专利名称：一种机车定置试验台轮对速度同步控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机车试验装置，特别是指一种牵引试验装置中控制机车各轮 对速度的机车定置试验台轮对速度同步控制装置。
背景技术：
目前我国铁路连续大规模提速，列车运行速度的提高对机车运行的安全性和 可靠性提出了更高的要求，同时铁路干线日益繁忙，在线路上试运机车的可能性 也越来越小。因此，构建适用于不同结构特点的机车，能够进行启动试验、牵引 试验、制动试验等的机车定置试验台是十分必要的。在机车定置试验台中机车各 轮对的速度控制和速度同步控制，是机车在定置试验台上进行各种牵引试验得以 顺利进行的保证。
目前，在机车牵引试验中没有自动控制各轮对同步转动的装置，只能依靠人 工调节每个轮对车轴的阻力，来调节轮对的同步。人工调节存在着跟随性差，误
差大，调节精度有欠缺，误差只能控制在3%以内，不能满足生产要求。 发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种机车定置试验台轮对速度同 步控制装置，其可在机车定置试验中自动调节各轮对的速度控制和速度同步控制， 并具有跟随性好，误差小的特点。
为实现上述目的，本实用新型釆取以下技术方案 一种机车定置试验台轮对 速度同步控制装置，其特征在于包括六对相对设置的轮轴，每三对所述轮轴连 接成一个机械同步系统，各所述机械同步系统分别连接一传动系统，二所述传动 系统分别连接一测功机，二所述测功机分别连接一负载； 一同步控制系统，包括 依序连接的主调节器、副调节器、二励磁控制器和二励磁电路，各所述励磁电路 分别连接二所述测功机。
各所述轮轴通过机械齿轮和万向轴连接构成所述机械同步系统。
所述主调节器为一微机，其中设置有数据采集模块和控制模块，所述测功机、 水阻箱的运行数据通过所述数据采集模块输入所述主调节器，所述同步控制系统 的控制指令通过所述控制模块传输至所述励磁控制器。
所述副调节器为一可编程控制器，其中设置有数据采集模块和控制模块，所 述可编程控制器通过数据采集模块向所述主调节器反馈励磁电流、电压数据，并通过所述控制模块向所述励磁控制器传输指令，所述副调节器中还设置有PID数 字调节器。
所述同步控制系统为速度环、电流环、电压环三环控制系统。 所述电流环的电流反馈由霍尔电流互感器经所述可编程控制器的采样模块得到。
所述电流环上设置有一个由所述可编程控制器给出的恒定电流给定。 所述电压环由霍尔电压互感器经所述可编程控制器采样后得到。 所述速度环的反馈数据由光电编码器经所述可编程控制器的高速计数单元采
样后得到，所述速度环的速度给定值由上位机的试验监控软件或者主操作台的速
度增/减按钮发至可编程控制器。
所述负载为水阻箱，其连接一过压保护电路。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本实用新型由于采 用电压、电流、速度三环控制系统，使受试机车各轮对的同步调节具有跟随性好、
调节精度高的优点，可将误差控制在r;之内，远远优于人工调节时3%的误差。
2、本实用新型通过设置负载水阻箱，使本实用新型可在试验台上模拟机车运行时 的各种负载情形，机车不用上干线就可以进行性能试验，并可得到准确的试验数
据。3、本实用新型提高了机车试验效率，而且使机车性能试验的功能更全面。4、
在试验过程中，如机车出现问题，维修方便。
图1是本实用新型定置试验台示意图
图2是本实用新型同步控制电路图 图3是本实用新型同步控制电路方框图 图4是本实用新型控制流程图具体实施方式
下面根据本实用新型的实施例并结合附图对本实用新型进行详细说明。 如图1所示，本实用新型包括六对相对设置的轮轴1，每三对轮轴1连接成一 个机械同步系统2，各机械同步系统2分别连接一传动系统3， 二传动系统3分别 连接一测功机4， 二测功机4再分别连接一负载5。同步控制系统6与二测功机4 和二负载5连接，并连接控制测功机4转速的励磁控制器7。
