列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)論文說明書

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1、 編號(hào) 無錫 太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái) 設(shè)計(jì)與研究 信機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專業(yè) 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （職稱： 副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 I 無錫 太湖學(xué)院 信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、 題目 列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 列車感載比例閥可以使車輛的制動(dòng)率不隨載重量的變化而變化，保持為一常數(shù)，以減小列車制動(dòng)時(shí)的縱向沖動(dòng)，避免空車時(shí)因制動(dòng)力過大而使閘瓦抱死車輪，使車輪在鋼軌上滑行擦傷車輪

2、，及重車時(shí)因制動(dòng)力不足而不能在規(guī)定的制動(dòng)距離內(nèi)停車。由于列車感載比例閥涉及人身安全重要性， 對(duì)其質(zhì)量提出較高的要求，因此對(duì)列車感載比例閥的測試也提出了較多的要求。根據(jù)列車感載比例閥的特性，設(shè)計(jì)研究了比例閥的檢測試驗(yàn)臺(tái)。最后實(shí)際檢測后表明，該試驗(yàn)臺(tái)測試精度高、性能穩(wěn)定、裝卸被測試件快速準(zhǔn)確、測試時(shí)間短、測試結(jié)果可視化程度高、歷史數(shù)據(jù)查詢方便 , 可為列車感載比例閥的研制和在線檢測提供可靠的測試依據(jù)和試驗(yàn)手段。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 四、接受任務(wù)學(xué)生： 1.編寫設(shè)計(jì)說明書（大于 40 頁）； II 2.專業(yè)外語翻譯（大于 800010000 字符，約合漢字 5000 字符）； 五

3、、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 7 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所所長 簽名 信機(jī) 系主任 簽名 2012 年 11 月 7 日 III 摘 要 感載比例閥是列車制動(dòng)系主要元件之一 ,它能使制動(dòng)壓力隨載荷的變化而得到調(diào)整 ,保證列車在不同載荷和速度情況下制動(dòng)的穩(wěn)定性。為了保證列車行駛的安全性 , 感載比例閥必須經(jīng)過嚴(yán)格的測試 , 各項(xiàng)性能指標(biāo)必須滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前 , 國內(nèi)主要采用手工控制測試或采用進(jìn)口的性能試驗(yàn)臺(tái)對(duì)感載比例閥進(jìn)行測試。手工控制測試精度低、同步性差、工作節(jié)

4、拍 長 、生產(chǎn)效率低 , 性 能檢測常常滯后于生產(chǎn)加工 ,而且檢測結(jié)果不能儲(chǔ)存 , 在出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)無法提交有效的檢測報(bào)告。進(jìn)口試驗(yàn)臺(tái)價(jià)格昂貴 , 軟件維護(hù)不方便 , 人機(jī)交互性差 , 且多數(shù)為專用型 , 無法滿足個(gè)性化需要。為此 , 開發(fā)設(shè)計(jì)了感載比例閥性能試驗(yàn)臺(tái) (以下稱試驗(yàn)臺(tái) )。該試驗(yàn)臺(tái)操作簡單 , 能夠自動(dòng)檢測感載比例閥常溫下的所有測試項(xiàng)目 ,測試參數(shù)可以現(xiàn)場設(shè)定 , 方便進(jìn)行性能檢測。 關(guān)鍵詞： 列車制車系統(tǒng)； 感載比例閥；檢測；試驗(yàn)臺(tái) IV Abstract Feeling is proportional valve train brake system is one of th

5、e main components, it can make brake pressure along with the change of load adjustment, ensure trains under the condition of different load and speed braking stability. In order to guarantee the safety of the train, sense of proportion valve must go through rigorous testing, the performance indicato

6、rs must meet industry standards. At present, our country mainly adopts manual control the import of test or use the performance of the test-bed for proportional valve test load. Manual control low test precision, poor synchronicity, long work rhythm, the production efficiency is low, performance tes

7、ting is often lags behind the production and processing, and the test results cannot be stored, when quality problems cannot submit valid test report. Import test bench is expensive, software maintenance is not convenient, man-machine interactivity is poor, and the most special, cant satisfy persona

8、lized needs. For this reason, the development and design sense proportional valve performance test stand (hereinafter referred to as test bench). The test rig simple operation, can automatically detect load proportional valve under normal temperature test project, all the test parameters can be set,

9、 convenient for performance testing. Key words: train car manufacturing system； Load proportional valve； Detection； Test bench V 目錄 摘 要 . III Abstract . IV 第 1 章 緒論 . 1.1 本課題的研究內(nèi)容 和 意義 . 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 . 1.3 本課題應(yīng) 達(dá)到的要求 . 第 2 章 列車制動(dòng)系統(tǒng)簡 介 . 2.1 列車制車系統(tǒng) . 2.1.1 制動(dòng)方式 . 2.1.2 制動(dòng)系統(tǒng)組成 . 2.1.3 制動(dòng)控制裝置 . 2.2 空氣制

10、動(dòng)系統(tǒng)的組成及其作用 . 第 3 章 列車感載比例閥技術(shù)分析 . 3.1 列車感載比例閥的用途 . 3.2 列車感載比例閥 的結(jié)構(gòu)及其工作原理 . 3.2.1 列車感載比例閥的結(jié)構(gòu) . 3.2.2 列車感載比例閥工作原理 . 第 4 章 列車感載比例閥 的技術(shù)要求 . 4.1 主要技術(shù)指標(biāo) . 4.1.1 工作壓力范圍： . 4.1.2 緩解特性： . 4.1.3 回差： . 4.1.4 跟隨性： . 4.1.5 密封性： . 4.1.6 耐壓： . 4.1.7 壽命： . 4.1.8 外觀： . 4.2 列車感載比例閥 試驗(yàn)檢測 . 4.2.1 試驗(yàn)條件 . 4.2.2 試驗(yàn)方法 . 第 5

11、 章 測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理以及控制方法 . 5.1 真空系統(tǒng) . 5.2 主要性能測試系統(tǒng) . 5.3 彈簧拉伸裝置 . 5.4 殘液排空和回收裝置 . 5.5 氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu) . VI 5.6 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) . 第 6 章 列車感載比例閥的測試方案設(shè)計(jì) . 6.1 試驗(yàn)系統(tǒng)總體方案 . 6.2 主控系統(tǒng)方案 . 第 7 章 PLC 的特點(diǎn)及與其它控制系統(tǒng)的比較 . 7.1 PLC 的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) . 7.1.1 CPU 的構(gòu)成及功能 . 7.1.2 I/O 模塊 . 7.1.3 內(nèi)存 . 7.1.4 電源模塊 . 7.1.5 底板或機(jī)架 . 7.1.6 PLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備 . 7.1.7 PL

12、C 的通信聯(lián)網(wǎng) . 7.2 PLC 具有許多優(yōu)點(diǎn) ,因而被廣泛應(yīng)用于各種控制場合。 . 7.2.1 可靠性高 . 7.2.2 編程簡單 . 7.2.3 通用性好 . 7.2.4 功能強(qiáng)大 . 7.2.5 體積小、功耗低 . 7.2.6 設(shè)計(jì)施工周期短 . 第 8 章 列車感載比例閥測試方案的硬件選擇 . 8.1 試驗(yàn)臺(tái)硬件平臺(tái) . 8.2 試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)氣動(dòng)回路設(shè)計(jì) . 8.2.1 電磁閥的選擇 . 8.2.2 電磁閥取代 EP 閥 . 8.2.3 電磁閥氣動(dòng)回路 . 8.2.4 優(yōu)化試驗(yàn)臺(tái)氣動(dòng)回路 . 8.3 試驗(yàn)臺(tái)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 8.3.1 電控系統(tǒng)組成 . 8.3.2 壓力變送器選用

13、. 8.3.3 高 速數(shù)據(jù)采集卡 選用 . 8.4 試驗(yàn)臺(tái)硬件優(yōu)化措施 . 3.4.1 普通電磁閥代替 EP 閥 . 8.4.2 提高精密調(diào)壓閥調(diào)壓壓力 . 8.4.3 增加氣容 . 第 9 章 列車感載比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用與試驗(yàn) . 9.1 列車感載比例閥試驗(yàn)步驟 . 9.2 檢測試驗(yàn)及其結(jié)果分析 . VII 9.2.1 試驗(yàn)臺(tái)性能指標(biāo) . 9.2.2 充風(fēng)、排風(fēng)方式分析 . 9.2.3 回差性分析 . 9.2.4 信號(hào)壓力 -輸出壓力分析 . 總結(jié) . 致謝 . 參考文獻(xiàn) . 46 列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 第 1 章 緒論 1.1 本課題的研究內(nèi)容 和 意義 列車感載 比

14、例閥可以使車輛的制動(dòng)率不隨載重量的變化而變化，保持為一常數(shù)，以減小列車制動(dòng)時(shí)的縱向沖動(dòng)，避免空車時(shí)因制動(dòng)力過大而使閘瓦抱死車輪，使車輪在鋼軌上滑行擦傷車輪，及重車時(shí)因制動(dòng)力不足而不能在規(guī)定的制動(dòng)距離內(nèi)停車。由于列車感載比例閥涉及人身安全重要性，對(duì)其質(zhì)量提出較高的要求，因此對(duì)列車感載比例閥的測試也提出了較多的要求。根據(jù)列車感載比例閥的特性，設(shè)計(jì)研究了比例閥的檢測試驗(yàn)臺(tái)。最后實(shí)際檢測后表明，該試驗(yàn)臺(tái)測試精度高、性能穩(wěn)定、裝卸被測試件快速準(zhǔn)確、測試時(shí)間短、測試結(jié)果可視化程度高、歷史數(shù)據(jù)查詢方便 , 可為列車感載比 例閥的研制和在線檢測提供可靠的測試依據(jù)和試驗(yàn)手段。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 鐵路是國

