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1、 編號 無錫 太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目： 列車制動系統(tǒng)比例閥測控試驗臺 設(shè)計與研究 信機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專業(yè) 學(xué) 號： 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 系 機械工程及自動化 專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、 題目 列車制動系統(tǒng)比例閥測控試驗臺設(shè)計與研究 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)，以減小列車制動時的縱向沖動，避免空車時因制動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、，及重車時因制動力不足而不能在規(guī)定的制動距離內(nèi)停車。由于列車感載比例閥涉及人身安全重要性， 對其質(zhì)量提出較高的要求，因此對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)計研究了比例閥的檢測試驗臺。最后實際檢測后表明，該試驗臺測試精度高、性能穩(wěn)定、裝卸被測試件快速準(zhǔn)確、測試時間短、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)和試驗手段。 三、本設(shè)計（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（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 系主任 簽名 2012 年 11 月 7 日 III 摘 要 感載比例閥是列車制動系主要元件之一 ,它能使制動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)口的性能試驗臺對感載比例閥進(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)果不能儲存 , 在出現(xiàn)質(zhì)量問題時無法提交有效的檢測報告。進(jìn)口試驗臺價格昂貴 , 軟件維護(hù)不方便 , 人機交互性差 , 且多數(shù)為專用型 , 無法滿足個性化需要。為此 , 開發(fā)設(shè)計了感載比例閥性能試驗臺 (以下稱試驗臺 )。該試驗臺操作簡單 , 能夠自動檢測感載比例閥常溫下的所有測試項目 ,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；試驗臺 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 列車制動系統(tǒng)簡 介 . 2.1 列車制車系統(tǒng) . 2.1.1 制動方式 . 2.1.2 制動系統(tǒng)組成 . 2.1.3 制動控制裝置 . 2.2 空氣制

10、動系統(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 試驗檢測 . 4.2.1 試驗條件 . 4.2.2 試驗方法 . 第 5

11、 章 測試系統(tǒng)設(shè)計原理以及控制方法 . 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 氣動夾緊機構(gòu) . VI 5.6 計算機控制系統(tǒng) . 第 6 章 列車感載比例閥的測試方案設(shè)計 . 6.1 試驗系統(tǒng)總體方案 . 6.2 主控系統(tǒng)方案 . 第 7 章 PLC 的特點及與其它控制系統(tǒng)的比較 . 7.1 PLC 的結(jié)構(gòu)與特點 . 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 ,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 功能強大 . 7.2.5 體積小、功耗低 . 7.2.6 設(shè)計施工周期短 . 第 8 章 列車感載比例閥測試方案的硬件選擇 . 8.1 試驗臺硬件平臺 . 8.2 試驗臺控制系統(tǒng)氣動回路設(shè)計 . 8.2.1 電磁閥的選擇 . 8.2.2 電磁閥取代 EP 閥 . 8.2.3 電磁閥氣動回路 . 8.2.4 優(yōu)化試驗臺氣動回路 . 8.3 試驗臺電控系統(tǒng)設(shè)計 . 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 試驗臺硬件優(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臺的應(yīng)用與試驗 . 9.1 列車感載比例閥試驗步驟 . 9.2 檢測試驗及其結(jié)果分析 . VII 9.2.1 試驗臺性能指標(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 信號壓力 -輸出壓力分析 . 總結(jié) . 致謝 . 參考文獻(xiàn) . 46 列車制動系統(tǒng)比例閥測控試驗臺設(shè)計與研究 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)，以減小列車制動時的縱向沖動，避免空車時因制動力過大而使閘瓦抱死車輪，使車輪在鋼軌上滑行擦傷車輪，及重車時因制動力不足而不能在規(guī)定的制動距離內(nèi)停車。由于列車感載比例閥涉及人身安全重要性，對其質(zhì)量提出較高的要求，因此對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)計研究了比例閥的檢測試驗臺。最后實際檢測后表明，該試驗臺測試精度高、性能穩(wěn)定、裝卸被測試件快速準(zhǔn)確、測試時間短、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)的大動脈，它擔(dān)負(fù)著十分繁重的客貨運輸任務(wù)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會的不斷進(jìn)步，鐵路客貨運量在持續(xù)增長，從而對鐵路系統(tǒng)的運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營，標(biāo)志著中國列車高速時代的到來，越來越多的高鐵線路將會在未來開通。 1.3 本課題應(yīng) 達(dá)到的要求 試驗臺的硬件設(shè)計包括試驗臺控制系統(tǒng)氣動回路、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需求，提出回路設(shè)計的初始方案，明確了設(shè)計的思路與方法；然后，通過性價比分析，對初始方案進(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臺的硬件設(shè)計。 說明書分為 9 個大章節(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)計原理以及控制方法 .PLC 的特點及與其它控制系統(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臺的應(yīng)用與試 驗 具體介紹了列車制動，感載比例閥，測試系統(tǒng)以及 PLC。通過進(jìn)行的對比與測試，最終選定了試驗臺的構(gòu)造。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 列車制動系統(tǒng)比例閥測控試驗臺設(shè)計與研究 第 2章 列車制動系統(tǒng) 簡介 2.1 列車制車系統(tǒng)

