膜片弹簧制动气室动态性能测试系统设计

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Design of a dynamic performance testing system for diaphragm spring brake chambersSui Lianghong ，Yang Chunsheng ，Zhang Jie(1.National Institute of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China；2.School of Manufacturing Science& Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，China)Abstract：We investigated the working principle of the diaphragm spring brake chamber and its several typical applications in au-tomobile air braking process，SO as to explore the requirements for parameter test of diaphragm spring brake chambers.AccordingtO the diaphragm spring brake chamber for these basic parameters，we proposed a new method tO test the dynamic performance ofdiaphragm spring brake chambers.We also studied the implementation scheme of the testing system.Based on the assembling ofthe whole system in laboratory，we developed a control and test platform.The experimental data shows that the system has highreliability，high measurement precision and good stability.The measured characteristic curve exceeds the theoretica1 curve nomore than 5 .Thus，it could keep a dynamic balance within the range of features。

Key words：diaphragm spring brake chamber；air brake；dynamic performance；testing system；reliability随着国家交通行业标准 JT/T325-2010的出台和实施，对公交客车进行了细分管理。JT/T325-2010对营运客车类型进行了划分，其中将公共汽车独立出来，有关专家就公交客车安全技术问题提出了明确的要求，要求从技术与标准两个方面进-步提高公交客车的安全l生，并将其落实到公交优先的发展战略上来。

气制动是公交客车制动最主要的制动形式之-，膜片弹簧是提供制动力的主要来源，也是行车制动中的关键制动部件。作为制动系统的关键部件，其性能参数检测至关重要。

目前，通常采用国内传统的膜片弹簧制动气室试验台对双膜片弹簧制动气室进行检测，然而，其测试数据以及曲线的处理分析均难以满足高精度、高稳定性和低成本的要求。由于汽车运行环境恶劣且制动气室是频繁动作的重要部件，损坏几率相对较大，对其进行定期性能检测诊断显得十分必要 ]。

1 膜片弹簧制动气室结构与工作原理双膜片弹簧制动气室由2个独立的膜片气室组成，分别由行车制动和驻车制动或应急制动元件独立操纵，用于为车轮提供制动力嘲。双膜片弹簧制动气室结构图见图1。

图 l 双膜片弹簧制动气室结构图Fig.1 Structure of the double diaphragm springbrake chamber1)行车制动时，压缩空气经 11口进入 a腔，作用在膜片 b上，并压缩弹簧 C，推杆 d推出，作用在膜片上的压力通过连接杆作用在调整臂上，对车轮产生制动力矩。

2)停车和应急制动时，手控阀使 E腔的压缩空气经12 VI完全或部分地释放出去，储能弹簧 g也随之完全或部分释放能量，通过膜片 f，推杆 k和 d及制动调整臂作用在车轮制动器上。

3)正常行驶时，将放松螺栓 h置于孔 A中，并用螺母锁紧，需要机械放松时，放松螺栓放入托盘 i，旋装 2国0家13 基局科技计划资助项目 ；国家质检总局 性行业科研专项资助项目(2 10109(20loQK4o6) ) 基金项目： 质检总 匡l 公益干T 赞呗日zulz作者简介：隋IX(1982 )，女，工程师，主要研究方向：电子技术、测试技术，slhself###qq·corn第 8期 隋良红，等：膜片弹簧制动气室动态性能测试系统设计 761转 90度，再拧出放松螺栓，以实现无压缩空气时手动解除制动。

2 测试系统设计根据测试需要，设计测试系统装置原理结构如图 2所示。

1-气源 ；2-开关阀；3-0.4级标准压力表 ；4-l dma贮气筒 ；5试件；6-压力传感器；7测力装置；8油缸；9开关；10-油标图 2 测试系统原理简图Fig.2 Principle diagram of the testing system系统主要包括工控机、数据采集系统、电机、传感器、控制电路和被测制动气室。图 3为系统总体结构图。图中工控机与数据采集卡通过PCI总线连接，控制电路通过串口与工控机通信∝制电路通过I/O口输出控制信号控制电气比例阀大小，气动系统按照设定要求供气。传感器分别与被测膜片弹簧制动气室控制气口，进气口和出气口相连[3]。

