專利名稱：一種機(jī)車定置試驗臺輪對速度同步控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)車試驗裝置，特別是指一種牽引試驗裝置中控制機(jī)車各輪對速 度的機(jī)車定置試驗臺輪對速度同步控制裝置。
背景技術(shù)：
目前我國鐵路連續(xù)大規(guī)模提速，列車運(yùn)行速度的提高對機(jī)車運(yùn)行的安全性和 可靠性提出了更高的要求，同時鐵路干線日益繁忙，在線路上試運(yùn)機(jī)車的可能性 也越來越小。因此，構(gòu)建適用于不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的機(jī)車，能夠進(jìn)行啟動試驗、牽引 試驗、制動試驗等的機(jī)車定置試驗臺是十分必要的。在機(jī)車定置試驗臺中機(jī)車各 輪對的速度控制和速度同步控制，是機(jī)車在定置試驗臺上進(jìn)行各種牽引試驗得以 順利進(jìn)行的保證。
目前，在機(jī)車牽引試驗中沒有自動控制各輪對同步轉(zhuǎn)動的裝置，只能依靠人 工調(diào)節(jié)每個輪對車軸的阻力，來調(diào)節(jié)輪對的同步。人工調(diào)節(jié)存在著跟隨性差，誤
差大，調(diào)節(jié)精度有欠缺，誤差只能控制在3%以內(nèi)，不能滿足生產(chǎn)要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)車定置試驗臺輪對速度同步控 制裝置，其可在機(jī)車定置試驗中自動調(diào)節(jié)各輪對的速度控制和速度同步控制，并 具有跟隨性好，誤差小的特點(diǎn)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種機(jī)車定置試驗臺輪對速度 同步控制裝置，其特征在于包括六對相對設(shè)置的輪軸，每三對所述輪軸連接成 一個機(jī)械同步系統(tǒng)，各所述機(jī)械同步系統(tǒng)分別連接一傳動系統(tǒng)，二所述傳動系統(tǒng) 分別連接一測功機(jī)，二所述測功機(jī)分別連接一負(fù)載； 一同步控制系統(tǒng)，包括依序 連接的主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、二勵磁控制器和二勵磁電路，各所述勵磁電路分別 連接二所述測功機(jī)。
各所述輪軸通過機(jī)械齒輪和萬向軸連接構(gòu)成所述機(jī)械同步系統(tǒng)。
所述主調(diào)節(jié)器為一微機(jī)，其中設(shè)置有數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊，所述測功機(jī)、 水阻箱的運(yùn)行數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)采集模塊輸入所述主調(diào)節(jié)器，所述同步控制系統(tǒng) 的控制指令通過所述控制模塊傳輸至所述勵磁控制器。
所述副調(diào)節(jié)器為一可編程控制器，其中設(shè)置有數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊，所 述可編程控制器通過數(shù)據(jù)采集模塊向所述主調(diào)節(jié)器反饋勵磁電流、電壓數(shù)據(jù)，并通過所述控制模塊向所述勵磁控制器傳輸指令，所述副調(diào)節(jié)器中還設(shè)置有PID數(shù) 字調(diào)節(jié)器。
所述同步控制系統(tǒng)為速度環(huán)、電流環(huán)、電壓環(huán)三環(huán)控制系統(tǒng)。 所述電流環(huán)的電流反饋由霍爾電流互感器經(jīng)所述可編程控制器的采樣模塊得到。
所述電流環(huán)上設(shè)置有一個由所述可編程控制器給出的恒定電流給定。
所述電壓環(huán)由霍爾電壓互感器經(jīng)所述可編程控制器采樣后得到。
所述速度環(huán)的反饋數(shù)據(jù)由光電編碼器經(jīng)所述可編程控制器的高速計數(shù)單元采
樣后得到，所述速度環(huán)的速度給定值由上位機(jī)的試驗監(jiān)控軟件或者主操作臺的速
度增/減按鈕發(fā)至可編程控制器。
所述負(fù)載為水阻箱，其連接一過壓保護(hù)電路。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于采用電壓、 電流、速度三環(huán)控制系統(tǒng)，使受試機(jī)車各輪對的同步調(diào)節(jié)具有跟隨性好、調(diào)節(jié)精 度高的優(yōu)點(diǎn)，可將誤差控制在1%。之內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于人工調(diào)節(jié)時3%的誤差。2、本 發(fā)明通過設(shè)置負(fù)載水阻箱，使本發(fā)明可在試驗臺上模擬機(jī)車運(yùn)行時的各種負(fù)載情 形，機(jī)車不用上干線就可以進(jìn)行性能試驗，并可得到準(zhǔn)確的試驗數(shù)據(jù)。3、本發(fā)明