17、2.1.1 制動方式 1） 制動控制方式 動車組動車使用電制動、拖車使用空氣制動的復(fù)合制動方式。動車電制動優(yōu)先，低速區(qū)域的電制動停止工作時或電制動故障時，不足的部分由空氣制動力補充實施。制動時，列車首先最大限度地利用電制動力制動列車，減輕拖車的空氣制動負(fù)荷，減少拖車的機械制動部件的磨損。 通過 ATP 的自動控制及手動制動光傳送指令式采用再生制動并用電氣指令式空氣制動延 遲控制，首先讓動車（再生制動）負(fù)擔(dān)制動力，減小拖車自身制動力的方式。以 1 輛動車、 1 輛拖車為控制單位進(jìn)行延遲控制 。 2）制動的種類 通常運行時司機用制動控制器操作常用制動（表示為 1 級 7 級的 7 個檔位的制動力）

18、和快速制動。 ATP 動作時常用最大制動（ 7 級）和快速制動作用相同。緊急制動、輔助制動，在故障時等異常情況下通過開關(guān)操作。耐雪制動是積雪時通過開關(guān)操作，制動力幾乎不作用。 3） 制動方式 適應(yīng)粘著變化規(guī)律的速度 -粘著控制模式； 根據(jù)載荷變化自動調(diào)整制動力； 防滑保護(hù)控制； 以 1M1T 為單元進(jìn)行制動力的協(xié) 調(diào)配合，充分利用動車再生制動力，減少拖車空氣制動力的使用，僅在再生制動力不足時才由空氣制動力補充； 優(yōu)先響應(yīng)車載 ATP/LKJ2000 接口的指令，可施行安全制動； 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產(chǎn)生緊急制動； 常用制動：常用制動力為 1 級 7 級；延遲控制，

19、在初速度為 75km/h 以上時，由動車的再生制動負(fù)擔(dān)拖車部分的制動力，在 65km/h 以下切換成為單獨控制。 快速制動：具備常用制動 1.5 倍的制動力，在手動制動操作時及在閉塞區(qū)間無法減速至設(shè)定的速度時根據(jù) ATP 指令動作。 緊急制動：當(dāng)列 車分離、總風(fēng)管壓力降低及手柄取出時均會實施緊急制動。此時，不具有按照負(fù)荷大小調(diào)整制動力的功能。 耐雪制動：在降雪時，為了防止冰雪進(jìn)入制動盤和閘瓦之間，使得閘瓦無間隙輕輕接觸制動盤。在 110km/h 的速度以下，接通耐雪制動開關(guān)，通過操作制動手柄動作。制動缸壓力設(shè)定為 4020kPa，可以操作制動控制器的開關(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：以在制動控制裝置異常、制動指令線路斷線、以及在救援等時使用為目的而設(shè)置。操作司機臺的設(shè)定開關(guān)及各單元（ Tc 車）的配電盤開關(guān)進(jìn)行動作，與常用、快速制動不同，制動力為與速度無關(guān)的定值。 停車制動：采用鐵靴實施停車制動。 2.1.2 制動系統(tǒng)組成 制動控制系統(tǒng)包括：制動信號發(fā)生裝置（司機制動控制器） ， 制動信號傳輸裝置（列車信息控制系統(tǒng)，包括中央裝置、車輛終端裝置） ， 制動控制裝置（內(nèi)部集成了電子控制單元和制動控制單元（ BCU）、空氣制動管路上所需的各種閥門及風(fēng)缸等）。 基礎(chǔ)制動裝置位于轉(zhuǎn)向架上，由帶防滑閥的增壓氣缸及油壓盤式制動裝置等組成。空氣供給系統(tǒng)由位于 3、 5、 7 號

