列车检测（通用5篇）
列车检测 篇1
1 引言
随着我国铁路第六次大提速、高速铁路及客运专线的发展,接触网在电气化铁路中占有十分重要的地位。提高接触网的运行可靠性成为铁路安全运输的重要环节。为了保证接触网具有良好的安全状态及弓网间的良好受流性能,对接触网—受电弓进行检测和随时掌握接触网参数的状态是非常重要的工作。因此,为保证电气化铁路的安全运行,保证可靠供电,在电气化铁路的施工和日常运营中,必须加强对弓网故障的检测,及时发现隐患,采取相应的措施消除隐患,确保接触网与受电弓处于良好的工作状态,保证安全运营[1,2]。
国内最早进行接触网参数检测技术研究的是铁道部铁道科学研究院,他们从二十世纪六十年代初开始跟踪和学习国外先进的弓网检测技术,至今已有接近五十年的历史。其后,在二十世纪七十年代后期,成都铁路局和原西安铁路局也参加到研究弓网检测装置的行列中。随着电气化铁道的发展及检测技术的不断提高,弓网检测设备也在不停地进步,二十世纪八十年代西南交通大学开始研究弓网检测技术,并与其他单位合作陆续开发了JJC-1型、JJC-2型、JJC-3型弓网检测车[3,4]。
然而,这些接触网检测车已跟不上电气化铁路发展的步伐,其原因有:第一,以前的检测车基本上是属于低速接触网检测车,对接触网进行检测时检测车运行速度不超过160km/h,不能适应电气化铁路向高速方向发展的需要;第二,由于老式计算机和传感器技术的限制,使得检测系统的处理速度较低,检测的参数基本上是一个跨距一组数据,检测结果不能全面反映接触网的运行状态;第三,随着软件技术的快速发展,原来的数据处理系统越发显得“呆笨”,操作界面不够友好,事后分析过于简单,越来越难以满足用户的需要。还有,这些接触网检测车或巡检车定期检测模式,限于检测车的速度和附挂的困难,已不能满足接触网—受电弓状态检测的要求,特别是电动车组的开行,接触网检测车要加挂在电动车组上是十分困难的。在此形势下,有必要分析和研究当今世界既有的高速接触网检测车的现状和发展趋势,在各方面与我国高速接触网检测车相对比,试寻找更适合我国铁路发展的高速接触网检测车。
2 世界高速检测车弓网检测技术应用及介绍
世界上使用高速检测车来检测弓网受流性能的国家有日本、意大利、法国、德国等。文献[6,7,8,9]概述了国外已有的高速接触网检测设备的功能及参数,采用的测定方法及一些技术资料,并与我国现有的高速接触网检测项目作简单的比较。
2.1 日本:时速275km的East-i高速检测列车
2002年3月,东日本铁路公司的East-I新干线电气高速检测列车投入使用(I意为检查、智能、综合)。该列车采用700系电动车组,6辆编组(3号车为轨道检测车,其余为通信信号、接触网检测车),运用于新干线以及与新干线直通运行的既有线上,最高速度分别为275km/h和130km/h,从而实现了新干线与既有线的维修管理一体化。
East-i高速检测列车的接触网—受电弓的检测参数、参数检测的方法及测量精度如表1所示。
East-i高速检测列车已应用于日本东北、上越、长野、山形、秋田五条新干线,也用于既有线。
同我国高速接触网检测车检测参数相比,East-i高速检测列车没有检测弓网间接触压力这个参数。
2.2 意大利:
“马可波罗号”高速检测列车
2.2.1“马可波罗号”接触网参数检测功能特点
“马可波罗号”是由六节车组成的高速检测列车,其中一节车为接触网参数检测车。接触网受流参数检测由两部分组成:一为:接触测量;二为:非接触测量(激光技术)。在牵引机车车顶安装接触测量和非接触测量检测装置,牵引车的两台受流受电弓兼做检测受电弓,其上安装有关接触压力、加速度传感器。接触网参数检测装置,一经标定无需二次校准。其最高检测速度为350km/h,最高检测速度下的采样距离:不大于20mm。
接触网参数检测项目及技术资料如表2所示。
2.2.2 此接触网检测装置的使用情况
(1)阿基米德号,FRI意大利国家铁路基础设施保养维护机构,220km/h,2000年。