15、民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，它擔(dān)負(fù)著十分繁重的客貨運(yùn)輸任務(wù)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，鐵路客貨運(yùn)量在持續(xù)增長，從而對(duì)鐵路系統(tǒng)的運(yùn)輸能力提出了越來越高的要求。在此情況下，除了需要開行更多的鐵路線路外，提高列車速度是解決運(yùn)力不足的更有效辦法。 2008 年 8 月 1 日，京津城際鐵路正式通車運(yùn)營，標(biāo)志著中國列車高速時(shí)代的到來，越來越多的高鐵線路將會(huì)在未來開通。 1.3 本課題應(yīng) 達(dá)到的要求 試驗(yàn)臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)包括試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)氣動(dòng)回路、電控系統(tǒng)、 硬件優(yōu)化等。首先，基于列車感載比例閥的性能檢測試驗(yàn)需求，提出回路設(shè)計(jì)的初始方案，明確了設(shè)計(jì)的思路與方法；然后，通過性價(jià)比分析，對(duì)初始方案進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化改

16、進(jìn)；最后，選配了壓力變送器、數(shù)據(jù)采集卡等電控系統(tǒng)主要測控部件，最終完成了列車感載比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)。 說明書分為 9 個(gè)大章節(jié)： .緒論 .列車制車系統(tǒng) 簡介 .列車感載比例閥 技術(shù)分析 .列車感載比例閥的 技術(shù)要求 .測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理以及控制方法 .PLC 的特點(diǎn)及與其它控制系統(tǒng)的比較 .列車 感載比例閥測試 方案的硬件選擇 .列車感載比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用與試 驗(yàn) 具體介紹了列車制動(dòng)，感載比例閥，測試系統(tǒng)以及 PLC。通過進(jìn)行的對(duì)比與測試，最終選定了試驗(yàn)臺(tái)的構(gòu)造。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 第 2章 列車制動(dòng)系統(tǒng) 簡介 2.1 列車制車系統(tǒng)

17、2.1.1 制動(dòng)方式 1） 制動(dòng)控制方式 動(dòng)車組動(dòng)車使用電制動(dòng)、拖車使用空氣制動(dòng)的復(fù)合制動(dòng)方式。動(dòng)車電制動(dòng)優(yōu)先，低速區(qū)域的電制動(dòng)停止工作時(shí)或電制動(dòng)故障時(shí)，不足的部分由空氣制動(dòng)力補(bǔ)充實(shí)施。制動(dòng)時(shí)，列車首先最大限度地利用電制動(dòng)力制動(dòng)列車，減輕拖車的空氣制動(dòng)負(fù)荷，減少拖車的機(jī)械制動(dòng)部件的磨損。 通過 ATP 的自動(dòng)控制及手動(dòng)制動(dòng)光傳送指令式采用再生制動(dòng)并用電氣指令式空氣制動(dòng)延 遲控制，首先讓動(dòng)車（再生制動(dòng)）負(fù)擔(dān)制動(dòng)力，減小拖車自身制動(dòng)力的方式。以 1 輛動(dòng)車、 1 輛拖車為控制單位進(jìn)行延遲控制 。 2）制動(dòng)的種類 通常運(yùn)行時(shí)司機(jī)用制動(dòng)控制器操作常用制動(dòng)（表示為 1 級(jí) 7 級(jí)的 7 個(gè)檔位的制動(dòng)力）

18、和快速制動(dòng)。 ATP 動(dòng)作時(shí)常用最大制動(dòng)（ 7 級(jí)）和快速制動(dòng)作用相同。緊急制動(dòng)、輔助制動(dòng)，在故障時(shí)等異常情況下通過開關(guān)操作。耐雪制動(dòng)是積雪時(shí)通過開關(guān)操作，制動(dòng)力幾乎不作用。 3） 制動(dòng)方式 適應(yīng)粘著變化規(guī)律的速度 -粘著控制模式； 根據(jù)載荷變化自動(dòng)調(diào)整制動(dòng)力； 防滑保護(hù)控制； 以 1M1T 為單元進(jìn)行制動(dòng)力的協(xié) 調(diào)配合，充分利用動(dòng)車再生制動(dòng)力，減少拖車空氣制動(dòng)力的使用，僅在再生制動(dòng)力不足時(shí)才由空氣制動(dòng)力補(bǔ)充； 優(yōu)先響應(yīng)車載 ATP/LKJ2000 接口的指令，可施行安全制動(dòng)； 故障診斷和相關(guān)信息保存功能； 當(dāng)安全控制回路分離時(shí)產(chǎn)生緊急制動(dòng)； 常用制動(dòng)：常用制動(dòng)力為 1 級(jí) 7 級(jí)；延遲控制，

19、在初速度為 75km/h 以上時(shí)，由動(dòng)車的再生制動(dòng)負(fù)擔(dān)拖車部分的制動(dòng)力，在 65km/h 以下切換成為單獨(dú)控制。 快速制動(dòng)：具備常用制動(dòng) 1.5 倍的制動(dòng)力，在手動(dòng)制動(dòng)操作時(shí)及在閉塞區(qū)間無法減速至設(shè)定的速度時(shí)根據(jù) ATP 指令動(dòng)作。 緊急制動(dòng)：當(dāng)列 車分離、總風(fēng)管壓力降低及手柄取出時(shí)均會(huì)實(shí)施緊急制動(dòng)。此時(shí)，不具有按照負(fù)荷大小調(diào)整制動(dòng)力的功能。 耐雪制動(dòng)：在降雪時(shí)，為了防止冰雪進(jìn)入制動(dòng)盤和閘瓦之間，使得閘瓦無間隙輕輕接觸制動(dòng)盤。在 110km/h 的速度以下，接通耐雪制動(dòng)開關(guān)，通過操作制動(dòng)手柄動(dòng)作。制動(dòng)缸壓力設(shè)定為 4020kPa，可以操作制動(dòng)控制器的開關(guān)調(diào)整設(shè)定值。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

20、輔助制動(dòng)：以在制動(dòng)控制裝置異常、制動(dòng)指令線路斷線、以及在救援等時(shí)使用為目的而設(shè)置。操作司機(jī)臺(tái)的設(shè)定開關(guān)及各單元（ Tc 車）的配電盤開關(guān)進(jìn)行動(dòng)作，與常用、快速制動(dòng)不同，制動(dòng)力為與速度無關(guān)的定值。 停車制動(dòng)：采用鐵靴實(shí)施停車制動(dòng)。 2.1.2 制動(dòng)系統(tǒng)組成 制動(dòng)控制系統(tǒng)包括：制動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置（司機(jī)制動(dòng)控制器） ， 制動(dòng)信號(hào)傳輸裝置（列車信息控制系統(tǒng)，包括中央裝置、車輛終端裝置） ， 制動(dòng)控制裝置（內(nèi)部集成了電子控制單元和制動(dòng)控制單元（ BCU）、空氣制動(dòng)管路上所需的各種閥門及風(fēng)缸等）。 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置位于轉(zhuǎn)向架上，由帶防滑閥的增壓氣缸及油壓盤式制動(dòng)裝置等組成。空氣供給系統(tǒng)由位于 3、 5、 7 號(hào)

21、車地板下的 3 臺(tái)空氣壓縮機(jī)、干燥器，及用于每輛車的總風(fēng)缸、制動(dòng)供給風(fēng)缸，以及貫穿全車的總風(fēng)管等組成。 2.1.3 制動(dòng)控制裝置 制動(dòng) 控制裝置包括制動(dòng)控制器、空氣制動(dòng)相關(guān)閥門及儲(chǔ)氣缸實(shí)現(xiàn)單元化，吊裝在車下。制動(dòng)控制單元（ BCU）采用微處理器數(shù)字運(yùn)算處理方式，來自司機(jī)臺(tái)的制動(dòng)指令通過中央裝置、傳輸終端由光纜傳輸，根據(jù)各車廂的負(fù)荷信號(hào)及速度信息計(jì)算出需要的制動(dòng)力，對(duì)電氣制動(dòng)力、空氣制動(dòng)力進(jìn)行控制。關(guān)于與再生制動(dòng)的協(xié)調(diào)采用延遲控制，負(fù)擔(dān)一部分的拖車制動(dòng)力。 防滑控制功能：對(duì)于空氣制動(dòng)的防滑，通過防滑控制閥對(duì)各軸進(jìn)行控制。對(duì)于電氣制動(dòng)的防滑，通過調(diào)整電氣制動(dòng)曲線實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)軸的再次粘著控制，與傳輸終端

22、進(jìn)行信息傳輸，實(shí)時(shí)輸出各種控制數(shù)據(jù)。制動(dòng)力切換功能 打滑再次粘著功能（空氣壓力控制式）對(duì)應(yīng)負(fù)荷功能耐雪制動(dòng)控制功能不足不緩解檢測功能監(jiān)視功能故障信息保存功能其它車輛制動(dòng)輸出功能（從動(dòng)車向拖車的 EP 閥指令功能）電氣空氣壓縮機(jī) 。 2.2 空氣制動(dòng)系統(tǒng)的組成及其作用 圖 2.1 自動(dòng)式空氣制動(dòng)系統(tǒng) 列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 各部分作用如下： 1.空氣壓縮機(jī)（ 1）、總風(fēng)缸（ 2）：原動(dòng)力系統(tǒng)?？諝鈮嚎s機(jī)：制造壓縮空氣；總風(fēng)缸 ：儲(chǔ)存壓縮空氣，供全列車系統(tǒng)使用。 2.給風(fēng)閥（ 4）：將總風(fēng)缸的壓縮空氣調(diào)至規(guī)定壓力，經(jīng)自動(dòng)制動(dòng)閥（ 5）充入制動(dòng)管。 3.自動(dòng)制動(dòng)閥（ 5）：操縱部件。

