【摘 要】城市轨道交通的制动系统作为保障行车安全的核心系统，在经过维护或大修后，需进行相关功能的检测和试验，合格后方可重新安装在车辆上。本研究针对该检测技术难点，开发了用于地铁车辆的單元制动器试验台，对管路选择、管路连接方式、阀件选型、气路及机械系统设计进行了研究，对检修后的单元制动装置进行多种功能试验。经检验，该试验台可满足地铁列车制动系统单元制动器单元例行试验的要求。
【关键词】轨道交通；地铁车辆制动系统；单元制动器试验台；研制
中图分类号： U270.35 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）12-0106-004
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.046
Research and development of brake test bench for metro vehicle unit
ZHAO Hua LIU Zhi-yuan SHI Jing
（hangzhou zhongche vehicle co.， LTD.， hangzhou， zhejiang 330013）
【Abstract】braking of urban rail transit system as the core for the safety of the system， after the maintenance or overhaul， need to related functions of inspection and test， qualified rear can reinstall on the vehicle. Aiming at the technology difficulty， this study developed a unit for metro vehicle brake test bench， the line selection， selection of pipe connections， valves， pneumatic and mechanical system design are studied， after the repair unit braking device for a variety of function test. According to the test， the test bench can meet the requirements of the routine test of the brake unit of the subway train braking system.
【Key words】Rail transit； Subway vehicle braking system； Unit brake test bench； To develop
0 引言
城市轨道交通作为具有运量大、速度快、安全、准点、环境友好、节约能源和节省用地等特点的一种交通工具，正在快速地发展，其制动系统作为保障行车安全的核心系统，其可靠性等检测，已成为行业内技术人员攻克的热点。
1 设计目的
制动系统单元制动器作为地铁车辆制动系统的重要组成部分，经过维护或大修后，需进行相关功能的检测和试验，合格后方可重新安装在车辆上。本文针对该产品试验台进行开发，最终目标是达到地铁列车制动系统单元制动器单元例行试验的要求。
2 设计思路
本试验台采用模块化设计理念。试验台以组装简单为目标，功能配件装配便利，在正常的测试压力范围内，气流不易泄露，检测的各个参数的精确性好；在设备上设置相关零部件标识及警惕标识，以便于维护和保养；结构设计合理、安全可靠、操作直观简便。
设备采用计算机自动控制。试验时，相关试验数据可以实时的在电脑屏幕上显示，试验结果可以自动保存或有选择性的保存，可自动生成试验报告单，并进行打印；有可靠的接地、漏电、过载保护系统；有可靠的安全防护、报警、保险措施，以防止误操作或意外事故致使机器受损或人身伤亡；零件、仪表、面板指示、结果报告及全部图纸资料的计量单位全部采用国际单位（SI）；所有仪表、零部件的设计、制造及所用材料符合ISO和IEC标准或其他同等标准，可对空压机进行全面、精确的性能检测。
3 设计过程及测试方法
单元制动器的动作通过压缩空气进行控制，因此试验台的动作控制主要通过气路完成，根据不同的测试需求，需要不同的气路来执行。对检修后的实现单元制动装置进行功能试验，包括灵敏度试验、制动缸低压气密性试验、制动缸高压气密性试验、停放缸低压气密性试验、停放缸高压气密性试验、制动和缓解试验、手动缓解试验、调整量及行程试验、制动推出力试验、停放推出力试验。压力测量精度需≥±0.5%FS，力值测量范围需≥50kN（精度0.5%FS），位移测量范围需≥200mm（综合精度±0.5%FS）。
3.1 气路元器件选型
3.1.1 管路选择
为最大限度模拟单元制动器的工作环境，减少在试验过程中不可控因素的干扰，在制动缸和停放缸的管路选择上，选用与地铁车辆所用管径相同的管路（直径18mm）。在控制气路的管路选用10mm管路。
3.1.2 管路连接方式选择
对于一般的气路系统，管路的连接方式选用快速插头，在设计的过程中，为保证设备的整体气密性以及长期稳定性，采用卡套式连接。
3.1.3 阀件选型
单元制动装置的最大工作压力为0.6Mpa，在元器件选型时，需考虑元器件的最高工作压力，元器件的最大工作压力大于1Mpa即能满足设计需求。
3.2 气路及机械系统设计
气路部分主要元器件由模拟风缸、电磁阀、气控阀、压力传感器、压力开关、过滤器、电气比例阀、高压调压阀等部件组成；试验台采用知名品牌电气比例阀调压，调压精准响应迅速经久耐用；试验系统中各关键点的气压可以在面板计算机屏幕上显示，试验结果可以自动保存并生存试验报表。
3.2.1 灵敏度试验
试验要求：闸瓦托初始动作时，压缩空气的压力应不大于50kPa（带停放单元制动装置，应使停放缸处于缓解状态），排风后应缓解。压缩空气的压力可根据单元制动装置的不同选择30kPa～80kPa（压力数值可调节）。
