鐵路貨車多型號(hào)單元式制動(dòng)缸微控試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

王福榮

（中車集團(tuán)山東機(jī)車車輛有限公司，山東 濟(jì)南 250022）

1 設(shè)計(jì)背景

2013 年，中國鐵路總公司提出鐵路貨車制動(dòng)缸入廠復(fù)驗(yàn)與裝車前，必須進(jìn)行制動(dòng)缸試驗(yàn)，主要試驗(yàn)內(nèi)容包括。

1.1 感度試驗(yàn)

向制動(dòng)缸內(nèi)充入壓縮空氣，在制動(dòng)缸壓力30kPa（30 ～35kPa）之前，活塞應(yīng)能動(dòng)作。在制動(dòng)缸壓力80kPa（80 ～89kPa）時(shí)，活塞應(yīng)達(dá)到全行程（254±5mm）。排空缸內(nèi)壓縮空氣后，活塞應(yīng)能完全復(fù)位。

1.2 氣密性試驗(yàn)

（1）通過φ3 的孔向制動(dòng)缸內(nèi)充入80kPa（80 ～89kPa）壓縮空氣，分別在活塞行程120mm、160mm 及全行程時(shí)，壓力穩(wěn)定后保壓2min，壓力下降不大于3kPa/min。

（2）通過φ3 的孔向制動(dòng)缸內(nèi)充入600kPa（600 ～610kPa）壓縮空氣，分別在活塞行程120mm、160mm 及全行程時(shí)，壓力穩(wěn)定后保壓2min，壓力下降不大于3kPa/min。

當(dāng)時(shí)公司現(xiàn)有的制動(dòng)缸試驗(yàn)臺(tái)功能僅為實(shí)現(xiàn)充、排氣，觀察制動(dòng)缸活塞桿有無動(dòng)作，功能單一，不能滿足以上試驗(yàn)要求功能，且現(xiàn)有制動(dòng)缸試驗(yàn)臺(tái)無法匹配不同型號(hào)制動(dòng)缸。

綜上所述，現(xiàn)有裝備無法滿足鐵總文件要求，且適用性不高，需重新設(shè)計(jì)并制作用于多種型號(hào)單元式制動(dòng)缸感度試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)的試驗(yàn)臺(tái)。

2 方案設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是該試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)精確可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，安全簡便，工作效率高，滿足日產(chǎn)20 臺(tái)份貨車用制動(dòng)缸的試驗(yàn)要求，能適應(yīng)多種鐵路貨車單元式制動(dòng)缸，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可信可靠；

初步設(shè)計(jì)方案如下：

該試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)設(shè)置焊接結(jié)構(gòu)底座，該底座上平面應(yīng)設(shè)置限位單元和調(diào)節(jié)單元，限位單元和調(diào)節(jié)單元之間配合設(shè)置可移動(dòng)的運(yùn)輸單元。

調(diào)節(jié)單元設(shè)計(jì)依次并列設(shè)置多個(gè)調(diào)節(jié)擋板和分型擋板，分型擋板可更換，調(diào)節(jié)擋板可翻轉(zhuǎn)，試驗(yàn)臺(tái)通過調(diào)節(jié)單元的設(shè)置，可根據(jù)制動(dòng)缸的型號(hào)、大小和行程選擇合適的分型擋板和調(diào)節(jié)擋板，分型擋板可以區(qū)分同類型、不同大小型號(hào)的制動(dòng)缸，調(diào)節(jié)擋板可以調(diào)節(jié)同一制動(dòng)缸的不同試驗(yàn)行程，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)要求。

限位單元和調(diào)節(jié)單元應(yīng)相對設(shè)置在底座上，限位單元和調(diào)節(jié)單元之間放置制動(dòng)缸。限位單元底座上側(cè)部應(yīng)設(shè)置限位板，限位板表面設(shè)置應(yīng)設(shè)置防止損傷制動(dòng)缸后座板表面漆膜和標(biāo)牌的墊板。

