0引言

無(wú)論是機(jī)車(chē)、客車(chē)、貨車(chē),還是地鐵、輕軌、動(dòng)車(chē) 組等各種形式的軌道車(chē)輛,都離不開(kāi)壓縮空氣。壓縮空氣主要為制動(dòng)提供動(dòng)力,同時(shí)還為受電弓、塞拉門(mén)、集便器、空氣彈簧等設(shè)備提供用風(fēng)^[1—3]。近年來(lái),我國(guó)動(dòng)車(chē)組、城市軌道交通等飛速發(fā)展,隨著軌道車(chē)輛保有量的增加,由壓縮空氣質(zhì)量下降而導(dǎo)致的用風(fēng)設(shè)備故障時(shí)有發(fā)生。

壓縮空氣的質(zhì)量好壞關(guān)系到用風(fēng)設(shè)備能否正常工作,影響其使用壽命,故現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)軌道車(chē)輛壓縮空氣的水、油和固體顆粒三種主要雜質(zhì)的含量有明確規(guī)定?，F(xiàn)有壓縮空氣檢測(cè)設(shè)備多為地面固定式設(shè)備,用于對(duì)供風(fēng)單元進(jìn)行檢測(cè),無(wú)法移動(dòng)進(jìn)行隨車(chē)檢測(cè)。為此,周其顯等人^[4]和張濤^[5]分別提出了一種針對(duì)軌道交通車(chē)輛壓縮空氣質(zhì)量進(jìn)行在線檢測(cè)的方法,但這兩種方法需要對(duì)現(xiàn)車(chē)的空氣管路進(jìn)行改造,對(duì)于已經(jīng)上線運(yùn)行的車(chē)輛而言,受安裝空間限制,很難實(shí)施。為解決此問(wèn)題,本項(xiàng)目研發(fā)了一種便攜式壓縮空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備,可在檢修作業(yè)時(shí)用于檢測(cè),也可進(jìn)行跟蹤檢測(cè)。

1壓縮空氣雜質(zhì)的危害

現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛的安全和穩(wěn)定運(yùn)行高度依賴(lài)于高質(zhì)量的壓縮空氣供應(yīng),這種壓縮空氣需要滿足一系列嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn),包括清潔度和干燥度。為了獲得這種高質(zhì)量的壓縮空氣,軌道交通車(chē)輛采用了復(fù)雜的壓縮空氣供給系統(tǒng)。壓縮空氣供給系統(tǒng)也稱(chēng)為供風(fēng)系統(tǒng)或風(fēng)源系統(tǒng),包括空氣壓縮機(jī)、干燥器、過(guò)濾器、風(fēng)缸等零部件,主要用于產(chǎn)生壓縮空氣,并對(duì)其中的雜質(zhì)進(jìn)行處理,提供滿足車(chē)輛用風(fēng)需求的壓縮空氣^[6]。壓縮空氣中危害最大的主要雜質(zhì)為固體顆粒、水和油,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)三種雜質(zhì)的含量和檢測(cè)方法有明確的規(guī)定^[7]。

1.1 固體顆粒的危害

壓縮空氣中的固體顆粒有多種來(lái)源,比如空氣中的粉塵顆粒,管路內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)生的鐵銹或結(jié)垢物,過(guò)濾設(shè)備的濾材脫落,密封材料的老化磨損等等,這些固體顆粒隨著壓縮空氣的流動(dòng),會(huì)進(jìn)入用風(fēng)設(shè)備的內(nèi)部,成為設(shè)備運(yùn)行的隱患,比如可能造成設(shè)備中小孔的堵塞引發(fā)功能失效,造成活塞的卡滯引發(fā)泄漏,造成壓縮彈簧的運(yùn)動(dòng)受阻引發(fā)動(dòng)作不良等等。在軌道交通車(chē)輛中,就曾出現(xiàn)過(guò)相關(guān)故障,圖1為某動(dòng)車(chē)組的故障差壓閥,鐵銹進(jìn)入差壓閥內(nèi)部,差壓閥運(yùn)動(dòng)受阻,導(dǎo)致功能失效。

