專利名稱：一種機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：
本實用新型涉及機車試驗裝置，特別是指一種牽引試驗裝置中控制機車各輪 對速度的機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，列車運行速度的提高對機車運行的安全性和 可靠性提出了更高的要求，同時鐵路干線日益繁忙，在線路上試運機車的可能性 也越來越小。因此，構(gòu)建適用于不同結(jié)構(gòu)特點的機車，能夠進行啟動試驗、牽引 試驗、制動試驗等的機車定置試驗臺是十分必要的。在機車定置試驗臺中機車各 輪對的速度控制和速度同步控制，是機車在定置試驗臺上進行各種牽引試驗得以 順利進行的保證。
目前，在機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，本實用新型的目的在于提供一種機車定置試驗臺輪對速度同 步控制裝置，其可在機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。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型釆取以下技術(shù)方案 一種機車定置試驗臺輪對 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 接成一個機械同步系統(tǒng)，各所述機械同步系統(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，二所述測功機分別連接一負載； 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。
各所述輪軸通過機械齒輪和萬向軸連接構(gòu)成所述機械同步系統(tǒng)。
所述主調(diào)節(jié)器為一微機，其中設(shè)置有數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊，所述測功機、 水阻箱的運行數(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。
所述負載為水阻箱，其連接一過壓保護電路。
本實用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本實用新型由于采 用電壓、電流、速度三環(huán)控制系統(tǒng)，使受試機車各輪對的同步調(diào)節(jié)具有跟隨性好、
調(diào)節(jié)精度高的優(yōu)點，可將誤差控制在r;之內(nèi)，遠遠優(yōu)于人工調(diào)節(jié)時3%的誤差。
2、本實用新型通過設(shè)置負載水阻箱，使本實用新型可在試驗臺上模擬機車運行時 的各種負載情形，機車不用上干線就可以進行性能試驗，并可得到準確的試驗數(shù)
據(jù)。3、本實用新型提高了機車試驗效率，而且使機車性能試驗的功能更全面。4、
在試驗過程中，如機車出現(xiàn)問題，維修方便。

圖1是本實用新型定置試驗臺示意圖
圖2是本實用新型同步控制電路圖 圖3是本實用新型同步控制電路方框圖 圖4是本實用新型控制流程圖具體實施方式
下面根據(jù)本實用新型的實施例并結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細說明。 如圖1所示，本實用新型包括六對相對設(shè)置的輪軸1，每三對輪軸1連接成一 個機械同步系統(tǒng)2，各機械同步系統(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4， 二測功機4再分別連接一負載5。同步控制系統(tǒng)6與二測功機4 和二負載5連接，并連接控制測功機4轉(zhuǎn)速的勵磁控制器7。
各機械同步系統(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 機械齒輪和萬向軸(圖中未示)連接，構(gòu)成機械同步系統(tǒng)2，使三對輪軸1能始終 保持速度一致。輪軸1通過機械齒輪和萬向軸連接構(gòu)成機械同步系統(tǒng)的技術(shù)為機械領(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4，各測功機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4的轉(zhuǎn)速，也就可改變機車的負載情況，進而控制試驗臺上受試 機車的運行速度。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4連接負載5，在本實施例中，負載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4。試驗中測功機4產(chǎn) 生的電力全部由水阻箱9予以消耗。負載5還連接一過壓保護電路51，以保證試 驗過程的安全性。
如圖2、圖3所示，本實用新型的同步控制系統(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4。在本實施例中，主調(diào)節(jié)器為一主控微機 12，其中設(shè)置有數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊，測功機4、水阻箱9的運行數(shù)據(jù)通過數(shù) 據(jù)釆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13通過數(shù)據(jù)采集模塊向主控微機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 基準值，其由上位機的試驗監(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12的輸入 設(shè)備(如鼠標、鍵盤)實現(xiàn)也可以用操縱鈕實現(xiàn)。
本實用新型通過調(diào)節(jié)勵磁電流的大小來改變機車車輪的負載。在機車檔位給 定的情況下，增加勵磁電流，測功機4的發(fā)電量增加，相當于機車車輪所受到的 阻力增大，帶動機車車輪轉(zhuǎn)動的電動機的轉(zhuǎn)速下降；減小測功機的勵磁電流，測 功機4的發(fā)電量減少，相當于機車車輪所受到的阻力降低，帶動機車車輪轉(zhuǎn)動的 電動機的轉(zhuǎn)速便增加。
如圖4所示，本實用新型的工作過程如下
待測試機車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 車鉤將機車14固定，并調(diào)整機車車輪與軌道輪15對齊。此時，下位機13開始初 始化，下位機13完成初始化后，由上位機12設(shè)置受試機車的轉(zhuǎn)速。
當機車車輪轉(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 二傳動機構(gòu)3帶動二測功機4轉(zhuǎn)動，二測功機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 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4上的勵磁電流，直至測功機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，本實用新型通過兩組機械同步系統(tǒng)將機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)速下運轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)測功機勵磁來調(diào)節(jié)測功機的輸出電壓，即控制 其輸出功率，從而控制了機車的速度，達到動態(tài)控制同步運轉(zhuǎn)的要求，而且跟隨 性好精度高。
權(quán)利要求1、一種機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械同步系統(tǒng)，各所述機械同步系統(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，二所述測功機分別連接一負載；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。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種機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械齒輪和萬向軸連接構(gòu)成所述機械同步系統(tǒng)。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種機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，其中設(shè)置有數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊，所述測功 機、負載的運行數(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1所述的一種機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所述的一種機車定置試驗臺輪對速度同步控制裝置，其特 征在于所述負載為水阻箱，其連接一過壓保護電路。
專利摘要本實用新型涉及一種機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械同步系統(tǒng)，各所述機械同步系統(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，二所述測功機分別連接一負載；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。本實用新型可在機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。
文檔編號G05B19/05GK201130103SQ20072018729
公開日2008年10月8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:中國北車集團北京二七機車廠有限責任公司