基于动力集中动车组微机电空制动系统的单车试验器研发

引言

时速160 公里动力集中动车组在国内已有大范围的运用，其制动系统也逐渐从传统的自动式电空制动系统向微机电空制动系统转变。为适应微机电空制动系统在动力集中动车组项目上的推广运用，需对适配微机电空制动系统的单车试验器进行研发设计，以此完善并优化制动系统试验流程。

1 使用需求

传统的配置自动式电空制动系统的车辆在进行单车试验时，采用移动式的微控客车单车试验器进行试验，该种试验器具有设计小巧轻便、试验流程规范高效、数据自动化处理等优点。而近两年配置有微机电空制动系统的动力集中动车组车辆尚未有适配的单车试验器，在对这些车辆进行制动单车试验时，采用的是传统单车试验器外加笔记本电脑手动输入指令的方式进行试验。采用传统方法测试，测试过程中，操作人员劳动强度大、测量精度低，对铁标规定如此严格的制动性能来讲，手动测试过程中人为因素的影响是很明显的[1]。消除人为因素影响、提高单车试验设备自动化和智能化水平、研发适用多控制网络的试验装置，是单车试验器发展的一个必然结果。

2 产品研发过程

2.1 设计研发原则

适配微机电空制动的单车试验器研制，其设计研发原则如下：

（1）同时适配自动式空气制动系统和微机电空制动系统；

（2）试验器程序应包含所有动集单车试验过程中所需的制动试验项点，包括且不限于微机电空制动、空气制动、防滑、停放制动等；

（3）适应MVB 网络、以太网网络等多种网络控制模式。

2.2 单车试验器设计

基于微机电空制动系统的单车试验器研发是在既有单车试验器基础上，对配有微机电空制动装置的动力集中动车组单车试验项点进行梳理并进行针对性的分析，通过硬件选型设计、功能和接口设计，实现微机电空制动系统单车试验的全部功能。

2.2.1 试验项点梳理

配置微机电空制动系统动力集中动车组，其制动系统单车试验在铁标规定的铁道车辆制动机单车试验基础上，增加了微机电空及停放制动等相关项点，主要包含以下几类：

（1）空气制动系统试验，包括主管路过球试验、紧急制动阀试验、制动管漏泄试验、全车漏泄试验、制动和缓解感度试验、制动安定试验、缓解阀试验、紧急制动试验等；

（2）微机电空试验，包括制动管系漏泄试验、制动试验、缓解试验、紧急制动试验、阶段缓解试验等；

（3）防滑器试验；

（4）停放制动试验；

（5）其他试验，包括风笛供风、车钩控制供风等。

2.2.2 试验器设计思路

既有微机电空制动系统单车试验过程中存在着试验过程繁琐、试验步骤不智能、电气网络接口不规范、外接风源适配能力不足等问题。基于以上存在的问题，本次对单车试验器整体设计思路如下：

（1）对既有单车试验器进行升级改进，保留实现原有电空制动项点的基础上，新增微机电空试验等适用微机电空制动系统的项点；

（2）优化电气网络接口，新增MVB 和以太网通信模块；

（3）采用自动控制方式，试验器自动发送指令，自动读取试验状态，自动判断试验结果，实现微机电空试验的全自动控制；

（4）配置增压泵和三通阀门，适配多种风源输入压力。

2.2.3 试验器组成及硬件设计

针对微机电空制动系统单车试验需求设计的单车试验器由单车车体、微控操控终端、风路执行器、数据采集系统、MVB 通信模块、以太网通信模块、电源装置、管理主机、打印机、机能试验风缸等组成，几个主要部件的设计介绍如下：

单车车体：采用移动式推车，采用双层结构的气、电分离设计。

微控操控终端主要：采用触屏设计、Linux 操作系统，由触屏工控机、通信管理板等组成。

通讯模块：内置MVB 通讯模块与以太网通讯模块，可分别用于和车辆MVB总线、以太网总线连接。

风路执行器：由执行器 CPU 板、调压阀、油水分离器、气路板、电磁阀、压力变送器等组成，是单车试验器的主要执行部件。

数据采集系统：由压力变送器、无线制动缸压力检测仪、无线副风缸压力检测仪等设备组成，用于试验过程中压力的采集。

除上述主要组成部件外，单车试验器还设有电源装置、调压阀、压缩空气增压泵、管理主机及打印机、机能试验风缸等组成部分。

2.2.4 功能设计

单车试验器的功能设计需要实现单车试验项点的全部功能，同时需要满足使用过程中自动化、便捷化、智能化等的需求。本次研发的单车试验器主要集成了以下功能：

自检功能：通过设计机能试验，用于单车试验器自身性能的检测。

单车试验功能：单车试验器的设计能满足既有动力集中动车组微机电空制动系统所有单车试验的要求。

模拟车载 CCU 功能：通过自带的 MVB 通信模块或以太网通信模块，连接动车组MVB 总线或以太网总线，可模拟CCU 发送控制命令。

风源压力适用功能：通过配置增压泵和三通阀，实现输入风源压力的自适应功能。

压力曲线显示功能：监控软件以图形化界面动态显示单车试验过程，在监控界面上显示当前制动管、风源、制动缸及副风缸压力。

数据库管理功能：通过管理员权限设置，对人员库进行修改、添加、删除操作，可以对数据进行备份、恢复操作。

数据分析与上传功能：设计的监控软件能以图形化界面动态监视单车试验过程，在监控界面上显示当前制动管、风源、制动缸压力，并记录压力随时间变化曲线。

除以上功能外，单车试验器还设计了试验模式切换功能、试验参数设置功能、传感器压力标定功能、机能试验自学习功能、自动报警功能、数据查询和打印等功能。这些功能的设计旨在实现单车试验项点的基础上，提升试验器的自动化、智能化水平，减少人工干预，提高试验步骤的规范性及试验结果的准确性。

3 试验验证

对完成设计研发的单车试验器进行现车试验验证，确保试验项点完整无误、试验数据真实有效，是单车试验器研发过程中的一个重要验证环节。

采用配置微机电空制动装置的 160 公里动力集中动车组拖控车作为试验对象，通过软管连接器、电气连接器分别连接车辆与试验器的气路和控制接口，完成参数设置后进行单车制动试验。

通过单车试验器完成单车试验后，对打印出来的试验结果进行核实，确保试验项点完整、内容清晰、试验结果符合试验大纲要求。对于本次单车试验器样品的试验结果准确性，则通过传统试验方法进行对比验证，将通过样品得出的试验参数和结论与通过普通单车试验器结合笔记本电脑指令输入的方式得出的试验结果进行比对，确保二者结论一致。

4 结束语

适配微机制动的单车试验器研发通过设计需求调研、试验项点梳理、软硬件开发设计、样品试制、试验验证等过程，完整地实现了单车试验器的研发流程。通过对适配微机电空制动的单车试验器设计开发，填补了目前动力集中动车组项目缺少对应制动试验专用配套设置的空白，为微机电空制动系统单车试验的规范化、自动化、智能化需求提供了合理的解决方案。本次单车试验器研发是在既有单车试验器基础上，基于可靠性、适用性、延展性等多方面要素上实施的一次整体提升，并为类似的制动平台试验设施研发提供了必要参考。

参考文献：

[1] 齐向东，许军，赵华 微机单车试验器的研制[A] 太原重型机械学院学报，2001

基金项目：中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划项目（K2022T006）