淺談空氣彈簧試驗(yàn)臺(tái)的改進(jìn)

蔣 慶

（上海鐵路局上海車(chē)輛段，上海200070）

0 引言

客車(chē)空氣彈簧是車(chē)輛轉(zhuǎn)向架的重要部件之一，它對(duì)保持車(chē)輛平穩(wěn)運(yùn)行、保證車(chē)輛運(yùn)行品質(zhì)起著非常重要的作用。隨著近年來(lái)高鐵客車(chē)的出現(xiàn)，客車(chē)車(chē)輛轉(zhuǎn)向架得到飛速發(fā)展，同時(shí)為了保證車(chē)輛的運(yùn)行平穩(wěn)性，既有客車(chē)轉(zhuǎn)向架上使用的空氣彈簧型號(hào)也越來(lái)越多（表1）。

表1 既有客車(chē)轉(zhuǎn)向架上使用的空氣彈簧

需要檢測(cè)的空氣彈簧型號(hào)多、結(jié)構(gòu)不盡相同，這就給維修、試驗(yàn)帶來(lái)了很多困難，特別是AM96轉(zhuǎn)向架空氣彈簧結(jié)構(gòu)特殊，只能進(jìn)行無(wú)水風(fēng)壓試驗(yàn)。由于現(xiàn)有的人工觀察、鑒別的檢修方式已不能滿(mǎn)足空氣彈簧試驗(yàn)要求，因此，研制一種操作簡(jiǎn)便、安全實(shí)用且能試驗(yàn)?zāi)壳八锌諝鈴椈傻木C合試驗(yàn)臺(tái)勢(shì)在必行。此次研制的試驗(yàn)臺(tái)主要是根據(jù)目前使用的各型空氣彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、空氣彈簧組裝技術(shù)條件和客車(chē)車(chē)輛段修規(guī)程設(shè)計(jì)的，能對(duì)目前所有型號(hào)空氣彈簧進(jìn)行600 kPa風(fēng)壓或氣密性試驗(yàn)。

1 設(shè)計(jì)思路

國(guó)內(nèi)車(chē)輛段或車(chē)輛制造廠(chǎng)現(xiàn)有的空氣彈簧試驗(yàn)臺(tái)是按照普通型號(hào)空氣彈簧設(shè)計(jì)的，盡管普通空氣彈簧的充氣方式、尺寸有所不同，但充氣座均位于中心軸線(xiàn)上，總體結(jié)構(gòu)基本一致。而隨著AM96轉(zhuǎn)向架的出現(xiàn)，其使用的X-1型空氣彈簧與普通空氣彈簧有了諸多不同，主要表現(xiàn)在其充氣座位于上平面一側(cè)，且按照其在車(chē)上安裝位置的不同，充氣座還有左右之分（圖1），這就造成了現(xiàn)有的空氣彈簧試驗(yàn)臺(tái)完全無(wú)法對(duì)AM96轉(zhuǎn)向架上使用的X-1型空氣彈簧進(jìn)行試驗(yàn)。因此，急需研發(fā)新型空氣彈簧試驗(yàn)臺(tái)，其不僅要適用于AM96轉(zhuǎn)向架上的X-1型空氣彈簧，還要兼容其他普通型號(hào)的空氣彈簧。

圖1 AM96轉(zhuǎn)向架空氣彈簧外形圖

針對(duì)現(xiàn)有空氣彈簧試驗(yàn)臺(tái)在使用中存在的問(wèn)題，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，使接口部分能適應(yīng)多種空氣彈簧試驗(yàn)的需要；在控制系統(tǒng)方面，以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)空氣彈簧試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確測(cè)量、自動(dòng)記錄，同時(shí)能打印測(cè)試結(jié)果并可靠保存，便于信息共享、質(zhì)量跟蹤和工作責(zé)任認(rèn)定。系統(tǒng)要求工作穩(wěn)定、試驗(yàn)準(zhǔn)確、工作效率高，從而為空氣彈簧的性能試驗(yàn)提供一種高效率、高精度、信息化的試驗(yàn)設(shè)備。微機(jī)控制空氣彈簧試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)用了現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和成熟的機(jī)械設(shè)計(jì)原理等，可對(duì)我段現(xiàn)有的空氣彈簧進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)建立數(shù)據(jù)檔案。

