易毅堅，劉麗華

（1.廣州地鐵總公司 設備檢修分部，廣東 廣州 510430；2.廣州鐵路職業(yè)技術學院，廣東 廣州 510430）

0 引言

列車制動軟管是車輛與車輛之間互相連接的重要配件，制動軟管的質(zhì)量是鐵路列車安全的一項必要保障，制動軟管的主要故障是泄漏和脹形。如果采用人工手動試驗裝置對其進行水風壓試驗，則存在工作效率低下、勞動強度大、試驗數(shù)據(jù)不能記錄等缺點。為提升制動系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量，我們自主研制了采用PLC 自動控制的列車制動軟管試驗臺，該試驗臺可手動和自動完成制動軟管的風水壓試驗。

1 列車制動軟管水風壓試驗性能測試內(nèi)容

根據(jù)我國鐵路列車制動試驗工藝要求，列車制動軟管的試驗內(nèi)容分為風壓試驗和水壓試驗兩項。

（1）風壓試驗：制動軟管在水槽內(nèi)緩慢通以600 kPa～700kPa的壓縮空氣，保壓5min，制動軟管無泄漏、破裂，若軟管出現(xiàn)氣泡逐漸減少并在10min內(nèi)消失者可以使用。

（2）水壓試驗：風壓試驗合格后，以1 000kPa的水壓進行強度試驗，保壓2min后無破損、外徑無局部凸起則合格；若徑向膨脹率大于3mm，長度變形大于9mm 則判廢。

2 水風壓試驗的技術方案及論證

2.1 軟管泄漏檢測方案

列車制動軟管泄漏檢測有以下3種方案：

方案一：將被測軟管充入規(guī)定壓力的壓縮空氣，然后放入水槽中目測觀察是否有氣泡冒出。其設備簡單，但是不能自動記錄壓力變化曲線。

方案二：將被測軟管充入由加載泵增壓的高壓空氣，采用壓力傳感器和壓力數(shù)顯表顯示氣體的泄漏情況，可實現(xiàn)自動檢測。該方案的增壓泵采用手動調(diào)節(jié)來控制加壓大小。該方案可自動記錄壓力變化，但手動調(diào)節(jié)加載時，不能精確地控制被測軟管內(nèi)的壓力，控制具有明顯的滯后性，影響試驗結(jié)果。

方案三：把方案二中增壓泵的加載閥由原來的手動調(diào)節(jié)改為步進電機調(diào)節(jié)，通過PLC模糊控制方式進行智能加載，調(diào)節(jié)加載泵的壓力，試驗軟管接口處加裝壓力傳感器，軟管出水口封閉保壓，在保壓狀態(tài)下，傳感器檢測壓力變化值在允許的范圍內(nèi)，則視為合格。該方案是在方案二的基礎上進行了改進，用步進電機代替人工來調(diào)節(jié)壓力，用PLC 控制步進電機，從而避免了超調(diào)和壓力波動，并且可以對風壓試驗和水壓試驗進行自動控制。

綜合上述3種方案的優(yōu)缺點，本文的泄漏試驗采用方案三：將被測軟管充入規(guī)定壓力的壓縮空氣，并采用壓力傳感器檢測軟管內(nèi)壓力的變化；同時將軟管放入水槽中，壓力傳感器將被測壓力值轉(zhuǎn)化成電量送入PLC模擬量模塊，通過觸摸屏來顯示壓力的變化。當壓力下降到允許的最低值時，報警燈亮報警，此時由操作人員觀察軟管兩端接頭處是否冒氣泡，如果冒氣泡則說明軟管沒連接好或者是軟管自身耐壓能力不夠。

2.2 軟管脹形檢測方案

列車制動軟管脹形檢測有以下3種方案：

方案一：當軟管充入高壓水或高壓空氣后，由操作人員用標準檢測板卡入軟管外側(cè)并移動檢測，如果有卡住，則為脹形不合格。該檢測方案簡單，但缺點是需要人工檢測，效率低。

方案二：將人工檢測方法改為氣動檢測方法，即利用兩個氣缸實現(xiàn)人工檢測，兩個氣缸分別控制檢測板的上下移動和左右移動，檢測板的內(nèi)孔設置壓力傳感器，由壓力傳感器檢測軟管的應力變化。如果檢測的壓力值超過了設定值，將信號送入PLC，則PLC 產(chǎn)生聲光報警，即軟管脹形不合格。該檢測方法雖可實現(xiàn)自動化操作，但由于制動軟管是橡膠做的，一般情況下會有不同程度的彎曲，而實驗檢測時，一定要求軟管要直，否則容易造成誤報警。

方案三：為自動脹形檢測方法。如圖1所示，由增壓泵2向軟管4加壓，此時閥門A 和閥門B 關閉，閥門C開啟。當水壓在軟管4 中維持一定的壓力和規(guī)定的時間后，閥門C關閉，閥門A 開啟，水液流入量筒5，放置在量筒5上方的激光測距傳感器6將量筒5水位通過計算機軟件計算出來，根據(jù)量筒5的水位可算出軟管4 的脹形量。測量完畢后，閥門B 打開，清空量筒5中的水。

