鐵路液壓救援設(shè)備液壓性能測試裝置硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

于永生，馬 林

（大秦鐵路股份有限公司科學(xué)技術(shù)研究所，山西 太原 030013）

引言

在鐵路事故救援設(shè)備中，液壓救援設(shè)備憑借簡單、實(shí)用、快捷等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于鐵路事故救援現(xiàn)場。但是目前相關(guān)管理和使用部門難以掌握這些設(shè)備的性能是否符合使用要求，如果將存在故障的設(shè)備用于救援現(xiàn)場，使用過程中可能會(huì)出現(xiàn)無法頂起重物、頂起的重物非正常下落油缸爆裂等危險(xiǎn)現(xiàn)象，造成救援時(shí)間的延誤，或?qū)е露问鹿剩踔镣{作業(yè)人員的生命安全。針對于這些液壓救援設(shè)備，外觀的機(jī)械損傷用肉眼容易判斷，但是影響液壓性能的液壓故障無法直接判別。研制應(yīng)用鐵路液壓救援設(shè)備性能檢測裝置可以有效解決上述問題，為鐵路救援設(shè)備的有效管理和應(yīng)用提供行之有效的檢測依據(jù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與組成

系統(tǒng)測試功能包括液壓泵站測試和液壓油缸測試兩大部分，通過換向閥、截止閥、調(diào)壓閥等控制液壓管路的通斷和壓力值，使用壓力傳感器檢測測試回路的壓力，使用流量傳感器檢測測試回路的液壓油輸出流量值，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將傳感器信號(hào)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳送給主機(jī)系統(tǒng)檢測軟件，檢測軟件按相應(yīng)的轉(zhuǎn)換規(guī)則將數(shù)據(jù)計(jì)算為流量、壓力、位移數(shù)值并存入數(shù)據(jù)庫，供分析和查詢。檢測過程中，數(shù)據(jù)顯示界面實(shí)時(shí)顯示各測量參數(shù)的數(shù)值。原理如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)組成原理圖

2 實(shí)施方案

2.1 液壓測試回路設(shè)計(jì)

泵站檢測主要實(shí)現(xiàn)泵站的保壓性能（密封性能）、工作流量、工作壓力及輸出功率等參數(shù)的檢測功能；油缸檢測主要實(shí)現(xiàn)油缸有桿腔和無桿腔的保壓性能（密封性能）參數(shù)的檢測，利用油缸的檢測也可以實(shí)現(xiàn)液壓油管的性能檢測。設(shè)計(jì)中需要考慮現(xiàn)場使用人員的錯(cuò)誤操作，不應(yīng)對裝置和被測泵站產(chǎn)生損壞以及人身安全造成危險(xiǎn)。

本設(shè)計(jì)使用供油模塊、壓力傳感器、截止閥、調(diào)壓閥、手動(dòng)換向閥和流量傳感器等組成液壓泵站檢測回路和油缸檢測回路。各部件設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，泵站檢測設(shè)計(jì)原理如圖2所示，油缸檢測設(shè)計(jì)原理如圖3所示。

表1 液壓泵站測試回路部件設(shè)計(jì)參數(shù)表

圖2 泵站測試回路設(shè)計(jì)原理圖

圖3 油缸測試回路設(shè)計(jì)原理圖

供油模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能是保證測試回路只能進(jìn)行單向測試，反向處于暢通狀態(tài)，防止使用者將進(jìn)油管和回油管錯(cuò)誤連接時(shí)高壓液壓油逆向進(jìn)入測試回路發(fā)生危險(xiǎn)。

截止閥設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能是正向截止、反向暢通。對液壓泵站檢測時(shí)用于切斷被測泵站的液壓油回路，配合被測泵站的停機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)被測泵站保壓參數(shù)的檢測功能；對油缸檢測時(shí)用于切斷油缸的回油通路，實(shí)現(xiàn)油缸有桿腔和無桿腔的保壓檢測。

調(diào)壓閥的作用是測試調(diào)節(jié)回路的壓力值，對液壓泵站檢測時(shí)實(shí)現(xiàn)等效模擬為被測試泵站加載負(fù)載的功能，配合流量傳感器可測量泵站在不同壓力下的實(shí)時(shí)流量值,通過軟件計(jì)算被測泵站在不同壓力時(shí)的實(shí)時(shí)輸出功率；對油缸檢測時(shí)用來調(diào)整系統(tǒng)向油缸供油的工作壓力，配合截止閥的截止功能操作，實(shí)現(xiàn)油缸在不同壓力下的保壓檢測。

