机车制动系统电磁阀试验装置研究

机车 制动系统 电磁 阀试验装置研究

王双 崔晓萌

( 中 车株洲电力机车有限公司 湖南株洲 412001)

摘要: 介绍了目前设计的制动系统电磁阀试验装置的结构原理，对电磁阀开通、关断的电压，气密性试验等性能检测方法进行了分析介绍。

关键词: 电磁阀；试验装置；性能试验

0 引言

针对机车车辆制动系统电磁阀使用频次多，且精密控制阀多为进口电磁阀，目前没有对应的试验装置，只能安装在制动系统上进行简单的开通、关闭性能试验，无法检测电磁阀的响应时间、启动释放电压等基础性能数据，也无法为电磁阀故障提供相应的故障分析数据支持，因此研究电磁阀基础性能试验装置迫在眉睫。试验装置可用于MAC、FKMB等品牌指定型号电磁阀的泄漏量、通量、启动及释放电压、响应时间测试以及疲劳性能进行检测，并且能实现自动控制，自动检测，自动记录功能。

1 电磁阀工作原理

机 车制动系统电磁阀是通过电磁力来控制压缩空气管路的接通或切断。一般采用二位二通、二位三通阀。以两位三通电磁阀为例，工作原理图见图1， 电磁阀得电，线圈产生电磁力，带动阀杆向下，打开通路1；失电后电磁力消失，弹簧推动阀杆复位，关闭充风通路，打开通路2。

通路2

通路1

图1 电磁阀作用原理

2 电磁阀试验装置的结构及原理

电磁阀试验装置由气路组成、电气控制系统及软件系统组成，试验装置整体结构设计合理，满足人机工程学要求。

2.1 气路组成

电磁阀试验装置气路部分设置4个工位，每个工位可实现不同型号的电磁阀性能试验，每个工位试验独立运行，互不干扰。每个工位可通过手动阀或控制界面控制工位进风风源，且每个工位单独设置1L不锈钢风缸以保证气压稳定。气路部分由风缸、电磁阀、比例调压阀、高频传感器、流量计等部件组成，试验装置整机泄露不影响电磁阀气密性测试，且试验装置具有泄露自检及泄露报警功能，试验装置结构原理见图2。

图2 试验装置气路原理

2.2电气控制系统

电气控制系统由电源控制系统、压力采集系统、压力控制系统组成。220V电源控制系统：电源模块为试验装置自身电气部件提供电源，也为被试电磁阀输出控制电压。压力采集系统：通过传感器、流量计等部件采集的气压值变换为成比例的电压值，直接送到研华高速多功能数据采集卡（PCI-1712）的模拟量输入端，经软件换算成压力值、流量。压力控制系统：通过研华PCI-1720（4路12位隔离数字量到模拟量的输出卡）输出模拟量电压信号，经信号转换模块转换为电流信号控制4个比例调节阀，来实现各工位压力的控制。

2.3 软件系统

试验装置控制软件使用LabVIEW编程软件设计的，能够实现以下功能：系统气密性自检、传感器计量校准、试验程序自定义、自动化试验、疲劳试验等，具体实现的操作界面见下图3。

图3 自动化试验界面

3 电磁阀试验装置测试功能

电磁阀试验装置能实现电磁阀基本性能测试功能，包括气密性试验、通量测试、启动释放电压测试、响应时间测试、疲劳测试等。

3.1 气密性试验

在被试电磁阀T1的被试端口接一个1L的气缸，对气缸充气，充气时间设定10S，然后关闭进气口电磁阀YV1，让气缸内压力稳定40s的时间，开始计时，并记录气缸的压力值CA5（初始值），经过规定时间后再次记录气缸压力（终止值）CA5，初始压力减去终止压力即为被试电磁阀在规定时间的泄漏量，如图2。

