车端线缆疲劳试验台的设计

2020-08-11张玉芳杨学渊于丹丹

科学技术创新 2020年25期

张玉芳杨学渊于丹丹

（青岛地铁集团有限公司运营分公司，山东青岛266031）

随着动车组、高铁车辆的多品种设计和批量生产规模的不断扩大，在车端线缆的开发过程中，对于车端线缆及连接器组成的可靠性验证就显得尤为重要，需要对整个车端过桥线缆组成进行疲劳试。而原有的疲劳试验台是采用上位机控制U 型电机往复运动，具有控制精度高的优点，但是存在U 型电机推力不足、电机容易发热、且控制参数调整较为复杂，人员需长时间培训才可操作等缺点，设备极易过热导致损坏。目前，车端过桥线缆产品较多，基于此，必须展开试验设备的研发生产及应用。本文设计出一种PLC 与气动相结合的疲劳试验台方案，并阐述了测试原理及系统组成结构。

1 基本参数设计要求

单次疲劳试验次数：≥150 万次

每年试验次数： ≥400 万次

纵向轴向推力： ≥800N

横向轴向推力： ≥300N

往复周期：约6s

纵向往复行程：约±200mm

横向往复行程：约±400mm

操控方式：电控

直线导轨足以支撑50kg 连接器线缆及插座，刚度好，运动平稳。

试验台可以任意设定试验次数，当达到预设试验次数后自动停止。

纵向、横向运动周期和行程皆可调节。

2 系统设计

结合对疲劳试验的参数要求，设计出一种车端线缆疲劳试验台（以下简称试验台），该试验台是通过模拟车辆纵向和横向两个方向的相对运动，进行长时间往复动作，考核过桥线缆的疲劳寿命。试验台采用两个相互垂直的传动臂，可实现两组线缆同时进行疲劳试验。

2.1 结构组成

试验台主要由机械部分和电气控制部分组成。机械部分用来模拟车端线缆的纵向、横向运动。电气控制部分用于控制往复运动的周期、次数等。试验台基本结构见图1。

图1 试验台结构图

2.1.1 机械部分

机械部分采用框架式结构，由纵向运动框架和横向运动框架组成，包括框架体、直线导轨、气动系统等组成。

试验台是通过气动系统实现线缆的往复运动，二位五通电磁阀连通到双作用气缸，电磁阀通电、断电实现双作用气缸两端切换，从而实现气缸往复运动，气动原理图见图2。试验台的气源截止阀进气端接至车间气源。打开截止阀，压缩空气经过空气滤清器、减压阀、油水分离器、二位五通电磁阀进入到双作用气缸；气缸的排气经过调速阀、消音器将压缩空气释放。电磁阀通电时，气缸杆伸出；电磁阀断电时，气缸杆缩回。旋转调速阀的调速旋钮即可调节气缸杆的运行速度。顺时针旋转调速旋钮，气缸杆运行速度减慢；逆时针旋转调速旋钮，气缸杆运行速度加快。

图2 气动原理图

在试验台整体框架上安装刻度尺，不同的线缆运动行程不同，在要求的位置安装安放光电开关。当气缸运动到光电开关处，电磁阀断电，气缸反向运动。光电开关将信号传给计数器，光感效应一次就计数一次，从而记录整个试验次数。气缸固定安装在整体框架上，活塞杆与线缆安装架连接，通过活塞杆的往复运动，从而模拟车端线缆的相对运动。疲劳试验时，需要对不同长度的线缆进行试验，可以在整体框架上对应备好多组气缸安装孔，当需要更换长度不同的线缆时，调节气缸相对应的安装位置。

2.1.2 电气控制部分

电气控制部分主要由PLC、触摸屏、2 台ABB 变频器、2 台变频电机、低压短路器、接触器、继电器和接近开关等控制电器组成。

往复运动控制：低压断路器为试验台开关，合上低压断路器，主电路和控制电路得电。以横向往复运动控制电路为例说明。当移动工作台在原位时，变频器处于停滞状态。按下启动按钮，变频器工作、变频电机开始正向旋转。当移动工作台向前移动到接近开关位置时，变频器换向，变频电机反转。当移动工作台返回到原位时，变频器换向，变频电机又开始正转。调整变频器外接电位器，即可改变移动工作台的移动速度。当移动工作台往复次数达到设定值后，计数器常闭触点断开，变频电机停止旋转。同时，计数器常开触点闭合，声光报警器发出声光报警。故障检测：试验台正常工作时，一个往复周期约位6 秒。若往复周期时间太长，则可认为试验台故障。时间继电器为失电延时型，设定值为8 秒。当移动工作台在原位时，时间继电器得电，声光报警器不报警，当工作台离开原位，时间继电器失电，若工作台运行正常，其延时闭合的触点还没有闭合，线圈就会再次得电，时间继电器又开始重新计时。若移动工作台8 秒之内还没回到原位，则时间继电器延时闭合触点闭合、声光报警器就会发出声光报警，提醒工作人员前来处置。