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

22、進(jìn)行信息傳輸，實時輸出各種控制數(shù)據(jù)。制動力切換功能 打滑再次粘著功能（空氣壓力控制式）對應(yīng)負(fù)荷功能耐雪制動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輸出功能（從動車向拖車的 EP 閥指令功能）電氣空氣壓縮機 。 2.2 空氣制動系統(tǒng)的組成及其作用 圖 2.1 自動式空氣制動系統(tǒng) 列車制動系統(tǒng)比例閥測控試驗臺設(shè)計與研究 各部分作用如下： 1.空氣壓縮機（ 1）、總風(fēng)缸（ 2）：原動力系統(tǒng)?？諝鈮嚎s機：制造壓縮空氣；總風(fēng)缸 ：儲存壓縮空氣，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)自動制動閥（ 5）充入制動管。 3.自動制動閥（ 5）：操縱部件。

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

24、10）：制動時，把從副風(fēng)缸送來的壓縮空氣轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械推力。 8.基礎(chǔ)制動裝置（ 17）：制動時，將制動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；緩解時，靠閘瓦自重使閘瓦離開車輪實現(xiàn)緩解。 9.閘瓦、車輪和鋼軌：實現(xiàn)制動三大要素。制動時，閘瓦壓緊轉(zhuǎn)動的車輪踏面后，閘瓦與車輪間的摩擦力借助鋼軌，在與車輪接觸點上產(chǎn)生與列車運行方向相反（與鋼軌平行）的反作用力，即制動力。（黏著效應(yīng)） 制動缸壓力計算 1 空氣制動機的工作過程就是利用空氣受壓縮后體積與壓力 的自動變化來實現(xiàn)的。 2 車輛制動機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單元中， 根據(jù)車輛 的 重量對車輛進(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 壓力信號對輸出壓力大小進(jìn)行控制， 在一定范圍內(nèi)能夠自動、無級地調(diào)整制動缸壓力，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系統(tǒng)。圖 3.3 所示為德國 KNORR 公司生產(chǎn)的 ESRA 氣動制動控制裝置 的工作原理圖，圖 3.4 所示為該氣動裝置現(xiàn)場工作照片。 圖 3. 1 上海臨港低速磁浮空

26、氣制動系統(tǒng) 圖 3. 2 上海地鐵一號線國產(chǎn)化擴(kuò)編改造車輛空氣制動系統(tǒng) 列車制動系統(tǒng)比例閥測控試驗臺設(shè)計與研究 圖 3. 3 德國 KNORR 公司生產(chǎn)的空氣制動系統(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)的空氣制動系統(tǒng)現(xiàn)場照片 圖 3.4 所示的 ESRA 制動系統(tǒng)控制單元 ， 包括制動電子控制裝置和氣動控制裝置兩部分， 其中 氣動控制裝置主要 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 ，共同完成列車運行所需的多種制動功能 。 列車感載比例閥作為氣動控制系統(tǒng)的主要組成部分，主要功能是根據(jù)車重信號調(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缸的 一個 裝置，其作用是將壓力空氣信號流量進(jìn)行放大，以縮短制動執(zhí)行裝置的響應(yīng)時間。 電 磁閥是自動控制中應(yīng)用最多的閥，主要由線圈和氣動 兩 部分組成。在制動系統(tǒng)中使用的主要是直動式電磁閥，其作用是根據(jù)需要切斷和接通氣路。在線圈得電時，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，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉 。 常用制動時，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指令成比例的預(yù)控壓力，然后驅(qū)動中繼閥為制動缸充風(fēng)，從而施加制動。 其中 ，輸入電空轉(zhuǎn)換模