23、通過它向制動(dòng)管充 入壓縮空氣 /將制動(dòng)管壓縮空氣排向大氣。 4.制動(dòng)管（ 14）：貫通全列車的壓縮空氣導(dǎo)管。向列車中各車輛的制動(dòng)裝置輸送壓縮空氣。通過自動(dòng)制動(dòng)閥（ 5）控制管內(nèi)壓縮空氣壓力變化實(shí)現(xiàn)操縱各列車制動(dòng)機(jī)。 5.三通閥（ 8）：車輛空氣制動(dòng)裝置的主要部件，控制制動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不同作用。和制動(dòng)管聯(lián)通，由制動(dòng)管壓力的變化產(chǎn)生作用位置。制動(dòng)機(jī)緩解：制動(dòng)管連通副風(fēng)缸，制動(dòng)缸連通大氣。向副風(fēng)缸充入壓縮空氣，把制動(dòng)缸內(nèi)壓縮空氣排向大氣。制動(dòng)機(jī)制動(dòng)：制動(dòng)管通大氣，副風(fēng)缸通制動(dòng)缸。副風(fēng)缸內(nèi)壓縮空氣充入制動(dòng)缸，產(chǎn)生制動(dòng)作用。 6.副風(fēng)缸（ 11）：緩 解儲(chǔ)存的壓縮空氣，為制動(dòng)時(shí)制動(dòng)缸的動(dòng)力源。 7.制動(dòng)缸（

24、10）：制動(dòng)時(shí)，把從副風(fēng)缸送來的壓縮空氣轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械推力。 8.基礎(chǔ)制動(dòng)裝置（ 17）：制動(dòng)時(shí)，將制動(dòng)缸推力放大若干倍傳遞到閘瓦，使閘瓦夾緊車輪產(chǎn)生制動(dòng)；緩解時(shí)，靠閘瓦自重使閘瓦離開車輪實(shí)現(xiàn)緩解。 9.閘瓦、車輪和鋼軌：實(shí)現(xiàn)制動(dòng)三大要素。制動(dòng)時(shí)，閘瓦壓緊轉(zhuǎn)動(dòng)的車輪踏面后，閘瓦與車輪間的摩擦力借助鋼軌，在與車輪接觸點(diǎn)上產(chǎn)生與列車運(yùn)行方向相反（與鋼軌平行）的反作用力，即制動(dòng)力。（黏著效應(yīng)） 制動(dòng)缸壓力計(jì)算 1 空氣制動(dòng)機(jī)的工作過程就是利用空氣受壓縮后體積與壓力 的自動(dòng)變化來實(shí)現(xiàn)的。 2 車輛制動(dòng)機(jī)工作過程的壓縮空氣狀態(tài)變化接近于等溫變化過程。一般采用等溫變化過程進(jìn)行理論計(jì)算。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論

25、文 第 3 章 列車感載比例閥技術(shù)分析 3.1 列車感載比例閥 的 用途 列車感載比例閥 主要用于快速列車氣制動(dòng)單元中， 根據(jù)車輛 的 重量對(duì)車輛進(jìn)行空重車調(diào)整的一部件，它能根據(jù) 來自車載感知 空簧 的 壓力信號(hào)對(duì)輸出壓力大小進(jìn)行控制， 在一定范圍內(nèi)能夠自動(dòng)、無級(jí)地調(diào)整制動(dòng)缸壓力，從而明顯縮小車輛從空車位至重車位不同載重狀態(tài)下的制動(dòng)率變化， 以保證行車的安全 。 圖 3.1 和 3.2 所示為上海磁懸浮列車和上海地鐵空氣制動(dòng)系統(tǒng)。圖 3.3 所示為德國 KNORR 公司生產(chǎn)的 ESRA 氣動(dòng)制動(dòng)控制裝置 的工作原理圖，圖 3.4 所示為該氣動(dòng)裝置現(xiàn)場工作照片。 圖 3. 1 上海臨港低速磁浮空

26、氣制動(dòng)系統(tǒng) 圖 3. 2 上海地鐵一號(hào)線國產(chǎn)化擴(kuò)編改造車輛空氣制動(dòng)系統(tǒng) 列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 圖 3. 3 德國 KNORR 公司生產(chǎn)的空氣制動(dòng)系統(tǒng) 原理圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 圖 3. 4 德國 KNORR 公司生 產(chǎn)的空氣制動(dòng)系統(tǒng)現(xiàn)場照片 圖 3.4 所示的 ESRA 制動(dòng)系統(tǒng)控制單元 ， 包括制動(dòng)電子控制裝置和氣動(dòng)控制裝置兩部分， 其中 氣動(dòng)控制裝置主要 是 由電空模擬轉(zhuǎn)換閥、緊急電磁閥、中繼閥、空重車調(diào)整閥和氣路板等 等 組成 ，共同完成列車運(yùn)行所需的多種制動(dòng)功能 。 列車感載比例閥作為氣動(dòng)控制系統(tǒng)的主要組成部分，主要功能是根據(jù)車重信號(hào)調(diào)整輸出氣壓大小。雖然不同

27、廠家生產(chǎn)的列車感載比例閥在結(jié)構(gòu)上有所不同，但其工作原理 是 類似 的 。 中繼閥是直接將壓力空氣輸出給制動(dòng)缸的 一個(gè) 裝置，其作用是將壓力空氣信號(hào)流量進(jìn)行放大，以縮短制動(dòng)執(zhí)行裝置的響應(yīng)時(shí)間。 電 磁閥是自動(dòng)控制中應(yīng)用最多的閥，主要由線圈和氣動(dòng) 兩 部分組成。在制動(dòng)系統(tǒng)中使用的主要是直動(dòng)式電磁閥，其作用是根據(jù)需要切斷和接通氣路。在線圈得電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起 ,閥門打開；斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉 。 常用制動(dòng)時(shí)，總風(fēng)壓力經(jīng)過電空轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為與電子控制裝置制動(dòng)指令成比例的預(yù)控壓力，然后驅(qū)動(dòng)中繼閥為制動(dòng)缸充風(fēng)，從而施加制動(dòng)。 其中 ，輸入電空轉(zhuǎn)換模

28、塊的電控信號(hào)基于制動(dòng)指令進(jìn)行了載荷調(diào)整和沖動(dòng)限制； 同時(shí) ， 為保證可靠制動(dòng)， 電空轉(zhuǎn)換模塊輸出的預(yù)控壓力須通過緊急閥和空重車調(diào) 整閥，然后進(jìn)入中繼閥 ，再進(jìn)入制動(dòng)缸進(jìn)行制動(dòng)。 緊急制動(dòng)時(shí)，緊急電磁閥失電使總風(fēng)不經(jīng)電空轉(zhuǎn)換模塊直接進(jìn)入空重車調(diào)整閥，產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)載荷調(diào)整的緊急預(yù)控壓力，通過中繼閥給制動(dòng)缸施加緊急制動(dòng)壓力。 3.2 列車感載比例閥 的 結(jié)構(gòu)及 其 工作原理 3.2.1 列車感載比例閥 的 結(jié)構(gòu) 列車感載比例閥又稱列車感載比例閥，其外形結(jié)構(gòu)如圖 3.4 所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖 3.5列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 所示 ，主要組成部分有 ： 測重部、杠桿部、壓力作用部、空氣壓力給排

29、部四部分，由閥體、壓力調(diào)整彈簧、調(diào)整螺釘、活塞等組成。從結(jié)構(gòu)上可以看到，列車感載比例閥一共有 3 個(gè)主要通道與 外部連接，分別為總風(fēng)口、輸出口和信號(hào)風(fēng)口。列車感載比例閥的空車彈簧能保證在信號(hào)風(fēng)沒有輸入情況下仍然有一定的輸出。 圖 3. 5 列車感載比例閥外形圖 圖 3. 6 列車感載比例閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 3.2.2 列車感載比例閥工作原理 列車感載比例閥是為獲得與車輛載荷相適應(yīng)的制動(dòng)力而設(shè)置的，根據(jù)與車輛的載荷相應(yīng)的空氣彈簧壓力 (AS 壓力 )而輸出隨重壓力 (VL 壓力 )。 AS 壓力與 VL 壓力隨著車輛不同而有差異。但信號(hào)壓力與輸出壓力的比率變化很小。如圖 3.7 所示。 圖 3. 7

30、感載比例閥信號(hào)壓力與輸出壓力變換比例 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 4 章 列車感載比例閥 的 技術(shù) 要求 4.1 主要技術(shù)指標(biāo) 4.1.1 工作壓力范圍： 列車感載比例。閥總風(fēng)工作 壓力范圍為 0 1000kPa。 列車感載比例閥信號(hào)風(fēng)的工作壓力范圍 0 600 Pa。 4.1.2 緩解特性： 在列車感載比例閥的總風(fēng)壓 力 Cv1 為 0 的情況下，其輸出壓力應(yīng)小于 5kPa。 4.1.3 回差： 列車感載比例閥的信號(hào)壓力上升至某值，繼續(xù)上升后再下降回至該值，其輸出口的壓力在上升和下降過程中的差值應(yīng) 15kPa。 4.1.4 跟隨性： 列車感載比例閥應(yīng)保證在信號(hào)壓力變化 C 5kPa 時(shí)，輸

31、出壓力會(huì)隨著信號(hào)壓力的變化而變化。 4.1.5 密封性： 閥在試驗(yàn)壓力條件下由 于泄漏而造成的壓力降低 3kPa/min。 4.1.6 耐壓： 列車感載比例閥在規(guī)定的試驗(yàn)條件下經(jīng)耐壓試驗(yàn)后檢查各處應(yīng)無泄漏、無開裂、變形等損壞。復(fù)檢后應(yīng)合格。 4.1.7 壽命： 閥內(nèi)的橡膠件、彈簧能經(jīng)受 120 萬次壽命試驗(yàn)不損壞，壽命試驗(yàn)后復(fù)檢應(yīng)合格。 4.1.8 外觀： 列車感載比例閥外表應(yīng)光滑、平整，無明顯的磕碰、劃傷、銹蝕等缺陷，和安裝底面應(yīng)無油漆及其它異物。 根據(jù)列車感載閥的技術(shù)要求及檢測指標(biāo)，初步擬定了 試驗(yàn)裝置 的原理如圖 4.1 所示。 1l圖 4.1 列車感載比例閥試驗(yàn)原理 列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥

32、測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 DMV 減壓閥； D 節(jié)流孔； R 風(fēng)缸； M1、 M2、 M3 壓力表； H1、 H2、 H3、 H4、 H5 隔離塞門； Y1、 Y2 壓力傳感器 試驗(yàn)裝置在不帶負(fù)載的條件下、通入 600kPa 壓縮空氣、保壓 2 分鐘后，測得 5分鐘內(nèi)由于泄漏而造成壓降應(yīng) 5kPa。 試驗(yàn)裝置所用的壓力計(jì)量器的精度為 0.4 級(jí)。 記錄儀由壓力傳感器及數(shù)據(jù)采集儀器組成 ， 數(shù)據(jù)采集儀器應(yīng)能自動(dòng)將所采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成壓力時(shí)間曲線。 圖 4. 1 含 EP 閥的氣動(dòng)回路 1、氣源（ 1.2MPa） 2、氣源壓力表 YB 50 3、精密調(diào)壓閥 1R1020 01 4、壓力表 YB 150.1

33、 級(jí) 5、充風(fēng)球閥 6、充風(fēng)、 緩解組合閥 7、排風(fēng)球閥 8、被測感載比例閥 9、壓力變送器 10、壓力表 YB 150， 0.4 級(jí) 11、負(fù)載容積 1L 4.2 列車感載比例閥 試驗(yàn)檢測 4.2.1 試驗(yàn)條件 4.2.1.1 介質(zhì)： 試驗(yàn)介質(zhì)為經(jīng)過濾、除水、除油霧的壓縮空氣，過濾精度為雜質(zhì)顆粒直徑小于50um。室溫下試驗(yàn)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4.2.1.2 試驗(yàn)裝置 根據(jù)列車感載閥的技術(shù)要求及檢測指標(biāo)，初步擬定了 試驗(yàn)裝置 的原理如圖 2.9 所示。 1l圖 4.2.1 列車感載 比例閥試驗(yàn)原理 DMV 減壓閥； D 節(jié)流孔； R 風(fēng)缸； M1、 M2、 M3 壓力表； H1、 H

34、2、 H3、 H4、 H5 隔離塞門； Y1、 Y2 壓力傳感器 試驗(yàn)裝置在不帶負(fù)載的條件下、通入 600kPa 壓縮空氣、保壓 2 分鐘后，測得 5分鐘內(nèi)由于泄漏而造成壓降應(yīng) 5kPa。 試驗(yàn)裝置所用的壓力計(jì)量器的精度為 0.4 級(jí)。 記錄儀由壓力傳感器及數(shù)據(jù)采集儀器組成 ， 數(shù)據(jù)采集儀器應(yīng)能自動(dòng)將所采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成壓力時(shí)間曲線。 4.2.2 試驗(yàn)方法 按試驗(yàn)原理圖裝好試驗(yàn)氣路，并將列車感載比例閥裝在試驗(yàn)回路上。 4.2.2.1 工作壓力范圍 關(guān)閉塞門 H1、將調(diào)壓閥 DMV1 的壓力調(diào)至 5kPa（ M1 顯示）后打開塞門 H1、列車感載比例閥的輸出口 Cv2應(yīng)有 5kPa 壓縮空氣輸出（

35、M3顯示）；分別調(diào)節(jié)調(diào)壓閥 DMV1、 DMV2在工作壓力范圍內(nèi)變化，在 DMV1 壓力不大于 DMV2 壓力在閥動(dòng)作壓力曲線對(duì)應(yīng)輸出壓力值時(shí)，輸出口 Cv2 壓力應(yīng)與 Cv1 相同；當(dāng) DMV1 壓力大于 DMV2 壓力在閥動(dòng)作壓力曲線對(duì)應(yīng)輸出壓力值時(shí)，輸出口 Cv2 壓力應(yīng)與閥動(dòng)作曲線輸出壓力值相同。 調(diào)節(jié)調(diào)壓閥 DMV1 壓力為 700kPa（ M1 顯示），關(guān)閉塞門 H3、將調(diào)壓閥 DMV2 的壓力調(diào)回至 0kPa（ M2 顯示）后打開塞門 H3、將調(diào)壓閥 DMV2 的信號(hào)壓力從 0 kPa 緩慢調(diào)至600kPa。當(dāng) DMV2 的信號(hào)壓力不大于 300kPa 時(shí)列車感載比例閥的輸出口

36、Cv2 的壓縮空氣輸出均為 300kPa（ M3 顯示）；當(dāng) DMV2 的信號(hào)壓力大于 300kPa 時(shí)列車感載比例閥的輸出口 Cv2 的壓縮空氣輸出應(yīng)滿足 PCv2 300+Ttg (kPa)。 關(guān)閉塞門 H1、將調(diào)壓閥 DMV1 的壓力調(diào)至 1000kPa（ M1 顯示）后打開塞門 H1、列車感載比例閥的輸出口 Cv2 仍應(yīng)有 300kPa 壓縮空氣輸出（ M3 顯示） 關(guān)閉塞門 H3、將調(diào)壓閥 DMV2 的壓力調(diào)回至 0kPa（ M2 顯示）后打開塞門 H3、將調(diào)列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 壓閥 DMV2 的信號(hào)壓力從 0 kPa 緩慢調(diào)至 600kPa。當(dāng) DMV2 的信號(hào)

37、壓力不大于 300kPa 時(shí)列車感載比例閥的輸出口 Cv2 的壓縮空氣輸出仍均為 300kPa（ M3 顯示）；當(dāng) DMV2 的信號(hào)壓力大于 300kPa 時(shí)列車感載比例閥的輸出口 Cv2 的壓縮空氣輸出仍應(yīng)滿足 Cv2300+Ttg (kPa)。 4.2.2.2 緩解特性； 將減壓閥 DMV1 的壓力調(diào)至 900kPa，減壓閥 DMV2 調(diào)至 500kPa 后打開塞門 H2、 H3，當(dāng)列車感載比例閥 充氣 1min 后關(guān)閉塞門 H2、 H3，打開塞門 H1，開通記錄儀，列車感載比例閥輸出口 Cv2 的壓力應(yīng)小于 5kPa。 4.2.2.3 回差 關(guān)塞門 H1、 H2，開通記錄儀后關(guān)塞門 H3

38、，調(diào)節(jié)減壓閥 DMV1 的壓力至 900kPa，將減壓閥 DMV2 的壓力回調(diào)至 0kPa 后開塞門 H3 保壓 20s、連續(xù)向上調(diào)節(jié)減壓閥 DMV2 至360kPa 后繼續(xù)以 20kPa 的壓力梯度向上調(diào)節(jié)減壓閥 DMV2 至 600kPa（每上調(diào) 20kPa 保壓20s）；以 20kPa 的壓力梯度向下回調(diào)減壓閥 DMV2 至 360kPa（每下調(diào) 20kPa 保壓 20s）后連續(xù)將減壓閥 DMV2 的壓力向下回調(diào)至 0kPa，在信號(hào)控制調(diào)壓閥 DMV2 上升和下降的過和中測得列車感載比例閥的輸出口 Cv2 的上升時(shí)的壓力 P Cv2O 和下降時(shí)的壓力 P Cv2D之差的絕對(duì)值應(yīng)不大于 1

39、5kPa。 4.2.2.4 跟隨性； 開通記錄儀，將減壓閥 DMV2 調(diào)至 400kPa、穩(wěn)壓 30s 后繼續(xù)調(diào)節(jié)減壓閥 DMV2 將壓力升高 5kPa，列車感載比例閥的輸出口 Cv2 的壓力應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。當(dāng)將減壓閥 DMV2調(diào)至 500kPa 繼續(xù)上調(diào) 5kPa、測得列車感載比例閥的輸出口 Cv2 的壓力也應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。 調(diào)節(jié)減壓閥 DMV2 使列車 感載比例閥的信號(hào)壓力從 500kPa 回調(diào)至 495kPa、則列車感載比例閥的輸出口 Cv2 的壓力應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。繼續(xù)向下調(diào)節(jié)減壓閥 DMV2 使列車感載比例閥的信號(hào)壓力至 400kPa 后再下調(diào) 5kPa、測得列車感載比例閥的輸出

40、口 Cv2 的壓力也應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。 4.2.2.5 密封性； 將減壓閥 DMV1 調(diào)至 900kPa，減壓閥 DMV2 調(diào)至 500kPa 后開塞門 H2、 H3，充氣 1min，用檢漏劑檢查列車感載比例閥應(yīng)無泄漏。關(guān)塞門 H2、 H3，開通記錄儀，保壓 2min 后測得列車感載比例閥輸出口的壓力 PCv2 及信號(hào)壓力 PT 由于 泄漏造成的壓力降應(yīng)不大于3kPa/min。 4.2.2.6 耐壓； 從列車感載比例閥的 Cv1 口通入 1.5MPa 高壓氮?dú)狻⑼瑫r(shí)在其信號(hào)口輸入 600 kPa 壓力的壓縮空氣，保壓一分鐘后檢查各處應(yīng)無泄漏、無開裂、變形等損壞。 耐壓試驗(yàn)完成后列車感載比例閥應(yīng)

41、無損壞，復(fù)檢 4.3.1.2 至 4.3.1.5 條后均應(yīng)合格。 4.2.2.7 壽命試驗(yàn) 列車感載比例閥內(nèi)橡膠、彈簧等易損易耗件在可靠性試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)，能經(jīng)受無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 150 萬次 不損壞。壽命試驗(yàn)后，復(fù)檢 4.3.1.2 至 4.3.1.5 條均應(yīng)合格。 列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 第 5 章 測 試系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理以及控制方法 依據(jù)列車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和列車感載比例閥生產(chǎn)廠家的要求 , 結(jié)合目前列車感載比例閥性能試驗(yàn)臺(tái)的現(xiàn)狀和現(xiàn)有機(jī)電液控制技術(shù)水平 , 對(duì)多種可行的試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)案進(jìn)行了分析、比較 , 最后確定試驗(yàn)臺(tái)主體由真空系統(tǒng)、主要性能測試系統(tǒng)、彈簧拉伸裝置、殘液排空和