(2)ROGER OLSTAT,瑞典TRAMWAY,60km/h,2003年。
(3)ROGER 1000,韩国高速铁路建设局(KHRC),160km/h,2000年,无导线磨耗检测。
4)ROGER 1000,挪威铁路局,160km/h,2000年,无导线磨耗检测。
2.2.3 比较
同我国高速接触网检测车检测参数相比,他们没有接触网支柱位置检测功能;定位器斜度检测功能;接触压力和硬点的检测精度。
2.3 德国:
DB公司的高速检测列车
2.3.1 高速检测列车的接触网—受电弓的检测参数、参数检测的方法及测量精度:
(1)接触线的位置和磨耗
①检测方法
采用三角测量技术,用4个线阵CCD录象机,采用4只泵光自然光灯。
②检测参数的技术资料如表3所示
(2)接触线—受电弓间的接触压力的检测方法和技术资料如表4所示。
2.3.2 比较
同我国高速接触网检测车检测参数相比,DB公司没有检测硬点和冲击这两个参数。
2.4 中国:
时速200km/h的CRH2-010高速检测列车
2.4.1 检测车接触网检测设备
文献[10]、[11]针对高速检测列车接触网安全检测的要求和弓网受流性能试验的特点,中国铁道科学研究院机车车辆研究所研制开发了接触网检测和弓网受流性能测试设备:接触网-受电弓系统受流性能测试设备、综合检测车接触网检测系统和动车组车载接触网实时检测装置。
(1) 弓网受流性能测试设备
自2006年6月至2007年4月,铁道部组织了对CRH1、CRH2、CRH5动车组和大功率机车的型式试验,铁科院机辆所负责受电弓特性和弓网受流性能试验。2006年6月首先在胶济线进行了CRH2动车组的线路试验,并多次进行了弓网受流性能试验,针对动车组弓网受流试验中出现的问题,对动车组受电弓和提速线路接触网提出了科学合理的技术方案,经实施后,使动车组受电弓与提速线路接触网的弓网适应性满足了第六次铁路提速的技术要求。
(2) 综合检测车接触网检测系统
传统的接触网弓网参数的检测通常是采用专用的接触网检测车定期对铁路接触网弓网系统进行检测。随着铁路提速的进行,列车运行速度的提高及行车密度的增大,对接触网及受电弓安全运行的要求越来越高,对接触网的检测和维修要求状态检测和状态维修。时速200公里动车组的开行,不可能在电动车组上加挂接触网检测车。因此,迫切需要能在200公里/小时动车组上实时检测接触网和受电弓运行状态参数的装置,在动车组运行过程中测试和评价弓网的受流性能,为接触网和受电弓的性能优化提供实际线路试验数据,为运营部门提供维修依据。
(3) 动车组车载接触网实时检测装置
随着铁路第六次提速工作的进行,列车运行速度的提高及行车密度的增大,对接触网及受电弓安全运行的要求越来越高,对接触网的检测和维修要求状态检测和状态维修。铁道部决定在动车组上加装接触网检测装置,实时检测动车组高速运行时接触网参数及受电弓的状态,为运营部门提供维修依据。
弓网检测主要技术指标如表5所示。
2.4.2 检测装置位置及其作用
弓网检测装置案装在4号、6号车的受电弓上,4号车检测到信号通过光纤传到6号车统一处理,其主要功能如下:
(1)此装置安装动车组上,随着动车组的运行来检测弓网受流参数。
(2)在全天候(昼、夜、风、雨、雪、雾)的条件下正常工作。
(3)测量参数包括:接触线动态高度(一跨内最高高度、最低高度、高差);硬点(垂向加速度);冲击(纵向加速度);弓网接触力(一跨内最大压力、最小压力、平均压力);拉出值超限检测、网压状态、离线火花、支柱定位、车速、里程等。
2.4.3 已应用领域
自第六次全面提速以来,CRH2-010高速检测车已应用于京哈、京沪、胶济、陇海(徐州-宝鸡)、沪昆(上海南-株洲)、京广、广深等干线提速区段,同时也对新线开通的验收和部分既有线进行检测。
3 结束语
本文主要介绍了世界上各国已有高速检测列车接触网检测的检测装置和检测项目,各个国家对接触网检测有许多共同点,主要集中在对接触网几何参数、接触压力和磨耗的检测。每个国家都采用了先进的检测技术和检测装备,虽然没有一个国家能够系统地对整个接触网检测参数进行全面检测,还有一些技术参数的检测精度没有给出。但是,其先进的设备结构和运作体系可作为我国高速检测列车研发的依据,值得学习和借鉴。
