雙供制式微控列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

袁立福，趙金輝

（北京鐵路局 豐臺(tái)車輛段，北京100070）

列車制動(dòng)故障是目前干擾鐵路運(yùn)輸秩序的慣性故障之一，隨著貨物列車提速與重載的全面實(shí)施，列車制動(dòng)故障越來越引起鐵路運(yùn)營部門的關(guān)注。

目前列檢試風(fēng)設(shè)備主要有傳統(tǒng)的機(jī)械定壓方式和微控壓力調(diào)節(jié)兩種作業(yè)方式，隨著現(xiàn)場試風(fēng)作業(yè)要求和安全指數(shù)要求的提高，當(dāng)前列檢試風(fēng)設(shè)備已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)場試風(fēng)作業(yè)的要求：不能進(jìn)行500／600kPa之間轉(zhuǎn)換；不能以尾部風(fēng)壓作為試風(fēng)判定標(biāo)準(zhǔn)。

1 現(xiàn)狀分析

目前列檢試風(fēng)設(shè)備主要有以下兩種作業(yè)方式：一是傳統(tǒng)的機(jī)械定壓方式。利用傳統(tǒng)的ET-6型手動(dòng)制動(dòng)機(jī)進(jìn)行試風(fēng)作業(yè)。二是微控壓力調(diào)節(jié)的方式。利用傳感器技術(shù)，根據(jù)控制信號(hào)及壓力反饋值進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。按照鐵道部《運(yùn)規(guī)》、北京鐵路局《行規(guī)》的規(guī)定和2010年北京鐵路局一號(hào)文件關(guān)于“嚴(yán)格行車設(shè)備質(zhì)量控制，不斷提高安全保障能力”的要求，以及現(xiàn)行的《北京鐵路局行車組織規(guī)則》有關(guān)規(guī)定，現(xiàn)場試風(fēng)作業(yè)壓力需要在500／600kPa之間轉(zhuǎn)換。

當(dāng)前列檢試風(fēng)設(shè)備已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)場試風(fēng)作業(yè)的要求，暴露的問題主要有以下幾個(gè)方面。

（1）設(shè)備本身無法實(shí)現(xiàn)試風(fēng)壓力500／600kPa之間的自動(dòng)平滑轉(zhuǎn)換

多采用機(jī)車試風(fēng)的方式來滿足現(xiàn)場不同試風(fēng)壓力的作業(yè)需求，不但影響檢車質(zhì)量，而且不利于工作效率的提高。

（2）沒有與尾部風(fēng)壓監(jiān)測(cè)裝置形成閉環(huán)控制

目前試風(fēng)作業(yè)應(yīng)該以尾部風(fēng)壓為準(zhǔn)，但現(xiàn)有試風(fēng)設(shè)備沒有與尾部風(fēng)壓監(jiān)測(cè)裝置的通訊接口，能夠向作業(yè)人員反饋的只是列車首部風(fēng)壓，直接影響試風(fēng)合格率。

（3）人員勞動(dòng)強(qiáng)度大

所有操作都必須由專人與設(shè)備的直接接觸來完成，不但增加了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且延長了技檢作業(yè)時(shí)間。

（4）設(shè)備精度低

手動(dòng)大閘的壓力調(diào)節(jié)完全以目測(cè)為準(zhǔn)，沒有任何輔助電子器件，誤差無法得到有效彌補(bǔ)；對(duì)于電控大閘，必須要通過時(shí)間因素來嚴(yán)格限制單次增、減壓力值，但是時(shí)間和壓力并非線性成比例，風(fēng)源壓力、制作工藝、設(shè)備老化等因素對(duì)單位時(shí)間減壓量的影響嚴(yán)重制約了設(shè)備的準(zhǔn)確性。

（5）無作業(yè)信息記錄

不利于設(shè)備的檢修維護(hù)及后期作業(yè)信息的查詢。

2 系統(tǒng)組成及功能

雙供制式執(zhí)行器是列檢試風(fēng)作業(yè)的主要執(zhí)行設(shè)備，安裝在現(xiàn)場每兩個(gè)作業(yè)股道之間，同時(shí)具備遙控和手控兩種控制方式，并且這兩種控制方式可由執(zhí)行器手控面板進(jìn)行手動(dòng)切換，保證在無線通訊故障或其他緊急情況時(shí)試風(fēng)作業(yè)的正常進(jìn)行（圖1）。

