微機控制軌道交通車輛制動軟管檢測裝置的研制

董奇志，王亦軍

(鄭州鐵路職業技術學院，河南鄭州450052)

0 引言

車輛制動軟管安裝在車輛端部，它的用途是連接相鄰各車輛的制動主管，貫通全列車的壓縮空氣，通過它向列車中各車輛的制動裝置輸送壓縮空氣，保證整個系統的氣密性和列車通過曲線時的靈活性［1］.目前無論是城市軌道交通車輛，還是鐵路客貨車輛的檢修，車輛制動軟管試驗基本上都采用手動方式進行、在一次對多個軟管進行試驗時，裝夾軟管較麻煩;試驗結果需人工讀取，數據誤差較大;試驗數據記錄在紙質檢修工藝卡上，不便于長期保存和存檔管理.為提高工作效率，便于現場管理及質量控制，研制了一種微機控制制動軟管檢測裝置.該裝置實現了試驗軟管的快速卡裝以及試驗結果的存儲、查詢和打印功能，可實現自動或手動兩種操作方式.控制試驗過程，可實時顯示試驗時間，壓力變化曲線，試驗壓力等［2］.

1 微機控制制動軟管檢測裝置方案設計

圖1 微機控制制動軟管檢測裝置總體方案框圖Fig.1 The device diagram of microcomputer control brake hose detection device

微機控制制動軟管檢測裝置總體方案設計如圖1所示.該設計方案由機械部分、電氣控制系統和控制軟件3部分組成.根據鐵路行業標準，城軌交通車輛使用的軟管風壓試驗時，將制動軟管總成置于水槽內，緩慢通以600～650 kPa的壓縮空氣，保壓5 min，制動軟管總成不得發生泄漏、破裂，制動軟管發生氣泡在10 min內逐漸減少并消失者為合格;水壓試驗是在風壓試驗合格后，以1 500 kPa的水壓進行強度試驗，保壓2 min無破損、外徑無局部凸起，軟管膨脹后直徑不得大于57 mm，否則按報廢處理［3］.試驗前，控制電磁換向閥得電，驅動風缸即可實現制動軟管管口的自動封堵.風水壓試驗時，制動軟管內通入試驗要求的風壓或水壓并保持一定時間，壓力傳感器負責將采集到的試驗壓力信號變成0～5 V的電信號送往單片機系統，經A/D轉換后輸入單片機.單片機將接收到的壓力值實時顯示出來，并依據接收到的壓力數據和手工輸入的外觀檢測結果判定制動軟管試驗是否合格，將數據存儲在內部數據存儲器中可供查詢和打印.主菜單操作界面如圖2所示.

圖2 主菜單操作界面Fig.2 The main menu interface

2 機械部分設計

機械部分由不銹鋼水池、制動軟管快裝機構、風壓回路、水壓回路、增壓裝置、試驗臺架以及檢測和控制系統組成.臺架的外框采用不銹鋼制作，前后各有兩塊可拆卸的門板，臺面下面布置有系統管路和蓄水池［4］.

2.1 液體增壓裝置

為滿足試驗臺對水壓試驗壓力的要求，設置了一套液體增壓裝置.設計時，通過比較氣動液壓泵與電動泵兩種方案，氣動液壓泵具有可保持在任何預定壓力下，不再消耗能量和產生熱量;連續啟停，不受限制;輕便可靠，易于維護，壓力線性輸出，容易人工控制，自動補壓等優點.因此選用可調高壓水泵作為增壓裝置.

增壓時，由可調高壓水泵將循環水箱內的水加壓，經單向閥、1#電磁閥后送入制動軟管.為保護可調高壓水泵的安全，增壓裝置中設有溢流閥.

