氣動(dòng)夾鉗性能試驗(yàn)臺(tái)的研制

鮑春光

(中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

?

氣動(dòng)夾鉗性能試驗(yàn)臺(tái)的研制

鮑春光

(中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

對(duì)氣動(dòng)夾鉗的結(jié)構(gòu)原理和性能要求進(jìn)行了研究，研制出了全自動(dòng)高精度的氣動(dòng)夾鉗性能試驗(yàn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣動(dòng)夾鉗設(shè)計(jì)指標(biāo)的綜合驗(yàn)證和監(jiān)控，保障了設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品的可靠性。

氣動(dòng)夾鉗；試驗(yàn)臺(tái)；測(cè)試；傳感器

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)高鐵和軌道交通產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各型動(dòng)車組、機(jī)車車輛對(duì)列車的安全停車制動(dòng)性能也提出了更高的要求，在此情況下，氣動(dòng)盤形制動(dòng)單元得到廣泛的應(yīng)用。作為盤形制動(dòng)單元關(guān)鍵執(zhí)行元件的氣動(dòng)夾鉗，其性能好壞對(duì)列車運(yùn)行的安全起到至關(guān)重要的作用，因此對(duì)氣動(dòng)夾鉗的性能測(cè)試就顯得格外重要，為此研制了一種全自動(dòng)高精度的氣動(dòng)夾鉗性能試驗(yàn)臺(tái)。

1 氣動(dòng)夾鉗基本工作原理及主要性能要求

目前主流應(yīng)用的氣動(dòng)夾鉗從安裝方式區(qū)分主要包括三點(diǎn)吊掛式和四螺栓緊固吊掛式，從制動(dòng)力放大結(jié)構(gòu)區(qū)分主要包括傳統(tǒng)杠桿式和緊湊式，雖然各型夾鉗設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)差異明顯，但是主要功能模塊和基本工作原理是一致的。氣動(dòng)夾鉗典型功能模塊包括吊架、氣缸、放大機(jī)構(gòu)、杠桿、間隙調(diào)整器、閘片托。氣動(dòng)夾鉗通過(guò)吊架安裝在車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，通過(guò)氣缸將空氣壓力轉(zhuǎn)化為制動(dòng)輸出力，通過(guò)放大機(jī)構(gòu)對(duì)氣缸的輸出力進(jìn)行放大以便減小氣缸尺寸，通過(guò)杠桿將輸出力傳遞至閘片和制動(dòng)盤上實(shí)施制動(dòng)，氣缸和杠桿間通常設(shè)置間隙調(diào)整器補(bǔ)償閘片和制動(dòng)盤磨耗后產(chǎn)生的間隙，保證制動(dòng)穩(wěn)定性，閘片托安裝在杠桿上用來(lái)安裝閘片。為了保證氣動(dòng)夾鉗能可靠地實(shí)施制動(dòng)，根據(jù)TB/T 3431—2015《機(jī)車車輛制動(dòng)夾鉗單元》標(biāo)準(zhǔn)，主要對(duì)氣動(dòng)夾鉗的以下性能進(jìn)行規(guī)范測(cè)試：吊架、杠桿和閘片托的強(qiáng)度和剛度，夾鉗靈敏度特性，氣缸的高壓、低壓密封性能，間隙調(diào)整器的調(diào)整性能，夾鉗輸入、輸出力特性。

2 試驗(yàn)臺(tái)基本要求

試驗(yàn)臺(tái)使用由供風(fēng)設(shè)備提供的壓力為12～14 bar的風(fēng)源，將氣動(dòng)夾鉗制動(dòng)單元安裝在試驗(yàn)臺(tái)安裝架上，并用軟管通過(guò)錐面快插接頭與試驗(yàn)臺(tái)相連接，在該試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)氣動(dòng)夾鉗制動(dòng)單元進(jìn)行各項(xiàng)功能試驗(yàn)。氣動(dòng)夾鉗試驗(yàn)臺(tái)分為檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)和控制數(shù)據(jù)采集中心兩部分。

檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)部分：測(cè)試產(chǎn)品安裝于檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)，主要包括基座、測(cè)試產(chǎn)品安裝架、夾緊力檢測(cè)模塊、位移檢測(cè)模塊、試驗(yàn)假盤、安全防護(hù)罩，此部分由數(shù)據(jù)線和氣路同控制數(shù)據(jù)采集中心連接。

控制數(shù)據(jù)采集中心：由數(shù)據(jù)顯示模塊、工控機(jī)、控制電氣柜組成。

3 試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

(1) 氣動(dòng)夾鉗試驗(yàn)臺(tái)氣路系統(tǒng)

氣動(dòng)夾鉗試驗(yàn)臺(tái)氣路系統(tǒng)如圖1所示，圖中的P1、P2氣壓傳感器為高壓傳感器，測(cè)試壓力為1.6 MPa，用于強(qiáng)度試驗(yàn)壓力監(jiān)測(cè)，P3、P4氣壓傳感器測(cè)試壓力為0.8 MPa，用于密封性測(cè)試等其他測(cè)試項(xiàng)的壓力監(jiān)測(cè)。該氣動(dòng)控制管路主要在氣動(dòng)夾鉗測(cè)試過(guò)程中為氣缸提供多種壓力值的氣壓源以及管道通斷控制。氣動(dòng)控制管路主要由過(guò)濾器、調(diào)壓閥，電器比例閥、電磁閥、氣控閥、壓力傳感器、手動(dòng)調(diào)壓閥、儲(chǔ)氣罐等元器件組成。系統(tǒng)配置1.6 MPa、0.8 MPa氣壓傳感器，實(shí)現(xiàn)氣壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)配置電氣比例閥可實(shí)現(xiàn)測(cè)試壓力的自動(dòng)控制。采用電氣比例閥+節(jié)流孔模式實(shí)現(xiàn)緩慢增壓，滿足靈敏度試驗(yàn)時(shí)的緩慢增壓要求。

