浅谈空气弹簧试验台的改进

蒋 庆

（上海铁路局上海车辆段，上海200070）

0 引言

客车空气弹簧是车辆转向架的重要部件之一，它对保持车辆平稳运行、保证车辆运行品质起着非常重要的作用。随着近年来高铁客车的出现，客车车辆转向架得到飞速发展，同时为了保证车辆的运行平稳性，既有客车转向架上使用的空气弹簧型号也越来越多（表1）。

表1 既有客车转向架上使用的空气弹簧

需要检测的空气弹簧型号多、结构不尽相同，这就给维修、试验带来了很多困难，特别是AM96转向架空气弹簧结构特殊，只能进行无水风压试验。由于现有的人工观察、鉴别的检修方式已不能满足空气弹簧试验要求，因此，研制一种操作简便、安全实用且能试验目前所有空气弹簧的综合试验台势在必行。此次研制的试验台主要是根据目前使用的各型空气弹簧的结构特点、空气弹簧组装技术条件和客车车辆段修规程设计的，能对目前所有型号空气弹簧进行600 kPa风压或气密性试验。

1 设计思路

国内车辆段或车辆制造厂现有的空气弹簧试验台是按照普通型号空气弹簧设计的，尽管普通空气弹簧的充气方式、尺寸有所不同，但充气座均位于中心轴线上，总体结构基本一致。而随着AM96转向架的出现，其使用的X-1型空气弹簧与普通空气弹簧有了诸多不同，主要表现在其充气座位于上平面一侧，且按照其在车上安装位置的不同，充气座还有左右之分（图1），这就造成了现有的空气弹簧试验台完全无法对AM96转向架上使用的X-1型空气弹簧进行试验。因此，急需研发新型空气弹簧试验台，其不仅要适用于AM96转向架上的X-1型空气弹簧，还要兼容其他普通型号的空气弹簧。

图1 AM96转向架空气弹簧外形图

针对现有空气弹簧试验台在使用中存在的问题，对机械结构重新进行设计，使接口部分能适应多种空气弹簧试验的需要；在控制系统方面，以工业控制计算机为核心，实现空气弹簧试验数据的准确测量、自动记录，同时能打印测试结果并可靠保存，便于信息共享、质量跟踪和工作责任认定。系统要求工作稳定、试验准确、工作效率高，从而为空气弹簧的性能试验提供一种高效率、高精度、信息化的试验设备。微机控制空气弹簧试验台应用了现代检测技术、信号处理技术、数据库管理技术、计算机应用技术和成熟的机械设计原理等，可对我段现有的空气弹簧进行试验，同时建立数据档案。

2 系统组成

系统由机架、专用移动车、水浸装置、气压系统、液压系统、微机控制及测量系统组成，构成一套完整的试验设备。水浸装置、气压系统、液压系统、微机控制及测量系统的工作过程，传感器—工控机的信息传递及机械、电气的互锁均在工控机的控制下进行。受安装场地限制，整机外型紧凑、结构合理。

3 系统工作原理

新型空气弹簧试验台在微机控制下对检修后的空气弹簧进行性能试验，微机可根据空气弹簧型号的不同分别进行气密性试验，并按照不同空气弹簧的试验要求准确控制试验高度。其中，液压油缸的行程采用位移传感器进行测量，测量精度为0.2%；空气压力采用高精度压力传感器进行测量，测量精度为0.25%；同时各传感器对相应数据进行测量，所得数据由微机进行采样，经处理以屏幕或表格打印输出的形式记录试验结果。

4 设计方案说明

新型空气弹簧试验台主要由机械装置、电气控制系统和信号检测系统三部分组成。这三部分的工作过程和相互间的信息传递及协调均由工控机控制，其具体组成及功能如下：

4.1 机械装置

机械装置主要包括机架、液压泵站、水泵、压块、液压缸、空簧专用移动车、气动系统等。该空气弹簧试验台机械、液压设计所要解决的主要问题有：（1）由于空簧进行风压试验时最大压力值达到600 kPa，此时其结构最大受力约为20 t，考虑到机加工时的偏差及一定的冗余量，因此机架采用传统、简洁的四柱液压结构，且设计结构强度定为大于25 t力。（2）为保持试验台外形美观，结构应尽量紧凑。经理论计算校验，机座外形确定为1 900 mm×2 000 mm×1 200 mm。（3）本试验台液压站功率约3 k W，液压系统规模较小，但由于是试验设备，液压系统的安全性应优先考虑，整个系统不能简化。

4.2 电气控制系统

电气控制系统主要由DI／DO卡和PCLD-885继电器卡等组成，具体功能如下：（1）计算机控制指令通过DI／DO数据采集卡传递给继电器卡，从而实现电磁阀动作、电机旋转和水阀开闭等功能的控制，达到自动控制的目的。（2）继电器卡通过接收DI／DO数据采集卡的控制指令，从而实现对电磁阀的控制。

4.3 信号检测系统

该空气弹簧试验台的检测信号主要有液压油缸行程（通过位移传感器测量，精度0.2%）和空气压力（通过高精度压力传感器测量，精度0.25%），传感器信号直接传输到检测系统。检测系统主要由一块带有A／D功能的PCL-818数据采集卡、一块PCLD-8115信号转换端子板、一个位移传感器、2个压力传感器组成，具体功能如下：（1）位移传感器把液压油缸行程的位移量转换成相对应的模拟电流量，压力传感器也把气压量转换成相对应的模拟电流量。（2）PCLD-8115信号转换端子板完成位移传感器（或压力传感器）与A／D数据采集卡的信号转换和连接，从而实现电流信号到电压信号的转变。（3）A／D数据采集卡把接收到的多路模拟信号转换为数字信号，同时将数字信号存入主机内存。（4）微机系统对数据进行处理，保存处理数据并在屏幕上显示。

4.4 系统标定

在主窗口中按下“参数设置”键，进入信号数显窗口。位移传感器和压力传感器的标定采用两点法，即采集传感器全量程范围内约1／4和3／4处2个物理量的电压值，并求其差值，将2个物理量的差值与电压差值相除，得到传感器的标定系数。由于该系数直接影响到信号检测结果，所以需要输入密码才能进行标定操作。

5 系统特点

（1）技术可靠：总体设计构思严谨、组成分明、结构简单。（2）测量精度达到要求：采用高精度压力、位移传感器，位移传感器测量精度0.2%，压力传感器测量精度0.25%；计算机连续采样测量，系统配置程序可方便地进行系统标定。（3）操作简单：系统具有良好的使用性，控制软件全中文界面，操作简单。（4）系统采用通用电子器件和常用元器件，维修简单、更换方便，使用成本较低。

6 结语

微机控制空气弹簧试验台研制成功后，在上海车辆段投入使用，经过一段时间的验证，运行状态良好。该试验台工作稳定、质量可靠、自动化程度高、故障率低、使用方便，具有良好的通用性，满足了各型空气弹簧特别是AM96转向架上使用的X-1型空气弹簧的试验要求。与同类产品相比，不仅故障率低，数据精确，而且能满足现有各型空气弹簧的试验需求，同时大大降低了劳动强度，提高了工作效率，因而得到了用户的充分肯定。

［1］梁林.空气弹簧的结构、性能及设计参数［A］.中国客车行业发展论坛2004年中国客车学术年会一汽客车产品交流会论文集［C］，2004

［2］陆海英.现代轨道交通车辆的空气弹簧悬挂技术［J］.机车电传动，2003（4）