3.2 通量测试

根据各型号电磁阀流量特性，设置装置选用量程范围在30—3000L/min的流量计，满量程测试精度为3%FS。进行通量测试时，流量计数值稳定后即为被试电磁阀的流量。此时记录被试电磁阀前后的压力，再按照《JIS B 8390:2000空气压、压缩性流体用元件—流量特性的试验方法》计算出电磁阀的C值（流通能力特性）。

3.3 启动释放电压测试

根据被试电磁阀的额定电压，将直流电源调至额定电压的30%，接通被试阀的电源，开始监测被试阀出口端的压力传感器数值，直流电源以0.1V/50ms的速度向上调节，当传感器采集的压力值大于门槛值1（不同类型电磁阀的门槛值不一样，依据标准电磁的试验标准，测试得出，正常门槛值为3~4kPa）时，记录此时电压，即为启动电压。如未检测到电磁阀开启，直流电压一直上升到额定值向下返回。在试验装置检测到启动电压后，试验电压再上升到电磁阀风额定电压，软件开始向下调节直流电源，当传感器压力小于门槛值2（不同类型电磁阀的设定值不一样，依据标准电磁的试验标准，测试得出，正常门槛值为3~4kPa）时，即为电磁阀关闭状态，此时采集的电压为释放电压。

不同类型电磁阀设置的启动释放电压测试的门槛值不同。例：小型电磁阀，当气压大于3kPa时为电磁阀开启标志，当气压＜2kPa时为电磁阀的关闭标志。

3.4 响应时间测试

根据TB/T1392-2015《机车车辆电磁阀》7.4及JB/T7352-2010《工业过程控制系统用电磁阀》5.11的标准要求：电磁阀的动作响应时间是从线圈得电到电磁阀动作到位的时间。电磁阀入口测通以规定条件下介质压力，阀后出口侧不接负载，测定通电或断电瞬间开始至阀后压力上升到最大值的90%或下降至最大值的10%所需要的时间。本电磁阀试验装置实际设计中，在被试电磁阀出口安装一高频动态压力变送器（HM900—1MPa H2-2-V1），采用高速数据采集卡（频率：100kHz），记录电磁阀电压和压力变送器输出值，从被测电磁阀给电开始计时到压力达到稳定值的90%时长为开启响应时间t1。从被测电磁阀断电到压力降到10%的时长为关断响应时间t2，响应时间测试曲线如图4所示。

图4 响应时间测试曲线

3.5 疲劳测试

电磁阀疲劳试验是在其额定电压和额定气压下进行。采用多功能板卡驱动定制的疲劳试验板，实现被试电磁阀的反复开关试验。动作频率可根据不同阀实际测试要求在试验界面上进行设置，根据被试电磁阀响应时间特性，设置合适的动作频率，最大频率为10Hz。电磁阀在疲劳试验中的动作次数由电脑自动记录。

疲劳试验可设定n组试验，每组试验的次数也可在操作界面自由设定。在每组试验完后进行相关的性能检测，检测项目可自由设定：气密性试验、启动电压和释放电压测试、响应时间测试等。当检测到某项试验不合格时，疲劳试验自动停止，并记录最近3组试验疲劳试验后的测试结果。

4 总结

该试验装置主要用于机车制动系统电磁阀基础性能测试，可用于新造电磁阀、自主检修后的电磁阀例行试验。通过测试数据与标准数据对比，为电磁阀故障分析提供数据支持，从而找出故障点，分析故障具体原因。通过对目前使用的多种类型电磁阀进行试验验证，该试验装置能够满足日常试验要求，且电气接口和气路接口通用性强，能实现手动试验和自动试验的快速切换，操作简便，有效提高电磁阀试验的效率。

参考文献:

【1】TB∕T 1392-2015 机车车辆电磁阀

【2】JB/T 7352-2010工业过程控制系统用电磁阀

【3】ISO6358-3-2014使用可压缩流体组件的流速特性测定

【4】ANSI(NFPA)T3.21.3 流速试验程序和报告方法

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