鐵路液壓救援設備液壓性能測試裝置硬件系統的設計和應用

于永生，馬 林

（大秦鐵路股份有限公司科學技術研究所，山西 太原 030013）

引言

在鐵路事故救援設備中，液壓救援設備憑借簡單、實用、快捷等特點被廣泛應用于鐵路事故救援現場。但是目前相關管理和使用部門難以掌握這些設備的性能是否符合使用要求，如果將存在故障的設備用于救援現場，使用過程中可能會出現無法頂起重物、頂起的重物非正常下落油缸爆裂等危險現象，造成救援時間的延誤，或導致二次事故，甚至威脅作業人員的生命安全。針對于這些液壓救援設備，外觀的機械損傷用肉眼容易判斷，但是影響液壓性能的液壓故障無法直接判別。研制應用鐵路液壓救援設備性能檢測裝置可以有效解決上述問題，為鐵路救援設備的有效管理和應用提供行之有效的檢測依據。

1 系統設計原理與組成

系統測試功能包括液壓泵站測試和液壓油缸測試兩大部分，通過換向閥、截止閥、調壓閥等控制液壓管路的通斷和壓力值，使用壓力傳感器檢測測試回路的壓力，使用流量傳感器檢測測試回路的液壓油輸出流量值，通過模數轉換模塊將傳感器信號實時轉換為數字信號，傳送給主機系統檢測軟件，檢測軟件按相應的轉換規則將數據計算為流量、壓力、位移數值并存入數據庫，供分析和查詢。檢測過程中，數據顯示界面實時顯示各測量參數的數值。原理如圖1所示。

圖1 結構組成原理圖

2 實施方案

2.1 液壓測試回路設計

泵站檢測主要實現泵站的保壓性能（密封性能）、工作流量、工作壓力及輸出功率等參數的檢測功能；油缸檢測主要實現油缸有桿腔和無桿腔的保壓性能（密封性能）參數的檢測，利用油缸的檢測也可以實現液壓油管的性能檢測。設計中需要考慮現場使用人員的錯誤操作，不應對裝置和被測泵站產生損壞以及人身安全造成危險。

本設計使用供油模塊、壓力傳感器、截止閥、調壓閥、手動換向閥和流量傳感器等組成液壓泵站檢測回路和油缸檢測回路。各部件設計參數見表1，泵站檢測設計原理如圖2所示，油缸檢測設計原理如圖3所示。

表1 液壓泵站測試回路部件設計參數表

圖2 泵站測試回路設計原理圖

圖3 油缸測試回路設計原理圖

供油模塊設計實現的功能是保證測試回路只能進行單向測試，反向處于暢通狀態，防止使用者將進油管和回油管錯誤連接時高壓液壓油逆向進入測試回路發生危險。

截止閥設計實現的功能是正向截止、反向暢通。對液壓泵站檢測時用于切斷被測泵站的液壓油回路，配合被測泵站的停機控制，實現被測泵站保壓參數的檢測功能；對油缸檢測時用于切斷油缸的回油通路，實現油缸有桿腔和無桿腔的保壓檢測。

調壓閥的作用是測試調節回路的壓力值，對液壓泵站檢測時實現等效模擬為被測試泵站加載負載的功能，配合流量傳感器可測量泵站在不同壓力下的實時流量值,通過軟件計算被測泵站在不同壓力時的實時輸出功率；對油缸檢測時用來調整系統向油缸供油的工作壓力，配合截止閥的截止功能操作，實現油缸在不同壓力下的保壓檢測。

流量傳感器用來測量被測泵站供出液壓油的實時流量，由于其工作壓力不能超過2 MPa，所以被設計在泵站測試回路的回油口側，該處工作壓力不會超過1 MPa。

壓力傳感器用于檢測測試回路的壓力值，由于鐵路液壓救援設備的額定工作壓力不超過63 MPa，所以壓力傳感器選擇的量程為0～80 MPa。

2.2 模數/轉換單元設計

模/數轉換單元將數據發送給計算機軟件系統，本設計中使用了4只壓力傳感器和1只流量傳感器，傳感器輸出信號均為4～20 mA，所以模/數轉換單元需要5個電流信號采集轉換通道。本設計中選用中泰研創公司生產的7468B型采集卡，轉換分辨率為16位，最大采樣速度為100 kHz，工作模式通過軟件設定。

2.3 檢測軟件

檢測軟件使用Visual C# 2008.net+Access數據庫開發，軟件包括液壓泵站檢測、油缸檢測、液壓油管檢測、數據查詢與打印、用戶管理等模塊，具有人性化操作界面和操作提示，在進行檢測操作時，操作者可以在界面上看到該步操作的具體方法和步驟，方便使用者對鐵路液壓救援設備的檢測和管理。

3 應用情況

鐵路液壓救援設備的維護和檢測通常是空載運行設備，通過人眼觀察壓力表及設備外觀是否漏油的方式判斷設備的性能是否正常。這種傳統簡易方式難以發現設備在負載情況下的動態性能故障，無法滿足目前鐵路救援設備管理工作的需要。該檢測裝置研制成功后，抽取部分鐵路救援用液壓泵站和油缸進行了檢測，檢測中發現少數設備存在性能不符合使用要求的情況。本文選取其中一個液壓泵站的檢測數據進行分析，該被測泵站平時可以正常的驅動油缸，使用者認為可以正常使用。

該泵站技術條件標明其功率是2.2 kW，額定壓力是63 MPa，6 MPa時輸出流量為6 L/min，63 MPa壓力時輸出流量為1.1 L/min。使用鐵路救援設備液壓性能檢測裝置對其進行檢測，測試結果如圖4所示，可以看出這個泵站的最大輸出工作壓力是56 MPa，最大輸出功率是1.2 kW，高、低壓供出最大流量是0.9 L/min和3.2 L/min，這表明該泵站的輸出驅動能力不足，未達到其技術標準；在保壓時間設為300 s保壓檢測中，檢測初始值為56 MPa，300 s后壓降為25 MPa。通過這個檢測說明泵站的保壓密封性能不良，在驅動大負載油缸時，油缸起升到位，泵站供油手柄轉至中位后，由于其超高壓狀態保壓能力不足，會導致油缸頂起的重物下落，如在救援現場應用，存在很大的安全風險。

4 結語

鐵路事故救援設備的工作性能直接影響事故救援現場的工作效率和作業安全，其使用、管理者必須保證這些設備處于良好的使用狀態。鐵路救援設備液壓性能檢測裝置針對鐵路液壓救援設備的技術標準和實際工作情況，設計針對性強、適用高效的檢測項目，能夠可靠檢測液壓救援設備的重要性能參數，為設備使用管理部門提供設備工作狀態依據，從而可有效避免將壞損的液壓救援設備用于救援現場，提高鐵路液壓救援設備使用效率和維護工作質量。

圖4 液壓泵站的檢測時的軟件界面