運(yùn)輸單元主體為移動(dòng)式小車車體，小車車體上設(shè)置頂部帶有V 型卡槽的支座，卡槽處也應(yīng)設(shè)置防止擦傷制動(dòng)缸筒體外表面漆膜防磨墊板。

設(shè)計(jì)整體系統(tǒng)內(nèi)還包括專用微機(jī)控制系統(tǒng)、專用試驗(yàn)軟件和風(fēng)動(dòng)管路控制系統(tǒng)，微機(jī)控制系統(tǒng)與制動(dòng)缸通過風(fēng)動(dòng)管路控制系統(tǒng)連接，采用壓力傳感器傳遞控制信號(hào)。

該試驗(yàn)臺(tái)的預(yù)想操作方法為：

（1）將限位單元和調(diào)節(jié)單元固定支撐于底座上，保證限位單元水平中心線與分型擋板、調(diào)節(jié)擋板工作面中心重合；

（2）將制動(dòng)缸水平放置在運(yùn)輸單元上，運(yùn)輸單元將其移動(dòng)至限位單元和調(diào)節(jié)單元之間設(shè)定位置處，制動(dòng)缸后座板與限位單元的防磨墊板貼合，目測保證制動(dòng)缸中心軸線與限位單元水平中心線、分型擋板、調(diào)節(jié)擋板的工作面中心重合；

（3）按照80kPa/600kPa 兩檔壓力分別對制動(dòng)缸進(jìn)行感度試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)要求選擇對應(yīng)的分型擋板和調(diào)節(jié)擋板與制動(dòng)缸配合，實(shí)現(xiàn)行程調(diào)整。

設(shè)計(jì)方案圖，見圖1、2。

圖1

圖2

圖1 為制動(dòng)缸試驗(yàn)臺(tái)的整體組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a 為旋壓式制動(dòng)缸試驗(yàn)臺(tái)底座結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b 為C 型制動(dòng)缸試驗(yàn)臺(tái)底座結(jié)構(gòu)示意圖；圖2c 為DAB 型制動(dòng)缸試驗(yàn)臺(tái)底座結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，4 限位單元底座，5 限位板,6 防磨墊板,7 調(diào)節(jié)單元底座，8 分型擋板，9 調(diào)節(jié)擋板,10 轉(zhuǎn)軸，11 小車車體，12 支座，13 防磨墊板。

3 設(shè)計(jì)方案具體實(shí)施

由于鐵路貨車用單元式制動(dòng)缸有多種結(jié)構(gòu)形式，因此該試驗(yàn)臺(tái)主要通過可更換的底座保證結(jié)構(gòu)差異較大的制動(dòng)缸能夠進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)本公司所產(chǎn)貨車類型，底座現(xiàn)有旋壓式制動(dòng)缸試驗(yàn)臺(tái)底座（圖2a）、C 型制動(dòng)缸試驗(yàn)臺(tái)底座（圖2b）、DAB 型制動(dòng)缸試驗(yàn)臺(tái)底座（圖2c）等幾種，可根據(jù)制動(dòng)缸的具體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)適用的試驗(yàn)底座，底座本體均為鋼結(jié)構(gòu)組焊件，具有足夠的強(qiáng)度和安全措施，保證試驗(yàn)的安全性和試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

限位單元和調(diào)節(jié)單元為通用結(jié)構(gòu)形式，與底座上平面組焊連接，對所用材料和焊接全過程明確要求，保證其結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度承受制動(dòng)缸多次試驗(yàn)壓力和推力。

現(xiàn)結(jié)合圖示，具體設(shè)計(jì)實(shí)施方案如下：

在圖1 中，調(diào)節(jié)擋板9 和分型擋板8 由轉(zhuǎn)軸10 處轉(zhuǎn)動(dòng)，可將不適用的擋板翻轉(zhuǎn)至非工作位，而適用的擋板處于工作位與制動(dòng)缸配合。轉(zhuǎn)軸10 與調(diào)節(jié)擋板9、分型擋板8 二者的連接點(diǎn)偏于調(diào)節(jié)擋板9、分型擋板8 二者中心。可以保證轉(zhuǎn)動(dòng)至非工作位的擋板不會(huì)干涉其他擋板和制動(dòng)缸的正常工作。

