淺談空氣彈簧試驗臺的改進

蔣 慶

（上海鐵路局上海車輛段，上海200070）

0 引言

客車空氣彈簧是車輛轉向架的重要部件之一，它對保持車輛平穩(wěn)運行、保證車輛運行品質起著非常重要的作用。隨著近年來高鐵客車的出現，客車車輛轉向架得到飛速發(fā)展，同時為了保證車輛的運行平穩(wěn)性，既有客車轉向架上使用的空氣彈簧型號也越來越多（表1）。

表1 既有客車轉向架上使用的空氣彈簧

需要檢測的空氣彈簧型號多、結構不盡相同，這就給維修、試驗帶來了很多困難，特別是AM96轉向架空氣彈簧結構特殊，只能進行無水風壓試驗。由于現有的人工觀察、鑒別的檢修方式已不能滿足空氣彈簧試驗要求，因此，研制一種操作簡便、安全實用且能試驗目前所有空氣彈簧的綜合試驗臺勢在必行。此次研制的試驗臺主要是根據目前使用的各型空氣彈簧的結構特點、空氣彈簧組裝技術條件和客車車輛段修規(guī)程設計的，能對目前所有型號空氣彈簧進行600 kPa風壓或氣密性試驗。

1 設計思路

國內車輛段或車輛制造廠現有的空氣彈簧試驗臺是按照普通型號空氣彈簧設計的，盡管普通空氣彈簧的充氣方式、尺寸有所不同，但充氣座均位于中心軸線上，總體結構基本一致。而隨著AM96轉向架的出現，其使用的X-1型空氣彈簧與普通空氣彈簧有了諸多不同，主要表現在其充氣座位于上平面一側，且按照其在車上安裝位置的不同，充氣座還有左右之分（圖1），這就造成了現有的空氣彈簧試驗臺完全無法對AM96轉向架上使用的X-1型空氣彈簧進行試驗。因此，急需研發(fā)新型空氣彈簧試驗臺，其不僅要適用于AM96轉向架上的X-1型空氣彈簧，還要兼容其他普通型號的空氣彈簧。

圖1 AM96轉向架空氣彈簧外形圖

針對現有空氣彈簧試驗臺在使用中存在的問題，對機械結構重新進行設計，使接口部分能適應多種空氣彈簧試驗的需要；在控制系統(tǒng)方面，以工業(yè)控制計算機為核心，實現空氣彈簧試驗數據的準確測量、自動記錄，同時能打印測試結果并可靠保存，便于信息共享、質量跟蹤和工作責任認定。系統(tǒng)要求工作穩(wěn)定、試驗準確、工作效率高，從而為空氣彈簧的性能試驗提供一種高效率、高精度、信息化的試驗設備。微機控制空氣彈簧試驗臺應用了現代檢測技術、信號處理技術、數據庫管理技術、計算機應用技術和成熟的機械設計原理等，可對我段現有的空氣彈簧進行試驗，同時建立數據檔案。

2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由機架、專用移動車、水浸裝置、氣壓系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、微機控制及測量系統(tǒng)組成，構成一套完整的試驗設備。水浸裝置、氣壓系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、微機控制及測量系統(tǒng)的工作過程，傳感器—工控機的信息傳遞及機械、電氣的互鎖均在工控機的控制下進行。受安裝場地限制，整機外型緊湊、結構合理。

3 系統(tǒng)工作原理

新型空氣彈簧試驗臺在微機控制下對檢修后的空氣彈簧進行性能試驗，微機可根據空氣彈簧型號的不同分別進行氣密性試驗，并按照不同空氣彈簧的試驗要求準確控制試驗高度。其中，液壓油缸的行程采用位移傳感器進行測量，測量精度為0.2%；空氣壓力采用高精度壓力傳感器進行測量，測量精度為0.25%；同時各傳感器對相應數據進行測量，所得數據由微機進行采樣，經處理以屏幕或表格打印輸出的形式記錄試驗結果。

4 設計方案說明

新型空氣彈簧試驗臺主要由機械裝置、電氣控制系統(tǒng)和信號檢測系統(tǒng)三部分組成。這三部分的工作過程和相互間的信息傳遞及協(xié)調均由工控機控制，其具體組成及功能如下：

