地鐵車輛空氣制動管路保壓試驗的改進方案

孟 林，王在偉

（鄭州中車四方軌道車輛有限公司，河南 滎陽 450100）

引言

城市軌道交通車輛一般采用電制動（包括再生制動和電阻制動，將動能轉(zhuǎn)化為電能）和摩擦制動（又稱作空氣制動，將動能轉(zhuǎn)化為熱能）相互協(xié)調(diào)配合的制動方式，制動系統(tǒng)優(yōu)先采用電制動，隨著列車速度的降低，當電制動力不能滿足制動需求時，所有的制動力則由空氣制動來承擔[1]。空氣制動是地鐵車輛制動方式之一，是以壓縮空氣作為制動原動力，以改變壓縮空氣的壓強來操縱控制列車的制動[2]。

地鐵車輛空氣制動系統(tǒng)通過不銹鋼管將供氣單元、制動控制模塊、基礎(chǔ)制動裝置等設(shè)備連接成一個整體，系統(tǒng)的氣密性直接影響空氣制動功能的實現(xiàn)。制動系統(tǒng)的氣密性要求為，系統(tǒng)（主氣缸、制動管路、氣動門、空氣懸掛、電空裝置等）的壓力值在關(guān)閉氣路后，5 min 內(nèi)下降不超過20 kPa[3]。單車管路的氣密性試驗一般要求為在880 kPa±10 kPa 壓力范圍內(nèi)，5 min 內(nèi)壓降不超過10 kPa。在車輛制造過程中，單車車輛的制動管路和制動設(shè)備組裝完畢后，使用管路保壓試驗臺進行單車的制動管路氣密性試驗。車輛編組后，依據(jù)制動系統(tǒng)靜調(diào)技術(shù)條件，也會對整列車的風缸、制動管路、用風設(shè)備進行氣密性試驗。單車制動管路氣密性試驗的結(jié)果對整車靜調(diào)有直接影響。本文針對單車制動管路氣密性試驗方案中發(fā)現(xiàn)的問題進行了分析研究和優(yōu)化改進，使單車保壓試驗結(jié)果準確可靠，可有效支持列車靜態(tài)調(diào)試的順利進行。

1 單車管路保壓常規(guī)試驗方案

1.1 保壓試驗臺結(jié)構(gòu)

單車制動管路氣密性試驗采用保壓試驗臺進行試驗。將系統(tǒng)壓力充至880 kPa±10 kPa 范圍，測量5 min 內(nèi)壓力下降不超過10 kPa，保壓過程中，需使用檢漏液對管接頭進行泄漏點檢查修復(fù)。保壓試驗臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1，保壓試驗臺連接0.9 MPa 氣源，試驗臺的進氣端與排氣端分別與車輛的一、二位端總風軟管連接，經(jīng)進氣電磁閥向車輛一端充氣，車輛另一端可通過排氣電磁閥進行排氣，在進氣端有一經(jīng)節(jié)流閥的排氣閥，可通過試驗臺上微排按鈕控制其進行微量排氣操作，在排氣端有一壓力傳感器，用于向試驗臺軟件程序提供實時壓力數(shù)據(jù)采集。

圖1 保壓試驗臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2 保壓試驗準備

單車制動管路安裝完畢后，車輛落成至轉(zhuǎn)向架前，將保壓試驗臺與試驗風源連接，進氣端和排氣端分別與車輛一、二位端的總風軟管連接，見下頁圖2中2 根W02 總風軟管。將制動軟管、停放制動軟管端口用堵頭封堵，見圖2 中4 根B40 制動軟管、2 根B41 停放制動軟管。向上調(diào)整高度閥連桿至高位，使高度閥V、P 口相通（壓縮空氣可經(jīng)V 口進、P 口出充入空簧進氣座），將空簧進氣座封堵（圖中未示，空簧進氣座位于高度閥與空氣彈簧之間位置）。之后即可啟動保壓試驗臺保壓程序。

圖2 某地鐵車輛M 車氣路原理圖

1.3 保壓操作過程

點擊試驗臺電腦界面保壓程序中“試驗準備”，設(shè)置好車輛類型、車輛編號、試驗部位等信息，手動將系統(tǒng)壓力升為900 kPa 以上，點擊“試驗開始”運行自動保壓程序，然后點按試驗臺上微排氣按鈕，對系統(tǒng)進行排氣，將系統(tǒng)壓力降為試驗開始壓力880 kPa，程序監(jiān)測到880 kPa 壓力即自動開始保壓計時，保壓過程中，程序?qū)崟r顯示系統(tǒng)壓力，5 min 后保壓試驗程序結(jié)束，壓降為880 kPa 減去保壓試驗結(jié)束時壓力。

2 存在的問題項點分析

2.1 軟件及操作方面

保壓試驗時，從900 kPa 壓力降至880 kPa 的過程為一邊查看顯示壓力一邊手動點按微排氣按鈕，存在保壓程序已監(jiān)測到880 kPa 開始計時，而操作者仍未松開微排氣按鈕的情況，不能精準控制系統(tǒng)壓力與程序開始壓力880 kPa 保持一致，手動操作排氣存在此弊端。且由于試驗臺壓力傳感器位于排氣口處，監(jiān)測的壓力值為系統(tǒng)末端壓力，當程序監(jiān)測到880 kPa 壓力時，實際整個系統(tǒng)壓力尚未達到均衡狀態(tài)，此時從保壓程序界面持續(xù)監(jiān)測，會出現(xiàn)壓力值回升情況，在系統(tǒng)氣密性非常良好時，系統(tǒng)壓力均衡后，會出現(xiàn)試驗結(jié)束壓力大于880 kPa 的情況，即保壓結(jié)果出現(xiàn)壓升情況。操作人員為了得到壓力差為正值，一種方法是在保壓程序5 min 即將結(jié)束時，看界面顯示壓力值仍然在880 kPa 以上，操作微排按鈕進行放氣將系統(tǒng)壓力降至880 kPa 以下；另一種方法是在從900 kPa 壓力手動降壓到880 kPa 時多進行排氣。此兩種操作都使試驗數(shù)據(jù)不準確，未能真實反映保壓試驗結(jié)果。