分型擋板8 具有不同厚度，用于區(qū)分同類型不同大小型號(hào)的制動(dòng)缸，調(diào)節(jié)擋板9 具有不同厚度，按照一定順序依次反正，即可調(diào)節(jié)同一制動(dòng)缸的不同試驗(yàn)行程，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)要求，轉(zhuǎn)軸10 為分型擋板8 和調(diào)節(jié)擋板9 的旋轉(zhuǎn)中心，用于減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，調(diào)節(jié)單元整體具有足夠的強(qiáng)度承受制動(dòng)缸試驗(yàn)壓力。

限位單元的限位板作為制動(dòng)缸體后座的定位板，其定位面為制動(dòng)缸推桿體行程計(jì)算基準(zhǔn)，限位單元整體具有足夠的強(qiáng)度承受制動(dòng)缸試驗(yàn)壓力。限位單元為組焊件，對多種型號(hào)單元式制動(dòng)缸缸體后座板進(jìn)行定位，防止軸向竄動(dòng)，承受軸向反壓力。

如圖1 所示，運(yùn)輸單元的小車具有足夠的強(qiáng)度和靈活性，便于將制動(dòng)缸運(yùn)輸?shù)较尬粏卧驼{(diào)節(jié)單元之間的指定試驗(yàn)位置，支座固定在小車車體的特定位置，用于支撐制動(dòng)缸筒體。運(yùn)輸單元的不同高度V 型卡槽能夠適應(yīng)不同型號(hào)的制動(dòng)缸，一個(gè)小車能夠?qū)崿F(xiàn)至少1 臺(tái)試驗(yàn)制動(dòng)缸運(yùn)輸功能。卡槽處設(shè)置防磨尼龍墊板，能夠有效防止擦傷制動(dòng)缸筒體外表面漆膜。

試驗(yàn)臺(tái)的微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置在底座一側(cè)，其風(fēng)動(dòng)管路通過法蘭和接頭體與制動(dòng)缸連接。該微機(jī)控制系統(tǒng)包括專用試驗(yàn)控制程序、輸出、檢測、工位、氣動(dòng)控制管路等，控制與調(diào)節(jié)試驗(yàn)壓力，監(jiān)控試驗(yàn)過程，采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，輸出試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)程序過程控制和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的紙質(zhì)表格輸出，保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，程序設(shè)計(jì)擴(kuò)展性好，可適應(yīng)多種型號(hào)和試驗(yàn)過程的制動(dòng)缸氣密性試驗(yàn)。

4 結(jié)語

本次設(shè)計(jì)的鐵路貨車單元式制動(dòng)缸多型號(hào)微控試驗(yàn)臺(tái)軟件與硬件部分均為完全自主設(shè)計(jì)與制造，經(jīng)過近六年的貨車實(shí)際生產(chǎn)考驗(yàn)，能夠按照鐵總運(yùn)要求，圓滿完成鐵路貨車制動(dòng)缸入廠復(fù)驗(yàn)與裝車前的感度試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)，制動(dòng)缸換型時(shí)，僅需在對應(yīng)型號(hào)底座上進(jìn)行試驗(yàn)即可。該試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，試驗(yàn)過程安全可靠，試驗(yàn)軟件運(yùn)行流暢，試驗(yàn)輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可信，具有良好的擴(kuò)展性，柔性程度高，根據(jù)不同型號(hào)制動(dòng)缸的外形和試驗(yàn)要求，采用對應(yīng)的底座和微機(jī)控制程序，配合相同結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)單元、限位單元和運(yùn)輸單元，即可實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)制動(dòng)缸的試驗(yàn)功能，經(jīng)濟(jì)性很好。