2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由機(jī)架、專(zhuān)用移動(dòng)車(chē)、水浸裝置、氣壓系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、微機(jī)控制及測(cè)量系統(tǒng)組成，構(gòu)成一套完整的試驗(yàn)設(shè)備。水浸裝置、氣壓系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、微機(jī)控制及測(cè)量系統(tǒng)的工作過(guò)程，傳感器—工控機(jī)的信息傳遞及機(jī)械、電氣的互鎖均在工控機(jī)的控制下進(jìn)行。受安裝場(chǎng)地限制，整機(jī)外型緊湊、結(jié)構(gòu)合理。

3 系統(tǒng)工作原理

新型空氣彈簧試驗(yàn)臺(tái)在微機(jī)控制下對(duì)檢修后的空氣彈簧進(jìn)行性能試驗(yàn)，微機(jī)可根據(jù)空氣彈簧型號(hào)的不同分別進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，并按照不同空氣彈簧的試驗(yàn)要求準(zhǔn)確控制試驗(yàn)高度。其中，液壓油缸的行程采用位移傳感器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度為0.2%；空氣壓力采用高精度壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度為0.25%；同時(shí)各傳感器對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，所得數(shù)據(jù)由微機(jī)進(jìn)行采樣，經(jīng)處理以屏幕或表格打印輸出的形式記錄試驗(yàn)結(jié)果。

4 設(shè)計(jì)方案說(shuō)明

新型空氣彈簧試驗(yàn)臺(tái)主要由機(jī)械裝置、電氣控制系統(tǒng)和信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)三部分組成。這三部分的工作過(guò)程和相互間的信息傳遞及協(xié)調(diào)均由工控機(jī)控制，其具體組成及功能如下：

4.1 機(jī)械裝置

機(jī)械裝置主要包括機(jī)架、液壓泵站、水泵、壓塊、液壓缸、空簧專(zhuān)用移動(dòng)車(chē)、氣動(dòng)系統(tǒng)等。該空氣彈簧試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械、液壓設(shè)計(jì)所要解決的主要問(wèn)題有：（1）由于空簧進(jìn)行風(fēng)壓試驗(yàn)時(shí)最大壓力值達(dá)到600 kPa，此時(shí)其結(jié)構(gòu)最大受力約為20 t，考慮到機(jī)加工時(shí)的偏差及一定的冗余量，因此機(jī)架采用傳統(tǒng)、簡(jiǎn)潔的四柱液壓結(jié)構(gòu)，且設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度定為大于25 t力。（2）為保持試驗(yàn)臺(tái)外形美觀，結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量緊湊。經(jīng)理論計(jì)算校驗(yàn)，機(jī)座外形確定為1 900 mm×2 000 mm×1 200 mm。（3）本試驗(yàn)臺(tái)液壓站功率約3 k W，液壓系統(tǒng)規(guī)模較小，但由于是試驗(yàn)設(shè)備，液壓系統(tǒng)的安全性應(yīng)優(yōu)先考慮，整個(gè)系統(tǒng)不能簡(jiǎn)化。

4.2 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)主要由DI／DO卡和PCLD-885繼電器卡等組成，具體功能如下：（1）計(jì)算機(jī)控制指令通過(guò)DI／DO數(shù)據(jù)采集卡傳遞給繼電器卡，從而實(shí)現(xiàn)電磁閥動(dòng)作、電機(jī)旋轉(zhuǎn)和水閥開(kāi)閉等功能的控制，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。（2）繼電器卡通過(guò)接收DI／DO數(shù)據(jù)采集卡的控制指令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥的控制。

4.3 信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)