随着我国高速电气化铁路的飞跃式发展和列车运行速度的不断提高,接触网的可靠运行已成为电气化铁路安全运输的重要环节之一。伴随着全国铁路第六次大提速的完成,对全路提速区段的接触网安全检测成了必不可少的工作环节。在高速铁路上,高速接触网检测列车越来越受到重视,我国迫切需要研制出适合我国国情的高速接触网检测列车和高速接触网检测设备,为高速铁路安全和高效运行提供保障。高速检测车对接触网进行检测,其目的是为了给接触网的维护和调整提供科学依据,检测结果能够准确地反映接触网的运行状态,根据检测结果发现接触网存在故障隐患。为了实现其目的就必须尽可能多的将影响接触网运行状态的性能参数联系起来,分析出其中内在的规律。鉴于此,我们应该认真学习和研究世界上现有的先进的接触网检测技术体系,为我国高速接触网检测列车和接触网检测装置进一步研发提供了大量的技术支持和技术依据。
参考文献
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列车检测 篇2
关键词：动车组,受电弓气囊,气囊检测实验平台
0 引言
近年来,我国高速铁路迅速发展,其运营里程、速度和密度不断增大,动车组逐渐成为重要的交通工具。动车组中有多个牵引单元,每个牵引单元车顶安装有一架受电弓,受电弓系统作为动车组的关键系统之一,对动车组甚至动车组线路运营的稳定和安全运行有非常重要的作用。受电弓在动车组运行过程中发生自动降弓故障对线路的安全运营将会造成严重的影响,甚至会导致线路大面积晚点,所以应当在动车组日常检修中加强对受电弓的检查,而气囊是受电弓升降工作的重要驱动部件,因此应采取相关检测措施对气囊进行测试评估,尽量减小动车组自动降弓的可能性,以确保动车组安全运行。
1 气囊
受电弓的主要作用是实现在动车组运行过程中自动降弓,受电弓主要由气囊、弓头、上框架、平行导杆、下框架、联结杆、液压减震阻尼器、框架、ADD阀单元和气动控制装置构成[1,2],其结构如图1所示。
气囊是受电弓升降工作的重要驱动部件,其有单曲、双曲和多曲之分,其中单曲和双曲气囊的结构如图2所示。
气囊壁厚不大于4mm,气密性好,不失压。使用环境温度一般为-40~40℃。其内部结构如图3所示。内部外部橡胶起着保护、隔离、防腐蚀的作用,帘布总成是气囊的主要承载及变形部分,由多层帘布贴合而成,外表面梳化有橡胶。
双曲气囊由于部件耐疲劳性能优于传统钢弹簧和金属压缩气缸,所以用于电力高速列车上受电弓的驱动部件。双曲气囊与空气弹簧既相类似,又有不同。前者为卧式安装,伸张往复,后者为立式,承载、吸震等处于压缩状态。双曲气囊用于高速列车上,曝露在大气环境中,既要经受东北零下几十度严寒,又可能在海南的炎热条件下工作,若爆破,受电弓失去支撑,列车脱电,立即停车,影响全路运行。
2 气囊检测实验系统搭建
由于受电弓气囊的稳定性对动车组正常运行起着重要的作用,以及气囊特殊的结构和工作条件,必须对在役气囊的性能进行检测和可靠性评定[4,5,6]。针对中车长春轨道客车股份有限公司法维莱CX受电弓气囊搭建气囊检测实验平台。其主要构成为空气弹簧耐压试验台(型号:ZNY10B)、气囊固定专用工装、网络高清摄像头(海康威视:DS-2CD3T35D-I5)和摄像头防爆罩(ZX-JGFB-2)。使用空气弹簧耐压性能试验台,将气囊进行处理并分类,制作专用工装使试验台与气囊相配合,同时在试验台中搭建灯光及录相装置,以记录气囊爆破的全过程,如图4所示。
双曲气囊耐压强度试验,两端用法兰紧固试样,设定伸张行程,实验时对气囊进行充气并测其爆破压力,以检测其性能。
3 气囊检测实验
对现场服役的气囊进行实验,其最大裂纹26.48皲裂,可见编织线。按照图5所示摆放受电弓气囊,顺时针方向为正,逆时针方向为负,并装配到气囊检测实验平台上,对气囊进行充气,并最终爆破。