2.2 制動軟管試驗臺及快裝機構

制動軟管試驗臺采用不銹鋼結構.分上下兩部分.上部分為一個1 560×930×980 mm的水池.兩端為制動軟管安裝卡具，一端采用制動軟管連接器連接卡具.根據軌道車輛和鐵道車輛制動軟管的規格不同，設計了兩套安裝卡具，試驗時根據軟管的不同，安裝相應的連接卡具;另一端設計了一套氣動快裝卡具.由兩個氣缸驅動8個氣動閥門開閉，可實現制動軟管接頭的快速封堵.試驗臺下部布置有氣體連接管路，上水、排水連接管路及可調高壓水泵，循環水箱等.制動軟管試驗臺如圖3所示.

圖3 制動軟管試驗臺組成圖Fig.3 The composition graph of brake hose test stand

3 電氣控制系統設計

電氣控制系統采用PIC16F877單片機作為控制系統的核心，由壓力采集電路、電磁閥控制電路、控制柜、電機、電源等部分組成.

電磁閥控制電路由繼電器板驅動電磁閥工作.本裝置設置了4個電磁閥.1#電磁閥用來控制高壓水的通斷;2#電磁閥控制風壓的通斷;3#電磁閥控制循環水箱排水;4#電磁閥控制試驗臺水箱排水.

控制柜內裝PIC16F877單片機、繼電器板、直流恒壓電源、觸摸屏、打印機及手動控制部分等.

電源包括220 V交流穩壓電源，24、12、5 V直流電源.

PIC16F877是由Microchip公司所生產開發的新產品，具有Flash program程序內存功能，可以重復燒錄程序，其ROM的容量總共是8 k words，以2 k為一個page;內部RAM總共有512個字節(00f～1FFh)，以128個字節為一個Bank，8路A/D轉換通道.

壓力數據的采集采用蚌埠勝通電子測控系統有限公司生產的STY-4型壓力變送器，傳感器精度±0.2%FS，零漂≤0.02%FS，量程0～60 MPa，輸出信號 0 ～5 V，工作電壓 24 V［5］.

試驗臺電氣控制電路如圖4所示.

圖4 電氣控制電路圖Fig.4 The electrical control circuit diagrams

4 控制系統軟件設計

本檢測裝置控制系統軟件的功能是實現試驗過程的自動控制、能夠輸入操作者工號、實驗日期和批次，能夠實時顯示實驗過程的壓力曲線并能夠打印實驗結果.控制系統軟件由初始化程序、主程序和查詢打印子程序幾部分組成.

系統初始化程序包括堆棧指針的設置、中斷源控制字設置和有關工作單元的初始化等.

主程序包括風壓試驗、水壓試驗、數據處理、數據存儲幾個功能模塊.

查詢打印子程序主要完成人機界面的合成、壓力曲線的顯示及打印輸出功能.打印機、觸摸屏與單片機之間通過中斷實現程序的調用［6］.

本檢測裝置的應用軟件采用Keil C51開發系統編寫，Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全Windows界面.具有運算速度快、目標代碼效率高、可直接實現對系統硬件控制的優點.程序流程圖如圖5所示.

5 結論

圖5 程序流程圖Fig.5 The program flow diagram

該試驗裝置可操作性強，成本低廉，檢測精度高，可滿足城軌交通車輛和鐵道車輛制動軟管試驗的要求，實現了試驗過程的自動化.整個系統有著較高的性價比，具有較強的推廣價值.

［1］張旺獅.車輛制動裝置［M］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［2］丁峰.用工控機實現的鐵路貨車制動軟管風水壓試驗系統［J］.鐵道車輛，2011(8):33-35.

［3］TB/T 3087—2003機車車輛總風軟管連接器總成［S］.北京:中國鐵道出版社.

［4］劉麗華，易毅堅.列車制動軟管試驗臺測控系統的設計［J］.液壓與氣動，2012(2):67-69.

［5］王亦軍，張桂香.智能單車試驗器微機控制系統的研制［J］.煤礦機械，2008，29(6):148-150.

［6］杜體育，陳昌煦.微機控制制動軟管風水壓機的研制［J］.鐵道機車車輛，2008，28(5):65-67.