地铁车辆空气弹簧性能检测装置的设计及验证

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摘 要：深入探讨地铁车辆空气弹簧通用性能试验装置设计，其测试包括气密性与垂向静刚度试验。此试验设备能够满足地铁运营公司维修部门对空气弹簧性能的检测需求，为地铁车辆维护人员在开展空气弹簧检修和保养中掌握空气弹簧状态提供有效的检测方法。

关键词：地铁车辆；空气弹簧；试验装置

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.202

1 引言

当前，我国地铁车辆所采用的空气弹簧类型较多，但是性能参数存在一定差别，因此对地铁车辆检修过程带来了很多不便。现阶段，地铁车辆空气弹簧维护检修并没有一个有效科学的检测方法，一般都是利用目视、手触与擦拭肥皂液等手段进行初步测试，并无法准确地断定空气弹簧可否可以继续使用。考虑到地铁车辆运行的安全需要，空气弹簧没有超过理论规定寿命就被迫更换的情况比较多，导致严重的物料浪费，造成经济损失，因此开发设计一套行之有效的空气弹簧检测系统时分必要。

2 试验装置的组成

试验装置包括机械系统、气路系统以及测控系统三部分构成。

（1）机械系统：主要是用来完成空气弹簧垂向静载荷的模拟施加，模拟载荷值根据车辆运行的实际工况进行模拟，包括AW0（空载）、AW1（满载）、AW2（额定荷载）、AW3（超载）四种工况，在这四种工况下所计算出的空气弹簧所承受的载荷。

（2）气路系统：主要是用来完成空气弹簧的附加气室充气功能，包括承载机架、附加气室、气路管件、电磁阀等部件构成。

（3）测控系统：主要是用来根据试验要求来实现伺服电机控制，气路系统的充气与排气，并且采集传感器电信号，输入软件系统，并经过数据处理在可视化界面进行显示。测控系统包括硬件与软件两部分。

1）测控系统硬件部分。硬件部分由工控机、交流伺服电机、电流传感器、电压传感器、运动控制板卡、数据采集模块组成。该部分以工控机、运动控制板卡、数据采集模块为核心，依靠接口电路与计算机相连，通过人机界面的操作实现运动执行机构以及各传感器的信号转换盒数据采集形成闭环控制环路，从而实现空气弹簧各个性能参数的精确测量。

2）测控系统软件部分。软件部分选取图形化编程语言LabView进行人机界面的实现，利用模块化的编程方法来实现软件系统。依据空气弹簧性能参数的检测需求，软件部分主要分为六个功能模块：系统设置模块、工况设置模块、充气与排气控制模块、气密性测试模块、静刚度测试模块、数据存储查询模块。

3 空气弹簧试验装置性能验证

试验装置设计完成后采用目前常用SYS400B型空气弹簧进行气密性试验和静刚度试验两项功能的检测，并通过该试验对所设计的试验装置的性能效果以及精度进行现场验证。

3.1 空气弹簧气密性试验

（1）基本试验标准：在持续15min内进行保压试验，在保压试验过程中，空气弹簧胶囊中气压下降值标准≤10Kpa。

（2）试验方法。1）空气弹簧整体高度控制在标准高度H0（360mm），通过实验装置进行充气，使空气弹簧胶囊内气压值达到790Kpa，并保压30秒；2）释放空气弹簧胶囊中的一部分空气，将气压降低至500Kpa，持续保压15min，测量记录该保压时间内空气弹簧胶囊内的气压降低值，通过测试，气压降低值为8.5Kpa；3）试验结果：最后5min的气压下降值为8.5KPa≤10Kpa，证明该空气弹簧的气密性指标合格。

3.2 空气弹簧的垂向静刚度试验

（1）基本试验标准：垂向加载振幅：±5、±10mm两种；垂向载荷：120KN、90KN，60KN，45KN；垂向加载速度：5±0.5（mm/s）。

试件合格标准：根据测试结果对垂向静刚度测试进行效果验证，静垂向刚度试验值与理论值进行比较分析，其刚度差距量≤20%。

（2）试验步骤：1）空气弹簧整体高度控制在标准高度H0（360mm），通过实验装置进行充气，将空气弹簧的载荷调整到AW3工况（120KN），在这种载荷工况下按照振幅a=±5mm循环施加压力5次；2）在第5次施加压力后，在AW3工况（120KN）载荷压力下保持15min，记录所测试空气弹簧垂向静刚度值；3）按上述步骤第二次试验按照振幅a=±10mm循环施加压力5次进行试验；4）按照上述步骤，分别在AW2工况（90KN）、AW1工况（60KN）以及AW0工况（45KN）下对空气弹簧进行压缩与拉伸试验；

（3）试验结果。SYS400B型空气弹簧垂向静刚度数值如图1所示。

垂向静刚度试验数据同标准数值进行对比分析，可说明：被试空气弹簧在120KN、90KN、60KN、45KN四种不同工况载荷下所测试的垂向静刚度值均符合标准。

4 结束语

地铁车辆空气弹簧性能参数试验装置的设计，可以满足国内大部分地铁车辆所使用的多种型号空气弹簧的多项性能参数的测试需求，通过系统验证表明该试验装置稳定可靠、数据测试精确。该空气弹簧试验装置的通入使用可以为地铁车辆运营公司维修部门空气弹簧的检修提供科学有效检测手段，提高地铁车辆维修部门工作效率，降低维修成本。

参考文献：

[1]赵云生.空气弹簧检修试验台[J].铁道车辆，2012（04）：31-33.

[2]张广世.地铁转向架空气弹簧试验研究[J].铁道车辆，2013 （08）：81-85.

[3]朱晓娟.地铁车辆空气弹簧通用性能试验装置机械结构设计[J].城市轨道交通研究，2014（01）：22-26.

作者简介：杜连超（1982-），男，中级工程师，主要从事：地铁车辆故障检修及维护保养工作。