提高了機(jī)車試驗效率，而且使機(jī)車性能試驗的功能更全面。4、在試驗過程中，如
機(jī)車出現(xiàn)問題，維修方便。


圖1是本發(fā)明定置試驗臺示意圖
圖2是本發(fā)明同步控制電路圖 圖3是本發(fā)明同步控制電路方框圖 圖4是本發(fā)明控制流程圖
具體實施例方式
下面根據(jù)本發(fā)明的實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 如圖1所示，本發(fā)明包括六對相對設(shè)置的輪軸1，每三對輪軸1連接成一個機(jī) 械同步系統(tǒng)2，各機(jī)械同步系統(tǒng)2分別連接一傳動系統(tǒng)3， 二傳動系統(tǒng)3分別連接 一測功機(jī)4， 二測功機(jī)4再分別連接一負(fù)載5。同步控制系統(tǒng)6與二測功機(jī)4和二 負(fù)載5連接，并連接控制測功機(jī)4轉(zhuǎn)速的勵磁控制器7。
各機(jī)械同步系統(tǒng)2包括三對輪軸1， 一對輪軸對應(yīng)一對軌道輪，各輪軸1通過 機(jī)械齒輪和萬向軸(圖中未示)連接，構(gòu)成機(jī)械同步系統(tǒng)2，使三對輪軸1能始終 保持速度一致。輪軸1通過機(jī)械齒輪和萬向軸連接構(gòu)成機(jī)械同步系統(tǒng)的技術(shù)為機(jī)
械領(lǐng)域中的常用技術(shù)，在此不予詳述。
傳動系統(tǒng)3包括一萬向軸、 一個增速齒輪箱以及彈性連接器，傳動系統(tǒng)3將 軌道輪與測功機(jī)4連接起來，使二者同步旋轉(zhuǎn)。實現(xiàn)此種傳動的結(jié)構(gòu)有多種，且 該技術(shù)是本領(lǐng)域的常用技術(shù)，在此不予詳述。
各傳動系統(tǒng)3分別連接一測功機(jī)4，各測功機(jī)4分別連接有一勵磁電路8，同 步控制系統(tǒng)6則連接勵磁控制器7，通過勵磁控制器7改變勵磁電路8的勵磁電流 即可改變測功機(jī)4的轉(zhuǎn)速，也就可改變機(jī)車的負(fù)載情況，進(jìn)而控制試驗臺上受試 機(jī)車的運(yùn)行速度。勵磁電流的給定則由同步控制系統(tǒng)6的可編程控制器(PLC) 給出。測功機(jī)4連接負(fù)載5，在本實施例中，負(fù)載5為水阻箱9。水阻箱9中設(shè)置 有含浸在水中的電阻IO，其通過交流接觸器11連接測功機(jī)4。試驗中測功機(jī)4產(chǎn) 生的電力全部由水阻箱9予以消耗。負(fù)載5還連接一過壓保護(hù)電路51，以保證試 驗過程的安全性。
如圖2、圖3所示，本發(fā)明的同步控制系統(tǒng)6包括依序連接的一主調(diào)節(jié)器、一 副調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器的輸出連接勵磁控制器7，由勵磁控制器7連接二勵磁電路8， 各勵磁電路8再分別連接二測功機(jī)4。在本實施例中，主調(diào)節(jié)器為一主控微機(jī)12， 其中設(shè)置有數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊，測功機(jī)4、水阻箱9的運(yùn)行數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采 集模塊輸入同步控制系統(tǒng)6中，同步控制系統(tǒng)6根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)及預(yù)設(shè)的試驗 程序發(fā)出控制指令，控制指令通過控制模塊傳輸至勵磁控制器7。副調(diào)節(jié)器為一下 位機(jī)13，在本實施例中為一可編程控制器(PLC)，其中也設(shè)置有數(shù)據(jù)采集模塊和 控制模塊，下位機(jī)13通過數(shù)據(jù)采集模塊向主控微機(jī)12反饋勵磁電流、電壓數(shù)據(jù)， 并通過控制模塊向勵磁控制器7傳輸同步控制系統(tǒng)6的指令。
