轻轨车辆阀类试验台研究

轻轨车辆阀类试验台研究

李浩   厉彦宏   齐福强

中车青岛四方车辆研究所有限公司  山东青岛  266031

摘要：针对目前轻轨车辆检修基地的阀类检修要求，研制了阀类试验台，该设备采用计算机控制流程和采集数据，能够进行各种阀类的项目测试，如泄漏试验、压力试验、动作试验、灵敏度试验及绝缘试验等，并可完成数据的存储、打印，目前该试验台已经完全替代日本进口试验台，着重解决了EPRV1A型电空中继阀和安全阀的试验过程控制问题，最终结果设备能够满足轻轨车辆检修要求。

关键词：试验台；轻轨；制动系统；阀类

一、研制背景

轻轨车辆是城市轨道交通中占有一定比例，某车辆段的轻轨车的制动系统由日本纳博克研制生产，因而在进行轻轨车辆制动系统阀类检修时，需要购买配套的阀类试验台，日本的阀类试验台价格在500万以上，价格较高，由于是进口试验台，当发生问题时，也无法进行有效的快速的沟通，其售后服务较慢。国内目前尚未有能够完全替代该试验台的产品，原因是检修基地对检修数据要求较高，而且各类阀的作用原理不掌握，无法实现完全替代，因此，研究进口试验台的替代设备是非常急迫的。

二、设计方案

2.1 机械结构

气路柜用于试验过程中放置和固定被试件，前柜门在使用过程中不应打开，后柜门在试验台接通气源时打开，打开总风塞门后将门关闭，试验结束后关闭总风塞门。压力表用于显示各个测试点的压力，可进行压力的粗略显示和记录。

电气柜用于放置工控机、各种仪器、电源等电气元件。面板上有三个按钮，从左至右依次为急停按钮、电源开、电源关。

阀类安装座共三个，功能完全相同，可完成第2章中的任意阀的试验，只需更换阀板即可。对于阀类的安装，要求必须压紧不漏气，因此采用了气缸压紧加密封圈密封的方式。

2.2 气路系统

气路系统包括各种规格的风缸、管路系统、电磁阀及气动阀部件等。气路设计基本按照进口试验台进行，并在此基础上进行了优化，优化点如下：

排气使用节流排气模块，共由多个不同排气孔径的排气阀组成，试验台的六个气路通过气动阀与本模块相连，可实现每条气路均可以以不同孔径排气。本排气模块除作排气用，还具备另一项功能，在不打开模块中的排气阀时，可以将六条气路进行任意连接，可用于试验台整体排气、跨气路等同压力，而进口试验台只能够按顺序连接各个气路，因此本文中的试验台在兼容其他阀测试方面将具有更多的可能性，在测试过程上也可以做到更加灵活。

2.3 测控系统

测控系统主要模拟量输入输出板卡、DO/DI控制板卡、直流电阻测试仪、绝缘耐压测试仪、电源、航插线缆等组成。控制柜面板装有按钮及指示灯，可以控制试验台通断电和急停功能，试验结果可以保存、打印，并可根据不同条件进行数据查询，并可再打印报表。

工控机机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力，电源有较强的抗干扰能力，具有较强的长时间工作能力，保证了试验台测控系统的性能稳定。工控机内的DO板卡采用研华板卡，使用寿命长，动作稳定；数据采集卡使用NI公司的16位数据采集板卡，实现多通道采集，并预留了多个数据采集通道。

可调直流电源体积小，调压准确，反应迅速，使用RS485通讯方式，抗干扰能力强，能够实现0-200V的调压，可调精度0.1%，性能稳定。

2.4 软件系统

上位机的软件界面可以进行操控，也可以进行实时显示。具备自动试验、手动试验两种试验方式，并具备数据查询、报表打印、人员管理、自诊断和传感器标定功能。

自动试验为具备全自动试验模式，操作人员只需要填写被试件信息，点击开始试验，软件将自动完成阀的测试，自动保存数据、生成试验报表。自动测试进行的项目包括电阻测试、气密性测试、动作压力测试、压力调整测试、流量测试、绝缘测试多种

手动试验在安全阀、压差阀、高度阀、止回阀、双针压力表测试时使用，因日本试验台为该种方式，本文试验台尽量不改变操作人员习惯，手动方式全部保留。试验人员可以通过点击按钮实现所有气动阀的通断控制，可以实时观察到气路中各点的压力值、程控电源输出的电压及电流值。