各机械同步系统2包括三对轮轴1， 一对轮轴对应一对轨道轮，各轮轴1通过 机械齿轮和万向轴(图中未示)连接，构成机械同步系统2，使三对轮轴1能始终 保持速度一致。轮轴1通过机械齿轮和万向轴连接构成机械同步系统的技术为机械领域中的常用技术，在此不予详述。
传动系统3包括一万向轴、 一个增速齿轮箱以及弹性连接器，传动系统3将 轨道轮与测功机4连接起来，使二者同步旋转。实现此种传动的结构有多种，且 该技术是本领域的常用技术，在此不予详述。
各传动系统3分别连接一测功机4，各测功机4分别连接有一励磁电路8，同 步控制系统6则连接励磁控制器7，通过励磁控制器7改变励磁电路8的励磁电流 即可改变测功机4的转速，也就可改变机车的负载情况，进而控制试验台上受试 机车的运行速度。励磁电流的给定则由同步控制系统6的可编程控制器(PLC) 给出。测功机4连接负载5，在本实施例中，负载5为水阻箱9。水阻箱9中设置 有含浸在水中的电阻IO，其通过交流接触器11连接测功机4。试验中测功机4产 生的电力全部由水阻箱9予以消耗。负载5还连接一过压保护电路51，以保证试 验过程的安全性。
如图2、图3所示，本实用新型的同步控制系统6包括依序连接的一主调节器、 一副调节器，副调节器的输出连接励磁控制器7，由励磁控制器7连接二励磁电路 8，各励磁电路8再分别连接二测功机4。在本实施例中，主调节器为一主控微机 12，其中设置有数据采集模块和控制模块，测功机4、水阻箱9的运行数据通过数 据釆集模块输入同步控制系统6中，同步控制系统6根据所得到的数据及预设的 试验程序发出控制指令，控制指令通过控制模块传输至励磁控制器7。副调节器为 一下位机13，在本实施例中为一可编程控制器(PLC)，其中也设置有数据采集模 块和控制模块，下位机13通过数据采集模块向主控微机12反馈励磁电流、电压 数据，并通过控制模块向励磁控制器7传输同步控制系统6的指令。
同步控制系统6采用速度、电流、电压三环控制系统，以速度环作为系统外 环，速度反馈由设置在测功机4上的速度传感器(光电编码器)经PLC采集模块 中的高速计数单元采样后得到并反馈至主调节器，速度环具有一速度给定值作为 基准值，其由上位机的试验监控软件或者控制台的速度增/减按钮发至PLC。速度 环的调节周期设为0.2S。电流闭环作为系统内环，电流反馈由设置在励磁电路中 的霍尔电流互感器经PLC的A/D采样后得到，电流环调节周期为0.05S。电流环 具有一个恒定电流给定(固定励磁电流给定)，使电流环的输入为主调节器(速度 调节器)的输出和恒定电流给定之差。另外加设电压截止环，电压截止反馈由设 置在测功机4上的霍尔电压互感器经PLC的A/D采样后得到，限制测功机4输出 电压的最大值为380V，电压截止环在350V 380V范围内起作用。可编程控制器 PLC中设置有PID数字调节器，采用模拟退火算法使双系统或多系统动态同步PID参数优化，从而达到对各轮组的电气同步控制。PID数字调节器采用的模拟退火
算法为电气控制领域的公知技术，在此不再详述。
同步控制系统6通过设置在控制台上的显示仪表板将各种试验数据予以显示， 同时还在显示台上设置操纵钮，使试验中的各项操作既可以用主控微机12的输入 设备(如鼠标、键盘)实现也可以用操纵钮实现。
本实用新型通过调节励磁电流的大小来改变机车车轮的负载。在机车档位给 定的情况下，增加励磁电流，测功机4的发电量增加，相当于机车车轮所受到的 阻力增大，带动机车车轮转动的电动机的转速下降；减小测功机的励磁电流，测 功机4的发电量减少，相当于机车车轮所受到的阻力降低，带动机车车轮转动的 电动机的转速便增加。
如图4所示，本实用新型的工作过程如下
待测试机车14按照规定的速度驶上试验台上的轨道轮15，利用试验台两端的 车钩将机车14固定，并调整机车车轮与轨道轮15对齐。此时，下位机13开始初 始化，下位机13完成初始化后，由上位机12设置受试机车的转速。
