城軌車(chē)輛制動(dòng)管路保壓試驗(yàn)優(yōu)化

劉春振

（鄭州中車(chē)四方軌道車(chē)輛有限公司，河南 鄭州 450100）

隨著城市城鎮(zhèn)化步伐的加快，區(qū)域面積不斷擴(kuò)大，城市軌道交通車(chē)輛已成為人們出行必不可少的公共交通工具之一。公共交通運(yùn)行的第一要素是確保乘客安全，制動(dòng)管路作為城軌車(chē)輛的重要組成部分，連接著空壓機(jī)、制動(dòng)控制裝置、風(fēng)缸、制動(dòng)缸、受電弓等核心設(shè)備，直接關(guān)系到車(chē)輛的運(yùn)行安全[1]。

一般情況下，軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)中，管路故障頻繁發(fā)生，其中以制動(dòng)系統(tǒng)漏氣最為常見(jiàn)，一旦發(fā)生該故障，可能導(dǎo)致制動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法發(fā)揮作用，甚至可能會(huì)直接導(dǎo)致車(chē)輛無(wú)法及時(shí)制動(dòng)停車(chē)[2]。制動(dòng)管路系統(tǒng)的密封性直接影響著制動(dòng)性能，組裝后的制動(dòng)管路需對(duì)其密封性進(jìn)行試驗(yàn)。制動(dòng)管路保壓試驗(yàn)作為制動(dòng)管路組裝后的一種質(zhì)量檢測(cè)手段，通過(guò)提升管路保壓試驗(yàn)檢測(cè)的準(zhǔn)確度，可進(jìn)一步保證制動(dòng)系統(tǒng)的安全，從而提高城軌車(chē)輛運(yùn)行的安全。

1 制動(dòng)管路保壓現(xiàn)狀

管路保壓設(shè)備直接從車(chē)間管道快速接口處接入900 kPa 風(fēng)源。設(shè)備的進(jìn)氣口1 連接車(chē)輛一位端制動(dòng)管路，設(shè)備的出氣口1 連接車(chē)輛二位端制動(dòng)，形成一個(gè)回路，通過(guò)在管路保壓設(shè)備管道中安裝壓力傳感器進(jìn)行壓力采集，通過(guò)對(duì)比保壓前后的壓力來(lái)判定制動(dòng)管路氣密性是否符合工藝要求。制動(dòng)系統(tǒng)管路保壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為開(kāi)始?jí)毫Γ?80±10）kPa，保壓5 min，制動(dòng)管路保壓前后壓力差小于等于10 kPa[3]。

現(xiàn)有管路保壓試驗(yàn)臺(tái)在城軌車(chē)輛管路密封性測(cè)試時(shí)，為了達(dá)到測(cè)量精度和速度的最優(yōu)化，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員在系統(tǒng)充氣到最高900 kPa 壓力值后，手動(dòng)泄壓至測(cè)試起始?jí)毫?80 kPa，開(kāi)始自動(dòng)保壓試驗(yàn)。但存在以下2 個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致試驗(yàn)顯示數(shù)值誤差：①手工泄壓存在人為因素導(dǎo)致的操作誤差，如泄壓壓力小于880 kPa 時(shí)，試驗(yàn)?zāi)J(rèn)開(kāi)始保壓前壓力還是880 kPa，進(jìn)而影響試驗(yàn)結(jié)果或造成試驗(yàn)失敗，從而增加了保壓試驗(yàn)的難度，降低了試驗(yàn)效率；②試驗(yàn)工藝流程未考慮管路系統(tǒng)的復(fù)雜性和充氣壓力的穩(wěn)定性，在手動(dòng)泄壓至試驗(yàn)開(kāi)始?jí)毫螅⒓醋詣?dòng)啟動(dòng)保壓試驗(yàn)，缺少穩(wěn)壓過(guò)程，且壓力傳感器的安裝位置靠近進(jìn)氣口1 處會(huì)出現(xiàn)短時(shí)的壓力波動(dòng)，最終導(dǎo)致試驗(yàn)理論顯示結(jié)果與實(shí)際結(jié)果存在差距。

2 管路保壓試驗(yàn)優(yōu)化

針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)對(duì)管路保壓試驗(yàn)臺(tái)氣路結(jié)構(gòu)、快慢充邏輯、穩(wěn)壓過(guò)程、自動(dòng)判定結(jié)果、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示等方面進(jìn)行軟硬件改造，提升保壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。

