气动夹钳性能试验台的研制

鲍春光

(中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 江苏 常州 213011)



气动夹钳性能试验台的研制

鲍春光

(中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 江苏 常州 213011)

对气动夹钳的结构原理和性能要求进行了研究，研制出了全自动高精度的气动夹钳性能试验台，实现了对气动夹钳设计指标的综合验证和监控，保障了设计制造产品的可靠性。

气动夹钳；试验台；测试；传感器

近年来，随着国内高铁和轨道交通产业的快速发展，各型动车组、机车车辆对列车的安全停车制动性能也提出了更高的要求，在此情况下，气动盘形制动单元得到广泛的应用。作为盘形制动单元关键执行元件的气动夹钳，其性能好坏对列车运行的安全起到至关重要的作用，因此对气动夹钳的性能测试就显得格外重要，为此研制了一种全自动高精度的气动夹钳性能试验台。

1 气动夹钳基本工作原理及主要性能要求

目前主流应用的气动夹钳从安装方式区分主要包括三点吊挂式和四螺栓紧固吊挂式，从制动力放大结构区分主要包括传统杠杆式和紧凑式，虽然各型夹钳设计结构差异明显，但是主要功能模块和基本工作原理是一致的。气动夹钳典型功能模块包括吊架、气缸、放大机构、杠杆、间隙调整器、闸片托。气动夹钳通过吊架安装在车辆转向架构架上，通过气缸将空气压力转化为制动输出力，通过放大机构对气缸的输出力进行放大以便减小气缸尺寸，通过杠杆将输出力传递至闸片和制动盘上实施制动，气缸和杠杆间通常设置间隙调整器补偿闸片和制动盘磨耗后产生的间隙，保证制动稳定性，闸片托安装在杠杆上用来安装闸片。为了保证气动夹钳能可靠地实施制动，根据TB/T 3431—2015《机车车辆制动夹钳单元》标准，主要对气动夹钳的以下性能进行规范测试：吊架、杠杆和闸片托的强度和刚度，夹钳灵敏度特性，气缸的高压、低压密封性能，间隙调整器的调整性能，夹钳输入、输出力特性。

2 试验台基本要求

试验台使用由供风设备提供的压力为12～14 bar的风源，将气动夹钳制动单元安装在试验台安装架上，并用软管通过锥面快插接头与试验台相连接，在该试验台上对气动夹钳制动单元进行各项功能试验。气动夹钳试验台分为检测试验台和控制数据采集中心两部分。

检测试验台部分：测试产品安装于检测试验台，主要包括基座、测试产品安装架、夹紧力检测模块、位移检测模块、试验假盘、安全防护罩，此部分由数据线和气路同控制数据采集中心连接。

控制数据采集中心：由数据显示模块、工控机、控制电气柜组成。

3 试验台设计的关键技术

(1) 气动夹钳试验台气路系统

气动夹钳试验台气路系统如图1所示，图中的P1、P2气压传感器为高压传感器，测试压力为1.6 MPa，用于强度试验压力监测，P3、P4气压传感器测试压力为0.8 MPa，用于密封性测试等其他测试项的压力监测。该气动控制管路主要在气动夹钳测试过程中为气缸提供多种压力值的气压源以及管道通断控制。气动控制管路主要由过滤器、调压阀，电器比例阀、电磁阀、气控阀、压力传感器、手动调压阀、储气罐等元器件组成。系统配置1.6 MPa、0.8 MPa气压传感器，实现气压的实时监测，系统配置电气比例阀可实现测试压力的自动控制。采用电气比例阀+节流孔模式实现缓慢增压，满足灵敏度试验时的缓慢增压要求。

1—气源；2—过滤器；3—储气罐 ；4—调压阀；5—电磁阀 ；6、7、8、9—电磁换向阀； 10、11、12—球阀；10′、11′、12′、13—电磁换向阀；14—调速阀；15、16、17、20—电磁换向阀；18、19—储气罐。图1 气动控制管路原理图

(2) 计算机控制与数据采集系统

系统控制与数据采集系统主要由工控机、高速数据采集卡、电气比例阀、 电磁阀、 气控阀、 气压传感器、力传感器、位移传感器等组成。试验台软件设计依靠可编程控制器PLC完成逻辑动作控制，计算机实时显示试验数据。系统所有的测试项目可勾选，可以单独项测试，也可多项连续测试。系统主要工作流程如图2所示，软件主界面如图3所示。

图2 试验台工作流程图

(3) 台架及装夹系统

操作台如图4所示。假盘工装采用两片对压结构，中间均布力传感器，可检测力值并输出；采用激光位移传感器检测被试品夹钳动作位移，激光位移传感器安装在闸片托两测的XZ坐标轴上，能精确记录闸片托间距和相对位移，并能根据不同被试品自动调整位置；夹钳采用吊装方式进行安装，根据产品结构的不同，分为三点吊挂和四点吊挂，而类似结构的产品固定孔的间距部分不同，所以设计了不同的安装支架，支架与设备的接口保证通用性；机械测试工装具有安全罩装置，可以避免试验时停放弹簧意外蹦出造成的危险[1]。

图3 气动夹钳试验界面

图4 操作台示意图

4 试验台操作简介

该试验台于2014年10月完成试制工作，投入使用近1年时间，性能稳定可靠。试验台可适应不同气动夹钳的性能测试工作，如图5所示，主要进行如下项目的测试工作：

图5 气动夹钳性能试验台实物图

(1) 强度试验：计算机控制电气比例阀、电磁阀向夹钳气缸中充入设定空气压力，保压5 s后卸压，目测气动夹钳有无异常变形、龟裂和损坏等情况；

(2) 灵敏度试验：向夹钳气缸缓慢增压，气压传感器实时监测常用缸口压力，位移传感器实时监测两模拟闸片位置，当两模拟闸片位置变化量之和大于0.05 mm时，气缸的气压压力值作为灵敏度的测试数据；

(3) 密封性试验：向夹钳气缸分别充入(400～500)kPa、(50～100)kPa 压缩空气，待气压稳定后，保压5 min，气压传感器测定5 min的漏泄量；

(4) 一次调整量试验：向夹钳气缸充入压缩空气，位移传感器实时监测模拟闸片位置，模拟闸片走完最大行程时，计算机控制电磁阀使气缸直通大气，待模拟闸片位置稳定不变时，设为闸片排气位置，传感器采集两闸片排气位置，计算机自动计算两闸片排气位置相对于初始位置的位置偏差之和作为一次调整量测试数据；

(5) 输入输出特性试验：向夹钳气缸充入压缩空气，力传感器实时采集夹钳输出力，并自动绘制输出力与输入气压对应曲线。

5 总结

根据气动夹钳的功能原理和结构特性，设计开发了自动化高精度的气动夹钳性能试验台，可实现对制动夹钳强度、灵敏度、高低压密封性能、间隙调整性能、输入输出特性等方面的综合测试，为气动夹钳设计验证、性能优化和产品出厂检验提供了良好的保障。

[1] 陈美宪，张兴田.CRH1型制动夹钳试验台的研制[J].铁道车辆，2010，48(10)：33-35． □

(编辑：林素珍)

2095-5251(2016)04-0004-02

2015-11-11

鲍春光(1981-)，男，本科学历，高级工程师，从事制动器的设计工作。

U270.35

B