地鐵車輛空氣彈簧性能檢測裝置的設計及驗證

杜連超（天津市地下鐵道運營有限公司,天津　300000）

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地鐵車輛空氣彈簧性能檢測裝置的設計及驗證

杜連超
（天津市地下鐵道運營有限公司,天津300000）

摘 要：深入探討地鐵車輛空氣彈簧通用性能試驗裝置設計，其測試包括氣密性與垂向靜剛度試驗。此試驗設備能夠滿足地鐵運營公司維修部門對空氣彈簧性能的檢測需求，為地鐵車輛維護人員在開展空氣彈簧檢修和保養中掌握空氣彈簧狀態提供有效的檢測方法。

關鍵詞：地鐵車輛；空氣彈簧；試驗裝置

1　引言

當前，我國地鐵車輛所采用的空氣彈簧類型較多，但是性能參數存在一定差別，因此對地鐵車輛檢修過程帶來了很多不便。現階段，地鐵車輛空氣彈簧維護檢修并沒有一個有效科學的檢測方法，一般都是利用目視、手觸與擦拭肥皂液等手段進行初步測試，并無法準確地斷定空氣彈簧可否可以繼續使用。考慮到地鐵車輛運行的安全需要，空氣彈簧沒有超過理論規定壽命就被迫更換的情況比較多，導致嚴重的物料浪費，造成經濟損失，因此開發設計一套行之有效的空氣彈簧檢測系統時分必要。

2　試驗裝置的組成

試驗裝置包括機械系統、氣路系統以及測控系統三部分構成。

（1）機械系統：主要是用來完成空氣彈簧垂向靜載荷的模擬施加，模擬載荷值根據車輛運行的實際工況進行模擬，包括AW0(空載)、AW1(滿載)、AW2(額定荷載)、AW3(超載)四種工況，在這四種工況下所計算出的空氣彈簧所承受的載荷。

（2）氣路系統：主要是用來完成空氣彈簧的附加氣室充氣功能，包括承載機架、附加氣室、氣路管件、電磁閥等部件構成。

（3）測控系統：主要是用來根據試驗要求來實現伺服電機控制，氣路系統的充氣與排氣，并且采集傳感器電信號，輸入軟件系統，并經過數據處理在可視化界面進行顯示。測控系統包括硬件與軟件兩部分。

1）測控系統硬件部分。硬件部分由工控機、交流伺服電機、電流傳感器、電壓傳感器、運動控制板卡、數據采集模塊組成。該部分以工控機、運動控制板卡、數據采集模塊為核心，依靠外圍接口電路與計算機相連，通過人機界面的操作實現運動執行機構以及各傳感器的信號轉換盒數據采集形成閉環控制環路，從而實現空氣彈簧各個性能參數的精確測量。

2）測控系統軟件部分。軟件部分選取圖形化編程語言LabView進行人機界面的實現，利用模塊化的編程方法來實現軟件系統。依據空氣彈簧性能參數的檢測需求，軟件部分主要分為六個功能模塊:系統設置模塊、工況設置模塊、充氣與排氣控制模塊、氣密性測試模塊、靜剛度測試模塊、數據存儲查詢模塊。

3　空氣彈簧試驗裝置性能驗證

試驗裝置設計完成后采用目前常用SYS400B型空氣彈簧進行氣密性試驗和靜剛度試驗兩項功能的檢測，并通過該試驗對所設計的試驗裝置的性能效果以及精度進行現場驗證。

3.1空氣彈簧氣密性試驗

（1）基本試驗標準：在持續15min內進行保壓試驗，在保壓試驗過程中，空氣彈簧膠囊中氣壓下降值標準≤10Kpa。

（2）試驗方法。1）空氣彈簧整體高度控制在標準高度H0(360mm)，通過實驗裝置進行充氣，使空氣彈簧膠囊內氣壓值達到790Kpa，并保壓30秒；2）釋放空氣彈簧膠囊中的一部分空氣，將氣壓降低至500Kpa，持續保壓15min，測量記錄該保壓時間內空氣彈簧膠囊內的氣壓降低值，通過測試，氣壓降低值為8.5Kpa；3）試驗結果：最后5min的氣壓下降值為8.5KPa≤10Kpa，證明該空氣彈簧的氣密性指標合格。

3.2 空氣彈簧的垂向靜剛度試驗

（1）基本試驗標準：垂向加載振幅：±5、±10mm兩種；垂向載荷：120KN、90KN，60KN，45KN；垂向加載速度:5±0.5(mm/s)。

試件合格標準:根據測試結果對垂向靜剛度測試進行效果驗證，靜垂向剛度試驗值與理論值進行比較分析，其剛度差距量≤20%。

（2）試驗步驟：1）空氣彈簧整體高度控制在標準高度H0(360mm)，通過實驗裝置進行充氣，將空氣彈簧的載荷調整到AW3工況(120KN)，在這種載荷工況下按照振幅a=±5mm循環施加壓力5次；2）在第5次施加壓力后，在AW3工況(120KN)載荷壓力下保持15min，記錄所測試空氣彈簧垂向靜剛度值；3）按上述步驟第二次試驗按照振幅a=±10mm循環施加壓力5次進行試驗；4）按照上述步驟，分別在AW2工況(90KN)、AW1工況(60KN)以及AW0工況(45KN)下對空氣彈簧進行壓縮與拉伸試驗；

（3）試驗結果。SYS400B型空氣彈簧垂向靜剛度數值如圖1所示。

垂向靜剛度試驗數據同標準數值進行對比分析，可說明：被試空氣彈簧在120KN、90KN、60KN、45KN四種不同工況載荷下所測試的垂向靜剛度值均符合標準。

4　結束語

地鐵車輛空氣彈簧性能參數試驗裝置的設計，可以滿足國內大部分地鐵車輛所使用的多種型號空氣彈簧的多項性能參數的測試需求，通過系統驗證表明該試驗裝置穩定可靠、數據測試精確。該空氣彈簧試驗裝置的通入使用可以為地鐵車輛運營公司維修部門空氣彈簧的檢修提供科學有效檢測手段，提高地鐵車輛維修部門工作效率，降低維修成本。

參考文獻：

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作者簡介：杜連超（1982-），男，中級工程師，主要從事：地鐵車輛故障檢修及維護保養工作。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.202