4.1 機械裝置

機械裝置主要包括機架、液壓泵站、水泵、壓塊、液壓缸、空簧專用移動車、氣動系統(tǒng)等。該空氣彈簧試驗臺機械、液壓設計所要解決的主要問題有：（1）由于空簧進行風壓試驗時最大壓力值達到600 kPa，此時其結構最大受力約為20 t，考慮到機加工時的偏差及一定的冗余量，因此機架采用傳統(tǒng)、簡潔的四柱液壓結構，且設計結構強度定為大于25 t力。（2）為保持試驗臺外形美觀，結構應盡量緊湊。經理論計算校驗，機座外形確定為1 900 mm×2 000 mm×1 200 mm。（3）本試驗臺液壓站功率約3 k W，液壓系統(tǒng)規(guī)模較小，但由于是試驗設備，液壓系統(tǒng)的安全性應優(yōu)先考慮，整個系統(tǒng)不能簡化。

4.2 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)主要由DI／DO卡和PCLD-885繼電器卡等組成，具體功能如下：（1）計算機控制指令通過DI／DO數據采集卡傳遞給繼電器卡，從而實現電磁閥動作、電機旋轉和水閥開閉等功能的控制，達到自動控制的目的。（2）繼電器卡通過接收DI／DO數據采集卡的控制指令，從而實現對電磁閥的控制。

4.3 信號檢測系統(tǒng)

該空氣彈簧試驗臺的檢測信號主要有液壓油缸行程（通過位移傳感器測量，精度0.2%）和空氣壓力（通過高精度壓力傳感器測量，精度0.25%），傳感器信號直接傳輸到檢測系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)主要由一塊帶有A／D功能的PCL-818數據采集卡、一塊PCLD-8115信號轉換端子板、一個位移傳感器、2個壓力傳感器組成，具體功能如下：（1）位移傳感器把液壓油缸行程的位移量轉換成相對應的模擬電流量，壓力傳感器也把氣壓量轉換成相對應的模擬電流量。（2）PCLD-8115信號轉換端子板完成位移傳感器（或壓力傳感器）與A／D數據采集卡的信號轉換和連接，從而實現電流信號到電壓信號的轉變。（3）A／D數據采集卡把接收到的多路模擬信號轉換為數字信號，同時將數字信號存入主機內存。（4）微機系統(tǒng)對數據進行處理，保存處理數據并在屏幕上顯示。

4.4 系統(tǒng)標定

在主窗口中按下“參數設置”鍵，進入信號數顯窗口。位移傳感器和壓力傳感器的標定采用兩點法，即采集傳感器全量程范圍內約1／4和3／4處2個物理量的電壓值，并求其差值，將2個物理量的差值與電壓差值相除，得到傳感器的標定系數。由于該系數直接影響到信號檢測結果，所以需要輸入密碼才能進行標定操作。

5 系統(tǒng)特點

（1）技術可靠：總體設計構思嚴謹、組成分明、結構簡單。（2）測量精度達到要求：采用高精度壓力、位移傳感器，位移傳感器測量精度0.2%，壓力傳感器測量精度0.25%；計算機連續(xù)采樣測量，系統(tǒng)配置程序可方便地進行系統(tǒng)標定。（3）操作簡單：系統(tǒng)具有良好的使用性，控制軟件全中文界面，操作簡單。（4）系統(tǒng)采用通用電子器件和常用元器件，維修簡單、更換方便，使用成本較低。

6 結語

微機控制空氣彈簧試驗臺研制成功后，在上海車輛段投入使用，經過一段時間的驗證，運行狀態(tài)良好。該試驗臺工作穩(wěn)定、質量可靠、自動化程度高、故障率低、使用方便，具有良好的通用性，滿足了各型空氣彈簧特別是AM96轉向架上使用的X-1型空氣彈簧的試驗要求。與同類產品相比，不僅故障率低，數據精確，而且能滿足現有各型空氣彈簧的試驗需求，同時大大降低了勞動強度，提高了工作效率，因而得到了用戶的充分肯定。

［1］梁林.空氣彈簧的結構、性能及設計參數［A］.中國客車行業(yè)發(fā)展論壇2004年中國客車學術年會一汽客車產品交流會論文集［C］，2004

［2］陸海英.現代軌道交通車輛的空氣彈簧懸掛技術［J］.機車電傳動，2003（4）