1—?dú)庠矗?—過(guò)濾器；3—儲(chǔ)氣罐 ；4—調(diào)壓閥；5—電磁閥 ；6、7、8、9—電磁換向閥； 10、11、12—球閥；10′、11′、12′、13—電磁換向閥；14—調(diào)速閥；15、16、17、20—電磁換向閥；18、19—儲(chǔ)氣罐。圖1 氣動(dòng)控制管路原理圖

(2) 計(jì)算機(jī)控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由工控機(jī)、高速數(shù)據(jù)采集卡、電氣比例閥、 電磁閥、 氣控閥、 氣壓傳感器、力傳感器、位移傳感器等組成。試驗(yàn)臺(tái)軟件設(shè)計(jì)依靠可編程控制器PLC完成邏輯動(dòng)作控制，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)所有的測(cè)試項(xiàng)目可勾選，可以單獨(dú)項(xiàng)測(cè)試，也可多項(xiàng)連續(xù)測(cè)試。系統(tǒng)主要工作流程如圖2所示，軟件主界面如圖3所示。

圖2 試驗(yàn)臺(tái)工作流程圖

(3) 臺(tái)架及裝夾系統(tǒng)

操作臺(tái)如圖4所示。假盤工裝采用兩片對(duì)壓結(jié)構(gòu)，中間均布力傳感器，可檢測(cè)力值并輸出；采用激光位移傳感器檢測(cè)被試品夾鉗動(dòng)作位移，激光位移傳感器安裝在閘片托兩測(cè)的XZ坐標(biāo)軸上，能精確記錄閘片托間距和相對(duì)位移，并能根據(jù)不同被試品自動(dòng)調(diào)整位置；夾鉗采用吊裝方式進(jìn)行安裝，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不同，分為三點(diǎn)吊掛和四點(diǎn)吊掛，而類似結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品固定孔的間距部分不同，所以設(shè)計(jì)了不同的安裝支架，支架與設(shè)備的接口保證通用性；機(jī)械測(cè)試工裝具有安全罩裝置，可以避免試驗(yàn)時(shí)停放彈簧意外蹦出造成的危險(xiǎn)[1]。

圖3 氣動(dòng)夾鉗試驗(yàn)界面

圖4 操作臺(tái)示意圖

4 試驗(yàn)臺(tái)操作簡(jiǎn)介

該試驗(yàn)臺(tái)于2014年10月完成試制工作，投入使用近1年時(shí)間，性能穩(wěn)定可靠。試驗(yàn)臺(tái)可適應(yīng)不同氣動(dòng)夾鉗的性能測(cè)試工作，如圖5所示，主要進(jìn)行如下項(xiàng)目的測(cè)試工作：

圖5 氣動(dòng)夾鉗性能試驗(yàn)臺(tái)實(shí)物圖

(1) 強(qiáng)度試驗(yàn)：計(jì)算機(jī)控制電氣比例閥、電磁閥向夾鉗氣缸中充入設(shè)定空氣壓力，保壓5 s后卸壓，目測(cè)氣動(dòng)夾鉗有無(wú)異常變形、龜裂和損壞等情況；

(2) 靈敏度試驗(yàn)：向夾鉗氣缸緩慢增壓，氣壓傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)常用缸口壓力，位移傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩模擬閘片位置，當(dāng)兩模擬閘片位置變化量之和大于0.05 mm時(shí)，氣缸的氣壓壓力值作為靈敏度的測(cè)試數(shù)據(jù)；

(3) 密封性試驗(yàn)：向夾鉗氣缸分別充入(400～500)kPa、(50～100)kPa 壓縮空氣，待氣壓穩(wěn)定后，保壓5 min，氣壓傳感器測(cè)定5 min的漏泄量；

(4) 一次調(diào)整量試驗(yàn)：向夾鉗氣缸充入壓縮空氣，位移傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模擬閘片位置，模擬閘片走完最大行程時(shí)，計(jì)算機(jī)控制電磁閥使氣缸直通大氣，待模擬閘片位置穩(wěn)定不變時(shí)，設(shè)為閘片排氣位置，傳感器采集兩閘片排氣位置，計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算兩閘片排氣位置相對(duì)于初始位置的位置偏差之和作為一次調(diào)整量測(cè)試數(shù)據(jù)；

(5) 輸入輸出特性試驗(yàn)：向夾鉗氣缸充入壓縮空氣，力傳感器實(shí)時(shí)采集夾鉗輸出力，并自動(dòng)繪制輸出力與輸入氣壓對(duì)應(yīng)曲線。

5 總結(jié)

根據(jù)氣動(dòng)夾鉗的功能原理和結(jié)構(gòu)特性，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化高精度的氣動(dòng)夾鉗性能試驗(yàn)臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)夾鉗強(qiáng)度、靈敏度、高低壓密封性能、間隙調(diào)整性能、輸入輸出特性等方面的綜合測(cè)試，為氣動(dòng)夾鉗設(shè)計(jì)驗(yàn)證、性能優(yōu)化和產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)提供了良好的保障。

[1] 陳美憲，張興田.CRH1型制動(dòng)夾鉗試驗(yàn)臺(tái)的研制[J].鐵道車輛，2010，48(10)：33-35． □

(編輯：林素珍)

2095-5251(2016)04-0004-02

2015-11-11

鮑春光(1981-)，男，本科學(xué)歷，高級(jí)工程師，從事制動(dòng)器的設(shè)計(jì)工作。

U270.35

B