42、回收裝置、氣動(dòng)夾緊裝置等單元組成 , 試驗(yàn)臺(tái)的性能及測試原理如下。 5.1 真空系統(tǒng) 真空系統(tǒng)由真空源 ( 由真空泵組、真空罐、真空電磁閥組成 )、兩位兩通電磁真空閥、數(shù)字真空儀表和真空測試平臺(tái)構(gòu)成 , 其作用是為真空性能測試提供所需的真空度。測試時(shí)將 列車感載比例閥安裝在真空測試平臺(tái)上 , 通過兩位兩通電磁真空閥與真空源相連 , 測試平臺(tái)上裝有真空計(jì)壓阻應(yīng)變規(guī)管 , 真空計(jì)與二次數(shù)顯儀表相連。操作者可以在試驗(yàn)臺(tái)前方隨時(shí)觀察到真空值 , 同時(shí)真空計(jì)將真空值輸出給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) , 控制系統(tǒng)根據(jù)真空值的大小控制電磁閥的開關(guān) , 從而保證檢測過程的自動(dòng)化。 5.2 主要性能測試系統(tǒng) 主要性能測試系

43、統(tǒng)如圖 5.1 所示 , 列車油源部分為測試系統(tǒng)提供壓力 , 壓力值可以通過控制信號(hào)改變列車比例溢流閥的線圈電流進(jìn)行實(shí)時(shí)線性調(diào)整。由于測試時(shí)使用的測試介質(zhì)為制動(dòng)液 , 其粘度非常低 (50 時(shí)僅為 4.2 mm2/s), 潤滑性能差 , 不能直接將其作為油源的介質(zhì) , 所以油源部分采用粘度大、潤滑性能好的 32# 列車油作為工作介質(zhì) , 通過增壓缸分隔兩種不同介質(zhì)。這樣 , 既保證了油源部分的正常運(yùn)轉(zhuǎn) , 又減小油源部分所需功率 , 從而減小油源部分的安裝體積和能源消耗。壓力測試和保壓部分由高精度壓力傳感器和零泄漏電磁球閥等組成 , 從而可保證各項(xiàng)性能測試的精度和可靠性。 圖 5.1 主要性能

44、測試系統(tǒng)原理 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 5.3 彈簧拉伸裝置 彈簧拉伸裝置由步進(jìn)電機(jī)、升降機(jī)、拉力傳感器、拉桿等組成。步進(jìn)電機(jī)位移控制精度高 , 能很好地保證列車感載比例閥彈簧的拉伸長度。拉力傳感器與拉桿連接 , 可測量彈簧承受的拉力 , 檢驗(yàn)彈簧拉伸位置 , 并可以為產(chǎn)品的改型和研發(fā)提供彈簧設(shè)計(jì)和檢測的依據(jù)。 5.4 殘液排空和回收裝置 性能測試結(jié)束后 , 列車感載比例閥中會(huì)有部分殘留的制動(dòng)液 , 由于制動(dòng)液成本高、腐蝕性大 , 如果處理不當(dāng) , 不僅會(huì)造成浪費(fèi)、增加生產(chǎn)成本 , 而且會(huì)污染環(huán)境。為此 , 該試驗(yàn)臺(tái)設(shè)置了完整的殘液排空和回收裝置 , 使得大部分殘液得到循環(huán)使用。 5.5 氣動(dòng)

45、夾緊機(jī)構(gòu) 試驗(yàn)臺(tái)上安裝有導(dǎo)向和定位裝置 , 使得安裝有列車感載比例閥的隨行夾具能準(zhǔn) 確快速地達(dá)到工作位置 , 然后氣缸帶動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)把隨行夾具可靠地夾緊在試驗(yàn)臺(tái)上 , 為安全試驗(yàn)和生產(chǎn)提供了保障 , 同時(shí)保證了測試節(jié)拍。 5.6 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是試驗(yàn)臺(tái)的核心部分 , 它用于設(shè)置測試項(xiàng)目和測試參數(shù)、發(fā)布控制指令、采集各傳感器的測試數(shù)據(jù) , 最后生成測試報(bào)告和存儲(chǔ)測試結(jié)果。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) (圖 2)由 PLC、上位計(jì)算機(jī)、通訊單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)控制器、按鈕操作臺(tái)等組成。以 PLC 為主的控制系統(tǒng)是獨(dú)立于上位計(jì)算機(jī)的 , 在不使用上位機(jī)的的情況下仍可以按照設(shè)定好的測試參數(shù)完成測試項(xiàng)目并給

46、出測試結(jié)果 , 其缺點(diǎn)是無法繪制測試曲線和存儲(chǔ)測試結(jié)果。上位計(jì)算機(jī)通過通訊單片機(jī)與 PLC 通訊 , 可以完成測試數(shù)據(jù)的上傳、計(jì)算、顯示 , 生成并打印測試報(bào)告。通過上位機(jī)還可以對(duì)彈簧拉伸長度等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定 , 有利于列車感載比例閥的改型試驗(yàn)和對(duì)其性能進(jìn)行進(jìn)一步的研究。 圖 5.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖 列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 6 章 列車 感載比例閥的測試 方案設(shè)計(jì) 圖 6.1 為用所研制的試驗(yàn)臺(tái)對(duì)列車感載比例閥進(jìn)行測試后得到的曲線。圖 6.1 中虛線內(nèi)區(qū)域 1、 2 分別為滿載和空載合格曲線區(qū)域 , 曲線 3 為測試曲線。 由圖 6.1 可看

47、出 , 測試曲線在初始段時(shí)出口壓力等比增加 , 在入口壓力為 3.5 M Pa 時(shí)斜率發(fā)生改變 , 曲線 3始終在空載合格曲線區(qū)域 2 的范圍內(nèi) , 說明測試曲線符合標(biāo)準(zhǔn) , 被測工件是合格的。 1 圖 6.1 列車感載比例閥性能測試曲線 列車感載比例閥性能測試曲線通過對(duì)列車感載比例閥的測試表明 : a.試驗(yàn)臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)感載比例閥的真空密封性等主要測試項(xiàng)目的在線檢測 , 并可以對(duì)測試數(shù)據(jù)生成曲線和報(bào)表 , 可顯示及打印結(jié)果。 b.試驗(yàn)臺(tái)測試精度高、性能穩(wěn)定、裝卸被測試件快速準(zhǔn)確、測試時(shí)間短、測試結(jié)果可視化程度 高、歷史數(shù)據(jù)查詢方便。 c.根據(jù)測試報(bào)表可以判斷產(chǎn)品可能存在的缺陷 , 為列車感載比例

48、閥的產(chǎn)品質(zhì)量提供保障。 d.試驗(yàn)臺(tái)工作安全 : 當(dāng)氣動(dòng)夾緊裝置未夾緊試件時(shí) , 測試系統(tǒng)不能進(jìn)行性能測試 ； 系統(tǒng)有最高壓力設(shè)定 ； 設(shè)有安全隔離板。 e.試驗(yàn)臺(tái)測試項(xiàng)目具有可選擇性。通過測試項(xiàng)目控制平臺(tái)可以選取全部或者任意幾個(gè)項(xiàng)目的組合 , 以滿足在線檢測和產(chǎn)品研發(fā)的不同需求。檢測項(xiàng)目可以在自動(dòng)和人工干預(yù)兩種情況下進(jìn)行。 f.試驗(yàn)臺(tái)可以在滿載和空載兩種工況下進(jìn)行測試 , 通過上位計(jì)算機(jī)與 PLC 的通訊可以調(diào)整滿載和空載的參數(shù)。 g.通過對(duì)試驗(yàn)臺(tái)隨行夾具的簡單改造 , 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種型號(hào)的列車感載比例閥及其它壓力閥的在線檢測。 列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 6.1 試驗(yàn)系統(tǒng)總體方案

49、 根據(jù)上述列車感載比例閥技術(shù)指標(biāo)，本試驗(yàn)臺(tái)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是：完成感載比例閥的工作壓力范圍、緩解性、回差性和密封性四個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，并檢測相關(guān)性能數(shù)據(jù)，評(píng)判其四項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是否合格。 傳統(tǒng)檢測方法通過手調(diào)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)工況變化，工況點(diǎn)是有限的、離散的，試驗(yàn)結(jié)果也是通過讀表手抄到試驗(yàn)表格中的，不僅測試效率低而且試驗(yàn) 的 誤差大，難以獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)及表征產(chǎn)品性能的有關(guān)信息 。 但是，由于試驗(yàn)裝置十分簡單，傳統(tǒng)檢測方 法通常不會(huì)出現(xiàn)試驗(yàn)臺(tái)停工等異常 的 現(xiàn)象。目前，計(jì)算機(jī)控制測試技術(shù)在系統(tǒng)控制測試中的應(yīng)用十分廣泛，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、分析、控制等已成為現(xiàn)代測試系統(tǒng)的主流，但使用計(jì)算機(jī)測試技術(shù)的

50、一個(gè)明顯的不足是，一旦出現(xiàn)程序死機(jī)等計(jì)算機(jī)故障，必須由專業(yè)技術(shù)人員維修，會(huì)延誤工期，這在工程應(yīng)用中往往是難以接受的。 考慮到上述兩種不同檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)，本試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)方案采用多路控制試驗(yàn)系統(tǒng)，即采用計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)檢測技術(shù)，同時(shí)保留傳統(tǒng)檢測方法作為備用。正常狀態(tài)下，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)工況自動(dòng)控制，試驗(yàn)數(shù) 據(jù)自動(dòng)采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；同時(shí)，為了避免計(jì)算機(jī)故障等導(dǎo)致正常狀態(tài)失效，造成試驗(yàn)臺(tái)停工現(xiàn)象出現(xiàn)，可采用備用的傳統(tǒng)手動(dòng)控制試驗(yàn)檢測系統(tǒng)。具體試驗(yàn)系統(tǒng)包括： 計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)（主控系統(tǒng)） ； 全部試驗(yàn)工況由計(jì)算機(jī)控制，性能檢測數(shù)據(jù)的記錄和分析由計(jì)算機(jī)軟件完成。 面板按鈕支持