流量傳感器用來測量被測泵站供出液壓油的實(shí)時(shí)流量，由于其工作壓力不能超過2 MPa，所以被設(shè)計(jì)在泵站測試回路的回油口側(cè)，該處工作壓力不會(huì)超過1 MPa。

壓力傳感器用于檢測測試回路的壓力值，由于鐵路液壓救援設(shè)備的額定工作壓力不超過63 MPa，所以壓力傳感器選擇的量程為0～80 MPa。

2.2 模數(shù)/轉(zhuǎn)換單元設(shè)計(jì)

模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元將數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中使用了4只壓力傳感器和1只流量傳感器，傳感器輸出信號(hào)均為4～20 mA，所以模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元需要5個(gè)電流信號(hào)采集轉(zhuǎn)換通道。本設(shè)計(jì)中選用中泰研創(chuàng)公司生產(chǎn)的7468B型采集卡，轉(zhuǎn)換分辨率為16位，最大采樣速度為100 kHz，工作模式通過軟件設(shè)定。

2.3 檢測軟件

檢測軟件使用Visual C# 2008.net+Access數(shù)據(jù)庫開發(fā)，軟件包括液壓泵站檢測、油缸檢測、液壓油管檢測、數(shù)據(jù)查詢與打印、用戶管理等模塊，具有人性化操作界面和操作提示，在進(jìn)行檢測操作時(shí)，操作者可以在界面上看到該步操作的具體方法和步驟，方便使用者對鐵路液壓救援設(shè)備的檢測和管理。

3 應(yīng)用情況

鐵路液壓救援設(shè)備的維護(hù)和檢測通常是空載運(yùn)行設(shè)備，通過人眼觀察壓力表及設(shè)備外觀是否漏油的方式判斷設(shè)備的性能是否正常。這種傳統(tǒng)簡易方式難以發(fā)現(xiàn)設(shè)備在負(fù)載情況下的動(dòng)態(tài)性能故障，無法滿足目前鐵路救援設(shè)備管理工作的需要。該檢測裝置研制成功后，抽取部分鐵路救援用液壓泵站和油缸進(jìn)行了檢測，檢測中發(fā)現(xiàn)少數(shù)設(shè)備存在性能不符合使用要求的情況。本文選取其中一個(gè)液壓泵站的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該被測泵站平時(shí)可以正常的驅(qū)動(dòng)油缸，使用者認(rèn)為可以正常使用。

該泵站技術(shù)條件標(biāo)明其功率是2.2 kW，額定壓力是63 MPa，6 MPa時(shí)輸出流量為6 L/min，63 MPa壓力時(shí)輸出流量為1.1 L/min。使用鐵路救援設(shè)備液壓性能檢測裝置對其進(jìn)行檢測，測試結(jié)果如圖4所示，可以看出這個(gè)泵站的最大輸出工作壓力是56 MPa，最大輸出功率是1.2 kW，高、低壓供出最大流量是0.9 L/min和3.2 L/min，這表明該泵站的輸出驅(qū)動(dòng)能力不足，未達(dá)到其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；在保壓時(shí)間設(shè)為300 s保壓檢測中，檢測初始值為56 MPa，300 s后壓降為25 MPa。通過這個(gè)檢測說明泵站的保壓密封性能不良，在驅(qū)動(dòng)大負(fù)載油缸時(shí)，油缸起升到位，泵站供油手柄轉(zhuǎn)至中位后，由于其超高壓狀態(tài)保壓能力不足，會(huì)導(dǎo)致油缸頂起的重物下落，如在救援現(xiàn)場應(yīng)用，存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

鐵路事故救援設(shè)備的工作性能直接影響事故救援現(xiàn)場的工作效率和作業(yè)安全，其使用、管理者必須保證這些設(shè)備處于良好的使用狀態(tài)。鐵路救援設(shè)備液壓性能檢測裝置針對鐵路液壓救援設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際工作情況，設(shè)計(jì)針對性強(qiáng)、適用高效的檢測項(xiàng)目，能夠可靠檢測液壓救援設(shè)備的重要性能參數(shù)，為設(shè)備使用管理部門提供設(shè)備工作狀態(tài)依據(jù)，從而可有效避免將壞損的液壓救援設(shè)備用于救援現(xiàn)場，提高鐵路液壓救援設(shè)備使用效率和維護(hù)工作質(zhì)量。

圖4 液壓泵站的檢測時(shí)的軟件界面