根据试验要求，需要对常用制动及停放制动管路进行充风以及排风，同时还要控制充风压力。实现此功能的管路如下图：
通过电气比例阀调节供气压力，通过二位三通气控阀调节管路的充、排气状态，二位二通气控阀控制测试端的充排气及密封状态。压力传感器测试实时压力。
3.2.2 气密性试验
试验要求：制动缸充风至测试压力，压力稳定后关断气路，保压3min，记录单元压力下降量。压力下降不超过3kPa（判断依据压力数值可调节）为合格。停放缸充风至测试压力，压力稳定后关断气路，保压3min，记录单元压力下降量。压力下降不超过3kPa（判断依据压力数值可调节）为合格。
根据试验要求，通过上述管路设计即可达到试验目的，在此功能的实现上，要求试验台自身具有较高的气密性，该试验装置主要从以下几个方面解决此问题：
（1）试验装置在设计的过程中并未采用常规气路系统的快插连接方式，采用了城市轨道交通车辆常用的卡套式连接，相较于快插式连接方式，卡套式连接不容易受管路老化及环境温度的影响，长期稳定性及气密性效果好，经过对比测试，在压力较高的状态下，卡套式连接具有更好的气密性。
（2）在测试管路末端，增加了1个气控阀，在进行保压测试时，气控阀直接断开与气源的联系，且测试管路部分连接的接口更少，进一步保证了实验装置的气密性。同时在气路设计的过程中，并未直接采用电磁阀来控制测试气路的通断，而是通过电磁阀控制气控阀的方式来控制气路的通断，经过试验对比，此种方式的气密性更高。
3.2.3 制动、缓解试验
试验要求：制动缸充风至430kPa（压力数值可调节），伸出杆头与测试压力传感器之间接触距离调为15mm，制动缸制动、缓解动作次数不少于5次，观察记录单元制动装置动作情况，有无卡滞情况及制动缸推出力大小。
停放缸充风至530kPa（压力数值可调节），伸出杆头与测试压力传感器之间接触距离调为13mm，实施排气、充气，使停放缸完全制动、缓解动作次数不少于3次，观察记录单元制动装置动作情况，有无卡滞情况及停放缸推出力大小。
此实验需要测量制动缸以及停放缸的推出力。此时推出力的获取通过压力传感器获取，压力传感器安装在试验台的测试台上，当单元制动器充风动作时，压力传感器可将压力数值反馈至显示屏。同时为了保证测量数值的精度，在受力端设计有仿形面，保证单元制动装置的推出力能被精确测量。
3.2.4 手动缓解试验
试验要求：停放缸充风至530kPa（压力数值可调节），制动缸压力为0kPa，伸出杆头与测试压力传感器之间接触距离调为13mm，停放缸排气制动后，拉动手动缓解拉杆后，停放缸缓解，手动缓解次数不少于3次，记录停放缸制动力的数据变化。
根据试验要求，上述管路即可完成试验需求。
3.2.5 调整量及行程试验
试验要求：调整推杆头到初始行程，制动缸充风至400kPa（压力数值可调节），对制动缸重复进行制动、缓解，直到推杆头调整至最大行程位，记录在全行程范围内每次推杆头行程值，间隙调整机构总的调整量值。
调整推杆头到初始位置，停放缸充风至530kPa（压力数值可调节），对停放缸进行重复制动、缓解，测量每次最大行程和每次缓解后间隙调整量，直到推杆头伸出至间隙调整达到设计最大的行程位，记录在全行程范围每次推杆头行程值、间隙调整机构总的调整量值。根据试验要求，在上述管路的基础上需增加位移测量功能，为此，在试验装置上设计有滑台机构，见下图。
滑台机构连接位移传感器及复位气缸。当单元制动装置动作时，滑台机构沿施力方向移动，单元制动装置反复进行充、排气直至单元制动装置达到最大位置，通过位移传感器获取此时的位移值。当测试结束时，滑台装置通过复位气缸进行复位。复位气缸控制气路见下图。
3.2.6 制动力试验
试验要求：伸出杆头与测试压力传感器之间接触距离调为13mm，制动缸充风至400kPa（压力数值可调节），制动缸制动、缓解3次，记录闸瓦推出杆推出压力并绘制压力-推出力曲线。压力值应符合要求（如34.95kN 根据试驗要求，通过常用制动管路即可完成此功能。 3.3 机械结构 试验台由操作主台（见图7）和执行工作辅台（见图8）组成，为分离式设计。 3.4 软件系统 试验台软件设计依靠PLC完成逻辑动作控制；计算机实时显示试验数据。除此之外，完成试验数据的存储及报表生成打印等。 3.4.1 软件界面 软件采用图形化软件平台进行编程，软件界面具备试验操作功能和数据显示功能。 3.4.2 用户权限管理 软件设计有4个不同等级（系统管理员、账户管理员、工程师和操作者）的用户权限，以不同的权限登录，可执行的动作不同。
3.4.3 试验数据处理
数据处理包括试验过程中的实时数据计算与试验结束后数据计算分析。
试验报表生成打印：可输入被试品的编号、型号、参数等信息，在试验结束时可生成试验报表，另外部分信息如时间信息等计算机会根据计算机时钟自动填入试验报表，同时可打印报表。考虑数据保存的安全性，报表可根据需求写入EXCEL文件。
（1）压力值获取。在压力值获取的过程中，计算机每秒接收几百次压力信号，通过数据处理手段，去掉单位时间内偏离较大的数值，对其他有效數值采用最小二乘法取出其平均值，确保压力数值的整体稳定性。
（2）排气压力的控制。压力传感器精度为0.1%FS，电气比例阀的精度为0.5%。压力传感器的精度远高于电气比例阀的控制精度。在压力控制上采用闭环控制，进一步提高了试验台的控制精度。
3.4.4 运行信息记录
试验设备的运行信息以及运行过程中发生的故障可自动在计算机中记录，方便设备维护和故障检修。
4 结束语
本试验台研制以检修过程中的需求为导向，最大限度地满足单元制动器的检修需求。在产品设计阶段以模块化设计为理念，在设备的安装，维修的便利性、可靠性、检测的准确性及试验报告的输出等方面均进行了提升，已交付用户使用并得到了认可。本产品的成功研制很好地解决了地铁车辆单元制动器稳定性等多维检测，为确保地铁车辆基础制动的品质，保证行车安全提供了有力的保障。
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