2.2 保壓程序方案方面

制動系統(tǒng)壓力先升至900 kPa，然后從900 kPa降至880 kPa 時開始保壓，從圖2 氣路原理圖中可以看出，由于制動控制裝置內(nèi)有單向閥B02，單向閥B02 在上游壓力降至880 kPa 后，下游的壓力仍然維持在900 kPa 水平。所以此方案由于存在手動降壓過程，可以得知單向閥B02 下游壓力在5 min 內(nèi)只要壓降不超過30 kPa，即可得到氣密性試驗通過的結(jié)果。此保壓方案并不能可靠檢測到B02 下游管路系統(tǒng)的壓降5 min 內(nèi)不超過10 kPa，需優(yōu)化取消降壓過程。

3 壓力穩(wěn)定時間驗證

對某車輛進行了2 次保壓試驗，在保壓試驗過程中，記錄整個保壓程序5 min 范圍內(nèi)試驗臺顯示壓力數(shù)據(jù)，同時使用Druck DPI 705 數(shù)字壓力表（精度±1%FS）從管路測試點實測系統(tǒng)總風壓力，每隔30 s 記錄一次壓力值數(shù)據(jù)，試驗數(shù)據(jù)見表1，數(shù)據(jù)折線圖見下頁圖3。對采集的試驗數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果顯示，試驗臺保壓程序開始后的保壓過程中，系統(tǒng)壓力會有一個出現(xiàn)小幅回升或壓力恒定的現(xiàn)象的過程，此過程時間約3 min 左右，待此壓力穩(wěn)定過程結(jié)束后，所測得的數(shù)據(jù)方可反應(yīng)系統(tǒng)真實壓力。

圖3 保壓試驗臺顯示壓力與實測壓力數(shù)據(jù)折線圖

表1 保壓試驗臺顯示壓力與實測壓力數(shù)據(jù)

4 優(yōu)化改進方案

綜合以上問題，對保壓程序確定優(yōu)化改進方案，在保壓程序中需要增加一個3 min 以上的穩(wěn)壓過程，待穩(wěn)壓過程結(jié)束系統(tǒng)壓力均衡穩(wěn)定后，方可開始保壓試驗程序，記錄保壓開始和結(jié)束的實時壓力值及壓降數(shù)據(jù)，可有效避免測試結(jié)果出現(xiàn)壓升的情況。為了可以同時檢測單向閥B02 下游的管路密封情況，將試驗開始壓力直接從0 升至880 kPa，880 kPa壓力下穩(wěn)壓結(jié)束后，開始保壓試驗，取消原有方案從900 kPa 降壓至880 kPa 的手動操作過程。

對保壓試驗臺結(jié)構(gòu)進行改造優(yōu)化，改造后的保壓試驗臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4 所示。試驗風源管路彎頭改為四通接頭，分別接出兩路經(jīng)節(jié)流閥和電磁閥的管路通路，一路接至進氣電磁閥后，一路接至排氣電磁閥后，分別用于實現(xiàn)保壓時的微量進氣和微量排氣功能。優(yōu)化后的保壓試驗方案為，將保壓試驗臺接好試驗風源，進、排氣端分別與車輛一、二位端的總風軟管連接，進氣電磁閥打開，壓縮空氣經(jīng)進氣電磁閥向車輛制動管路系統(tǒng)充氣，當壓力傳感器監(jiān)測到系統(tǒng)壓力達到程序設(shè)定壓力（870 kPa）時，進氣電磁閥關(guān)閉，與進氣節(jié)流閥連接的電磁閥打開，向車輛制動管路系統(tǒng)小流量充氣，待壓力達到設(shè)定壓力880 kPa 時，此電磁閥關(guān)閉，系統(tǒng)進入壓力穩(wěn)定階段。壓力穩(wěn)定過程中，可以通過與排氣節(jié)流閥連接的電磁閥的開啟，實現(xiàn)車輛制動管路系統(tǒng)壓力的微量降低調(diào)節(jié)。

圖4 改造后的保壓試驗臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)

對保壓試驗臺和保壓方案進行優(yōu)化改進后，取消了之前由900 kPa 到880 kPa 的壓力下降過程，有效避免了對單向閥下游的管路氣密性漏測造成后續(xù)靜調(diào)時返修的風險，提高了試驗結(jié)果的可靠性。保壓程序完全由試驗臺自動進行，消除了人為操作對試驗結(jié)果的影響，提高了試驗結(jié)果的準確性。增加了穩(wěn)壓過程，避免了試驗結(jié)果出現(xiàn)壓升的情況，同時也提升了試驗結(jié)果的準確性。

5 結(jié)論

通過對現(xiàn)有試驗方案的改進，在保壓試驗程序中增加穩(wěn)壓過程，保壓程序改為自動運行，消除了人為操作對試驗結(jié)果準確性的影響，取消了手動降壓過程以實現(xiàn)對整個管路系統(tǒng)壓力的氣密性檢測，提高了單車保壓試驗結(jié)果的準確性和可靠性，可有效避免將單車管路氣密性試驗未發(fā)現(xiàn)問題流入車輛編組靜調(diào)工序，對地鐵車輛的總組裝效率的提升也具有積極的支持意義。