测试开始前,将气囊固定在空气弹簧耐压试验台上,并使气囊伸长量为150 mm(该长度为受电弓升弓1.6 m高度时气囊的伸长量),然后以低于0.5 MPa/min的速度持续缓慢地向气囊中充水,充压时间如表1,当压力达到4倍的工作压力后,不再停顿保压,直至气囊爆破,记录爆破压力。
经过上述实验,气囊爆破视频监测图和实验后实物图如图6所示。气囊的爆破是从夹板同气囊的连接处开始并沿编织线伸长。
实验过程的数据监测如图7所示。气囊3爆破压力:2.621 MPa。受电弓的气囊属于空气弹簧类,但是受电弓气囊的工作载荷远低于空气弹簧,参照《TB2841-2010铁道车辆空气弹簧》,爆破压力不应小于3倍的最大工作压力,且最小值不应小于1.6 MPa。受电弓的最大工作压力为0.5 MPa,极限工作压力(如进行超高速试验)为0.6MPa,该爆破试验中,气囊为被判定为裂纹超标的气囊,试验结果显示,气囊的爆破压力均远大于最大工作压力的3倍以上,符合标准要求。
4 结语
根据受电弓气囊的检测要求搭建相关检测平台,并利用构建的检测平台对受电弓气囊进行相关实验,实验验证该平台满足实验要求,能对实验过程中数据进行全面纪录,为气囊性能的评定奠定数据基础。并通过实验得知受电弓气囊的皲裂部分并非决定气囊的爆破强度。
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列车检测 篇3
防止列车折角塞门关闭是列车运行安全控制的关键之一, 列车运行中一旦发生折角塞门关闭, 就可能导致车毁人亡的恶性事故发生。2007年“7·9”事故就是由于列检作业人员检修车辆时关闭折角塞门, 但作业完毕后忘记恢复。机车乘务员在试风中未按要求严格检查制动机充排风时间, 未能及时发现列车后部折角塞门关闭。列车运行后发现无制动力, 列尾故障无法排风而造成列车放飏事故。
此次事故发生后, 铁道部组织对机车乘务员技检站试风作业情况进行调研与试验, 多数机车乘务员对试验假设的列车管折角塞门关闭情况未能及时发现。暴露的问题如下:有的乘务员不会根据排、充风时间判断列车管贯通情况;有的乘务员责任心不强, 不认真盯住风表, 不注意排、充风时间, 严重缺乏通过试风确认列车管贯通的意识, 反映出试风过程中存在大量的安全隐患。
若要充分发挥试风作业的作用, 应研发列车充排风状态检测装置, 将原先依靠人为经验 (看风表、听排风声音) 判断列车充排风状态和保压漏泄测试的工作由设备来完成, 为机车乘务员提供准确可靠的试风依据, 才能有效保证列车行车安全。列车充排风状态检测问题是长期困扰机务系统的技术与管理难题。近年来, 一些铁路局和厂家就该问题进行很多技术方面的尝试, 如在制动机中继阀排风口加装压力继电器判断排风结束时间, 在机车制动机上加装专用列车管压力传感器判断充风结束时间。但从现场使用效果看, 无法达到准确反映列车充排风状态的目的, 主要原因是:
(1) 受压缩气体特性影响, 加装在机车列车管上的压力传感器难以准确反映列车尾部最后一辆车辆列车管充风情况。充风时, 整列列车的列车管中的压缩气体是由机车向尾部车辆逐渐压缩的, 所以在机车列车管已充风达到定压或接近定压时, 列车尾部车辆列车管还远未达到定压。
在SS4型机车上加装独立的列车管及均缸压力传感器, 进行充排风压力检测, 并对记录数据进行处理 (见图1) 。由图1可以看出, 在排风时 (减压170 kPa, 编组56辆) , 均缸曲线下降到指定值, 机车列车管压力也随之下降到该值, 而实际上试验人员观察到此时中继阀排风还远未停止。在充风时, 均缸曲线上升到定压后, 机车列车管压力很快随之上升到接近定压并在充风过程中一直保持该值。而通过查询列尾装置, 此时列车尾部车辆列车管压力还远未达到定压。
(2) 由于不能对制动机性能造成影响, 判断列车管排风结束的压力继电器只能安装在中继阀排风口外, 其测量准确度受制动机性能、车辆类型等因素影响, 无法达到准确判断列车管排风结束的目的。
2 列车充排风状态检测装置设计方案