28、塊的電控信號基于制動指令進(jìn)行了載荷調(diào)整和沖動限制； 同時 ， 為保證可靠制動， 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)入制動缸進(jìn)行制動。 緊急制動時，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)生一個經(jīng)載荷調(diào)整的緊急預(yù)控壓力，通過中繼閥給制動缸施加緊急制動壓力。 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列車制動系統(tǒng)比例閥測控試驗臺設(shè)計與研究 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 個主要通道與 外部連接，分別為總風(fēng)口、輸出口和信號風(fēng)口。列車感載比例閥的空車彈簧能保證在信號風(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)保證在信號壓力變化 C 5kPa 時，輸

31、出壓力會隨著信號壓力的變化而變化。 4.1.5 密封性： 閥在試驗壓力條件下由 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)定的試驗條件下經(jīng)耐壓試驗后檢查各處應(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 萬次壽命試驗不損壞，壽命試驗后復(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 試驗裝置 的原理如圖 4.1 所示。 1l圖 4.1 列車感載比例閥試驗原理 列車制動系統(tǒng)比例閥

32、測控試驗臺設(shè)計與研究 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。 試驗裝置所用的壓力計量器的精度為 0.4 級。 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)能自動將所采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成壓力時間曲線。 圖 4. 1 含 EP 閥的氣動回路 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 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 11、負(fù)載容積 1L 4.2 列車感載比例閥 試驗檢測 4.2.1 試驗條件 4.2.1.1 介質(zhì)： 試驗介質(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。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4.2.1.2 試驗裝置 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。 試驗裝置所用的壓力計量器的精度為 0.4 級。 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)能自動將所采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成壓力時間曲線。 4.2.2 試驗方法 按試驗原理圖裝好試驗氣路，并將列車感載比例閥裝在試驗回路上。 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 壓力在閥動作壓力曲線對應(yīng)輸出壓力值時，輸出口 Cv2 壓力應(yīng)與 Cv1 相同；當(dāng) DMV1 壓力大于 DMV2 壓力在閥動作壓力曲線對應(yīng)輸出壓力值時，輸出口 Cv2 壓力應(yīng)與閥動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 的信號壓力從 0 kPa 緩慢調(diào)至600kPa。當(dāng) DMV2 的信號壓力不大于 300kPa 時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 的信號壓力大于 300kPa 時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)列車制動系統(tǒng)比例閥測控試驗臺設(shè)計與研究 壓閥 DMV2 的信號壓力從 0 kPa 緩慢調(diào)至 600kPa。當(dāng) DMV2 的信號

37、壓力不大于 300kPa 時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 的信號壓力大于 300kPa 時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 的上升時的壓力 P Cv2O 和下降時的壓力 P Cv2D之差的絕對值應(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 高壓氮氣、同時在其信號口輸入 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 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臺上進(jìn)行試驗，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。壽命試驗后，復(fù)檢 4.3.1.2 至 4.3.1.5 條均應(yīng)合格。 列車制動系統(tǒng)比例閥測控試驗臺設(shè)計與研究 第 5 章 測 試系統(tǒng)設(shè)計原理以及控制方法 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臺的現(xiàn)狀和現(xiàn)有機電液控制技術(shù)水平 , 對多種可行的試驗臺設(shè)計案進(jìn)行了分析、比較 , 最后確定試驗臺主體由真空系統(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、氣動夾緊裝置等單元組成 , 試驗臺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。測試時將 列車感載比例閥安裝在真空測試平臺上 , 通過兩位兩通電磁真空閥與真空源相連 , 測試平臺上裝有真空計壓阻應(yīng)變規(guī)管 , 真空計與二次數(shù)顯儀表相連。操作者可以在試驗臺前方隨時觀察到真空值 , 同時真空計將真空值輸出給計算機控制系統(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改變列車比例溢流閥的線圈電流進(jìn)行實時線性調(diào)整。由于測試時使用的測試介質(zhì)為制動液 , 其粘度非常低 (50 時僅為 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、升降機、拉力傳感器、拉桿等組成。步進(jìn)電機位移控制精度高 , 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有部分殘留的制動液 , 由于制動液成本高、腐蝕性大 , 如果處理不當(dāng) , 不僅會造成浪費、增加生產(chǎn)成本 , 而且會污染環(huán)境。為此 , 該試驗臺設(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

