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单轨转向架换轮平台控制系统设计研究

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摘要:单轨换轮装置的分离是单轨车辆维护中的重要环节,通过将转向架与车体分离,从而完成轮胎的定期充气、检查及更换。主要介绍换轮转向架换轮工作原理、工艺流程及控制系统设计。

关键词:单轨;转向架;换轮;控制系统

0引言

在城市轨道交通系统中,跨座式单轨交通是一种典型制式,具有线路占地少、线路构造简单、转弯半径小、舒适性高、景观性好等特点,尤其适合山地城市、地形复杂城市和建筑集中度高的城区和城郊。随着重庆轨道交通的大力发展,单轨车次及车辆数逐步增加。在单轨车辆的维护中,因列车采用橡胶轮胎,磨损较大,需要定期对轮胎进行充气、检查,查看轮胎是否需要更换,换轮任务繁重。国内外均有类似设备,但国外设备价格昂贵,存在设备供货周期长、设备维护不便等诸多问题。因此,开发可靠性高、简便、高效且易于维护的转向架换轮平台势在必行。

1换轮平台组成及工作原理

换轮平台由沉降梁、沉降梁旋转机构、沉降梁定位插销机构、升降机构、升降平台、水平保持机构、平台定位插销机构以及车体支撑装置组成,包含驱动装置、防护系统、控制系统及辅助系统四个子系统。系统采用液压油缸进行驱动,由于油缸的作用,铰链机构作圆周运动,并带动沉降梁作以滑动轴承为中心的圆周运动,把油缸的直线推动运动转化为沉降梁的圆周运动。换轮前,启动液压工作站,电控系统根据传感器反馈信号判断沉降梁、支撑装置和各插销位置是否准确,对不正确位置进行复位后,发出车辆准许进入信号。换轮时,单轨车辆首先进入沉降梁位置,由架车装置支撑单轨车辆,驱动升降平台将转向架及沉降梁本体下降至指定位置,进而控制液压系统输出转矩及转速驱动沉降梁旋转45°工位,与维修工位轨梁对接,从而使换轮得以实现。水平保持机构、锁紧机构、限位缓冲机构用于旋转梁旋转到位后的定位、锁紧及缓冲,用于保证系统的精度及安全。

2换轮工艺流程

在充分了解并掌握转向架结构特点和组成的基础上,拟订了转向架与车体相分离及换轮工艺流程。

3控制系统设计

采用静液压的方式传动具有结构紧凑、操作简单、传动平稳等优点,能很好地满足转向架分离装置的工作要求。换轮装置中比较重要的是平台升降机构,主要承受来至沉降梁、平台以及转向架等的载荷,采用两个单级同步液压油缸驱动,升降距离约为2200mm。升降时,整个机构要求冲击小、并确保定位准确。为保证平台的水平位置,机构同时采用了水平保持机构来进行刚性同步,从而保证平台在做上下运动时保持水平同步。当液压站启动以后,油箱里的液压油由液压泵经过高压过滤器打入液压系统回路,为转向架分离装置的各个运动提供动力。系统压力由电磁溢流阀的设定值决定。各个液压回路通过电磁换向阀的运作,来实现各自要求的功能。

3.1换轮装置的升降运动

转向架分离装置的升降运动主要是操作两个单级同步油缸来完成的。上升运动,如图3所示,当两个比例电磁阀开启左位,油液经过液压锁进入液压缸油路,液压缸位移传感器反馈信号,经过比例阀放大器,控制两个比例阀的开口,从而使得两只缸完成同步上升动作。系统上升油路2位2通电磁换向阀为油缸上升辅助调速功能,常位为常开,控制其为右位时,上升油液经过节流阀节流。压力补偿器保证比例阀进出口的压力差,使得其不受油缸负载变化的影响。序号13为液压锁,比例阀不运作时油缸能自锁在某个位置。下降运动:比例阀切换到右位,油缸开始下降,序号24为节流阀,辅助调节下降速度,同时提供回油路背压。在断电等紧急情况下,本系统设置了紧急油口,保证该装置的正常升降。

3.2换轮装置的旋转运动

转向架分离装置的旋转运动主要由一个数字油缸来完成驱动,如图4所示。液压系统主要有比例阀、压力补偿器等组成。比例阀主要控制数字缸的转速,在各时间段通过比例控制器对数字油缸伸缩速度进行控制,就可以实现满足要求的沉降梁匀速转动。配置的压力补偿器主要对比例阀进出口(P—A,P—B)进行保压,使得数字缸的负载对比例阀无影响,确保比例阀控制的准确性。

3.3换轮装置的插销运动

为确保转向架分离装置的升降定位和旋转运动定位,本套液压系统采用了插销机械精确定位。而各个插销的运作则均由插销液压缸来完成,液压系统设置了旋转定位插销和平台插销。当旋转油缸完成旋转运动后,油液经过电磁换向阀的换位进入两个旋转定位插销缸,完成旋转插销定位。旋转插销缸的运作速度由进油和回油路上的单向节流阀无级可调。同理,水平插销的运作是在转向架完成上升后进行的,四个插销经过电磁阀的换位同时推动水平插销完成水平机械定位,确保了转向架的安全。四个水平插销速度也是无级可调的。

3.4电气控制系统设计

根据换轮装置的作用、功能及要求,进行了相应的电气控制系统的开发与设计。电气控制系统主要有控制柜与操作台,以控制液压泵站的工作、阀的动作、油缸行程控制、运动机构的位置检测及控制、相关的信号指示等。操作台设置在八字形中央,立式按钮结构,由簿钢板、钢管焊接而成。控制系统。控制系统采用可编程控制器(PLC),配合各位置检测开关和执行元件,保证系统的可靠性、稳定性、安全性及调试的方便性。本文所用算法分别与最小二乘法,线性化算法文献[7],二分法逼近搜索文献[8]进行比对,精度分别提高14.5%,11.5%,13.0%。

4结论

本文提出自适应区域搜索算法评定圆度误差。该算法对测量点的分布没有要求,测量原理简单,编程容易实现,便于掌握,误差评定精度也较高,为实际圆度误差评定提供一种有效参考。

参考文献:

[1]机械科学研究所,中国计量科学研究院.GB/T7235-2004产品几何量技术规范(GPS)评定圆度误差的方法半径变化量测量[S].北京:中国标准出版社,2004:3-20.

[3]徐志玲,刘宇,程琦.4种圆度误差评定方法分析[J].计量学报,2009,30(Z1):38-41.

[4]王灿,许本胜,黄美发.区域搜索下圆度误差快速精确评定[J].制造业自动化,2015,37(6):94-96.

[5]孟凡良,余晓芬,黄开辉,彭鹏.多采样点下圆度误差最小区域评价方法研究[J].机床与液压,2015,43(3):153-157.

[7]黄富贵,董兆鹏.圆度误差评定的线性化处理方法[J].华侨大学学报(自然科学版),2011,32(5):492-494.

[8]李飞,雷贤卿,崔静伟,王海洋.圆度误差的二分法逼近搜索评定[J].北京:河南科技大学学报,2014,35(2):20-23.

作者:张腾;夏青 单位:重庆机电装备技术研究院有限公司

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