同步控制系統(tǒng)6采用速度、電流、電壓三環(huán)控制系統(tǒng)，以速度環(huán)作為系統(tǒng)外 環(huán)，速度反饋由設(shè)置在測功機(jī)4上的速度傳感器(光電編碼器)經(jīng)PLC采集模塊 中的高速計數(shù)單元采樣后得到并反饋至主調(diào)節(jié)器，速度環(huán)具有一速度給定值作為 基準(zhǔn)值，其由上位機(jī)的試驗監(jiān)控軟件或者控制臺的速度增/減按鈕發(fā)至PLC。速度 環(huán)的調(diào)節(jié)周期設(shè)為0.2S。電流閉環(huán)作為系統(tǒng)內(nèi)環(huán)，電流反饋由設(shè)置在勵磁電路中 的霍爾電流互感器經(jīng)PLC的A/D采樣后得到，電流環(huán)調(diào)節(jié)周期為0.05S。電流環(huán) 具有一個恒定電流給定(固定勵磁電流給定)，使電流環(huán)的輸入為主調(diào)節(jié)器(速度 調(diào)節(jié)器)的輸出和恒定電流給定之差。另外加設(shè)電壓截止環(huán)，電壓截止反饋由設(shè) 置在測功機(jī)4上的霍爾電壓互感器經(jīng)PLC的A/D采樣后得到，限制測功機(jī)4輸出 電壓的最大值為380V，電壓截止環(huán)在350V 380V范圍內(nèi)起作用?？删幊炭刂破?PLC中設(shè)置有PID數(shù)字調(diào)節(jié)器，采用模擬退火算法使雙系統(tǒng)或多系統(tǒng)動態(tài)同步PID 參數(shù)優(yōu)化，從而達(dá)到對各輪組的電氣同步控制。PID數(shù)字調(diào)節(jié)器采用的模擬退火 算法為電氣控制領(lǐng)域的公知技術(shù)，在此不再詳述。
同步控制系統(tǒng)6通過設(shè)置在控制臺上的顯示儀表板將各種試驗數(shù)據(jù)予以顯示， 同時還在顯示臺上設(shè)置操縱鈕，使試驗中的各項操作既可以用主控微機(jī)12的輸入 設(shè)備(如鼠標(biāo)、鍵盤)實現(xiàn)也可以用操縱鈕實現(xiàn)。
本發(fā)明通過調(diào)節(jié)勵磁電流的大小來改變機(jī)車車輪的負(fù)載。在機(jī)車檔位給定的 情況下，增加勵磁電流，測功機(jī)4的發(fā)電量增加，相當(dāng)于機(jī)車車輪所受到的阻力 增大，帶動機(jī)車車輪轉(zhuǎn)動的電動機(jī)的轉(zhuǎn)速下降；減小測功機(jī)的勵磁電流，測功機(jī)4 的發(fā)電量減少，相當(dāng)于機(jī)車車輪所受到的阻力降低，帶動機(jī)車車輪轉(zhuǎn)動的電動機(jī) 的轉(zhuǎn)速便增加。
如圖4所示，本發(fā)明的工作過程如下
待測試機(jī)車14按照規(guī)定的速度駛上試驗臺上的軌道輪15，利用試驗臺兩端的 車鉤將機(jī)車14固定，并調(diào)整機(jī)車車輪與軌道輪15對齊。此時，下位機(jī)13開始初 始化，下位機(jī)13完成初始化后，由上位機(jī)12設(shè)置受試機(jī)車的轉(zhuǎn)速。
當(dāng)機(jī)車車輪轉(zhuǎn)動時，車輪帶動試驗臺上的軌道輪轉(zhuǎn)動。軌道輪轉(zhuǎn)動后，通過 二傳動機(jī)構(gòu)3帶動二測功機(jī)4轉(zhuǎn)動，二測功機(jī)4發(fā)出一定功率的電力，這些電力 由含浸在水中的電阻10全部消耗。此時，同步控制系統(tǒng)中的速度環(huán)將光電編碼器 采樣的數(shù)據(jù)通過PLC采集模塊中的高速計數(shù)單元反饋至主調(diào)節(jié)器，檢測二測功機(jī) 4的轉(zhuǎn)速是否等于設(shè)定轉(zhuǎn)速。若等于設(shè)定轉(zhuǎn)速，則由勵磁電路控制測功機(jī)4輸出固 定電壓。若二者不等，則由可編程控制器PLC的PID數(shù)字調(diào)節(jié)器重新計算出勵磁 電路加載在各測功機(jī)4上的勵磁電流，直至測功機(jī)4的轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速一致，速 度同步調(diào)整結(jié)束。
由上述可知，本發(fā)明通過兩組機(jī)械同步系統(tǒng)將機(jī)車的六對車輪分為兩組，保 證每組中的三對車輪始終保持速度一致。通過同步控制系統(tǒng)，使兩組車輪均能保 持在設(shè)定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)測功機(jī)勵磁來調(diào)節(jié)測功機(jī)的輸出電壓，即控制其 輸出功率，從而控制了機(jī)車的速度，達(dá)到動態(tài)控制同步運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，而且跟隨性 好精度高。
權(quán)利要求
