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高速动车组制动性能测试系统

归档日期:05-16       文本归类:盘片组      文章编辑:爱尚语录

  高速动车组制动性能测试系统_交通运输_工程科技_专业资料。第 3 卷第 5 期 铁 道 机 车 车 辆 1 V l3 o .1N . o5 O t 2 1 c. 21 年1 月 01 0

  第 3 卷第 5 期 铁 道 机 车 车 辆 1 V l3 o .1N . o5 O t 2 1 c. 21 年1 月 01 0 RI A LWAY L C TV & A 01 O OMO I E C R 文章编号:0 8-7 4 (0 1 0 10 8 2 2 1 ) 5-0 3 1 8-0 4 高速动车组制动性能测试系统 张 犀,杨 欣,邵 军 ( 中国铁道科学研究院 机车车辆研究所, 北京 1 0 8 ) 001 摘 要 介绍了用于高速动车组制动性能测试系统 的 硬 件 配 置 及 配 套 测 试 软 件 。 针 对 高 速 动 车 组 制 动 试 验 测 点 信号类型多、 采集车辆多等高速运行条件下如何 布 置 测 试 设 备 及 信 号 采 集 时 的 数 据 同 步 , 存, 理 流 程 等 问 保 处 多、 题和解决方法进行了阐述。 关键词 动车组制动系统;测试系统;试验方法;抗干扰 中图分类号:U 6 2.5 文献标志码:A 2 6. 3 测 高速动 车 组 制 动 性 能 测 试 有 如 下 特 点: 试 车 辆 多、 同一车辆测点布置分散、 需测试的参数多、 参数种类 多, 同时动车组运行速度高, 启动加速度大, 整车车体密 电气设备电磁干扰大, 对测试系统要求更高。 封性好, 1 硬件设备及测试原理 ) 见图 1 1. 数据采集系统( 1 数据采集系统采用德国 I MC 集成测控公 司 生 产 的 系列数据采集设备。 采集仪器坚固、 巧, 建 信 号 调 理 模 块, 测 量: 轻 内 可 电压、 电流、 电 偶、t0 及 电 桥; 通 道 最 大 采 样 率 热 每 P1 0 张犀(9 4—) 上海人, 男, 工程师( 收稿日期:0 1-0 18 21 7-2 ) 5 多 5k z 0 H 。通过局域网可实现 分 布 式 测 量, 台 仪 器 联 网 同步测试, 或连接 C 可实现数 AN 总线扩展。配合光纤, 据的远距离、 容 量 传 送。 可 用 内 置 C 卡、 地 计 算 大 本 F 使数据的存储灵活可靠。 机或网络硬盘同时存储数据, 该系统配合 传 感 器 已 能 够 对 制 动 性 能 所 有 关 键 参 数, 如空气压力参数、 再生制动参数、 基础制动装置参数 基本满足了动车组制动性 及制动热负荷参数进行采集, 能测试的要求。 测试系统有如下特点: ( )采集通道可扩展 1 檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲 件试验台已经投入使用, 并且在高速动车组制动系统自 主研发工作中发挥 了 重 要 作 用。 尤 其 是 高 速 动 车 组 电 空制动系统试验台与 高 速 动 车 组 制 动 系 统 仿 真 设 计 平 台相配合, 大大提高了高速动车组制动技术的研发能力 和水平。同时试验平台和设计平台的建立, 也为实际运 营中出现的问题进行 模 拟 分 析、 障 再 现、 术 优 化 等 故 技 提供了条件。 Tslto mfrEMU Eeto nu a cBa eSs m e Pafr o t i e lcr-p e m t rkyt L epn , A o g- a, ANG e - u IH - i g C O H n f Y Wi n j (oo o v C rR sacnt ue C iaA a e yoa w ySine , eig1 0 8 , hn ) L c m t e & a eerhIs tt , hn cd m fRi a c cs Bin 0 0 1 C ia i i l e j : h a o anier gL brtrfHg - pe a w ysse nh rk yt m L brtrfHg - pe A s at T eN t nlE gnei