在試驗(yàn)開(kāi)始后，系統(tǒng)打開(kāi)快速進(jìn)氣閥快速進(jìn)氣至系統(tǒng)最低壓力870 kPa，然后自動(dòng)切換至慢速進(jìn)氣達(dá)到試驗(yàn)開(kāi)始?jí)毫?80 kPa，進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)壓計(jì)時(shí)5 min，管路內(nèi)壓力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，開(kāi)始保壓試驗(yàn)計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)開(kāi)始后首先記錄開(kāi)始?jí)毫χ?，不斷檢測(cè)記錄壓力變化，保壓計(jì)時(shí)5 min 結(jié)束后，計(jì)算結(jié)束壓力和開(kāi)始?jí)毫χ?，差值小于等于設(shè)定值10 kPa 時(shí)，則自動(dòng)判定試驗(yàn)結(jié)果合格。具體措施如下。

2.1 氣路結(jié)構(gòu)改造

在現(xiàn)有管路保壓裝置進(jìn)氣口處設(shè)置增壓閥和氣動(dòng)調(diào)壓閥，增壓閥為2 倍增壓，最大增壓壓力為1.6 MPa。進(jìn)口壓力為600 kPa 時(shí)流量不小于150 L/min。當(dāng)外部風(fēng)源壓力低于保壓試驗(yàn)壓力時(shí)，增壓閥動(dòng)作給試驗(yàn)管路增壓供風(fēng)。通過(guò)此改進(jìn)，可與車(chē)間風(fēng)動(dòng)工具共用600 kPa 風(fēng)源，避免了前期管路保壓試驗(yàn)時(shí)需單獨(dú)啟動(dòng)900 kPa 風(fēng)源造成資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。

通過(guò)提供兩路獨(dú)立的試驗(yàn)通道，每路試驗(yàn)通道提供快慢進(jìn)氣管路、排氣管路。每個(gè)管路的進(jìn)排氣功能分別由電磁閥控制。所有氣路電磁閥由工控機(jī)I/O 口通過(guò)繼電器控制，壓力傳感器模擬量輸出信號(hào)由工控機(jī)的模擬量板卡接收并轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。

快充管路與慢充管路采用不同規(guī)格，快充管路規(guī)格為34 mm×3.5 mm，慢充管路規(guī)格為12 mm×1.5 mm，通過(guò)管路的截面大小及電磁閥的開(kāi)關(guān)流量的大小控制氣體的流量。具體原理如圖1 所示。

圖1 管路快慢充氣原理

2.2 快慢充

通過(guò)微機(jī)控制模塊控制快充電磁閥開(kāi)啟自動(dòng)充風(fēng)作業(yè)。當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)到車(chē)輛空氣管路系統(tǒng)充風(fēng)至最低要求壓力（870 kPa，壓力值可設(shè)定），快充電磁閥跳至關(guān)閉位。微機(jī)控制模塊控制慢充電磁閥開(kāi)啟，進(jìn)行慢速充風(fēng)，將車(chē)輛空氣管路系統(tǒng)充風(fēng)至最高壓力（880 kPa，壓力值可設(shè)定），微機(jī)控制模塊控制慢充電磁閥跳至關(guān)閉位。此時(shí)，整個(gè)充風(fēng)管路關(guān)閉，防止風(fēng)源一直給車(chē)輛管路供風(fēng)，影響試驗(yàn)結(jié)果。

通過(guò)快慢充改造，實(shí)現(xiàn)了管路保壓設(shè)備自動(dòng)充風(fēng)至管路保壓要求壓力值，改變了原有保壓前由人員操縱使壓力值由900 kPa 降壓到880 kPa 的模式。

2.3 穩(wěn)壓

由于城軌車(chē)輛制動(dòng)管路錯(cuò)綜復(fù)雜、存在風(fēng)缸等儲(chǔ)氣裝置，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行充風(fēng)時(shí)，設(shè)備壓力表處在遠(yuǎn)端，存在壓力波動(dòng)影響試驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)增加穩(wěn)壓時(shí)間，使車(chē)輛管路內(nèi)部壓力趨于穩(wěn)定。穩(wěn)壓時(shí)間過(guò)短，系統(tǒng)壓力不能穩(wěn)定影響試驗(yàn)結(jié)果；穩(wěn)壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則試驗(yàn)效率降低。通過(guò)對(duì)已保壓合格的3 種城軌車(chē)輛進(jìn)行穩(wěn)壓時(shí)間測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)壓3～4 min 時(shí)壓力表處于穩(wěn)定狀態(tài)，無(wú)波動(dòng)現(xiàn)象，為了確保準(zhǔn)確，穩(wěn)壓時(shí)間設(shè)定為5 min。