51、手動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)（備用系統(tǒng) 1，氣動(dòng)系統(tǒng)）；當(dāng)主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，而試驗(yàn)氣動(dòng)回路的電氣系統(tǒng)仍可正常工作時(shí)，可由試驗(yàn)臺(tái)操作面板上的啟動(dòng)按鈕完成充氣和排氣控制，試驗(yàn)數(shù)據(jù)需人工從壓力表上讀取并記錄。 開關(guān)閥支持的手動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)（備用系統(tǒng) 2，手動(dòng)系統(tǒng) ） ； 當(dāng)氣動(dòng)回路中電氣系統(tǒng)失靈時(shí)，也可以手動(dòng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)閥，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)試驗(yàn)回路的充氣和排氣控制，并手動(dòng)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 圖 6.2 主控系統(tǒng)用于正常狀態(tài)高效、高精度試驗(yàn)，兩套備用系統(tǒng)主要用于在主控系統(tǒng)故障時(shí)應(yīng)急使用和協(xié)助系統(tǒng)排除故障，同時(shí)方便試驗(yàn)臺(tái)的定期維修和檢驗(yàn)。 圖 6.2 試驗(yàn)臺(tái)多路柔性控制系統(tǒng) 6.2 主控系統(tǒng)方案 計(jì)算機(jī)輔助測試技術(shù)的實(shí)現(xiàn)形式是多樣的

52、，主要有下面 兩 種方式： 備用電控系統(tǒng)氣動(dòng)控制系統(tǒng)手動(dòng)系統(tǒng)被控對(duì)象主控系統(tǒng)PC 機(jī)數(shù)據(jù)采集卡（ USB 6009 )虛擬儀器軟件（ L a b V I E W ）測量元件無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 （ 1） 微型計(jì)算機(jī)和單片機(jī)組成的主從結(jié)構(gòu)，微機(jī)完成 工況控制 信號(hào) 生成 、 檢測 信號(hào)處理、繪圖輸出 等 功能 ； 單片機(jī)完成 控制信號(hào)輸出 和數(shù)據(jù)采集 功能，但是數(shù)據(jù)采集有時(shí)間的滯后性，不能滿足數(shù)據(jù)采集、控制的實(shí)時(shí)性要求。 （ 2） 工控機(jī) 加 數(shù)據(jù)采集卡的 單機(jī)測控 模式，這種模式具有測試精度高，功能擴(kuò)展靈活的優(yōu)點(diǎn)，但工控機(jī)的價(jià)格較高。 由于 本 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求較高，方式 （ 1） 主

53、從結(jié)構(gòu)不能滿足測試要求 ；為克服方式 （ 2） 中工控機(jī)價(jià)格較高 的不足 ， 采用 PC 機(jī)取代工控機(jī)， 形成“ PC 機(jī)十?dāng)?shù)據(jù)采集卡十虛擬儀器軟件 ” 的模式，如圖 6.3 所示，使得數(shù)據(jù)采集、控制的響應(yīng)時(shí)間快，性價(jià)比高，較為合理。 P C 機(jī)L a b v i e w 信 號(hào) 分 析 與 處 理列 車 感 載 比 例 閥（ 被 測 對(duì) 象 ）P s - P o u t信 號(hào) 調(diào) 理數(shù) 據(jù) 采 集 卡（ N I U S B - 6 0 0 9 ）P s - P o u t信 號(hào) 處 理P s信 號(hào) 控 制虛 擬 儀 器 面 板（ 用 戶 界 面 ）圖 6.3 主控系統(tǒng)方案 列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥

54、測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 7 章 PLC 的特點(diǎn)及與其它控制系統(tǒng)的比較 PLC 即可編程控制器 (Programmable Logic Controller),是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國際電工委員會(huì) (International Electrical Committee)頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì) PLC 做了如下定義 :一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng) ,專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的 ,它采用一類可編程的存儲(chǔ)器 ,用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序 ,執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令 ,并通過數(shù) 字或模擬式輸入 ,輸出控制各種

55、類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 7.1 PLC 的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 從結(jié)構(gòu)上分 PLC,分為固定式和組合式 ,模塊式 ,兩種。固定式 PLC 包括 PLC 板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等 ,這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架 ,這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置舊。 7.1.1 CPU 的構(gòu)成及功能 CPU 是 PLC 的核心 ,起神經(jīng)中樞的作用 ,主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成 CPU,單元還包括外圍芯片、總線接 口及有關(guān)電路。每套 PLC 至少有一個(gè) CPU,它按 PLC 的系

56、統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù) ,用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù) ,并存入規(guī)定的寄存器中 ,同時(shí) ,診斷電源和PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后 ,從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取指令 ,經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào) ,去指揮有關(guān)的控制電路。對(duì)使用者來說 ,不必詳細(xì)分析 CPU 的內(nèi)部電路 ,但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。 CPU 的控制器控制 CPU 工作 ,由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令 ,但工作節(jié)奏由震蕩信 號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算 ,在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算 ,并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果 ,它也

57、是在控制器指揮下工作。 CPU 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù) ,它們決定著 PLC 的工作速度、 IO 數(shù)量及軟件容量等 ,因此限制著控制規(guī)模。 7.1.2 I/O 模塊 PLC 與電氣回路的接口 ,是通過輸入輸出部分 (I/O)完成的。 I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O電路 ,其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài) ,輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入 PLC 系統(tǒng) ,輸出模塊相反。 I/O 種類有開關(guān)量輸入 (DI),開關(guān)量輸出 (DO),模擬量輸入 (AI),模擬量輸出 (AO)等。 開關(guān)量是指只有開和關(guān) (或 1 和 0)兩種狀態(tài)的信號(hào) ,模擬量是指連續(xù)變

58、化的量。常用的I/O 分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分 ,有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分 ,有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號(hào)類型分 ,有電流型（ 4-20mA， 0-20mA）、電壓型（ 0-10V， 0-5V， -10-10V）等 ,按精度分 ,有 12bit， 14bit， 16bit 等。 除了上述通用 IO 外 ,還有特殊 IO 模塊 ,如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格 及數(shù)量， I/O 模塊可多可少 ,但其最大數(shù)受 PLC 所能管理的基本配置的能力 ,即受列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制

59、。 7.1.3 內(nèi)存 內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù) ,是 PLC 不可缺少的組成單元。不同機(jī)型的 PLC 期內(nèi)存大小也不盡相同 ,除主機(jī)單元的已有的內(nèi)存區(qū)外 ,大部分機(jī)型還可根據(jù)用戶具體需要加以擴(kuò)展。 7.1.4 電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí) ,有的還為輸入電路提供24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的為 24VAC）。 7.1.5 底板或 機(jī)架 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機(jī)架 ,其作用是：電氣上 ,實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系 ,使 CPU能訪問底板上的所有模塊 ,機(jī)械上 ,實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接

60、,使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。 7.1.6 PLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備 （ 1） 編程設(shè)備：編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件 ,用于編寫程序、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況 ,但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。某些 PLC 也配有手持型編程器 ,目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。 （ 2） 人機(jī)界面：最簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕 ,目前液晶屏（ 或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛 ,由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面也非常普及。 （ 3） 輸入輸出設(shè)備 ,用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù) ,如 EPROM、 EEPROM 寫入器、

61、條碼閱讀器 ,輸入模擬量的電位器 ,打印機(jī)等。 7.1.7 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此 ,網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著 ,甚至有人提出“網(wǎng)絡(luò)就是控制器”的觀點(diǎn)說法。PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能 ,它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息 ,形 成一個(gè)統(tǒng)一的整體 ,實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù) PLC 具有 RS-232 接口 ,還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 PLC 的通信 ,還未實(shí)現(xiàn)互操作性， IEC 規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)， PLC 各廠家均有采用。對(duì)于一個(gè)自動(dòng)化工程（

62、特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)）來講 ,選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首先 ,網(wǎng)絡(luò)必須是開放的 ,以方便不同設(shè)備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展：其次 ,針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求 ,選擇網(wǎng)絡(luò)的形式 ,這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議和機(jī)制的前提下進(jìn)行：再次 ,綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題 ,確定不同層次所 使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。 7.2 PLC 具有許多優(yōu)點(diǎn) ,因而被廣泛應(yīng)用于各種控制場合。 7.2.1 可靠性高 可編程序控制器采用了微電子技術(shù) ,大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體集成電路完成。內(nèi)部處理過程不依賴于機(jī)械觸點(diǎn) ,而是通過對(duì)存儲(chǔ)器的內(nèi)存進(jìn)行讀或?qū)憗硗瓿?,因此不會(huì)出現(xiàn)繼電接觸器控

63、制系統(tǒng)的接線老化、觸點(diǎn)接觸不良、觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象。此外 ,在制造工藝上無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 加強(qiáng)了抗干擾措施。如在輸入、輸出端口均采用了光電隔離 ,使外部電路與內(nèi)部電路之間避免了直接電的聯(lián)系 ,可有效地抑制外部電磁干擾。 PLC 還具有完整的自診斷功能 ,檢查判斷故障方便 ,因而 便于維修。 FLC 特殊的外殼封裝結(jié)構(gòu) ,使其具有良好的密封、防塵、抗振等作用 ,因此可以工作在環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場。由于 PLC 具有高可靠性 ,其平均故障間隔時(shí)間約為 23 萬小時(shí)。 7.2.2 編程簡單 PLC 最大的特點(diǎn) ,是采用了易學(xué)易懂的梯形圖語言。它是以計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)構(gòu)成人們已習(xí)慣的繼電器模型 ,形成一