45、夾緊機構(gòu) 試驗臺上安裝有導(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 , 然后氣缸帶動夾緊機構(gòu)把隨行夾具可靠地夾緊在試驗臺上 , 為安全試驗和生產(chǎn)提供了保障 , 同時保證了測試節(jié)拍。 5.6 計算機控制系統(tǒng) 計算機控制系統(tǒng)是試驗臺的核心部分 , 它用于設(shè)置測試項目和測試參數(shù)、發(fā)布控制指令、采集各傳感器的測試數(shù)據(jù) , 最后生成測試報告和存儲測試結(jié)果。計算機控制系統(tǒng) (圖 2)由 PLC、上位計算機、通訊單片機、步進(jìn)電機控制器、按鈕操作臺等組成。以 PLC 為主的控制系統(tǒng)是獨立于上位計算機的 , 在不使用上位機的的情況下仍可以按照設(shè)定好的測試參數(shù)完成測試項目并給

46、出測試結(jié)果 , 其缺點是無法繪制測試曲線和存儲測試結(jié)果。上位計算機通過通訊單片機與 PLC 通訊 , 可以完成測試數(shù)據(jù)的上傳、計算、顯示 , 生成并打印測試報告。通過上位機還可以對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和對其性能進(jìn)行進(jìn)一步的研究。 圖 5.2 計算機控制系統(tǒng)框圖 列車制動系統(tǒng)比例閥測控試驗臺設(shè)計與研究 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 圖 6.1 為用所研制的試驗臺對列車感載比例閥進(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出口壓力等比增加 , 在入口壓力為 3.5 M Pa 時斜率發(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列車感載比例閥的測試表明 : a.試驗臺可以實現(xiàn)感載比例閥的真空密封性等主要測試項目的在線檢測 , 并可以對測試數(shù)據(jù)生成曲線和報表 , 可顯示及打印結(jié)果。 b.試驗臺測試精度高、性能穩(wěn)定、裝卸被測試件快速準(zhǔn)確、測試時間短、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.試驗臺工作安全 : 當(dāng)氣動夾緊裝置未夾緊試件時 , 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.試驗臺測試項目具有可選擇性。通過測試項目控制平臺可以選取全部或者任意幾個項目的組合 , 以滿足在線檢測和產(chǎn)品研發(fā)的不同需求。檢測項目可以在自動和人工干預(yù)兩種情況下進(jìn)行。 f.試驗臺可以在滿載和空載兩種工況下進(jìn)行測試 , 通過上位計算機與 PLC 的通訊可以調(diào)整滿載和空載的參數(shù)。 g.通過對試驗臺隨行夾具的簡單改造 , 可以實現(xiàn)對各種型號的列車感載比例閥及其它壓力閥的在線檢測。 列車制動系統(tǒng)比例閥測控試驗臺設(shè)計與研究 6.1 試驗系統(tǒng)總體方案

49、 根據(jù)上述列車感載比例閥技術(shù)指標(biāo)，本試驗臺的主要設(shè)計目標(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試驗項目，并檢測相關(guān)性能數(shù)據(jù)，評判其四項技術(shù)指標(biāo)是否合格。 傳統(tǒng)檢測方法通過手調(diào)實現(xiàn)試驗工況變化，工況點是有限的、離散的，試驗結(jié)果也是通過讀表手抄到試驗表格中的，不僅測試效率低而且試驗 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，由于試驗裝置十分簡單，傳統(tǒng)檢測方 法通常不會出現(xiàn)試驗臺停工等異常 的 現(xiàn)象。目前，計算機控制測試技術(shù)在系統(tǒng)控制測試中的應(yīng)用十分廣泛，利用先進(jìn)的計算機技術(shù)實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)采集、分析、控制等已成為現(xiàn)代測試系統(tǒng)的主流，但使用計算機測試技術(shù)的