穩(wěn)壓過(guò)程中壓力傳感器不斷檢測(cè)車(chē)輛管路內(nèi)部壓力值，如車(chē)輛管路有泄漏造成壓力降低超過(guò)設(shè)定壓力差（10 kPa），則提前結(jié)束試驗(yàn)并發(fā)出漏氣警報(bào)，供試驗(yàn)人員進(jìn)行人工檢漏；否則穩(wěn)壓5 min 后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行保壓試驗(yàn)階段。

2.4 保壓

保壓試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，自動(dòng)采集壓力值，作為試驗(yàn)開(kāi)始?jí)毫χ?；保? min，然后自動(dòng)采集壓力值，作為試驗(yàn)結(jié)束壓力值。根據(jù)保壓標(biāo)準(zhǔn)要求：5 min 內(nèi)壓降不大于10 kPa，最低壓力值不得低于870 kPa，系統(tǒng)自動(dòng)判定試驗(yàn)結(jié)果是否合格，并自動(dòng)輸出試驗(yàn)報(bào)告。

2.5 實(shí)時(shí)壓力曲線

為了對(duì)保壓數(shù)據(jù)的數(shù)字監(jiān)控及過(guò)程管理，通過(guò)實(shí)時(shí)采集保壓試驗(yàn)過(guò)程中各階段壓力值和時(shí)間，形成實(shí)時(shí)壓力曲線圖。為了清晰地顯示保壓過(guò)程中的壓力變化情況，壓力縱坐標(biāo)設(shè)定區(qū)間為850～910 kPa，時(shí)間橫坐標(biāo)設(shè)定區(qū)間為0～15 min。試驗(yàn)保壓曲線示意圖如圖2 所示。

圖2 制動(dòng)管路保壓曲線示意圖

2.6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理

搭建管路保壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，對(duì)試驗(yàn)任務(wù)的在線管理、試驗(yàn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、試驗(yàn)異常的管理、試驗(yàn)結(jié)果的自動(dòng)評(píng)判及輸出、試驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)跟蹤、試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化管理進(jìn)行管控。

管路保壓數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)由硬件和軟件組成，硬件負(fù)責(zé)車(chē)間各試驗(yàn)臺(tái)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和存儲(chǔ)，軟件負(fù)責(zé)上傳、處理、分析數(shù)據(jù)，為使用者提供方便，快捷、良好的操作界面，圖形操作界面和入口。管路保壓數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)分為4 個(gè)部分：設(shè)備端、使用端、管理端和展示端。

2.6.1 設(shè)備端

通過(guò)對(duì)管路保壓設(shè)備增加無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將設(shè)備聯(lián)網(wǎng)集成，實(shí)時(shí)獲取車(chē)輛位置、壓力傳感器采集數(shù)據(jù)，對(duì)保壓試驗(yàn)的壓力值、單位時(shí)間泄漏量等關(guān)鍵過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、上傳，實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控。

數(shù)據(jù)上傳采用聯(lián)網(wǎng)、離線方式，在車(chē)間網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，自動(dòng)采用聯(lián)網(wǎng)方式，試驗(yàn)數(shù)據(jù)及試驗(yàn)曲線實(shí)時(shí)傳輸至大屏幕顯示，保證大屏顯示數(shù)據(jù)與保壓裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)的同步性。在網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，自動(dòng)采用離線方式，待試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，則系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)決定是否將未上傳的試驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器端。

通過(guò)配置設(shè)備編號(hào)，并在管理系統(tǒng)中配置試驗(yàn)接口，同時(shí)滿足多臺(tái)管路保壓設(shè)備同時(shí)作業(yè)。

2.6.2 使用端

通過(guò)電腦顯示器顯示保壓試驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)、試驗(yàn)車(chē)輛試驗(yàn)進(jìn)度以及試驗(yàn)任務(wù)信息，指導(dǎo)施工人員規(guī)范化作業(yè)，在線反饋異常信息、試驗(yàn)完工信息以及交檢交驗(yàn)信息等。

2.6.3 管理端

用于監(jiān)控試驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)、試驗(yàn)計(jì)劃、各工位試驗(yàn)數(shù)據(jù)等信息，并設(shè)有數(shù)據(jù)查詢與分析功能，對(duì)設(shè)備信息和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