1、一種機(jī)車定置試驗臺輪對速度同步控制裝置，其特征在于包括六對相對設(shè)置的輪軸，每三對所述輪軸連接成一個機(jī)械同步系統(tǒng)，各所述機(jī)械同步系統(tǒng)分別連接一傳動系統(tǒng)，二所述傳動系統(tǒng)分別連接一測功機(jī)，二所述測功機(jī)分別連接一負(fù)載；一同步控制系統(tǒng)，包括依序連接的主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、二勵磁控制器和二勵磁電路，各所述勵磁電路分別連接二所述測功機(jī)。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)車定置試驗臺輪對速度同步控制裝置，其特征 在于各所述輪軸通過機(jī)械齒輪和萬向軸連接構(gòu)成所述機(jī)械同步系統(tǒng)。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)車定置試驗臺輪對速度同步控制裝置，其特征在于所述主調(diào)節(jié)器為一微機(jī)，其中設(shè)置有數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊，所述測功 機(jī)、負(fù)載的運(yùn)行數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)采集模塊輸入所述主調(diào)節(jié)器，所述同步控制系 統(tǒng)的控制指令通過所述控制模塊傳輸至所述勵磁控制器。
4、 如權(quán)利要求l所述的一種機(jī)車定置試驗臺輪對速度同步控制裝置，其特征在于所述副調(diào)節(jié)器為一可編程控制器，其中設(shè)置有數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊， 所述可編程控制器通過數(shù)據(jù)采集模塊向所述主調(diào)節(jié)器反饋勵磁電流、電壓數(shù)據(jù)， 并通過所述控制模塊向所述勵磁控制器傳輸指令，所述副調(diào)節(jié)器中還設(shè)置有PID 數(shù)字調(diào)節(jié)器。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)車定置試驗臺輪對速度同步控制裝置，其特征在于所述同步控制系統(tǒng)為速度環(huán)、電流環(huán)、電壓環(huán)三環(huán)控制系統(tǒng)。
6、 如權(quán)利要求5所述的一種機(jī)車定置試驗臺輪對速度同步控制裝置，其特征在于所述電流環(huán)的電流反饋由霍爾電流互感器經(jīng)所述可編程控制器的采樣模塊 得到。
7、 如權(quán)利要求5所述的一種機(jī)車定置試驗臺輪對速度同步控制裝置，其特征在于所述電流環(huán)上設(shè)置有一個由所述可編程控制器給出的恒定電流給定。
8、如權(quán)利要求5所述的一種機(jī)車定置試驗臺輪對速度同步控制裝置，其特征在于所述電壓環(huán)由霍爾電壓互感器經(jīng)所述可編程控制器采樣后得到。
9、 如權(quán)利要求5所述的一種機(jī)車定置試驗臺輪對速度同步控制裝置，其特征在于所述速度環(huán)的反饋數(shù)據(jù)由光電編碼器經(jīng)所述可編程控制器的高速計數(shù)單元 采樣后得到，所述速度環(huán)的速度給定值由上位機(jī)的試驗監(jiān)控軟件或者主操作臺的 速度增/減按鈕發(fā)至可編程控制器。
10、如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)車定置試驗臺輪對速度同步控制裝置，其特 征在于所述負(fù)載為水阻箱，其連接一過壓保護(hù)電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機(jī)車定置試驗臺輪對速度同步控制裝置，其特征在于包括六對相對設(shè)置的輪軸，每三對所述輪軸連接成一個機(jī)械同步系統(tǒng)，各所述機(jī)械同步系統(tǒng)分別連接一傳動系統(tǒng)，二所述傳動系統(tǒng)分別連接一測功機(jī)，二所述測功機(jī)分別連接一負(fù)載；一同步控制系統(tǒng)，包括依序連接的主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、二勵磁控制器和二勵磁電路，各所述勵磁電路分別連接二所述測功機(jī)。本發(fā)明可在機(jī)車定置試驗中自動調(diào)節(jié)各輪對的速度控制和速度同步控制，并具有跟隨性好，誤差小的特點(diǎn)。
文檔編號G01M17/08GK101201294SQ20071017999
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者朱善君, 錢利民, 韓為民 申請人:中國北車集團(tuán)北京二七機(jī)車廠有限責(zé)任公司