64、套獨(dú)具風(fēng)格的 ,以繼電器線路圖為基礎(chǔ)的形象程序編程語言。梯形圖語言的電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路接線圖相當(dāng)接近 ,只用 PLC 的幾十條開關(guān)量邏輯指令就可以實(shí)現(xiàn)繼電接觸器電路的功能。只要通過閱讀 PLC 的使用手冊或接受短期培訓(xùn) ,電氣操作人員就可以編制用戶程序。正因?yàn)槿绱耍?PLC 才能迅速普及。 梯形圖語言實(shí)際上是一種面向用戶的高級(jí)語言。 PLC 在執(zhí)行梯形圖程序時(shí) ,通過解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言去執(zhí)行。與直接用匯編語言相比 ,雖然執(zhí)行時(shí)間要長一些 ,但對(duì)大多數(shù)自動(dòng)控制系統(tǒng)來說是微不足道的。 7.2.3 通用性好 PLC 是通過軟件來實(shí)現(xiàn)控制的。同一臺(tái) PLC 可用于不同的控制對(duì)象

65、 ,只需改變軟件就可以實(shí)現(xiàn)不同的控制要求 ,充分體現(xiàn)了靈活性、通用性。各種 PLC 都有各自的系列化產(chǎn)品。同一系列 PLC,不同機(jī)型功能基本相同 ,可以互換 ,可以根據(jù)控制要求進(jìn)行 擴(kuò)展 ,包括容量擴(kuò)展、功能擴(kuò)展 ,可以進(jìn)一步滿足控制需要。 7.2.4 功能強(qiáng)大 PLC 不僅可以完成邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)、定時(shí) ,還可以完成算術(shù)運(yùn)算以及 A/D， D/A 轉(zhuǎn)換等。PLC 最廣泛的應(yīng)用場合是對(duì)開關(guān)量邏輯運(yùn)算和順序控制 ,同時(shí)還可以應(yīng)用于對(duì)模擬量的控制。 PLC 可以控制一臺(tái)單機(jī)、一條生產(chǎn)線 ,還可以控制一個(gè)機(jī)群、多條生產(chǎn)線 ,可以現(xiàn)場控制 ,也可遠(yuǎn)距離控制：可控制簡單系統(tǒng) ,也可控制復(fù)雜系統(tǒng)。在大系統(tǒng)控

66、制中， PLC 可以作為下位機(jī)與上位機(jī)或在同級(jí)的 PLC 之間進(jìn)行通訊 ,完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換 ,實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的信息控制和管 理。 7.2.5 體積小、功耗低 由于 PLC 采用半導(dǎo)體集成電路 ,因此具有體積小、重量輕、功耗低的特點(diǎn) ,而且設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊堅(jiān)固 ,易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部 ,是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 7.2.6 設(shè)計(jì)施工周期短 使用 PLC 完成一項(xiàng)控制工程 ,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后 ,現(xiàn)場控制柜（臺(tái)）等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工和 PLC 的程序設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行。 PLC 的程序設(shè)計(jì)可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試。輸入信號(hào)可通過外接小開關(guān)送入 ,輸出信號(hào)通過觀察 PLC 主機(jī)面板上相

67、應(yīng)的發(fā)光二極管獲得。程序設(shè)計(jì)好后 ,再將 PLC 安裝在現(xiàn)場統(tǒng)調(diào)。由于 PLC 用軟件取代繼電 接觸器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等低壓電器 ,使整個(gè)的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。又由于 PLC 程序設(shè)計(jì)和硬件的現(xiàn)場施工可同時(shí)進(jìn)行 ,因此大大縮短了施工周期。 列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 8 章 列車 感載比例閥測試 方案的硬件選擇 8.1 試驗(yàn)臺(tái)硬件平臺(tái) 采用 “PC 機(jī) +數(shù)據(jù)采集硬件 +虛擬儀器軟件 ”的模式構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。試驗(yàn)臺(tái)主控系統(tǒng)由 PC 機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成， PC 機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡關(guān)系為主從結(jié)構(gòu)，其中 PC 機(jī)完成信

68、號(hào)分析處理、數(shù)據(jù)圖形輸出功能，數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)采集和信號(hào)控制功能。由于數(shù)據(jù)采集卡采樣率高達(dá) 48kS/s， 其采樣和控制精度已擺脫 PC 機(jī)的控制精度。如果 PC 機(jī)出故障可立刻更換，在新的 PC 機(jī)上重新安裝主控系統(tǒng)測控軟件即可立刻投入使用，減少停工現(xiàn)象出現(xiàn)，提高機(jī)器設(shè)備柔性。 8.2 試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)氣動(dòng)回路設(shè)計(jì) 根據(jù)列車感載比例閥的主要測試指標(biāo)，試驗(yàn)臺(tái)必須能提供對(duì)列車感載比例閥的，為此，本文在初始設(shè)計(jì)方案一的基礎(chǔ)上，通過對(duì)性價(jià)比的進(jìn)一步優(yōu)化與改進(jìn)，形成了最終的最優(yōu)氣動(dòng)回路構(gòu)建方案。 8.2.1 電磁閥的選擇 電磁閥是用來控制流體的方向的 自動(dòng)化 基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；通常用于機(jī)械控制和工

69、業(yè)閥門上面，對(duì)介質(zhì)方向進(jìn)行控制，從而達(dá)到對(duì)閥門開關(guān)的控制。 電磁鐵作為先導(dǎo)閥的驅(qū)動(dòng)器 ， 其性能對(duì)整個(gè)元件的特性有重要的影響，無論是穩(wěn)態(tài)控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能 ，還是抗干擾能力或工作可靠性都在很大程度上取決于電磁鐵。改善電磁鐵吸力特性的綜合性能，在不增大先導(dǎo)閥外形尺寸前提下 ， 提高閥的換向性能 ， 使電磁鐵在整個(gè)換向過程中的推力足以克服運(yùn)動(dòng)閥芯的各種阻力 ， 減少電磁鐵的消耗功率 ， 以及節(jié)能、小型化等 ， 是提升電磁閥性能的目標(biāo)。 電磁閥 選型首先應(yīng)該依次遵循安全性，可靠性，適用性，經(jīng)濟(jì)性四大原則，其次是根據(jù)六個(gè)方面的現(xiàn)場工況 (即管道參數(shù)、流體參數(shù)、壓力參數(shù)、電氣參數(shù)、動(dòng)作方式、特殊要求

70、進(jìn)行選擇。 在該氣動(dòng)回路中 ， 使用 4 個(gè)普通電磁閥，分別控制 Cv2 口的 信號(hào)風(fēng) (Ps)充風(fēng)和排風(fēng)，Cv1 口的 總風(fēng) (Pin) 充風(fēng)和排風(fēng)。 8.2.2 電磁閥取代 EP 閥 由于 Labview 測試軟件的設(shè)定頻率較高，一般使用美國 MAC 閥門公司生產(chǎn)的平衡式多用途閥（ EP 閥）進(jìn)行測控。型號(hào)為： 120B-501BAAD、 140B-501BAAD。高達(dá) 50Hz 的頻率，靈敏度高，價(jià) 格相對(duì)較高 。 普通電磁閥價(jià)位在 60 元 /對(duì)，但是普通電磁閥無法實(shí)現(xiàn) EP 閥的高頻動(dòng)作，必須進(jìn)行相應(yīng)的改造。 經(jīng)試驗(yàn)測得計(jì)算機(jī)發(fā)出控制指令到電磁閥工作要 12ms，驅(qū)動(dòng)時(shí)間過長，需要將

71、驅(qū)動(dòng)時(shí)間縮小至 910ms，驅(qū)動(dòng)頻率為 11Hz。 為此，設(shè)計(jì)中從以下兩方面入手 減少驅(qū)動(dòng)時(shí)間： 將原 mos 管 +繼電器模式變?yōu)楦倪M(jìn) mos 管驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ，如圖 8.1、圖 8.2 所示； 改造電磁閥。 列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 采 集 卡控 制 信 號(hào) 輸 出m o s 管 繼 電 器 E P 電 磁 閥圖 8.1 原控制系統(tǒng) 采 集 卡控 制 信 號(hào) 輸 出改 進(jìn) m o s 管 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 普 通 電 磁 閥圖 8.2 改 造后控制系統(tǒng) 為實(shí)現(xiàn) 直流電磁鐵 的 快速吸合、釋放，有 兩 種驅(qū)動(dòng)方式： 硬驅(qū)動(dòng)（不變功率驅(qū)動(dòng)）： 改變行程驅(qū)動(dòng) 加隔磁片 軟驅(qū)動(dòng)（變功率驅(qū)動(dòng)

72、）： 開始高脈沖、高吸合，吸合后低電平維持，高電平釋放。日本豐田劍桿織機(jī)采用高平驅(qū)動(dòng)、低平維持。軟驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)需要額外的設(shè)備和費(fèi)用，從經(jīng)濟(jì)角度考慮， 本設(shè)計(jì) 采用硬驅(qū)動(dòng)方式對(duì)電磁閥硬件部分改造： (1) 閥口減小，由 2mm 減至 1mm，減緩氣流 ； (2) 降低 在低壓差的驅(qū)動(dòng)頻率 ； (3) 適當(dāng)減少電磁閥行程 0.2mm； (4) 電磁閥銜鐵處加了隔磁片，為了降低電磁閥復(fù)位時(shí)剩磁影響。 通 過控制系統(tǒng) 和電磁閥的 改造，使用電磁閥取代 EP 閥 ，并使 改造后的精度可以提高到 2KPa，但出現(xiàn) 了 過充現(xiàn)象，因此，可以在電磁閥進(jìn)出口處，加 0.75mm 的節(jié)流孔，使得氣流平緩。 無錫太湖學(xué)