2.1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要由雙供制式微控試驗(yàn)器（執(zhí)行器）、執(zhí)行器通信控制器、首部通基站、中心通信基站（含首部中心站和尾部中心站）、尾部通信基站、無線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀、手持操作器、數(shù)據(jù)處理中心主機(jī)等設(shè)備組成。

圖1 執(zhí)行器系統(tǒng)組成

2.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)采用執(zhí)行器首部調(diào)壓供風(fēng)、尾部采集回傳、中心控制的閉環(huán)工作模式。支持試風(fēng)壓力在500kPa和600kPa之間的自由切換，按《運(yùn)規(guī)》要求完成列檢作業(yè)全部試驗(yàn)的試風(fēng)過程，適用于鐵路車輛段對(duì)客、貨列車制動(dòng)系統(tǒng)的性能進(jìn)行試驗(yàn)。

系統(tǒng)具有手持操作器模式、中心全自動(dòng)模式、中心手動(dòng)模式、執(zhí)行器操作模式等多種模式互為備用，具有設(shè)備自檢及報(bào)警、列車首尾風(fēng)壓曲線實(shí)時(shí)顯示、試驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)分析、數(shù)據(jù)保存、查詢、打印試風(fēng)報(bào)告等功能。

2.3 系統(tǒng)工作原理

在試驗(yàn)啟動(dòng)后主控軟件（數(shù)據(jù)處理中心軟件或手持操作器）根據(jù)列尾風(fēng)壓識(shí)別試驗(yàn)項(xiàng)目并判定試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果形成后續(xù)控壓命令，執(zhí)行器接收控壓命令調(diào)整風(fēng)壓，主控軟件采集風(fēng)壓進(jìn)行下一步判斷。在試驗(yàn)進(jìn)行完畢（完成設(shè)定的全部待作項(xiàng)目）后提示完成，一定延時(shí)后自動(dòng)保存。

2.4 雙供制試風(fēng)執(zhí)行器工作原理

現(xiàn)場雙供制式執(zhí)行器使用進(jìn)口電子比例調(diào)壓閥，采用PID智能控制理論實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓力的實(shí)時(shí)、無級(jí)、自動(dòng)調(diào)節(jié)，輸出風(fēng)壓通過壓力傳感器負(fù)反饋給控制信號(hào)，輸出壓力控制精度高，輸出風(fēng)壓誤差＜0.5%FS（執(zhí)行器輸出風(fēng)壓控制原理如圖2所示）。

執(zhí)行器調(diào)節(jié)調(diào)壓閥使輸出風(fēng)壓線性可控，以合理的方法和速率實(shí)現(xiàn)試風(fēng)壓力在500／600kPa之間的平滑轉(zhuǎn)換，滿足現(xiàn)場對(duì)500kPa或600kPa不同試風(fēng)壓力的要求。與此相同，線性可控的輸出壓力可完全模擬機(jī)車的充風(fēng) 、減壓等操作。

圖2 執(zhí)行器輸出風(fēng)壓控制原理

3 技術(shù)特點(diǎn)

3.1 試風(fēng)壓力500／600kPa自動(dòng)平滑轉(zhuǎn)換

采用進(jìn)口比例調(diào)壓閥對(duì)空氣壓力、流速的可控性實(shí)現(xiàn)試風(fēng)壓力500／600kPa之間的自動(dòng)平滑轉(zhuǎn)換。

3.2 試風(fēng)閉環(huán)控制

系統(tǒng)由執(zhí)行器對(duì)列車隊(duì)供風(fēng)，從尾部采集風(fēng)壓，以尾部風(fēng)壓為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)判定，并形成下一步調(diào)壓命令，發(fā)送給執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)壓，形成“供—采—調(diào)—供”閉環(huán)。

3.3 全過程實(shí)時(shí)監(jiān)視

本系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)視試驗(yàn)數(shù)據(jù)及試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于不合格試驗(yàn)進(jìn)行聲音報(bào)警，并在列表上高亮顯示，同時(shí)，可以查看詳細(xì)的試風(fēng)曲線及數(shù)據(jù)，還可對(duì)列車制動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)合格率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并打印輸出統(tǒng)計(jì)報(bào)表、試驗(yàn)報(bào)告。

