電動轉轍機。

2）智能化轉轍機擠脫力測試系統可對各種測試數據進行分析、保存，有利于電轉機的改進。

3）智能化轉轍機擠脫力測試系統進行數據儲存，便于各種電轉機產品追溯和測試數據的查詢，有利于故障分析及現場問題的解決。

4）智能化轉轍機擠脫力測試系統還可用于新型電動轉轍機設計、研究的測試。

7 結束語

智能化轉轍機擠脫力測試系統研制后使用已有2年多，圓滿地完成了數千臺各類型轉轍機整機和部件的擠脫力測試任務，設備經檢驗出廠后在現場使用良好。同時測試臺的測試數據實時點坐標數據采集功能的使用，準確地顯示了擠脫過程中關鍵點位的測試參數，為技術人員優化改進設計提供有效的幫助。

[1] TB/T2614-2005 轉轍機通用技術條件[S].

[2] TB/T2613-2005 轉轍機試驗方法[S].

[3] TB/T3113-2005 ZD9/ZDJ9系列轉轍機[S].

[4]黃天新，宋躍進，謝中理．轉轍機及分動外鎖閉裝置擠岔研究[J]．鐵路通信信號工程技術，2008（5）：53-56.