73、院學(xué)士學(xué)位論文 8.2.3 電磁閥氣動(dòng)回路 圖 8.3 電磁閥取代 EP 閥的氣動(dòng)回路 1、氣源（ 1.2MPa） 2、氣源壓力表 YB 50 3、精密調(diào)壓閥 1R1020 01 4、壓力表 YB 150.1 級(jí) 5、充風(fēng)球閥 6、充風(fēng)、緩解組合閥 7、排風(fēng)球閥 8、恒節(jié)流孔塞 9、被測感載比例閥 使用 4 個(gè)二位二通電磁閥和 1 個(gè)二位三通電磁閥代充風(fēng)、緩 解組合閥，如圖 8.3 所示，控制原理如下： （ 1） 1DT、 2DT 控制列車感載比例閥的信號(hào)風(fēng)壓力， 3DT 、 4DT、 5DT 控制列車感載比例閥輸出口壓力； （ 2） 當(dāng) 1DT 得電， 2DT 失電，實(shí)現(xiàn)列車感載比例閥信號(hào)風(fēng)

74、充氣； （ 3） 為了防止氣流過大，出現(xiàn)信號(hào)風(fēng)過充現(xiàn)象，在 1DT 后端放置恒節(jié)流孔塞，以減緩氣流，提高控制精度； （ 4） 信號(hào)風(fēng)出現(xiàn)過充現(xiàn)象后，可通過 2DT 排氣，降低信號(hào)風(fēng)氣壓； （ 5） 3DT 控制輸出口的風(fēng)源， 4DT 為輸出口的排風(fēng)； （ 6） 5DT 可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)風(fēng)按照不同的要求進(jìn)行充氣，但是氣流不穩(wěn)，控制精度低； 本 設(shè)計(jì)方案的成本低，性價(jià)比高。 列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 8.2.4 優(yōu)化試驗(yàn)臺(tái)氣動(dòng)回路 圖 8.4 優(yōu)化試驗(yàn)臺(tái)氣動(dòng)回路 1、氣源（ 1.2MPa） 2、氣源壓力表 YB 50 3、精密調(diào)壓閥 1R1020 01 4、壓力表 YB 150.1級(jí) 5

75、、充風(fēng)球閥 6、充風(fēng)、緩解組合閥 7、排風(fēng)球閥 8、恒節(jié)流孔塞 9、被測感載比例閥10、壓力變送器 11、終端壓力表 YB 150， 0.4 級(jí) 12、負(fù)載容積 1L 在圖 8.3 的基礎(chǔ)上， 對(duì)氣路進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)， 將 5DT 放置在 1DT 的恒節(jié)流孔塞后，既可以實(shí)現(xiàn)不同要求的充 風(fēng)，也可以利用同一個(gè)恒節(jié)流孔塞減緩氣流，減少氣壓波動(dòng)，提高控制精度 。由此形成了本試驗(yàn)臺(tái)的氣動(dòng)回路的最終設(shè)計(jì)方案，其氣動(dòng)回路原理圖如 圖 8.4所示。 8.3 試驗(yàn)臺(tái)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8.3.1 電控系統(tǒng)組成 試驗(yàn)臺(tái)電控系統(tǒng)由高速繼電器板、數(shù)采機(jī)插座、 NI 數(shù)據(jù)采集卡 6009、四芯儀表座、開關(guān)電源等構(gòu)成，如圖

76、 3.8 所示。數(shù)據(jù)采集卡 6009 使用了 1、 2、 3、 4、 5 個(gè)數(shù)字端口控制高速繼電器板上的 1GJ、 2GJ、 3GJ、 4GJ、和 5GJ 共 5 個(gè)繼電器，由繼電器控制 1DT、 2DT、3DT、 4DT 和 5DT 共 5 個(gè)電磁閥，實(shí)現(xiàn)列車感 載比例閥的充風(fēng)、緩解、保壓等測試。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 圖 8. 2 試驗(yàn)臺(tái)電控系統(tǒng) 壓力變送器 P1、壓力變送器 P2 為 Druck-德魯克 XT 1510，壓力變送器 P1、 P2 輸出標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，經(jīng)過串聯(lián) 250 的電阻，數(shù)據(jù)采集卡采集串聯(lián)電阻兩端的電壓值，通過換算，轉(zhuǎn)化為信號(hào)壓力和輸出壓力。 壓力信號(hào)處理過程是 :傳

77、感器把壓力轉(zhuǎn)換成 mV 級(jí)的弱電信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理電路，將信號(hào)放大、濾波，處理成可被數(shù)據(jù)采集卡接收的 0 5V 標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，在數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換處理，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào) ，并在數(shù)據(jù)采集指令下將其送入計(jì)算機(jī)總線，然后由測試軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、并進(jìn)行進(jìn)一步的分析與處理以及存儲(chǔ)打印。 8.3.2 壓力變送器選用 傳感器是借助于檢測元件 (敏感元件 )接收一種形式的信息，并按一定的規(guī)律將它轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。它獲取的信息，可以是各種物理量、化學(xué)量和生物量，而轉(zhuǎn)換后的信號(hào)也有各種形式。本系統(tǒng)采用的壓力傳感器，是將系統(tǒng)壓力信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)的一種裝置。 列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究

78、 壓力傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理： 圖 3.9 所示為一種常見的普通壓力傳感器，壓 力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力 傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性 27 。 綜合以上論述，本試驗(yàn)臺(tái)采用 德魯克 XT 1510 壓力變送器 。 8.3.3 高 錯(cuò)誤 !未指定書簽。 錯(cuò)誤 !未指定書簽。 速數(shù)據(jù)采集卡 選用 數(shù)據(jù)采集 (DAQ)，是指從 傳感器 和其它待測設(shè)備等 模擬 和數(shù)字被測單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào)，送到上位

79、機(jī)中進(jìn)行分析 、 處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測試平臺(tái)的測量軟硬件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。通常，必須在數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集之前 調(diào)制 傳感器信號(hào) ， 包括對(duì) 其進(jìn)行 增益 或衰減和隔離 ， 放大，濾波等 。對(duì)待某些傳感器，還需要提供激勵(lì)信號(hào) 。 數(shù)據(jù)采集卡，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 （ DAQ） 功能的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡，可以通過 USB、 PXI、PCI、 PCI Express、 火線 (1394)、 PCMCIA、 ISA、 Compact Flash 等總線接入 個(gè)人計(jì)算機(jī) 。 數(shù)據(jù)采集卡是列車感載比例閥測控系統(tǒng)的一個(gè)核心部件，傳感器所檢測到的信號(hào) 需要通過數(shù)據(jù)采集卡才能

80、進(jìn)入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本測控系統(tǒng) 采用 NI 公司生產(chǎn)的 USB-6009 數(shù)據(jù)采集卡， 開發(fā)出一種精度和自動(dòng)化程度較高的測試設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了 電壓 信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、顯示及保存、分析、報(bào)表打印功能。圖 8.10 所示即 為采用 USB 接口 的 外置式 12 位、 10kS/s 多功能數(shù) 據(jù)采集卡，其特點(diǎn)如下： (1) 8 路 12 位模擬輸入通道； (2) 12 路 數(shù)字 I/O 線； (3) 2 路模擬輸出通道 ； (4) 1 個(gè)計(jì)數(shù)器； (5) 方便而易于攜帶的總線供電型設(shè)計(jì)； (6) 即插即用的 USB 安裝便于快速設(shè)置。 圖 8. 3 壓力傳感器外形 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 圖 8. 4

81、高速數(shù)據(jù)采集卡 8.4 試驗(yàn)臺(tái)硬件優(yōu)化措施 3.4.1 普通電磁閥代替 EP 閥 使用 普通 電磁閥取代 EP 閥 ，實(shí)現(xiàn)精度要求，經(jīng)過改造后可提高工作 頻率，靈敏度高，價(jià)格 低，減少 過充過排現(xiàn)象。 如圖 8.11 所示。 圖 8. 5 電磁閥外形圖 8.4.2 提高精密調(diào)壓閥調(diào)壓壓力 要使流經(jīng)被測元件的流量達(dá)到穩(wěn)定的音速流狀態(tài)， 必須具備一個(gè)龐大的氣源系統(tǒng)來提供足夠的壓縮空氣。實(shí)際使用時(shí)，在電磁閥的進(jìn)口處外接調(diào)壓閥，能減少電磁閥進(jìn)口氣壓的波動(dòng)，穩(wěn)定進(jìn)入氣腔的氣壓，進(jìn)而大幅提高穩(wěn)定精度。 精密調(diào)壓閥的調(diào)壓壓力越 高，則 高壓與低壓間的 壓差越大，信號(hào)風(fēng)壓力 Ps 上升越快越穩(wěn)。在此系統(tǒng)中，信

82、號(hào)風(fēng)壓力 Ps 最大值為 525KPa，因此將精密調(diào)壓閥的壓力調(diào)到 700KPa，使得高壓差較高，利于信號(hào)風(fēng)壓力 Ps 平穩(wěn)快速的到達(dá) 525KPa。 圖 8.12 為精密調(diào)壓閥的組成結(jié)構(gòu)圖。 列車制動(dòng)系統(tǒng)比例閥測控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 圖 8. 6 精密調(diào)壓閥的組成結(jié)構(gòu)圖 8.4.3 增加氣容 氣流不平穩(wěn)， Ps、 Pout 曲線波動(dòng)厲害，因此在氣動(dòng)回路中的充風(fēng)處加一個(gè)氣容，使得進(jìn)入列車感載比例閥的氣流平穩(wěn)，波動(dòng)性小，利于閥的精度控制。 本測控系統(tǒng)具有較好 的壓力控制精度，在不同的工作點(diǎn) ， 控制參數(shù)應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整。但存在快速性和穩(wěn)定性之間的矛盾 ， 電磁閥的響應(yīng)頻率、調(diào)壓閥的設(shè)定壓力是影響測控系統(tǒng)的重要因素。提高電磁閥的響應(yīng)頻率和增加調(diào)壓閥的設(shè)定壓力可減小輸出壓力振動(dòng)幅度和提高輸出壓力精度 ， 但也降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。因此 ， 在設(shè)計(jì)該測控系統(tǒng)時(shí) ， 各項(xiàng)參數(shù)應(yīng)該優(yōu)化 ， 使之最大程度地滿足實(shí)際的需要。