該空氣彈簧試驗(yàn)臺(tái)的檢測(cè)信號(hào)主要有液壓油缸行程（通過(guò)位移傳感器測(cè)量，精度0.2%）和空氣壓力（通過(guò)高精度壓力傳感器測(cè)量，精度0.25%），傳感器信號(hào)直接傳輸?shù)綑z測(cè)系統(tǒng)。檢測(cè)系統(tǒng)主要由一塊帶有A／D功能的PCL-818數(shù)據(jù)采集卡、一塊PCLD-8115信號(hào)轉(zhuǎn)換端子板、一個(gè)位移傳感器、2個(gè)壓力傳感器組成，具體功能如下：（1）位移傳感器把液壓油缸行程的位移量轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的模擬電流量，壓力傳感器也把氣壓量轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的模擬電流量。（2）PCLD-8115信號(hào)轉(zhuǎn)換端子板完成位移傳感器（或壓力傳感器）與A／D數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)轉(zhuǎn)換和連接，從而實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)變。（3）A／D數(shù)據(jù)采集卡把接收到的多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，同時(shí)將數(shù)字信號(hào)存入主機(jī)內(nèi)存。（4）微機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，保存處理數(shù)據(jù)并在屏幕上顯示。

4.4 系統(tǒng)標(biāo)定

在主窗口中按下“參數(shù)設(shè)置”鍵，進(jìn)入信號(hào)數(shù)顯窗口。位移傳感器和壓力傳感器的標(biāo)定采用兩點(diǎn)法，即采集傳感器全量程范圍內(nèi)約1／4和3／4處2個(gè)物理量的電壓值，并求其差值，將2個(gè)物理量的差值與電壓差值相除，得到傳感器的標(biāo)定系數(shù)。由于該系數(shù)直接影響到信號(hào)檢測(cè)結(jié)果，所以需要輸入密碼才能進(jìn)行標(biāo)定操作。

5 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）技術(shù)可靠：總體設(shè)計(jì)構(gòu)思嚴(yán)謹(jǐn)、組成分明、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。（2）測(cè)量精度達(dá)到要求：采用高精度壓力、位移傳感器，位移傳感器測(cè)量精度0.2%，壓力傳感器測(cè)量精度0.25%；計(jì)算機(jī)連續(xù)采樣測(cè)量，系統(tǒng)配置程序可方便地進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定。（3）操作簡(jiǎn)單：系統(tǒng)具有良好的使用性，控制軟件全中文界面，操作簡(jiǎn)單。（4）系統(tǒng)采用通用電子器件和常用元器件，維修簡(jiǎn)單、更換方便，使用成本較低。

6 結(jié)語(yǔ)

微機(jī)控制空氣彈簧試驗(yàn)臺(tái)研制成功后，在上海車(chē)輛段投入使用，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的驗(yàn)證，運(yùn)行狀態(tài)良好。該試驗(yàn)臺(tái)工作穩(wěn)定、質(zhì)量可靠、自動(dòng)化程度高、故障率低、使用方便，具有良好的通用性，滿(mǎn)足了各型空氣彈簧特別是AM96轉(zhuǎn)向架上使用的X-1型空氣彈簧的試驗(yàn)要求。與同類(lèi)產(chǎn)品相比，不僅故障率低，數(shù)據(jù)精確，而且能滿(mǎn)足現(xiàn)有各型空氣彈簧的試驗(yàn)需求，同時(shí)大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，因而得到了用戶(hù)的充分肯定。

［1］梁林.空氣彈簧的結(jié)構(gòu)、性能及設(shè)計(jì)參數(shù)［A］.中國(guó)客車(chē)行業(yè)發(fā)展論壇2004年中國(guó)客車(chē)學(xué)術(shù)年會(huì)一汽客車(chē)產(chǎn)品交流會(huì)論文集［C］，2004

［2］陸海英.現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛的空氣彈簧懸掛技術(shù)［J］.機(jī)車(chē)電傳動(dòng)，2003（4）