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制动缸缓解弹簧检测装置的设计及应用-中国传动网-中国传动网应用案例

信息来源:chuandong.biz  时间:2009-01-06  浏览次数:166

  摘 要:针对铁路货车制动缸缓解弹簧检测工艺的技术要求,文章在数控测控方面进行了详细的阐述和分析,并研制出了一种以西门子S7-200系列 PLC为控制核心的检测装置,实现了数控系统的精确定位控制。采用VB6.0编程软件建立上位机监控系统,通过串行通信方式对整个检测过程进行实时监控。采用该方法设计的检测装置,可对制动缸缓解弹簧进行自由高检测和分段回弹力检测。
  关键词:PLC,数控,伺服系统,串行通信,缓解弹簧
  Design and Application of Detection Devices for Brake Cylinder Buffer Spring
  Wang Xing, Qi Xiangdong
  Abstract: To meet the technology requirements of detection process of brake cylinder buffer spring for railway truck, the papers was described and analyzed in numerical control, and designed a siemens S7-200 series PLC to control the core of the detection devices, to achieve the precise positioning control for numerical control system. VB6.0 programming software to establish the use of PC control system, serial communication through the entire detection process real-time monitoring. The detection device can detect the the free heights and elasticity of Brake Cylinder Buffer Spring
  Keywords: PLC,Numerical control,Servo System,Serial Communication,Buffer Spring
  0 引言
  制动装置是铁路货车的重要组成部分,是铁路货物运输秩序和安全的重要保障。铁路货车制动系统是一个工作过程非常复杂、专业性很强的系统,制动缸作为制动系统关键部件,它的性能优劣直接影响铁路行车安全。制动缸由制动缸盖、活塞、活塞杆、皮碗及缓解弹簧等组成,缓解弹簧作为制动缸的主要部件,又直接影响制动缸的各项制动性能[1]。所以在车辆制动缸的新造与检修过程中,缓解弹簧也需进行严格的检测。传统的检测方法都是手工操作,检测精度低、人为因素影响大、劳动强度高,不便于管理。为此研制设计出了一种专门用于制动缸缓解弹簧的检测装置,以满足生产的需求[2]。
  1 检测装置的组成及工作原理
  1.1 检测装置的组成
  在2007年《铁路货车制动装置检修规则》中,规定弹簧须在数控弹簧测力机上进行检测。根据检测规则的技术要求,制动缸缓解弹簧检测装置的设计如图1所示。整个装置采用双工位作业设计,由机械部分,电气控制部分,计算机软件部分三大部分组成。
  图1 制动缸缓解弹簧检测装置的结构示意图
  1-工作台;2-检验尺;3-压力传感器;4-缓解弹簧;5-弹簧固定杆;6-弹簧座;7-工作台;8-同步齿形带;9-伺服电机;10-伺服系统;11-丝杠;12-转向架;13-控制箱;14-控制按钮;15-平板电脑;16-微型打印机;17-键盘。
  1.1.1 机械部分
  检测装置的机械结构在设计上考虑到弹簧上下货的方便,将设备的外形尺寸定为1000m×600m×1800m(长×宽×高)。在操作方面为使操作者能够多角度操作,特将操作箱与床身由活动的转向架连接,可旋转180°的角度。在安全作业方面,每个待测弹簧将放在带有凹槽的弹簧座上防止侧滑,四周由4根固定杆组成防护栏防止向外弹出,其中一根在上下货时可拆卸。在移动方面,检测装置安装有4个带刹车的滑轮,可方便的移动与固定。在弹簧压缩方面,检测装置采用丝杠带动弹簧座一起上下移动来完成该动作。检测装置的使用现场如图2所示。
  图2 现场安装实物照片
  1.1.2 电气控制部分
  检测装置的电气控制部分以PLC为控制核心,每个工位配有独立压力传感器,伺服电机,伺服系统,传送带,控制按钮等,可完成自动和手动两种控制功能。压力传感器选用量程为0~5000N,分辨率为0.1N,可反馈回4~20mA的电流型信号。考虑到被测件安放的稳定性,对压力传感器的承压部分进行了改造,为提高测量精度,采用刚度大、变形小的底座。考虑到制动缸缓解弹簧在压缩过程中,压缩行程精度允许误差为1mm,要求精度没有数控车床加工精度高,所以在伺服系统上采用开环控制方式,伺服电机选用步进电机。
  1.1.3 计算机软件部分
  检测装置的计算机软件部分,主要指测试装置的监控软件。该软件根据制动缸缓解弹簧的特定工艺流程,基于VB6.0编程软件编制而成的。具有对测试过程实时动画显示,弹簧压缩参数设置,测试数据记录查询,打印报表,模拟键盘输入等功能。为使设备轻巧简单,上位机计算机采用带触摸功能的平板电脑,配备微型针孔打印机,以及备用微型键盘。检测装置的主控制界面如图3所示。
  图3 制动缸缓解弹簧检测装置主控界面
  1.2 检测装置的工作原理
  为了实现制动缸缓解弹簧检测装置检测过程全自动化,达到智能控制要求。操作员在进行操作前,需要通过计算机监控软件对整个检测过程进行参数设置,设置的内容有弹簧类型,弹簧压缩次数,每次压缩行程,合格标准,限位设置等多项内容。
  检测装置根据设置可完成智能化运行。通过压力传感器采集当前弹簧压缩状态下的回弹力,并将其转化成4~20mA的电流型信号,传递给主控制器PLC的模拟量接收模块。PLC对所采集的信号进行A/D转换、滤波、整流等处理,再与上位机计算机进行串行通信,把处理后的信号发送到计算机的缓存区中。监控软件一方面通过对计算机缓存区中接收到的信息进行解析,判断处理,完成制动缸缓解弹簧检测过程的实时动态显示、数据记录、限位报警、故障诊断等操作;另一方面通过对PLC发送控制信息,完成对伺服系统高频脉冲信号、开关量信号的输入。PLC与计算机的串行通信是通过PLC控制器上的RS-485串口和计算机上的RS-232串口来完成的[3]。伺服系统接收到控制信号后,可完成对伺服电机的正、反转,旋转角度,旋转速度等动作的控制,通过同步齿形带将动作再次传递给丝杠,完成丝杠与弹簧座的一同上下动作,从而使被测弹簧实现压缩和缓解。整个检测过程的工作原理如图4所示。
  图4 制动缸缓解弹簧检测装置的工作原理框图
  2 检测装置的测试要求及功能
  (1)本检测装置根据检测需求,可完成如表1所示种类制动缸缓解弹簧的实验:
  表1 制动缸缓解弹簧技术参数
  (2)检测装置可使弹簧全压缩5次,测试第4次及第5 次子自由高,不许有永久变形,并且弹簧在自由状态下高度变化不超过-40mm,超出均视为不合格。压缩次数可调。
  

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