目前铁路主力机型HX系列机车采用克诺尔制动机, 具备原DK-1制动机和JZ-7制动机所不没有的空气流量检测功能, 使得列车充排风状态检测成为可能。因为各型车辆的副风缸容积和列车管容积是固定的, 当列车编组确定后, 其由指定压力充至额定压力的气体流量、体积也就随之确定, 排风时亦然。进而列车正常情况下的充排风时间也可以确定。如结合列车运行监控装置 (LKJ) , 对克诺尔制动机检测到的流量信号进行分析处理, 与乘务员输入的机车编组进行比对, 并作出相应语音提示和记录, 即可达到防止列车折角塞门关闭的目的。
2.1 工作流程
列车充排风状态检测装置 (简称装置) 的工作流程见图2。
(1) 排风流程:由LKJ读取列车编组信息, 在内置标准表中查出对应额定排充风时间及体积标准数值 (排充风时间为铁道部提供的机务部门试风作业参照值) 。乘务员通过面板按钮操作发出减压50 kPa (100 kPa、140/170 kPa) 指令, 装置记录减压起始时刻。通过与LKJ通信实时获取均缸压力值, 在均缸达到设定减压量时向制动机自动发出保压指令, 记录终止时刻。此过程中装置保持实时读取制动机流量数据, 根据减压时间计算排风气体体积。计算得出的排风气体体积与装置内置标准表中的额定体积相比对、分析, 作出门限值判断, 由LED屏向乘务员反馈比对具体结果和系统结论。
(2) 充风流程:在规定保压时间结束后, 装置开始充风工作流程。首先乘务员操作面板接钮发出充风指令, 装置记录充风起始时刻, 制动机开始充风缓解。根据额定充风时间确定充风结束时刻, 在此过程中装置保持实时读取制动机流量数据, 根据充风时间计算充风气体体积。计算得出的充风气体体积与内置标准表中的额定体积相比对、分析, 作出门限值判断, 由LED屏向乘务员反馈比对具体结果和系统结论。
排充风流程结束后, 由装置通过LED屏向乘务员显示排充风时间、气体体积数值及与标准值的差异, 记录全部检测数据, 并按照问题严重程度发出报警信息。如判断已发生折角塞门关闭, 则预判发生的车辆位置, 提示乘务员检查尾部车辆。
2.2 技术关键
该装置的技术难点在于首先要建立准确的列车标准排充风时间表和体积表。由于流体的特性, 使列车管内压缩气体流量、体积等参数的测量具有不确定性, 需根据温度、压强等因素作出修正。另外, 由于各型车辆的结构各不相同, 空重车状态不同, 其列车管容积与副风缸容积存在差异, 应在建立标准排充风时间表和体积表时, 考虑引入常见车辆型号参数。上述工作都需要通过大量的现场测试才能完成。
其次, 减压指令、保压指令与充风缓解指令的输出。由于这些功能在LKJ中均具备, 可以考虑双方通过CAN总线或LKJ的485通信接口交换数据, 由LKJ发出指令。这样不但可以不对现有机车制动机控制电路进行改造, 还可通过机车回段后的运行文件转储分析, 起到规范乘务员操作的作用。
3 结束语
研发列车充排风状态检测装置可以从设备层面实现《机车操作规程》规定的列车发车前制动试验要求, 规范乘务员制动机试验操作, 防止列车折角塞门关闭引起的列车放飏事故, 确保列车运行安全。
参考文献
列车检测 篇4
目前国内地铁列车基本都采用有人驾驶运行方式,由司机操作列车并负责瞭望列车运行前方轨道确保无障碍物落入轨道区间,随着城市轨道交通技术的发展,国内一些大城市提出建设全自动无人驾驶地铁列车,提高运行效率。2014年8月,国内首条全自动无人驾驶线路上海10号线开通运营,其无人驾驶列车车头下方安装了一个基于机械触发原理的障碍物检测系统用于代替司机对前方线路瞭望功能,其基本原理是在列车高速运行中撞到障碍物后将触发列车车头下方安装的机械行程杆运动,进而触发继电器开关电路,使列车紧急停车。该方案存在明显不足之处,即不能对列车前进方向轨道内的障碍物实现提前检测与预警,提高行车安全,另一方面通过机械的碰撞实现障碍物的检测不可避免地对车辆设备造成损伤。本文提出了一种基于激光雷达、红外摄像机、3D摄像机、无线电雷达、超声波传感器等多技术融合的障碍物识别系统对轨道中存在的异常物体进行检测和识别,该系统安装在无人驾驶列车车头前方,列车运行中各种传感器同时工作,将采集数据发送到障碍物处理主机由主机进行智能分析处理判断是否为障碍物以及障碍物的距离。