a oaoyo ihS ed Ri ayt m a dteBa eS se a oaoyo ihS edEMU bt c r i n l l l e l s i i i l aebi yC iaA a e yoa w ySine . h brtr et grsac nn o a o lto mihitra o a ya - ru tb hn cd m fRi a c cs T e a oaoyi ats n eerha din vt npafr wtnent nl d v ne vl o g - pe a cd ee frh hsedEMU ba esse T esu yts , efr a ceta drl bi et oa esse n eo p - l i t e i ly f rkyt m. h d t pro m netsn e ait ts rb kyt m a dk yc m o n nso g - pe et h hsedEMUcnb hee ih hpe p o3 0~5 0k / teba e yt mpafr g - pe fi a a t s t 0 m h.h k se to mo h hsedEMUin m- r s l fi s i e civdwt e edu 0 a otnato te a oaoy T eu - odt dky eh ooiso h hsedEMU baigsse e tde . n hrcei is f l a t fi rs sc rkn yt ma uid A dc aatr t pratpr h brtr . h pt - ae n e c nlge g - pe s e a i i t oc l i a i hl m thnet jit yt mtsn a dt n et f o p trbsde cr - n u a cbaigsse nb efr e e a oa acigts ,on se t dvl a o s m ue - ae etop e m t rkn yt mc epro m d nt br - i tr .Ash efr a cet rl bi eta dvl a o oh e n u a ca de cr a c m o etfhg - pe oy lotepro m nets , e ait tsn a dt nfrtek yp e m t n l t cl o p n nsoihsed EMU i ly i i e i l ba esse a ed n ntepafr rkyt mcnb o eo h to m. K yw rs EMU; rk ;etb nh e od : ba e tsec 第 5 期 高速动车组制动性能测试系统 19 3 图 1 制动性能测试系统示意图 1 每台 C 数据采集仪 器 具 有 8 个 多 用 途 测 试 通 道, 如一次试验需更多通道, 只需在网络上增加数据采集仪 器即可, 真正实现了可扩展性。 ( )分布式数据采集 2 当被测对象分散, 其 是 动 力 分 散 式 动 车 组, 采 尤 可 分 通 用测试仪器与被测量 就 近 布 置, 布 式 采 集, 过 网 络 避免因信号远距离传 与计算机数据采集处理系统连接, 输而造成干扰, 大大减少了布置测试导线的数量。 ( )可实现远距离数据传输 3 当遇有 烈 日 、 风 等 不 利 气 象 条 件 时 , 通 过 长 网 大 可 线或无线 HU , 尤其是当进行 B 实现数据的远距离传输, 制动静态传动效率等试验时, 试验人员可在车内或房间 内进行工作, 大大改善了试验工作条件。 ( )温度适应范围大 4 该测试 系 统 可 在 -2 ~5 的 外 温 条 件 下 正 常 5℃ 0℃ 工作, 克服了原有测试 系 统 温 度 适 应 范 围 窄, 温 和 高 低 温条件下不能正常工作的缺陷。 ( )可测试信号种类多样化 5 该测试系统除能测试常规的空气压力信号外, 还能 测试再生制动电流、 电压信号, 制动盘片温度信号, 制动 基本满足制动性能试验所有测试参数 盘片应变信号等, 的要求。 ( )采样频率高 6 可进行空电联合 制 动 电 空 时 序 分 析、 速 度 分 析, 减 以及防滑试验时的速度及防滑阀动作状态分析。 