工 控机恫盛图 3 系统总体结构图Fig.3 Overall structure of the testing system3 系统软件设计膜片弹簧制动气室测试系统软件主要由两部分组成：数据交互子拈和产品判断子拈。工控机对系统输出的数据进行采集和处理分析，然后存人串口缓存器；接收数据采集系统发出的指令，同时发出控制信号，驱动执行电路促进调节器调整。数据交互拈主要用于测试平台与数据采集系统间的数据通信[蜘。

系统通过主机与从机之间的串口通信协议来实现数据交互，其数据的接收与发送具体流程如图4所示。

产品判断子拈中，通过测试结果与数据处理结果比较，判断产品是否合格，流程图如图5所示。

4 试验测试4.1 测试方法测试规范：1)打开开关阀 2，使气压升至 300图4 数据交互拈收发软件流程图Fig.4 Sending and receiving data flow charts ofthe interactive module software图5 合格判定子拈软件流程图Fig 5 Flow chart of the qualifed determination r tule softwarekPa，在此气压下用介质测试总成是否有泄露；2)打开开关阀 2，使气压升至 1 MPa，在此气压下用介质测试检测系统总成是否有气压泄露6]。

测试系统具体操作过程和操作步骤如下：首先将被测膜片弹簧制动气室夹具管路连接好，-路传感器布置在被测制动气室输入管路上，另-路传感器布置在被测制动气室的输出管路上。人工开启测试软件，操作计算机发出控制命令使气增压缸电磁阀上电，气增压缸工作供给气压，气压开关电磁阀、兰数据 采集卡762 中 国 科 技 论 文 第 8卷妻曼 笙 鉴 葶 妻篓 辇， 璧 动态特性测试时，夹具固定被测制动阀后，步进 鼍 妻孽 曼 芝 曼电机 ， 量面，.差 四路气压 ，堡 ：。 ， 即 器制动工fZNo 与此嘎 专点毫 烹 爰 荇 主 ， ，贫 N N N A，-。

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表 2 气压-时间测试条件及结论Table 2 Air pressure-time test conditions and conclusionh图 7 气压-时问测试曲线Fig.7 Air pressure-time test curve3)输出力-位移特性测试。测试条件及结论如表3所示；特性曲线(输出力-位移曲线)如图8所示。

表3 输出力-位移测试条件及结论Table 3 Output force-displacement test conditionsand conclusion4)输出气压-位移特性测试。测试条件及结论如№ m 图 8 输出力-位移测试曲线Fig.8 Output force-displacement test curve表 4所示；特性曲线(输出力-位移曲线)如图 9所示。

表 4 输出气压-位移测试条件及结论Table 4 Output pressure-displacement testconditions and conclusion测试气压/ 进给速 加载限 回程延 空行程/kPa 度/(mm·S-1) 位力/N 时/s mil803.964 2 1 2 500 5 1 073测试结论 合格伺 服加载装置 测试按钮 行程tram 试气压图 9 输出气压-位移测试曲线Fig.9 Output pressure-displacement test curve以上为测试系统对膜片弹簧制动气室的测试结果。由于测试数据较多，数据量较大，在此不--列举详细测试数据。通过膜片弹簧制动气室各种特性测试结果分析，可看出该测试系统具有较高的可靠性、测量精度和稳定性，测试结果显示方便直观。

5 结 语实际测试结果表明，该系统实现了对膜片弹簧制动气室动态特性的准确测量，具有较高的测试可第 8期 隋良红，等：膜片弹簧制动气室动态性能测试系统设计 763靠性和稳定性。同时，采用工控机和数据采集卡有效地减少了数据冲突和丢失，提高了数据传输准确性和灵活性，实用性强。总体而言，该项 目研究具有较好的工程测试背景和实用参考价值。