自诊断可对试验台本身的气动阀动作、电源工作状况、各压力传感器状态、试验台气密性进行检验。

系统标定提供比较简单的传感器标定方式，这种标定方式更加准确、快速、智能，只需要填入标准数据，软件将自动进行标定数据的修改和存储，并在系统中马上生效。

三、技术关键点

3.1 EPRV1A型电空中继阀

EPRV1A型电空中继阀为轻轨车辆制动系统中的核心阀，作用原理最为复杂，试验难度最大，EPRV1A型电空中继阀由EBV电磁阀、SBV电磁阀、空重阀、中继阀四部分组成，控制着整个制动系统的制动力，EBV为紧急电磁阀，当电磁阀作用时，中继阀输出压力等于空重阀VL输出，用于进行紧急制动；SBV为常用制动电磁阀，在常用制动中精确调节制动力，作为中继阀预控压力，进而实现整列车的制动作用。作为测试需要准确地模拟各种工况，测得其参数，其中较为复杂的为空重阀的空车AS压力，对应车上空簧压力的空车状态上限，需要不断增加AS压力，并判断空重阀输出压力VL是否上升，当上升的一瞬间需要记下AS压力，即空车AS。欲测得准确的该值，需要以下几个要素：

1）AS压力调节必须准确、平稳，以保证空重阀输出压力的平稳；

2）压力检测速度必须足够快，并设计合适的算法，获取压力上升的拐点。

为应对以上问题，试验台内的比例阀选择了高准确度、高灵敏度、高平稳性的比例阀，其控制响应速度较快。在软件中，以每秒3kPa的速度上升，并采用多线程方式，将调节压力的过程置于另一个线程中，压力检测与调节同时进行。同时设计拐点检测算法，具体方法如下：设定长度为25的数组，并以40ms的间隔进行检测，当第25个压力大于第1个时，记下此时压力，开始进行计时，并刷新数据，数组向左移位，即删除第一个点并将最后一个点赋值为新采集到的压力值，当连续出现25个次最后一个值均大于第一个值时，认为压力已经在上升，而之前记下的压力即为上升起始压力。经过比较，本试验台较进口试验台测试更加准确、速度更快，与车辆实际情况更加相符。

3.2 E-1-L安全阀

安全阀作用原理简单，进口试验台的测试方法也较为粗糙，为通过数码管人工读取的方式读取安全阀的开启和关闭压力值，为保证生产效率，速度不可太慢，所以人工读取时开启压力有5-15kPa左右的差距，操作人员会根据经验少调10kPa左右；而关闭压力，则基本只能靠操作人员的经验，有经验的操作人员可将误差控制在正负20kPa以内，如操作人员操作水平不足则基本无法调出合格的安全阀。在此方面进口试验台存在以下问题：E-1-L安全阀的排气孔有十个，当排气时，其排气流量远大于补气速度，因此前端气路不宜过长，而进口试验台在此处加装了1米长的直径为25的橡胶软管用于进行连接，并在各个连接处使用了快换插头，极大地限制了流量，导致了其与车上的值相差数并不确定，受阀本身排气量的影响很大，导致同样的调整过程，有的阀高20kPa，有的阀低20kPa，甚至直接不合格。

针对该问题，本试验台进行了改进，在不改变操作方式的前提下，尽量减少了中间环节，如快换插头，并改良了进口试验台的压力显示方式，以压力曲线图方式显示压力变化趋势，显示时间间隔40ms，将整个过程反映了出来，使操作人员的经验不会影响安全阀的调整结果，其调整精度也缩小于正负5kPa。

四、结语

通过实际测试表明，本试验台对进口试验台的数据实现了准确匹配，能够完全替代日本进口试验台，且价格仅为其三分之一，并且在中继阀测试、安全阀测试方面优于进口试验台，更加准确。经过近一年的测试，目前试验台运行状态良好，软件稳定性也较强，未出现偶然BUG。试验台实现了阀类试验台的国产化，填补了国内空白。

参考文献

[1]庞元凤 丁辉.城轨制动系统阀类部件综合试验台的研制 [J].铁道车辆, 2012

[2]黄广志.高速动车CRH2制动系统阀类试验台的研究[J]. 大连交通大学, 2014

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