1. 空气压力测试 2 动车组空气压力测量范围为 0~11 0k a 0 P ; 采用英国德鲁克公司生产的 P X 0 1 型0~10 0 T 16 0 或 0~15 0k a 空 气 压 力 传 感 器, 传 感 器 零 飘 该 ka P 0 P 小, 线性度和重复度好, 输入为9~3 输出为 6V 宽电压, 可远 距 离 传 输 且 只 需 用 两 芯 线mA 电流, / 内 螺 纹, 配 各 类 快 速 接 头, 装 有 压力接口为 G 4 可 在 1 快速接口的空气管 路 上 安 装 拆 卸 方 便。 在 没 有 快 速 测 试口的管路 上 则 需 要 预 先 准 备 工 装, 传 感 器 体 积 较 且 大。在狭窄的地方不易安装。 1. 列车速度信号 3 动车组速度测量范围: 1 / 0~1 0m s 速度传感器安装在车轴轴头, 是一个旋转式增量编 码器, 通过码盘的转动 产 生 脉 冲 信 号, 轮 转 动 一 圈 产 车 生 8 个脉冲。通过记录单位时间内脉冲个数可得到车 0 微分得到车轮角速度。 轮旋转角度, 1. 温度信号 4 如图 2 所示) 1. 1 闸片温度( 4. 闸片温度测量范围: 0 0~9 0℃ 在测量闸片温 度 时, 用 了 P1 0 型 热 电 阻 传 感 选 t0 0 器, 因为其精度高, 抗线 装前先在闸片上钻一个与传感器过盈配合的孔, 再将铠 装 P1 0 型 热 电 阻 传 感 器 插 入, 可 测 到 闸 片 内 部 温 就 t0 0 度。但由于电阻值与 温 度 对 应 关 系 为 非 严 格 的 线 性 关 系而为近线 性 关 系, 以 早 期 试 验 时 采 用 温 度 变 换 模 所 块, 使模块输出信号与温度成线性, 即可得到温度值。 但由于动车组车下电磁环境恶劣, 导致温度变换模 块经常被击穿, 需要将模块的安装位置从转向架移至到 车厢内, 一方面希望减 轻 干 扰 减 少 击 穿 模 块 概 率, 一 另 方面也方便模块的更换。但改善效果不明显。 曾经改为用采集设备直接采集热电阻两端的电压和 电流值然后算出电阻值, 再用采集软件通过查表法得到 相对应的温度值。这种方式采集到的数值稳定。但由于 制动时闸片上 安装 P10 传感器与闸片间为过盈配合, t00 的压力会有几十千牛, 而热电阻的电阻丝又较细, 试验后 期会被压断或接触不良, 这时必须更换传感器。 现在的测试 系 统 采 用 K 型 热 电 偶 传 感 器, 装 方 铠 式与安装方式和 P1 0 一 样, 型 热 电 偶 传 感 器 原 理 t0 0 K 是当两种金 属 接 触 在 一 起 时, 结 点 处 会 发 生 电 子 扩 在 1 铁 道 机 车 车 辆 第 3 卷 10 4 散, 浓度大的向浓度小 的 金 属 扩 散, 扩 散 达 到 动 态 平 当 得到一个稳定的 接 触 电 势, 势 值 与 两 种 金 属 接 电 衡时, 点的温度差有关系。 所 以 车 底 的 温 度 传 感 器 只 是 一 个 相比 P1 0 纤细的电阻丝, 热电偶传 两种金属的熔球, t0 0 升降温速度 感器的抗压性明显改善。且金属点体积小, 比 P1 0 快。由于测量的是微电势所以上端要接隔离 t0 0 变换模块, 隔离模块的抗干扰能力也远优于热电阻的变 换模块。现在一个试验周期内基本不需要维护。 踏面温度( 如图 3 所示) 1. 2 制动盘、 4. 制动盘、 踏面温度测量范围: 0 0~8 0℃ 由于制动盘相对于车体属于高速旋转物体, 如果还 采用热电阻或热电偶进行测量则理想方法是在制动盘上 固定传感器, 但需使用集流环将信号从轴端引出, 同时由 于制动盘在运行时高速旋转, 需固定得更加牢固, 且制动 盘 材 质 为 铸 钢, 比 闸 片 更 难 钻 孔, 果 用 贴 片 形 式 固 相 如 定, 难以找到适合的黏合剂承受制动产生的高温。 所以制动盘、 踏面温度测量适合采用非接触式测量 而非接触式测量方法中的电涡流传感器非接触温 方法, 度测量技术还不成熟, 因此采用了应用较为广泛成熟的 红外辐射温度计进行非接触式测量, 在测量前要设置好 被测物体的红外线发射率, 在光传感器前端一般加装一 透镜起到保护传感器的作用, 透镜的透光率参数也需预 先标定。