設(shè)備狀態(tài)管理：通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行基本信息、計(jì)量周期維護(hù)，可對(duì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、試驗(yàn)時(shí)間、能耗信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，提前一周提醒計(jì)量到期周期，對(duì)設(shè)備計(jì)量、維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。

試驗(yàn)計(jì)劃管理：從計(jì)劃管理系統(tǒng)中自動(dòng)下傳至管路保壓管理系統(tǒng)三日生產(chǎn)計(jì)劃，操作人員對(duì)作業(yè)任務(wù)一目了然。實(shí)時(shí)顯示當(dāng)天任務(wù)完成情況，當(dāng)設(shè)備上傳試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)匹配生產(chǎn)計(jì)劃，然后修改此條生產(chǎn)計(jì)劃為已完成、完成時(shí)間。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理：通過(guò)在遠(yuǎn)端配置服務(wù)器，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、備份，確保數(shù)據(jù)安全。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理，提升數(shù)據(jù)管理水平。主要包括以下幾個(gè)模塊：①試驗(yàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢。可顯示當(dāng)前設(shè)備當(dāng)天的實(shí)時(shí)狀態(tài)，包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、是否正在試驗(yàn)狀態(tài)、當(dāng)前的試驗(yàn)信息等。②試驗(yàn)報(bào)表管理。試驗(yàn)報(bào)表是通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)做完試驗(yàn)后，自動(dòng)生成試驗(yàn)臺(tái)報(bào)表，由采集程序自動(dòng)上傳到系統(tǒng)后臺(tái)保存。其上傳的報(bào)表為試驗(yàn)的原始報(bào)表，可自行進(jìn)行下載、重新打印等。③異常數(shù)據(jù)管理。當(dāng)保壓泄漏量超過(guò)10 kPa，試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄到異常數(shù)據(jù)管理中，并提示試驗(yàn)信息異常，需要用戶確認(rèn)解決。通過(guò)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)一次試驗(yàn)合格率，側(cè)面考驗(yàn)作業(yè)人員技能水平。④歷史數(shù)據(jù)管理。通過(guò)對(duì)采集的信息在后臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一維護(hù)和管理，可按項(xiàng)目分類查看詳細(xì)的數(shù)據(jù)，并自動(dòng)生成可視化表單信息。

2.6.4 展示端

通過(guò)無(wú)線傳輸方式傳遞至車(chē)間信息顯示大屏，進(jìn)行試驗(yàn)計(jì)劃、設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、狀態(tài)展示，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與作業(yè)人員、管理人員信息互通。

試驗(yàn)計(jì)劃展示：實(shí)時(shí)顯示當(dāng)天任務(wù)及計(jì)劃完成情況，如圖3 所示。

試驗(yàn)狀態(tài)展示：在界面中顯示試驗(yàn)狀態(tài)、設(shè)備編號(hào)、當(dāng)前壓力、保壓試驗(yàn)原理。通過(guò)原理圖可快速了解整個(gè)氣路氣體流向，達(dá)到通俗易懂的效果，如圖4 所示。

圖4 管路保壓試驗(yàn)狀態(tài)

試驗(yàn)信息展示：顯示車(chē)輛信息（車(chē)型、車(chē)列、車(chē)號(hào)）、試驗(yàn)名稱、試驗(yàn)臺(tái)位、保壓狀態(tài)、保壓日期、試驗(yàn)結(jié)論。滾動(dòng)展示6 次試驗(yàn)的參數(shù)信息，試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照試驗(yàn)時(shí)間的順序倒序排列顯示，如表1 所示。

表1 管路保壓試驗(yàn)信息

2.7 數(shù)字化交檢

通過(guò)與質(zhì)量交檢系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)互通，對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量數(shù)據(jù)在線交檢，取代原有紙質(zhì)化交檢，進(jìn)行數(shù)據(jù)數(shù)字化存儲(chǔ)、分析，提升管路保壓試驗(yàn)的數(shù)字化、精細(xì)化、集成化、可視化管理，提高管路保壓試驗(yàn)質(zhì)量。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有管路保壓試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)工藝流程的改進(jìn)，按照管路保壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的快慢進(jìn)氣、穩(wěn)壓、自動(dòng)判定結(jié)果、數(shù)字化管理、數(shù)字化交檢等功能，實(shí)現(xiàn)管路保壓試驗(yàn)的精度和速度的最優(yōu)化控制，完全避免了人為操作影響試驗(yàn)結(jié)果的狀況，大大提升了管路保壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提升了車(chē)輛的行車(chē)安全。