1.2 水分的危害

自然環(huán)境下的空氣本身就含有水分,空氣被壓縮后,體積減小、壓強(qiáng)增大,但水分含量不變,這就導(dǎo)致單位體積壓縮空氣中的水含量增加。而壓縮空氣的溫度越低,其中的水分就越容易析出?？諝饨?jīng)壓縮后溫度升高,遇到溫度低的管路或設(shè)備內(nèi)壁,水分就容易凝結(jié),從而造成管路或設(shè)備的銹蝕。因此,在軌道交通車(chē)輛中,壓縮空氣要經(jīng)過(guò)干燥器的處理才能供用風(fēng)設(shè)備使用。但有時(shí)候由于干燥器失效等原因,供風(fēng)管路的含水量可能會(huì)較高。在冬季極端惡劣天氣時(shí),管路中的水分會(huì)凍結(jié)設(shè)備,引發(fā)故障。圖2為某動(dòng)車(chē)組被凍結(jié)的氣路控制箱止回閥,由于管路凍堵,下游用風(fēng)設(shè)備供風(fēng)不足,影響了動(dòng)車(chē)組的正常運(yùn)營(yíng)秩序^[8]。

1.3 油的危害

目前,軌道交通車(chē)輛采用的空氣壓縮機(jī)主要為螺桿式空壓機(jī)和往復(fù)活塞式空壓機(jī)兩種,需要通過(guò)潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻,從而減少設(shè)備的磨損,維持設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)空氣被壓縮時(shí),溫度升高,這些潤(rùn)滑油也會(huì)變成油蒸氣融入壓縮空氣中,如處理不徹底,油氣進(jìn)入管路設(shè)備,會(huì)造成設(shè)備堵塞或污染失效。文獻(xiàn)[9]對(duì)地鐵車(chē)輛壓縮空氣油脂超標(biāo)引起的制動(dòng)系統(tǒng)壓力控制異常進(jìn)行了分析,并提出了改進(jìn)措施。為保證軌道交通車(chē)輛壓縮空氣的質(zhì)量和性能,必須對(duì)油蒸氣進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?

2便攜式檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)

2.1設(shè)備設(shè)計(jì)原理

為方便及時(shí)對(duì)軌道交通車(chē)輛的壓縮空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè),本項(xiàng)目提出一種便攜式壓縮空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備,可方便快捷地檢測(cè)出列車(chē)管路中壓縮空氣多種雜質(zhì)(主要為水、油、固體顆粒等)是否符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求,為檢修人員提供數(shù)據(jù)支持,以便提早發(fā)現(xiàn)安全隱患并及時(shí)處理,從而減少壓縮空氣質(zhì)量超標(biāo)帶來(lái)的影響,延長(zhǎng)用風(fēng)設(shè)備的使用壽命。

便攜式壓縮空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備的原理如圖3 所示。

該項(xiàng)目將壓縮空氣質(zhì)量的檢測(cè)設(shè)備集成于一個(gè)手提箱中,通過(guò)電池組供電(充電電源為AC220 V,50Hz),使用觸摸屏顯示及操作,可攜帶它臨時(shí)測(cè)量,也可隨車(chē)安裝進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間跟蹤監(jiān)測(cè)。設(shè)備內(nèi)部包含3個(gè)傳感器:固體顆粒傳感器、含水量傳感器、含油量傳感器,分別用于檢測(cè)壓縮空氣中的固體顆粒、水和油三種雜質(zhì)。傳感器與觸摸屏通過(guò)工控主板連接,傳感器將檢測(cè)結(jié)果傳輸?shù)焦た刂靼?工控主板解析后傳輸?shù)接|摸屏進(jìn)行顯示,觸摸屏可根據(jù)需要,直接顯示數(shù)據(jù),也可處理成曲線形式顯示,并具有數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)功能。箱體內(nèi)設(shè)有電磁閥,用于控制檢測(cè)設(shè)備與被測(cè)氣路的通斷,需要進(jìn)行檢測(cè)時(shí),電磁閥得電接通,不需要檢修檢測(cè)時(shí),電磁閥失電關(guān)閉。箱體外部設(shè)有快速接頭,用于檢測(cè)設(shè)備的氣路與被測(cè)氣路相連,通過(guò)截?cái)嗳T(mén)可手動(dòng)控制快速接頭與被測(cè)氣路的通斷。