在安装前 要 加 工 固 定 传 感 器 探 头 的 工 装。 由 而 制 于光结构传感器探头 怕 灰 尘, 线 路 上 的 渣 土, 动 时 闸片磨下的粉末都较 多, 每 天 清 理 探 头, 以 维 护 工 需 所 作较大。 1. 电机电流电压信号及功率计算 6 由于动车组均采用复合制动方式, 在采集空气制动 参数的同时, 必需同步采集动车的电制动参数。 电机单 相 电 流 测 量 范 围: 电 0~5 0 A, 压 测 量 范 0 围: 0 0~40 0V。 使用瑞士 L EM 公 司 生 产 的 霍 尔 效 应 电 流 传 感 器 结合自制的通道箱 进 行 信 号 转 换。 传 感 器 安 装 时 只 需 将牵引电机电缆从传感器中穿过即可, 这种非接触式测 如果选用开口电流传 量传感器使得高压得到有效隔离, 感器可使安装更为简便。 电压测量同样采用 L 传 EM 公 司 的 电 压 传 感 器, 感 器本身具有高压隔离功能, 将采集的电压信号引入自制 的电通道箱。 功率计算采用I MC 公司提供的 ON I E F L N AMO S 软件的虚拟通道计算得到, 可同时计算电机电流电压的 有效值, 有功功率, 功率因数等参数, 以同步获取电制动 功率。 2 软件系统 中国铁道科学研究 院 机 车 车 辆 制 动 性 能 测 试 系 统 的硬件接口采用德国 I MC 公司编制的 I eie 采 MC D v s c 集分析仪器硬件控制组 件, 件 主 体 以 美 国 N 公 司 开 软 I 发的 虚 拟 仪 器 编 程 软 件 Lb I a V EW 为 平 台 编 制 而 成。 检测软件具有控制采集系统硬件, 信号实时采集、 调理, 数据显 示、 析 和 存 储 等 功 能。 本 系 统 可 以 在 W n 分 i- 人 d w 0 0 X / 等 操 作 系 统 下 使 用, 机 界 面 友 好, o s2 0 / P 7 操作直观方便。在计 算 机 后 台 进 行 连 续 存 储 时 可 通 过 制动起始点的设置使 计 算 机 前 台 分 段 采 集 从 制 动 开 始 至停车的数据保存为单独文件, 这样程序可直接给出制 动初始速度, 制动距 离, 动 时 间, 均 减 速 度 等 信 息, 制 平 而不需要再从连续文件里查找、 分析数据使得工作效率 显著提高。界面模拟机车压力表显示主要参数值, 并可 将数据画为实时曲 线 图。 界 面 下 方 还 可 显 示 动 态 的 运 行线路图, 使得当前所在运行线路信息一目了然。如图 图 2 制动闸片温度 图 3 制动盘温度 传感器安装图 传感器安装图 4 所示。 3 试验过程 3. 干燥轨面制动运行试验 1 运行试验在干燥轨面上进行, 并且尽量选 择在平直 轨道上进行。如果试验不可能在一段绝对平直的线路上 / 且 则所选的直线轨道的坡度不应超过 ± 进行, 4mm m, 制动初速度 与 制 动 目 标 速 度 之 差 不 应 超 ±3k / , mh 试 验后需用修正公式 进 行 制 动 距 离 修 正。 试 验 前 应 确 认 车辆状态良好, 如做复合制动试验要确认电制动已全部 投入。如做纯空气制动则应切除电制动, 无法切除的应 在试验前断开主断。 试 验 时 动 车 组 惰 行 以 预 定 的 速 度 进入试验区段后, 制动控制器手柄迅速置预定的制动级 位, 实施制动。试验后应检查闸片和制动盘状态。 1. 制动起始信号 5 当司机实施制动后 如 果 在 配 电 柜 内 有 相 对 应 的 高 低电平的制动指令线, 可用相应电压等级继电器将原模 拟信号进行隔离并转换为低压信号进行采集。 如果动车组的制动指令非模拟信号指令, 无法用数 可 据采集系统 采 集 的, 在 司 机 制 动 手 柄 上 固 定 一 块 磁 铁, 在手柄下方的司 机 操 作 台 上 安 装 一 个 磁 感 应 开 关, 通过移动制动手柄即调整磁铁与磁感应开关的间隙, 即 以检测到 可使制动手柄离开缓解位后磁感应开关动作, 制动指令的发出。 第 5 期 高速动车组制动性能测试系统 11 4 。 大常用制动来代替 紧 急 制 动) 在 此 制 动 过 程 中, 方 一 一方面数据采集处 面继续向轨面喷洒减摩液直至停车, 理系统不间断地采集处理各有关数据, 并在计算机屏幕 上显示动车和拖车各 4 条 轮 对 的 速 度 及 相 应 制 动 缸 压 力变化过程。 