1 障碍物检测系统的构成
多技术融合的障碍物检测系统主要由五大模块组成(如图1所示),分别为传感器及传感器融合模块、行为分析模块、用户接口模块、列车接口模块、全局服务模块。
++:非常好;+:好;0:一般;-:差;--:非常差
传感器及传感器融合模块主要进行列车运行前方环境数据的采集和整合,并将采集的障碍物按照障碍物、参照物、无关物进行分类列表建立数据库。由于地铁列车运行环境复杂,对列车运营安全性要求较高,单一传感存在不足(如图2所示),通过多种传感器技术相互融合的技术可以很好的克服单一传感器技术的不足,提高系统的检测效果。
行为分析模块主要通过周期性的采集传感器融合模块检测到的障碍物信息进行列车运行控制操作,比如列车加速、减速控制等;
用户接口模块主要是一台触摸显示器,该显示屏提供列车基本的运营状态信息,以及列车前方障碍物、参照物、无关物体信息清单,并设有一个紧急制动停车按钮,主要在调试期间使用。
列车接口模块主要为列车的牵引和制动控制单元,其主要为车辆牵引动力单元和列车制动停车控制单元两个部分组成。
全局服务模块为障碍物检测系统的上位管理主机主要用于障碍物检测系统的运行信息存储和运行状态的检测和管理。
2 系统软件设计
多技术融合的障碍物检测系统基于研华成熟的Mini-ITX工控硬件平台设计,软件采用Jave语言进行开发,每个传感器设一个独立的线程,每个传感器数字信号处理及数据融合点设有一个独立的线程,每个障碍物的触发处理设一个独立的线程,每个线程通过一个共享的全局模型数据结构进行数据交换和传递,具体的软件系统结构如图3所示。
3 试验结果
为了验证系统的可行性和有效性,对所设计的系统进行了实际路况测试,检验系统的工作效果。多技术融合的障碍物检测系统的显示器设有各种传感器模式下采集的图形信息,图4为激光雷达识别出轨道旁边电线杆,并计算出电线杆的距离。图5为红外线传感器识别出轨道内的异常物体。
4 结束语
本文通过基于激光雷达、红外摄像机、3D摄像机、无线电雷达、超声波传感器等多技术融合的地铁列车障碍物识别系统,克服单一传感器技术检测的不足,实现列车前方障碍物的实时检测,代替了司机的瞭望值守功能,比目前上海十号线机械式的障碍物检测系统在技术手段上更先进,有效提高了列车运行的安全性,但是目前该障碍物检测系统技术还存在不足,比如在复杂的光照和雨雪天气下会对系统的检测精度和检测距离产生不良影响,并存在障碍物误报问题,因此需要在以后的工作中进一步的完善各种传感器数据处理算法,提高系统对障碍物检测的精度和可靠性。
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列车检测 篇5
在高速列车关键技术的研究中,列车高速运行时所产生的空气动力学效应及由此引发的一系列问题日益受到重视[1]。我国现运营的高速列车速度普遍已经达到或超过300km/h,运行中两车交会、通过隧道、通过声屏障等诸多情况下都会在车体外部产生较大的气压波动。气压变化产生的横向力会影响列车运行稳定性,而且频繁的冲击载荷还会对列车的部件的疲劳强度和车体结构产生较大的影响。为将车厢内的气压维持在稳定的水平,高速列车通常采用密封车体设计。随着车体外部压力的变化,内外压差容易形成交变载荷,作用在车体材料、焊缝、密封接口等处。高速列车车体气密疲劳强度试验台即是针对以上问题,用于对车体和部件的气密疲劳强度进行试验研究。
高速列车气密性检测试验台通过抽气和充气系统控制试验车体内气压的变化,模拟列车在明线运行、过隧道、隧道内交汇等不同工况下的车体受力情况及车内环境的变化。针对试验台的具体需求,基于虚拟仪器技术,使用NI公司的虚拟仪器开发平台Labview开发了一套控制软件。配合相关硬件设备,可以满足气密性加载试验的需求,并保证试验数据和结果的准确、科学。
