制動缸性能試驗臺的設計研究

2021-06-25 04:38:32時云霄

中國設備工程 2021年11期

時云霄

（眉山中車制動科技股份有限公司，四川眉山 620010）

旋壓密封式制動缸是貨車基礎制動系統的重要部件，通過空氣分配制閥的指令制動缸完成充排氣，從而達到將閘瓦貼緊和離開車輪目的，產生制動和緩解的作用。由于其結構簡單、運行穩定可靠的特點，被廣泛運用到我國各型鐵路貨車上。制動缸性能滿足工況要求，動作穩定可靠是鐵路車輛安全的保障，為保證新造產品性能質量，適應工業產品批量化生產的要求，設計開發了制動缸性能試驗臺。

1 制動缸試驗臺的基本結構介紹

制動缸試驗臺主要由行程控制機構、試驗臺柜體、氣動系統、電控系統和人機交互系統五個部分組成，其主要結構及外觀如圖1所示。試驗臺柜體作業布局按照50%成年人體尺寸為依據設計外形尺寸，在滿足電器部件安裝的基礎上做到人機友好。氣動系統包括儲風缸、氣缸、壓力表、電磁閥、傳感器、減壓閥等氣動元件；電控系統包含PLC、觸目屏、打印機、直流電源、A/D模塊、按鈕和指示燈；人機交互系統由PLC控制程序、觸目屏程序及界面構成。

圖1 試驗基本結構

2 工作原理

根據國家鐵路局2015年最新頒布的TB/T2838《鐵道車輛旋壓制動缸》行業標準的要求，一方面，為滿足車輛使用過程中的各種工況，其性能應滿足，向制動缸內充氣，30kPa之前能動作，80kPa活塞應達到全行程，排空制動缸后活塞應完全復位的感度試驗；以及通過φ3的孔向制動缸內分別充入80kPa和600kPa壓縮空氣，分別在125mm、155mm及全行程的6個狀態下氣密性試驗，保證泄漏量在控制范圍內。

試驗臺采用精密減壓閥控制,將3個儲風缸穩定輸出30、80和600kPa風源，通過電磁閥控制向制動缸內輸入不同壓力空氣進行穩定、保壓。通過壓力傳感器采集制動缸壓力值，反饋回PLC進行計算判定合格與否。另一方面，行程控制機構由4個電磁閥驅動氣缸，氣缸帶動不同厚度擋板組合來達到不同規格制動缸3種行程的控制。

3 電氣原理設計

為適應工業化批量生產的要求，操作者裝夾好制動缸后，通過觸摸屏在試驗界面錄入產品流水編號，PLC控制程序通過控制電磁閥進行充、排氣和行程擋板組合，對A/D模塊返回的制動缸壓力計算壓力變化值。

PLC將過程信息和自動判斷結果反饋顯示在觸摸屏，并且能將試驗結果打印出來。

在PLC和觸摸屏的選型從經濟性和使用穩定性、可靠性方面，以及從氣路原理輸入輸出點數上考慮選用PLC為FX2N-48MR，模擬量輸入模塊為FX2N-4A/D，觸摸屏GP2500-SC41-24V。該方案可使試驗臺具備商品化、布局緊湊、使用穩定、維護簡單等優點。

為實現對制動缸充排氣、活塞行程的控制，控制氣路主要分為3個部分。一是風源部分，分別是儲風缸、80kPa風缸、30kPa風缸和行程控制擋板風源；二是制動缸充排氣部分，主要有三個壓力充氣閥、排氣閥、指針壓力表開啟閥及壓力傳感器。80kPa和600kPa充氣為24V二位三通常閉電磁閥。30kPa充氣及緩解排氣閥為二位三通常閉氣控閥，用二位三通電磁閥作為先導閥以使電磁閥閥芯能正常開閉。壓力傳感器測量范圍0～1MPa，輸出信號為4～20mADC；三是行程擋板控制部分，由4個二位五通電磁閥控制氣缸來帶動不同組合的擋板。

4 柜體及行程控制機構的設計

（1）試驗臺柜體設計為1750×1200×1750mm一體式，整體性好。其操作面板尺寸設計引用GB10000年齡在18～60歲范圍的中國成年人男性，百分位為50的人體數據，站姿下眼高1568mm，肘高1024mm，手功能高741mm、上臂長313、前臂長237、肩寬375。結合根據機械設計手冊關于立姿操作有利于工作區域及方向的建議。

壓力表具地面高度以眼高1568mm取為1570mm，工作臺面高度750mm、按鈕高度1040mm、觸摸屏高度1285mm。

（2）行程控制機構框架以槽鋼焊接而成，試驗使用軌道小車運送至工位進行性能試驗，框架工位可同時試驗兩套制動缸。

為確保試驗強度安全可靠，對其進行計算。

制動缸輸出力F=PS

P為制動缸最大壓力600kPa；S為制動缸活塞最大面積，直徑356mm（14英寸）。

制動缸最大輸出力