在被測(cè)氣路上還可根據(jù)需要安裝流量計(jì)、溫度傳感器、壓力傳感器,可以長(zhǎng)期監(jiān)控被測(cè)氣路的壓縮空氣流量、溫度以及壓力。檢測(cè)時(shí),先將流量計(jì)、溫度傳感器、壓力傳感器安裝于被測(cè)氣路上,并將數(shù)據(jù)線纜連接到對(duì)應(yīng)箱體的插頭上。再將箱體氣路與被測(cè)氣路通過(guò)快速接頭連接。在被測(cè)氣路壓縮空氣壓力正常情況下,打開(kāi)截?cái)嗳T(mén),使被測(cè)氣路的壓縮空氣進(jìn)入箱體中。在檢測(cè)設(shè)備對(duì)壓縮空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)時(shí),觸摸屏的電腦控制電磁閥打開(kāi),被測(cè)氣路的壓縮空氣分別進(jìn)入含油量傳感器、含水量傳感器和固體顆粒傳感器,經(jīng)檢測(cè)后通過(guò)各自的排氣孔排向大氣。傳感器將數(shù)據(jù)結(jié)果傳輸給觸摸屏進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。完成測(cè)試后,觸摸屏控制電磁閥關(guān)閉氣路,以便減少壓縮空氣的損失。如需跟蹤監(jiān)控被測(cè)氣路的壓縮空氣質(zhì)量,可通過(guò)觸摸屏設(shè)置兩次檢測(cè)的時(shí)間間隔以及整個(gè)跟蹤監(jiān)測(cè)的時(shí)長(zhǎng),在下次檢測(cè)時(shí),觸摸屏自動(dòng)控制電磁閥打開(kāi),接通被測(cè)氣路,檢測(cè)完成后關(guān)閉,如此循環(huán),直到達(dá)到設(shè)定的時(shí)長(zhǎng)后關(guān)閉電磁閥并不再接通。在上述檢測(cè)過(guò)程中,若提前將流量計(jì)、溫度傳感器、壓力傳感器安裝于被測(cè)氣路上,并連接好數(shù)據(jù)線路,則觸摸屏還可實(shí)時(shí)顯示和記錄被測(cè)管路的流量、溫度和壓力。觸摸屏記錄的數(shù)據(jù)可通過(guò)U盤(pán)或 wi—Fi傳輸?shù)狡渌娔X中進(jìn)行管理。

2.2操作界面設(shè)計(jì)

為提供更好的人機(jī)交互服務(wù),對(duì)設(shè)備觸摸屏的操作界面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。主界面為人機(jī)交互的主要界面,可以實(shí)時(shí)顯示在線測(cè)試的數(shù)據(jù),同時(shí)也可以提供數(shù)據(jù)曲線,如圖4所示。

主界面左側(cè)區(qū)域?yàn)椴藛伟粹o區(qū)域,可以通過(guò)按鈕進(jìn)行相應(yīng)的操作,操作“退出”按鈕,可退出軟件;操作“參數(shù)管理”軟件,可對(duì)測(cè)試參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,例如產(chǎn)品型號(hào)、測(cè)試參數(shù)(包括測(cè)試時(shí)間、采樣周期、判定標(biāo)準(zhǔn))等。

主界面右側(cè)區(qū)域?yàn)闇y(cè)試區(qū)域,包括數(shù)據(jù)顯示、曲線顯示和操作區(qū)域。數(shù)據(jù)顯示區(qū)域可以實(shí)時(shí)顯示測(cè)量的露點(diǎn)、殘油量和顆粒度。曲線顯示區(qū)域,以曲線形式顯示露點(diǎn)、殘油量、顆粒度的值,便于觀察數(shù)據(jù)的趨勢(shì)。通過(guò)操作區(qū)域可在測(cè)試前進(jìn)行型號(hào)的選擇,并錄入測(cè)試編號(hào),電磁閥開(kāi)關(guān)用于手動(dòng)控制電磁閥的通斷,通過(guò)“開(kāi)始測(cè)試”和“停止測(cè)試”按鈕可控制測(cè)試的啟停。測(cè)試數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)記錄到csv格式的數(shù)據(jù)文件中。

3 結(jié)論

本文所述便攜式壓縮空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備采用手提箱的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、集成安裝的方式,方便攜帶,便于操作,可在檢修作業(yè)時(shí)對(duì)軌道交通車(chē)輛的壓縮空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè),也可放置于車(chē)上進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤檢測(cè)。檢測(cè)的數(shù)據(jù)可通過(guò)曲線形式進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示,同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行存儲(chǔ),并可在檢測(cè)完畢后導(dǎo)出到存儲(chǔ)設(shè)備。

后續(xù)可根據(jù)市場(chǎng)需求,增加實(shí)時(shí)在線傳輸功能,將檢測(cè)數(shù)據(jù)在線實(shí)時(shí)傳遞給需要的監(jiān)控設(shè)備,供有需要的人員及時(shí)掌握數(shù)據(jù),比如提供給智能運(yùn)維系統(tǒng),便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,并對(duì)供風(fēng)單元的狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行健康管理。

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2024年第18期第17篇