2 控制系统功能需求
车体及部件气密性试验台需要通过抽气和充气的方式模拟高速列车在各种工况下的车体气压状态及变化情况,用于整车车体焊接结构气密疲劳强度、车体材料、焊缝对气密疲劳强度的影响、部件的气密性、通过小模型样件试验优化型材结构和车体断面、高速列车车内乘客舒适度、列车进、排风等几个方面的研究。需要满足:
■车体及部件气密性试验台主要包括:内加载系统(设备、管路、控制系统)、外加载系统(设备、管路、控制系统)、加载外箱体、试验车体变形测量装置;
■试验台具备常见载荷波(如:正弦波、三角波)试验能力,也可将外部试验波形作为载荷波进行试验,要求试验波形非线性失真系数≤5%;
■伺服系统软件功能齐全,实时显示压力曲线、位移曲线、载荷值、循环次数,数据存储,以保证试验数据准确、安全、可靠;
■控制系统应包含足够多的开关量控制通道,以满足试验台伺服控制远程加载通道的需要;通过计算机网络将各通道的控制信号传至指定的计算机进行诊断、监控;
■控制软件应充分采用人性化设计,具有友好的操作界面。通过软件可方便地对试验台的各种相应硬件进行准确操作。界面上应尽量显示各种重要信息以便于操作者随时掌握试验系统的工作状况。
■试验现场配置一定数量的数码摄像头,分辨率不能低于1600*900,可通过网络将现场的试验实况传至指定计算机。
3 系统结构设计
整个测控系统主要由微机完成控制功能,分为测试系统主机(上位机)和数据采集控制计算机(下位机),计算机之间采用以太网通信。工业控制机中的PCI板卡有AD、IO和AD三种,分别用于控制风机、气动蝶阀和压力传感器数据的采集。温湿度传感器和位移传感器数据采集利用独立的数据采集模块,模块数据通过RS485通信传给工业控制机。这种设计结构能够保证各个系统模块的独立性,减少线缆的传输距离,提高系统的可靠性。功能关系如图1所示。
从功能上可以将系统分为控制系统、数据采集系统和视频监控系统。
4 控制原理
试验控制系统由测控主机(上位机)、下位机、数据采集卡、执行器组成,上位机中安装控制软件,通过下位机和数据采集卡实时采集不同传感器测点位置车体的形变应力、车厢内外气压、温湿度等数据,各个位置的传感器发出的电信号经数据采集卡收集并进行AD转换后,由下位机软件进行分析、处理,并将状态信息发送给测控主机;控制信号由试验操作人员通过测控主机中的控制软件发送给下位机,与电控单元相连的驱动电路直接驱动执行器(压力控制阀)进行压力加载操作。
上位机主要完成图形处理、数据处理、数据管理,下位机根据上位机的指令完成试验过程。整个试验过程的压力信号来源于外箱体顶部、侧部、底部的精密压力传感器,当压力达到设定值时,阀门自动切换,整个过程可以实现无人值守,系统出现故障后可以自动报警或自动停机处理。
试验过程中控制系统通过下位机不断采集各个部位的压力传感器数据,通过比较试验车体和试验台外箱体的压力和各自的期望值,不断调整各个风机和蝶阀,从而再现车辆在不同工况下的气压变化状态。原理如图3所示。
5 功能实现
上位机控制软件及下位的数据采集软件采用LabVIEW编写,LabVIEW是由美国NI公司开发的虚拟仪器编程环境,它提供了图形化的开发界面,采用数据流驱动的运行机制,这种技术为测试测量领域带来了革命性的创新。虚拟仪器技术允许用户使用软件代替和实现传统仪器的硬件电路功能,为工程测量中所遇到的实际问题提供了高效的解决方案。本文所开发的控制软件即得益于虚拟仪器的这种技术特点[2]。设计界面如图4,5所示。
视频监控系统是一个相对独立的系统,由硬盘录象机、两个200万像素的摄像头和显示器组成,视频监控系统对整个实验过程进行保存,控制计算机可以通过以太网访问控制硬盘录相机,并可以按时间对记录的视频进行回放查阅。
6 结束语
经过一年多的运行表明,本研究实现了高速伺服电机试验台的设计要求,系统功能齐全,性能稳定,操作简单,得到了用户的好评。
参考文献
[1]苏晓峰,程建峰,韩增盛.高速列车气密性研究综述[J].铁道车辆,2004,42(5):16-19.