兼容型闸调器试验台测控系统设计

2021-01-05张昭英张晓明杜剑宇孟艳红

科技风 2021年36期

张昭英张晓明杜剑宇孟艳红

摘要：本文介绍了兼容型闸调器试验台的机械系统、气控系统、测控系统的组成及试验台的功能，重点阐述了试验台的测控系统设计。试验台可对拉伸型、压缩性闸调器进行性能试验和疲劳试验，解决了以往需要针对不同类型闸调器和试验内容配备对应试验台的情况，减小试验装置支出，提高经济效益和试验效率。性能試验上位机控制程序使用NI LabVIEW编写，通过NI OPC Serviers建立笔记本电脑与PLC的OPC通信;疲劳试验使用触摸屏作为HMI与PLC通信。经验证试验台满足不同类型闸调器的测试需求，试验项目能正确完成，测试数据精确，具有良好的应用效果。

关键词：仪器仪表技术;试验台;测控系统;闸调器;兼容

Abstract：Introduced the mechanical system，pneumatic control system，measurement and control system and the functions of the compatible brake slack adjusters test bed，with emphasis on the design of the measurement and control system of the test bed.The test bench can be used for performance test and fatigue test of tension type and compression type brake slack adjusters，which solves the problem that the corresponding test bench should be equipped for different types of brake slack adjusters and test contents in the past，reduces the expenditure of test device，and improves the economic benefit and test efficiency.The control program of upper computer in performance test was written by NI LabVIEW，and the OPC communication between notebook computer and PLC was established by NI OPC Servers;the touch screen was used as HMI to communicate with PLC in fatigue test.It has been verified that the test bench can match the test requirements of different types of gate regulators，the test project can be completed correctly，the test data is accurate，and has good application effect.

Keywords：instrument technology;test bed;measurement and control system;brake slack adjusters;compatible

双向闸瓦间隙自动调整器（以下简称“闸调器”）[1]是铁道货车基础制动装置的重要组成部分。在铁道货车制动过程中，若闸瓦和车轮之间的间隙过大，使车辆的制动力过小，制动距离过长，影响行车安全;反之若闸瓦和车轮之间的间隙过小，使车辆的制动力过大，轮对产生短时滑行造成踏面擦伤[2-3]。因此闸瓦间隙发生变化时闸调器应能自动伸长或缩短，并使制动缸活塞行程控制在规定的范围内，使车辆获得合适的制动力[4]。

闸调器试验根据闸调器的工作方式（拉伸式和压缩式）和试验内容（性能试验和循环试验）需要分别配备对应的试验台[5-6]。本文设计了兼容型闸调器试验台，可兼容上述试验台的所有功能，减小试验装置支出和占用的试验场地，提高经济效益和试验效率。

1 试验台组成及功能

试验台主要由机械系统、气动系统及测控系统组成。

控制柜放置于机械结构内，试验台底部安装万向轮，便于整体移动。便携式计算机通过网线与控制柜内的工业以太网交换机连接。

1.1 机械系统

机械系统为安装闸调器试验工装的结构框架，由加载机构、间隙调整机构、延长机构组成，三部分机构通过螺栓组装为一个整体（图2）。

1.1.1 加载机构

加载机构主要由增力结构、制动缸、框架、力传感器组成。通过给制动缸充排气，增力机构内部斜块上升、下降，带动闸调器的拉杆头水平方向移动。

采用铁路货车12寸制动缸，该制动缸能够经受-50℃的低温，同时能够经受25万次的循环试验。由于制动缸在600kPa压力作用下所产生的推力达不到78kN的载荷数值要求，因此采用增力机构。

增力结构采用斜楔增力，具有结构简单、容易制造、调整方便的优点。

1.1.2 间隙调整机构

间隙调整结构主要由丝杠、传动结构、框架、伺服电机、减速机、手轮组成。

自动模式下由伺服电机带动减速机和齿轮组转动，手动模式下通过手动转动手轮实现丝杠传动。

该机构可根据所试验的闸调器调整安装位置，缩减试验台长度。

1.1.3 延长机构

延长机构由框架三及支撑横梁组成，用于为大尺寸闸调器试验时，丝杠及传动机构位置的调整。

1.2 气动系统

气动系统通过为制动缸充气和排气提供闸调器试验的制动和缓解工况。

图3为气动系统原理图，二位二通手动球阀至开启位，节流阀调整至最大流量，调节过滤减压阀至压力如右表显示为试验需要的压力，控制三位五通电磁阀或二位三通手动球阀充排气，调节节流阀控制制动缸动作速度。

1.3 测控系统

测控系统主要由控制柜、笔记本计算机、测控程序、西门子S7-1200系列PLC、位移传感器、载荷传感器、压力变送器、限位开关、电力电缆及通信电缆等构成。

通过人机交互调用相应试验程序控制电磁阀、伺服电机的动作及试验数据的采集分析。

控制柜可嵌入机械框架内，减小占用空间，方便整体移动。

1.4 试验台功能

试验台主要为闸调器进行性能试验和循环试验。

1.4.1 性能试验

拉伸式闸调器的性能试验包括：稳定性、全行程伸长、全行程缩短、调整精度、灵敏度、最小启动力、简体旋转阻力。

压缩式闸调器的性能试验包括：稳定性、全行程伸长、全行程缩短、调整精度、灵敏度、最小启动力、复位阻力[7-9]。

1.4.2 循环试验

型式试验项目中包括循环试验：在试验载荷下，调整闸调器至初始长度，对闸调器重复施加、卸除试验载荷，每循环10次，调整螺杆伸出量增加2mm，直到试验调整范围;调整螺杆伸出量缩短2mm，循环10次，达到初始长度，以此往复直至施加、卸除试验载荷循环10万次后，闸调器无裂损，再进行性能试验[10]。

2 主要技术参数

试验台兼容各类型的闸调器，最大可测试行程为600mm的闸调器，试验台的长度根据不同的闸调器可调整。下表为试验台主要技术参数。

3 测控系统

3.1 电路设计

图5为电路原理示意图，AC220V经过上电控制模块，为笔记本计算机、触摸屏、工业以太网交换机、伺服驱动器供电，开关电源将AC220V转换为DC24V，为PLC、位移传感器、压力变送器、力传感器、限位开关供电，西门子S7-1200系列PLC处理传感器信号AI采集、限位开关DI输入、电磁阀DO控制和伺服驱动器的DO+脉冲控制。笔记本计算机、触摸屏、PLC通过工业以太网交换机互相通信。

3.2 性能试验程序设计

试验台性能试验采用笔记本电脑作为人机交互工具，控制程序使用NI LabVIEW编写，通过NI OPC Serviers建立笔记本电脑与PLC的OPC通信，读取PLC处理的传感器、限位開关、控制状态等状态信息，下发程序控制指令。

3.2.1 主界面

图6为性能试验主界面，分为菜单栏、基础设置、手动调整、实时数据、试验提示、单项自动试验几个区域。

在基础设置框中选择被试件型号，将调取数据库中保存的该型号的参数，赋值到各个试验的试验设置框中。

手动调整框为操作员直接控制电机动作制动缸动作，此框和自动试验互锁。

实时数据框中显示PLC采集的各传感器数据。

单项自动试验选项卡中点击开始按钮，即可自动完成相应试验。

点击菜单的选项，可进入相应的界面。

3.2.2 被试件库管理界面

具有管理员权限的用户可进入该界面对被试件参数进行编辑。

该界面左侧表格中显示数据库中已保存的被试件参数，双击其中的一行自动赋值至相应属性框，数据库将根据操作员按下的按钮进行相应操作。