当机车车轮转动时，车轮带动试验台上的轨道轮转动。轨道轮转动后，通过 二传动机构3带动二测功机4转动，二测功机4发出一定功率的电力，这些电力 由含浸在水中的电阻10全部消耗。此时，同步控制系统中的速度环将光电编码器 采样的数据通过PLC采集模块中的高速计数单元反馈至主调节器，检测二测功机 4的转速是否等于设定转速。若等于设定转速，则由励磁电路控制测功机4输出固 定电压。若二者不等，则由可编程控制器PLC的PID数字调节器重新计算出励磁 电路加载在各测功机4上的励磁电流，直至测功机4的转速与设定转速一致，速 度同步调整结束。
由上述可知，本实用新型通过两组机械同步系统将机车的六对车轮分为两组， 保证每组中的三对车轮始终保持速度一致。通过同步控制系统，使两组车轮均能 保持在设定转速下运转，通过调节测功机励磁来调节测功机的输出电压，即控制 其输出功率，从而控制了机车的速度，达到动态控制同步运转的要求，而且跟随 性好精度高。
权利要求1、一种机车定置试验台轮对速度同步控制装置，其特征在于包括六对相对设置的轮轴，每三对所述轮轴连接成一个机械同步系统，各所述机械同步系统分别连接一传动系统，二所述传动系统分别连接一测功机，二所述测功机分别连接一负载；一同步控制系统，包括依序连接的主调节器、副调节器、二励磁控制器和二励磁电路，各所述励磁电路分别连接二所述测功机。
2、 如权利要求1所述的一种机车定置试验台轮对速度同步控制装置，其特征 在于各所述轮轴通过机械齿轮和万向轴连接构成所述机械同步系统。
3、 如权利要求1所述的一种机车定置试验台轮对速度同步控制装置，其特征 在于所述主调节器为一微机，其中设置有数据采集模块和控制模块，所述测功 机、负载的运行数据通过所述数据采集模块输入所述主调节器，所述同步控制系 统的控制指令通过所述控制模块传输至所述励磁控制器。
4、 如权利要求1所述的一种机车定置试验台轮对速度同步控制装置，其特征 在于所述副调节器为一可编程控制器，其中设置有数据采集模块和控制模块， 所述可编程控制器通过数据采集模块向所述主调节器反馈励磁电流、电压数据， 并通过所述控制模块向所述励磁控制器传输指令，所述副调节器中还设置有PID 数字调节器。
5、 如权利要求1所述的一种机车定置试验台轮对速度同步控制装置，其特征 在于所述同步控制系统为速度环、电流环、电压环三环控制系统。
6、 如权利要求5所述的一种机车定置试验台轮对速度同步控制装置，其特征 在于所述电流环的电流反馈由霍尔电流互感器经所述可编程控制器的采样模块 得到。
7、 如权利要求5所述的一种机车定置试验台轮对速度同步控制装置，其特征 在于所述电流环上设置有一个由所述可编程控制器给出的恒定电流给定。
8、 如权利要求5所述的一种机车定置试验台轮对速度同步控制装置，其特征 在于所述电压环由霍尔电压互感器经所述可编程控制器采样后得到。
9、 如权利要求5所述的一种机车定置试验台轮对速度同步控制装置，其特征 在于所述速度环的反馈数据由光电编码器经所述可编程控制器的高速计数单元 采样后得到，所述速度环的速度给定值由上位机的试验监控软件或者主操作台的 速度增/减按钮发至可编程控制器。
10、如权利要求1所述的一种机车定置试验台轮对速度同步控制装置，其特 征在于所述负载为水阻箱，其连接一过压保护电路。
专利摘要本实用新型涉及一种机车定置试验台轮对速度同步控制装置，其特征在于包括六对相对设置的轮轴，每三对所述轮轴连接成一个机械同步系统，各所述机械同步系统分别连接一传动系统，二所述传动系统分别连接一测功机，二所述测功机分别连接一负载；一同步控制系统，包括依序连接的主调节器、副调节器、二励磁控制器和二励磁电路，各所述励磁电路分别连接二所述测功机。本实用新型可在机车定置试验中自动调节各轮对的速度控制和速度同步控制，并具有跟随性好，误差小的特点。
文档编号G05B19/05GK201130103SQ20072018729
公开日2008年10月8日 申请日期2007年12月20日 优先权日2007年12月20日
发明者朱善君, 钱利民, 韩为民 申请人:中国北车集团北京二七机车厂有限责任公司