3. 关门车制动运行试验 3 切除一辆动车或拖 车 的 空 气 制 动 或 切 除 动 车 的 电 制动。进而观察在部分 车 辆 制 动 力 不 足 ( 切 除) 其 或 时 图 他车辆的制动力补偿逻辑。如图 5, 6 所示。 图 4 制动性能测试系统软件界面图 各项试验中应测量和记录下列数据: () 1 动车组瞬时速度 v; ( ) 1 辆动车和第 1 辆拖车的轴 1~ 轴 4 的 车 轮 2第 圆周速度 v ~ 4 ; 1 v ( ) 1 辆动车和第 1 辆拖车的轴 1~ 轴 4 的 制 动 3第 缸压力 P1 ~P4 ; () ; 4 制动时间t () 5 制动距离 S; ( ) 1 辆动车和第 1 辆拖车的轴 1~ 轴 4 防 滑 排 6第 风阀的电磁阀信号; () 7 动车组的制动初速度 v ; 0 () 8 对复合制动的车辆要记录其他制动力所对应的 参数。 3. 潮湿轨面防滑行运行试验 2 在试验中使用一种 含 油 脂 肪 酸 的 环 保 生 物 可 降 解 其浓度 为 1 ~1 , 含 有 沙 的清洗液作为减摩液, 0% 5% 不 物质。减摩液可根 据 黏 着 的 需 要 进 行 兑 水 稀 释。 开 始 试验时减摩液的浓度可为 1% , 2 次试 验 时 的 浓 度 可 第 增加为 4% , 现场使用中减摩液的浓度可 根 据 黏 着 的 需 要进行兑水稀释。 喷嘴开始 当列车由静止加速到预定的试验速度后, 向轨面喷洒减摩液, 洒 一 段 距 离 后, 车 组 施 行 紧 急 喷 动 制动( 对于紧急制动为纯空气制动的动车组可以采用最 4 结束语 制动性能测试系统的软、 硬件基本满足了动车组制 动系统测试 的 要 求, 过 大 量 的 实 际 运 用 中 积 累 的 经 通 验, 解决了测试系统抗干扰的问题, 系统稳定可靠。 1- 图中工况 1 为正常工况; 工况 2 为切除 1 车再生制动工况 6 2- 图中单轴再生制动功率曲线 轴功率曲线 级复合制动关门车 与正常工况对比试验曲线 减速度对比曲线 M aue et yt mfrTsrkn esr m n s oe Baig S e t Pro m neo ihsedTan efr a cfHg - pe ris ZHANG , ANGi , X Y i X n SHA n OJ u (oo o vs & C rnt ue C iaA a e yoa w ySine ,eig1 0 8 ,hn ) L c m t e as s tt , hn cd m fRi a c cs Bin 0 0 1 C ia i I i l e j A s at Ihsp pr tee sa to ut na ot rnd crnhot aesse htaeueotsh rkn efr bt c : ntia e , hr n nrd c o b u a s uesa dtesfw ryt mtarsdtet ebaigpro m- r i i i t t a cso g - pe an . hr em n hc ons m n pso g a n a ycr ehg - pe anc ni o .W x nefh hsedt is T ee r a yc ekpit , a y y e s nl a dm n s n h hsed ri d in e - i r a t fi s a it i t o t e a ae ntem to so isaigd f et rnd cr f et rn o odaihtepol m b u g a qi t n i l ie t i ie c s a si pt tdo h eh df ntln f rn a s ues nd frnasa dh wtelwth rbe sa ot inl c u i o , rcsiga drcrig teem to sh vcivds nho o sw rigo esse ed t n poesn n eodn . hs eh d aeaheey crn u okn f hyt mide . 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