圖1 自動脹形檢測原理圖

經(jīng)過上述3種方案的比較，我們決定選用方案三，該方案性能穩(wěn)定，可通過PLC 控制，便于實現(xiàn)。在實施方案三時，我們把閥A、閥B、閥C 改為二位二通電磁閥，便于PLC控制。

3 軟管水、風壓試驗臺的設計

該試驗臺由機械部分和電氣控制部分組成。

3.1 機械部分的組成

機械部分由試驗水槽、儲水槽、水泵、加載閥和機體組成。機體用角鋼支撐，外框采用鋁板制作，易清潔。機體上面有不銹鋼試驗水槽，在試驗水槽上面安裝網(wǎng)狀軟管試驗防護網(wǎng)，以防軟管在試驗中發(fā)生意外而造成人體傷害。試驗臺水槽內(nèi)有3個試驗接頭，并配置軟管活接堵頭3個，若兩根軟管連接后接在1個接頭上，則每次最多可對6根軟管進行試驗。

3.2 試驗臺水、風壓系統(tǒng)的工作原理

試驗臺的水、風壓系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

圖2 水、風壓系統(tǒng)工作原理圖

（1）水槽補水排水流程：水槽注水電磁閥V4得電→抽水泵抽水→水槽補水→試驗軟管風壓試驗開始。

（2）試驗軟管風壓試驗流程：壓縮空氣→加氣壓電磁閥V1→試驗軟管加壓→時間到保壓→泄壓電磁閥V2得電→試驗管釋壓。

（3）水壓試驗流程：試驗管注水電磁閥V3打開→抽水泵抽水→軟管充水→泄壓電磁閥V2關閉→補水→試驗管注水電磁閥V3 關閉→水泵停止→水壓閥V6打開→步進電機加載→保壓→激光測距傳感器檢測→脹形量檢查。

（4）試驗結(jié)束后，為方便水槽快速放水，在水槽底的中心部位開設了水槽排水電磁閥V5 作為放水開關，水壓試驗時，水槽排水電磁閥V5不通電關閉，當需要放水時，水槽排水電磁閥V5打開，可快速放水。

3.3 電氣控制部分

由于本試驗臺要實現(xiàn)自動／手動／單步操作，各種開關、按鈕較多，為方便接線和自動控制，選擇用PLC和觸摸屏相結(jié)合的控制方式。電路控制部分包括采集控制電路、電源、控制柜、報警電路和控制臺。采集控制電路包括傳感器、電磁閥、驅(qū)動電路。控制柜內(nèi)裝有水泵的主電路、水泵控制電路和PLC。電源包括交流穩(wěn)壓電源（220V）、供給PLC和觸摸屏的直流電源（24 V）、傳感器的直流電源（12V）。報警電路包括報警指示燈?？刂婆_設在試驗臺的上方，控制臺上有報警指示燈和觸摸屏。

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。由PLC 輸入端采集水壓傳感器、激光測距傳感器等信號，PLC 輸出端控制各種電磁閥和報警指示燈，PLC 與觸摸屏通過端口RS232通訊，各種開關、按鈕等輸入信號通過觸摸屏軟元件設置，觸摸屏上可顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)和壓力等內(nèi)部參數(shù)。

圖3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3.4 軟件部分

軟件設計包括PLC軟件設計和觸摸屏軟件設計。

軟管檢測采用了手動、自動和單步3種模式。手動模式和單步模式提供了每部操作的提示和選擇對話框，手動模式必須按電磁閥得電，才能進行下一步；單步可根據(jù)現(xiàn)場需要把氣壓試驗和水壓試驗分開測試。一般情況不采用手動或單步模式，只是在試驗臺運行過程中發(fā)生故障時，通過此模式進行手動復位和故障判斷。自動模式只需在觸摸屏自動頁面上按啟動就可以完成充風、充水、保壓、檢測全部試驗過程。自動模式可簡化試驗步驟和縮短試驗流程。

觸摸屏包括功能選擇界面、手動界面、自動界面和操作界面4個界面。程序運行后，首先進入功能選擇界面，該菜單包括手動、自動、操作幫助、退出4個主菜單。手動菜單（包括單步操作）包括各種閥的開關、充風、排風、充水、排水、停止、退出等按鈕。自動界面只有啟動、停止、退出等按鈕。操作界面是幫助菜單，介紹試驗臺的操作方法，便于操作者了解試驗操作方法。

4 結(jié)束語

該試驗臺采用電磁氣控系統(tǒng)驅(qū)動，以PLC為控制核心，觸摸屏為人機界面，使試驗臺具有手動、自動和單步3種操作模式。目前，該試驗臺己通過了廣州地鐵驗收并在廣州地鐵使用。經(jīng)實踐表明，該試驗臺具有操作靈活、控制可靠、效率高、人機交互友好等特點。

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［4］ 劉麗華，易毅堅.基于PLC 和觸摸屏控制的列車制動軟管試驗臺的設計［J］.機床與液壓，2012（3）：112－114.

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