3.4 靈活方便的應(yīng)用模式

系統(tǒng)充分結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，為用戶提供多種應(yīng)用模式：手持操作器模式、中心全自動(dòng)模式、中心手動(dòng)模式、執(zhí)行器手動(dòng)模式。系統(tǒng)可根據(jù)不同模式及不同現(xiàn)場要求靈活組網(wǎng)，具有很強(qiáng)的操作適應(yīng)性。執(zhí)行器采用模塊化設(shè)計(jì)，拆卸簡單、維修方便。

3.5 智能判斷能力

系統(tǒng)融入了人工智能設(shè)計(jì)，可通過風(fēng)壓變化自動(dòng)識(shí)別試驗(yàn)項(xiàng)目，給出試驗(yàn)結(jié)果。不但簡化了試驗(yàn)操作，還可以在最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)減壓、保壓完成等事件做出反應(yīng)，節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間，系統(tǒng)還可以對(duì)不合格原因進(jìn)行分析。

3.6 現(xiàn)場廣泛采用無線通信模式

系統(tǒng)廣泛采用無線通信手段，安裝簡單，應(yīng)用方便，容易維護(hù)。

4 實(shí)現(xiàn)情況

自2010年8月初，豐臺(tái)車輛段豐西五場安裝DDK-K型雙供制式微控列車試驗(yàn)系統(tǒng)1套，該系統(tǒng)支持500kPa和600kPa試風(fēng)壓力的自動(dòng)切換，可按要求完成全部試風(fēng)過程，在運(yùn)行期間滿足《運(yùn)規(guī)》要求，并在今后為本段運(yùn)用車間列檢作業(yè)場陸續(xù)安裝。總結(jié)該系統(tǒng)表現(xiàn)的突出效果主要有以下幾個(gè)方面：

（1）該系統(tǒng)采用首部執(zhí)行器調(diào)壓供風(fēng)、尾部風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀采集壓力回傳、中心主機(jī)分析控制，手執(zhí)操作器遙控發(fā)送命令的方式形成閉環(huán)控制，充風(fēng)速度快，減壓精度高，性能穩(wěn)定可靠，并有效減輕了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)程序控制技術(shù)、無線通信技術(shù)，使設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化聯(lián)控，試風(fēng)過程中車輛制動(dòng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)裝置與微控大閘設(shè)備之間通過聯(lián)控實(shí)現(xiàn)了最佳試風(fēng)過程控制，使合格率可達(dá)到98%以上。

（3）縮短了列檢制動(dòng)試驗(yàn)的時(shí)間，由于采用了微控大閘和車輛制動(dòng)試驗(yàn)。監(jiān)測(cè)裝置的自動(dòng)化聯(lián)控通過手持操作器即可方便完成所有的試驗(yàn)項(xiàng)目，試驗(yàn)結(jié)果可即時(shí)報(bào)送給列檢人員，因而大幅度縮短了制動(dòng)試驗(yàn)的時(shí)間。

（4）試風(fēng)作業(yè)記錄信息具備可追溯性，記錄整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)的試驗(yàn)過程和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，便于試風(fēng)作業(yè)信息的查詢、打印和對(duì)比分析，為判定事故提供可靠的可追溯性依據(jù)。同時(shí)可以統(tǒng)一、規(guī)范列檢人員標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)。

雙供制式微控列車試驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用解決了微控大閘列首風(fēng)壓與無線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀列尾風(fēng)壓之間的壓差，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鐵路新的列車制動(dòng)試驗(yàn)最新標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，可在列檢推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的更新改造、升級(jí)換代，提升列檢作業(yè)技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)列檢作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、信息化、自動(dòng)化的要求。

5 結(jié)束語

雙供制式微控列車試驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用，解決了電控大閘列首風(fēng)壓與無線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀列尾風(fēng)壓之間的壓差，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的升級(jí)換代、更新改造，提升設(shè)備技術(shù)性能，實(shí)現(xiàn)了鐵路新的列車制動(dòng)試驗(yàn)最新標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，滿足當(dāng)前現(xiàn)場試風(fēng)作業(yè)的需求，強(qiáng)化了列檢透明化作業(yè)管理的科技手段，避免因列車制動(dòng)試驗(yàn)不精確而發(fā)生事故，造成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，對(duì)實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸“安全、暢通、快捷”起到了積極推進(jìn)作用。

［1］趙長波，陳 雷.鐵路貨物列車制動(dòng)機(jī)自動(dòng)試驗(yàn)研究［J］.鐵道車輛，2010，（11）：8-12.

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