50、一個明顯的不足是，一旦出現(xiàn)程序死機等計算機故障，必須由專業(yè)技術(shù)人員維修，會延誤工期，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，本試驗臺的設(shè)計方案采用多路控制試驗系統(tǒng)，即采用計算機控制的自動檢測技術(shù)，同時保留傳統(tǒng)檢測方法作為備用。正常狀態(tài)下，采用計算機自動檢測技術(shù)，實現(xiàn)試驗工況自動控制，試驗數(shù) 據(jù)自動采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；同時，為了避免計算機故障等導(dǎo)致正常狀態(tài)失效，造成試驗臺停工現(xiàn)象出現(xiàn)，可采用備用的傳統(tǒng)手動控制試驗檢測系統(tǒng)。具體試驗系統(tǒng)包括： 計算機控制的全自動試驗系統(tǒng)（主控系統(tǒng)） ； 全部試驗工況由計算機控制，性能檢測數(shù)據(jù)的記錄和分析由計算機軟件完成。 面板按鈕支持

51、手動試驗系統(tǒng)（備用系統(tǒng) 1，氣動系統(tǒng)）；當(dāng)主控計算機系統(tǒng)出現(xiàn)故障，而試驗氣動回路的電氣系統(tǒng)仍可正常工作時，可由試驗臺操作面板上的啟動按鈕完成充氣和排氣控制，試驗數(shù)據(jù)需人工從壓力表上讀取并記錄。 開關(guān)閥支持的手動試驗系統(tǒng)（備用系統(tǒng) 2，手動系統(tǒng) ） ； 當(dāng)氣動回路中電氣系統(tǒng)失靈時，也可以手動旋轉(zhuǎn)開關(guān)閥，實現(xiàn)氣動試驗回路的充氣和排氣控制，并手動記錄試驗數(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，兩套備用系統(tǒng)主要用于在主控系統(tǒng)故障時應(yīng)急使用和協(xié)助系統(tǒng)排除故障，同時方便試驗臺的定期維修和檢驗。 圖 6.2 試驗臺多路柔性控制系統(tǒng) 6.2 主控系統(tǒng)方案 計算機輔助測試技術(shù)的實現(xiàn)形式是多樣的

52、，主要有下面 兩 種方式： 備用電控系統(tǒng)氣動控制系統(tǒng)手動系統(tǒng)被控對象主控系統(tǒng)PC 機數(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） 微型計算機和單片機組成的主從結(jié)構(gòu)，微機完成 工況控制 信號 生成 、 檢測 信號處理、繪圖輸出 等 功能 ； 單片機完成 控制信號輸出 和數(shù)據(jù)采集 功能，但是數(shù)據(jù)采集有時間的滯后性，不能滿足數(shù)據(jù)采集、控制的實時性要求。 （ 2） 工控機 加 數(shù)據(jù)采集卡的 單機測控 模式，這種模式具有測試精度高，功能擴(kuò)展靈活的優(yōu)點，但工控機的價格較高。 由于 本 試驗數(shù)據(jù)的實時性要求較高，方式 （ 1） 主

53、從結(jié)構(gòu)不能滿足測試要求 ；為克服方式 （ 2） 中工控機價格較高 的不足 ， 采用 PC 機取代工控機， 形成“ PC 機十?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)時間快，性價比高，較為合理。 P C 機L a b v i e w 信 號 分 析 與 處 理列 車 感 載 比 例 閥（ 被 測 對 象 ）P s - P o u t信 號 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 處 理P s信 號 控 制虛 擬 儀 器 面 板（ 用 戶 界 面 ）圖 6.3 主控系統(tǒng)方案 列車制動系統(tǒng)比例閥

