车辆油压减振器球铰压装与监测系统的设计

周耀辉

（常州科兴铁路装备有限公司，江苏常州 213011）

车辆油压减振器球铰压装与监测系统的设计

周耀辉

（常州科兴铁路装备有限公司，江苏常州 213011）

一种机车车辆油压减振器球铰压装与监测系统。利用研华USB-4704多功能模块，进行数字量、模拟量输入输出，控制油缸动作，并对压装减振器球铰的压装力进行监测，实现自动判断压装力是否合格的功能。

数据采集；压装力判断；多功能模块

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.49

0 引言

油压减振器是火车机车车辆上的一个重要部件，直接影响行车的安全性和舒适性。目前大量减振器两端采用球铰的型式，减振器两端是圆环，球铰被压入圆环中，为过盈配合。减振器利用球铰与机车相连接，如果球铰与减振器两端圆环的过盈量不足，机车在运行过程中，减振器受各个方向力的影响，球铰与减振器两端圆环脱离，直接威胁到机车车辆的行车安全。

系统采用机电一体化与计算机测控技术，精确控制与监测油压减振器球铰的压装过程，确保球铰在压入过程中有较长一段行程，其压装力大于要求值。在使用中，只需将减振器放于压装工装上，然后选择相应的减振器型号，再按下压按钮即可自动完成压装与监测。压装完成后，系统自动判别是否合格。

1 压装与检测系统的机械设计

系统机械部分主要由机架、液压系统及传感器等构成。考虑到其机械结构的稳定性，机架由Q345-B钢板焊接而成。液压系统采用国内知名品牌的液压阀、油泵及油缸。系统启动后，电机开启，电磁阀YA1，YA2，YA3均不得电，液压油直接流回油箱。油缸快进时，电磁阀YA1得电，YA2，YA3不得电，液压油经B直接流入油缸，使油缸快速下压。油缸工进时，电磁阀YA1，YA3得电，YA2不得电，液压油经电磁节流阀流入油缸，使油缸慢速下压。油缸快速退回时，电磁阀YA2得电，YA1，YA3不得电，液压油经A流入油缸，油缸快速退回（图1）。1个位移传感器和1个轮辐式拉压力传感器作为整个系统的监测传感器，给系统提供控制与监测信号。系统对传感器的稳定性、精确度及抗干扰能力有较高要求。考察与比较后，选定上海天沐的位移传感器和拉压力传感器。

2 压装与检测系统的电气及计算机硬件设计

系统电气及计算机硬件部分的主要结构如图2所示。

系统以工控机为中心，利用研华USB-4704多功能模块的数字量输入接口、数字量输出接口、模拟量输入接口采集、输出信号，对整个系统进行控制。系统启动完成后，由触摸屏选择需要压装的减振器型号，系统从数据库读出相应的压装参数，然后等待按钮信号输入。当检测到按钮信号时，工控机通过USB-4704多功能模块输出数字量信号，驱动继电器输出模块，YA1电磁阀得电，实现油缸快进，同时采集位移传感器的信号。当油缸到达需要工进位置时，由USB-4704模块驱动继电器模块，YA1，YA3得电。当油缸到达检测位置时，采集位移传感器及拉压力传感器信号，记录位移及压力并保存于数据库中，然后在触摸屏上显示并绘制压装曲线。压入完成后，与压装参数中的压装力要求进行比较，并判断是否合格。

图1 液压原理

系统对工控机运行速度、稳定性及抗干扰能力等方面有较高的要求，经过考察最后决定选用占美gk3000全封闭无风扇低功耗工控机。该机采用英特尔HASWELL架构I3-4010U低功耗处理器，有1个视频接口和1个HDMI（High Definition Multimedia Interface，高清晰度多媒体接口），2个串口、7个USB接口，支持24 h开机，可长时间无人职守。

研华USB-4704是一款高性能的多功能USB模拟量输入输出、数字量输入输出模块，具有8通道14位分辨率模拟输入，采样率达48 kS/s，8通道数字量输入，8通道数字量输出，2通道模拟量输出，1个32位计数器。其功能完全满足本系统要求。

图2 主要结构

3 软件的设计

系统软件围绕USB-4704多功能模块进行开发，采用Visu-al C#语言，调用研华提供的DAQNavi SDK进行开发，数据库采用SQLite数据库。

DAQNavi可让开发人员享有易于使用、具备可扩充性、高弹性、方便操作及高可靠性等特色，其具有易于上手，支持多线程及多核心环境，方便操作的接口，支持多种编程语言，支持多种操作系统等优点。

SQLit是一个进程内的库，是一种轻量级的、自给自足的、无服务器的、无需配置的，事务性的SQL数据库引擎。其具有无需安装和管理、非常小、支持事务处理、支持SQL92等优点。Visual C#通过system.data.sqlite控件对数据库进行操作。数据库中存储着每种型号减振器的压装参数，包括工进的位置、检测压装力开始位置及结束位置，压装力合格范围等参数。

系统对外界的输入输出必须及时响应，绝不能侦测外界输入信号时，造成系统界面等死锁，所以必须采用多线程编程。本系统运行过程中，创建了3个线程：主线程用于操作界面的显示、响应操作界面等；一个子线程用于侦测外界按钮的输入，并将信号返回到主线程；另一个子线程用于输出信号到电磁阀，并采集位移传感器及拉压力传感器信号，并将采集到的数据返回主线程进行处理，判断是否合格，并绘制压装曲线。用户可根据需要打印报表。

4 结束语

系统实现了减振器球铰的压装及监测功能，自动判别压装力是否合格等功能。用户只需选择相应的减振器型号，即可自动压装、自动判断是否合格，避免了压装过程中压装力不满足要求的质量问题。

［1］成大先.机械设计手册（第5版）［M］.北京：化学工业出版社，2004.

［2］Bill Evjen（.美）.C#高级编程（第 8版）［M］.李铭译.北京：清华大学出版社，2014.

［3］研华公司.DAQNavi帮助文件［Z］.

TP399

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〔编辑 吴建卿〕