車輛油壓減振器球鉸壓裝與監測系統的設計

周耀輝

（常州科興鐵路裝備有限公司，江蘇常州 213011）

車輛油壓減振器球鉸壓裝與監測系統的設計

周耀輝

（常州科興鐵路裝備有限公司，江蘇常州 213011）

一種機車車輛油壓減振器球鉸壓裝與監測系統。利用研華USB-4704多功能模塊，進行數字量、模擬量輸入輸出，控制油缸動作，并對壓裝減振器球鉸的壓裝力進行監測，實現自動判斷壓裝力是否合格的功能。

數據采集；壓裝力判斷；多功能模塊

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.49

0 引言

油壓減振器是火車機車車輛上的一個重要部件，直接影響行車的安全性和舒適性。目前大量減振器兩端采用球鉸的型式，減振器兩端是圓環，球鉸被壓入圓環中，為過盈配合。減振器利用球鉸與機車相連接，如果球鉸與減振器兩端圓環的過盈量不足，機車在運行過程中，減振器受各個方向力的影響，球鉸與減振器兩端圓環脫離，直接威脅到機車車輛的行車安全。

系統采用機電一體化與計算機測控技術，精確控制與監測油壓減振器球鉸的壓裝過程，確保球鉸在壓入過程中有較長一段行程，其壓裝力大于要求值。在使用中，只需將減振器放于壓裝工裝上，然后選擇相應的減振器型號，再按下壓按鈕即可自動完成壓裝與監測。壓裝完成后，系統自動判別是否合格。

1 壓裝與檢測系統的機械設計

系統機械部分主要由機架、液壓系統及傳感器等構成。考慮到其機械結構的穩定性，機架由Q345-B鋼板焊接而成。液壓系統采用國內知名品牌的液壓閥、油泵及油缸。系統啟動后，電機開啟，電磁閥YA1，YA2，YA3均不得電，液壓油直接流回油箱。油缸快進時，電磁閥YA1得電，YA2，YA3不得電，液壓油經B直接流入油缸，使油缸快速下壓。油缸工進時，電磁閥YA1，YA3得電，YA2不得電，液壓油經電磁節流閥流入油缸，使油缸慢速下壓。油缸快速退回時，電磁閥YA2得電，YA1，YA3不得電，液壓油經A流入油缸，油缸快速退回（圖1）。1個位移傳感器和1個輪輻式拉壓力傳感器作為整個系統的監測傳感器，給系統提供控制與監測信號。系統對傳感器的穩定性、精確度及抗干擾能力有較高要求。考察與比較后，選定上海天沐的位移傳感器和拉壓力傳感器。

2 壓裝與檢測系統的電氣及計算機硬件設計

系統電氣及計算機硬件部分的主要結構如圖2所示。

系統以工控機為中心，利用研華USB-4704多功能模塊的數字量輸入接口、數字量輸出接口、模擬量輸入接口采集、輸出信號，對整個系統進行控制。系統啟動完成后，由觸摸屏選擇需要壓裝的減振器型號，系統從數據庫讀出相應的壓裝參數，然后等待按鈕信號輸入。當檢測到按鈕信號時，工控機通過USB-4704多功能模塊輸出數字量信號，驅動繼電器輸出模塊，YA1電磁閥得電，實現油缸快進，同時采集位移傳感器的信號。當油缸到達需要工進位置時，由USB-4704模塊驅動繼電器模塊，YA1，YA3得電。當油缸到達檢測位置時，采集位移傳感器及拉壓力傳感器信號，記錄位移及壓力并保存于數據庫中，然后在觸摸屏上顯示并繪制壓裝曲線。壓入完成后，與壓裝參數中的壓裝力要求進行比較，并判斷是否合格。

圖1 液壓原理

系統對工控機運行速度、穩定性及抗干擾能力等方面有較高的要求，經過考察最后決定選用占美gk3000全封閉無風扇低功耗工控機。該機采用英特爾HASWELL架構I3-4010U低功耗處理器，有1個視頻接口和1個HDMI（High Definition Multimedia Interface，高清晰度多媒體接口），2個串口、7個USB接口，支持24 h開機，可長時間無人職守。

研華USB-4704是一款高性能的多功能USB模擬量輸入輸出、數字量輸入輸出模塊，具有8通道14位分辨率模擬輸入，采樣率達48 kS/s，8通道數字量輸入，8通道數字量輸出，2通道模擬量輸出，1個32位計數器。其功能完全滿足本系統要求。

圖2 主要結構

3 軟件的設計

系統軟件圍繞USB-4704多功能模塊進行開發，采用Visu-al C#語言，調用研華提供的DAQNavi SDK進行開發，數據庫采用SQLite數據庫。

DAQNavi可讓開發人員享有易于使用、具備可擴充性、高彈性、方便操作及高可靠性等特色，其具有易于上手，支持多線程及多核心環境，方便操作的接口，支持多種編程語言，支持多種操作系統等優點。

SQLit是一個進程內的庫，是一種輕量級的、自給自足的、無服務器的、無需配置的，事務性的SQL數據庫引擎。其具有無需安裝和管理、非常小、支持事務處理、支持SQL92等優點。Visual C#通過system.data.sqlite控件對數據庫進行操作。數據庫中存儲著每種型號減振器的壓裝參數，包括工進的位置、檢測壓裝力開始位置及結束位置，壓裝力合格范圍等參數。

系統對外界的輸入輸出必須及時響應，絕不能偵測外界輸入信號時，造成系統界面等死鎖，所以必須采用多線程編程。本系統運行過程中，創建了3個線程：主線程用于操作界面的顯示、響應操作界面等；一個子線程用于偵測外界按鈕的輸入，并將信號返回到主線程；另一個子線程用于輸出信號到電磁閥，并采集位移傳感器及拉壓力傳感器信號，并將采集到的數據返回主線程進行處理，判斷是否合格，并繪制壓裝曲線。用戶可根據需要打印報表。

4 結束語

系統實現了減振器球鉸的壓裝及監測功能，自動判別壓裝力是否合格等功能。用戶只需選擇相應的減振器型號，即可自動壓裝、自動判斷是否合格，避免了壓裝過程中壓裝力不滿足要求的質量問題。

［1］成大先.機械設計手冊（第5版）［M］.北京：化學工業出版社，2004.

［2］Bill Evjen（.美）.C#高級編程（第 8版）［M］.李銘譯.北京：清華大學出版社，2014.

［3］研華公司.DAQNavi幫助文件［Z］.

TP399

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〔編輯 吳建卿〕