微機(jī)控制軌道交通車輛制動(dòng)軟管檢測裝置的研制

董奇志，王亦軍

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南鄭州450052)

0 引言

車輛制動(dòng)軟管安裝在車輛端部，它的用途是連接相鄰各車輛的制動(dòng)主管，貫通全列車的壓縮空氣，通過它向列車中各車輛的制動(dòng)裝置輸送壓縮空氣，保證整個(gè)系統(tǒng)的氣密性和列車通過曲線時(shí)的靈活性［1］.目前無論是城市軌道交通車輛，還是鐵路客貨車輛的檢修，車輛制動(dòng)軟管試驗(yàn)基本上都采用手動(dòng)方式進(jìn)行、在一次對(duì)多個(gè)軟管進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，裝夾軟管較麻煩;試驗(yàn)結(jié)果需人工讀取，數(shù)據(jù)誤差較大;試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在紙質(zhì)檢修工藝卡上，不便于長期保存和存檔管理.為提高工作效率，便于現(xiàn)場管理及質(zhì)量控制，研制了一種微機(jī)控制制動(dòng)軟管檢測裝置.該裝置實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)軟管的快速卡裝以及試驗(yàn)結(jié)果的存儲(chǔ)、查詢和打印功能，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)兩種操作方式.控制試驗(yàn)過程，可實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)時(shí)間，壓力變化曲線，試驗(yàn)壓力等［2］.

1 微機(jī)控制制動(dòng)軟管檢測裝置方案設(shè)計(jì)

圖1 微機(jī)控制制動(dòng)軟管檢測裝置總體方案框圖Fig.1 The device diagram of microcomputer control brake hose detection device

微機(jī)控制制動(dòng)軟管檢測裝置總體方案設(shè)計(jì)如圖1所示.該設(shè)計(jì)方案由機(jī)械部分、電氣控制系統(tǒng)和控制軟件3部分組成.根據(jù)鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，城軌交通車輛使用的軟管風(fēng)壓試驗(yàn)時(shí)，將制動(dòng)軟管總成置于水槽內(nèi)，緩慢通以600～650 kPa的壓縮空氣，保壓5 min，制動(dòng)軟管總成不得發(fā)生泄漏、破裂，制動(dòng)軟管發(fā)生氣泡在10 min內(nèi)逐漸減少并消失者為合格;水壓試驗(yàn)是在風(fēng)壓試驗(yàn)合格后，以1 500 kPa的水壓進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，保壓2 min無破損、外徑無局部凸起，軟管膨脹后直徑不得大于57 mm，否則按報(bào)廢處理［3］.試驗(yàn)前，控制電磁換向閥得電，驅(qū)動(dòng)風(fēng)缸即可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)軟管管口的自動(dòng)封堵.風(fēng)水壓試驗(yàn)時(shí)，制動(dòng)軟管內(nèi)通入試驗(yàn)要求的風(fēng)壓或水壓并保持一定時(shí)間，壓力傳感器負(fù)責(zé)將采集到的試驗(yàn)壓力信號(hào)變成0～5 V的電信號(hào)送往單片機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī).單片機(jī)將接收到的壓力值實(shí)時(shí)顯示出來，并依據(jù)接收到的壓力數(shù)據(jù)和手工輸入的外觀檢測結(jié)果判定制動(dòng)軟管試驗(yàn)是否合格，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中可供查詢和打印.主菜單操作界面如圖2所示.

圖2 主菜單操作界面Fig.2 The main menu interface

2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)

機(jī)械部分由不銹鋼水池、制動(dòng)軟管快裝機(jī)構(gòu)、風(fēng)壓回路、水壓回路、增壓裝置、試驗(yàn)臺(tái)架以及檢測和控制系統(tǒng)組成.臺(tái)架的外框采用不銹鋼制作，前后各有兩塊可拆卸的門板，臺(tái)面下面布置有系統(tǒng)管路和蓄水池［4］.

2.1 液體增壓裝置

為滿足試驗(yàn)臺(tái)對(duì)水壓試驗(yàn)壓力的要求，設(shè)置了一套液體增壓裝置.設(shè)計(jì)時(shí)，通過比較氣動(dòng)液壓泵與電動(dòng)泵兩種方案，氣動(dòng)液壓泵具有可保持在任何預(yù)定壓力下，不再消耗能量和產(chǎn)生熱量;連續(xù)啟停，不受限制;輕便可靠，易于維護(hù)，壓力線性輸出，容易人工控制，自動(dòng)補(bǔ)壓等優(yōu)點(diǎn).因此選用可調(diào)高壓水泵作為增壓裝置.

增壓時(shí)，由可調(diào)高壓水泵將循環(huán)水箱內(nèi)的水加壓，經(jīng)單向閥、1#電磁閥后送入制動(dòng)軟管.為保護(hù)可調(diào)高壓水泵的安全，增壓裝置中設(shè)有溢流閥.

2.2 制動(dòng)軟管試驗(yàn)臺(tái)及快裝機(jī)構(gòu)

制動(dòng)軟管試驗(yàn)臺(tái)采用不銹鋼結(jié)構(gòu).分上下兩部分.上部分為一個(gè)1 560×930×980 mm的水池.兩端為制動(dòng)軟管安裝卡具，一端采用制動(dòng)軟管連接器連接卡具.根據(jù)軌道車輛和鐵道車輛制動(dòng)軟管的規(guī)格不同，設(shè)計(jì)了兩套安裝卡具，試驗(yàn)時(shí)根據(jù)軟管的不同，安裝相應(yīng)的連接卡具;另一端設(shè)計(jì)了一套氣動(dòng)快裝卡具.由兩個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)8個(gè)氣動(dòng)閥門開閉，可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)軟管接頭的快速封堵.試驗(yàn)臺(tái)下部布置有氣體連接管路，上水、排水連接管路及可調(diào)高壓水泵，循環(huán)水箱等.制動(dòng)軟管試驗(yàn)臺(tái)如圖3所示.

圖3 制動(dòng)軟管試驗(yàn)臺(tái)組成圖Fig.3 The composition graph of brake hose test stand

3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電氣控制系統(tǒng)采用PIC16F877單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心，由壓力采集電路、電磁閥控制電路、控制柜、電機(jī)、電源等部分組成.

電磁閥控制電路由繼電器板驅(qū)動(dòng)電磁閥工作.本裝置設(shè)置了4個(gè)電磁閥.1#電磁閥用來控制高壓水的通斷;2#電磁閥控制風(fēng)壓的通斷;3#電磁閥控制循環(huán)水箱排水;4#電磁閥控制試驗(yàn)臺(tái)水箱排水.

控制柜內(nèi)裝PIC16F877單片機(jī)、繼電器板、直流恒壓電源、觸摸屏、打印機(jī)及手動(dòng)控制部分等.

電源包括220 V交流穩(wěn)壓電源，24、12、5 V直流電源.

PIC16F877是由Microchip公司所生產(chǎn)開發(fā)的新產(chǎn)品，具有Flash program程序內(nèi)存功能，可以重復(fù)燒錄程序，其ROM的容量總共是8 k words，以2 k為一個(gè)page;內(nèi)部RAM總共有512個(gè)字節(jié)(00f～1FFh)，以128個(gè)字節(jié)為一個(gè)Bank，8路A/D轉(zhuǎn)換通道.

壓力數(shù)據(jù)的采集采用蚌埠勝通電子測控系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的STY-4型壓力變送器，傳感器精度±0.2%FS，零漂≤0.02%FS，量程0～60 MPa，輸出信號(hào) 0 ～5 V，工作電壓 24 V［5］.

試驗(yàn)臺(tái)電氣控制電路如圖4所示.

圖4 電氣控制電路圖Fig.4 The electrical control circuit diagrams

4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本檢測裝置控制系統(tǒng)軟件的功能是實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程的自動(dòng)控制、能夠輸入操作者工號(hào)、實(shí)驗(yàn)日期和批次，能夠?qū)崟r(shí)顯示實(shí)驗(yàn)過程的壓力曲線并能夠打印實(shí)驗(yàn)結(jié)果.控制系統(tǒng)軟件由初始化程序、主程序和查詢打印子程序幾部分組成.

系統(tǒng)初始化程序包括堆棧指針的設(shè)置、中斷源控制字設(shè)置和有關(guān)工作單元的初始化等.

主程序包括風(fēng)壓試驗(yàn)、水壓試驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)幾個(gè)功能模塊.

查詢打印子程序主要完成人機(jī)界面的合成、壓力曲線的顯示及打印輸出功能.打印機(jī)、觸摸屏與單片機(jī)之間通過中斷實(shí)現(xiàn)程序的調(diào)用［6］.

本檢測裝置的應(yīng)用軟件采用Keil C51開發(fā)系統(tǒng)編寫，Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面.具有運(yùn)算速度快、目標(biāo)代碼效率高、可直接實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)硬件控制的優(yōu)點(diǎn).程序流程圖如圖5所示.

5 結(jié)論

圖5 程序流程圖Fig.5 The program flow diagram

該試驗(yàn)裝置可操作性強(qiáng)，成本低廉，檢測精度高，可滿足城軌交通車輛和鐵道車輛制動(dòng)軟管試驗(yàn)的要求，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)過程的自動(dòng)化.整個(gè)系統(tǒng)有著較高的性價(jià)比，具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值.

［1］張旺獅.車輛制動(dòng)裝置［M］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［2］丁峰.用工控機(jī)實(shí)現(xiàn)的鐵路貨車制動(dòng)軟管風(fēng)水壓試驗(yàn)系統(tǒng)［J］.鐵道車輛，2011(8):33-35.

［3］TB/T 3087—2003機(jī)車車輛總風(fēng)軟管連接器總成［S］.北京:中國鐵道出版社.

［4］劉麗華，易毅堅(jiān).列車制動(dòng)軟管試驗(yàn)臺(tái)測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.液壓與氣動(dòng)，2012(2):67-69.

［5］王亦軍，張桂香.智能單車試驗(yàn)器微機(jī)控制系統(tǒng)的研制［J］.煤礦機(jī)械，2008，29(6):148-150.

［6］杜體育，陳昌煦.微機(jī)控制制動(dòng)軟管風(fēng)水壓機(jī)的研制［J］.鐵道機(jī)車車輛，2008，28(5):65-67.