54、測控試驗臺設(shè)計與研究 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),是指以計算機技術(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 (International Electrical Committee)頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對 PLC 做了如下定義 :一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng) ,專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的 ,它采用一類可編程的存儲器 ,用于其內(nèi)部存儲程序 ,執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(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、類型的機械或生產(chǎn)過程。 7.1 PLC 的結(jié)構(gòu)與特點 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 ,主要由運算器、控制器、寄存器及實現(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 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 ,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誤等。進(jìn)入運行后 ,從用戶程序存儲器中逐條讀取指令 ,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 ,去指揮有關(guān)的控制電路。對使用者來說 ,不必詳細(xì)分析 CPU 的內(nèi)部電路 ,但對各部分的工作機制還是應(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 號控制。運算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運算 ,在控制器指揮下工作。寄存器參與運算 ,并存儲運算的中間結(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狀態(tài) ,輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進(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 ,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 ,即受列車制動系統(tǒng)比例閥測控試驗臺設(shè)計與研究 最大的底板或機架槽數(shù)限制

59、。 7.1.3 內(nèi)存 內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù) ,是 PLC 不可缺少的組成單元。不同機型的 PLC 期內(nèi)存大小也不盡相同 ,除主機單元的已有的內(nèi)存區(qū)外 ,大部分機型還可根據(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 ,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 機架 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機架 ,其作用是：電氣上 ,實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系 ,使 CPU能訪問底板上的所有模塊 ,機械上 ,實現(xiàn)各模塊間的連接

60、,使各模塊構(gòu)成一個整體。 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)測運行、檢查維護(hù)不可缺少的器件 ,用于編寫程序、對系統(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)場控制運行。某些 PLC 也配有手持型編程器 ,目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。 （ 2） 人機界面：最簡單的人機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 ,由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面也非常普及。 （ 3） 輸入輸出設(shè)備 ,用于永久性地存儲用戶數(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 與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息 ,形 成一個統(tǒng)一的整體 ,實現(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。對于一個自動化工程（

62、特別是中大規(guī)模控制系統(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 ,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)動作由無觸點的半導(dǎo)體集成電路完成。內(nèi)部處理過程不依賴于機械觸點 ,而是通過對存儲器的內(nèi)存進(jìn)行讀或?qū)憗硗瓿?,因此不會出現(xiàn)繼電接觸器控

63、制系統(tǒng)的接線老化、觸點接觸不良、觸點電弧等現(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 ,其平均故障間隔時間約為 23 萬小時。 7.2.2 編程簡單 PLC 最大的特點 ,是采用了易學(xué)易懂的梯形圖語言。它是以計算機軟件技術(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。正因為如此， PLC 才能迅速普及。 梯形圖語言實際上是一種面向用戶的高級語言。 PLC 在執(zhí)行梯形圖程序時 ,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)行時間要長一些 ,但對大多數(shù)自動控制系統(tǒng)來說是微不足道的。 7.2.3 通用性好 PLC 是通過軟件來實現(xiàn)控制的。同一臺 PLC 可用于不同的控制對象

65、 ,只需改變軟件就可以實現(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 功能強大 PLC 不僅可以完成邏輯運算、計數(shù)、定時 ,還可以完成算術(shù)運算以及 A/D， D/A 轉(zhuǎn)換等。PLC 最廣泛的應(yīng)用場合是對開關(guān)量邏輯運算和順序控制 ,同時還可以應(yīng)用于對模擬量的控制。 PLC 可以控制一臺單機、一條生產(chǎn)線 ,還可以控制一個機群、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 可以作為下位機與上位機或在同級的 PLC 之間進(jìn)行通訊 ,完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換 ,實現(xiàn)對整個生產(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 ,而且設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊堅固 ,易于裝入機械設(shè)備內(nèi)部 ,是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。 7.2.6 設(shè)計施工周期短 使用 PLC 完成一項控制工程 ,在系統(tǒng)設(shè)計完成之后 ,現(xiàn)場控制柜（臺）等硬件的設(shè)計及現(xiàn)場施工和 PLC 的程序設(shè)計可以同時進(jìn)行。 PLC 的程序設(shè)計可以在實驗室模擬調(diào)試。輸入信號可通過外接小開關(guān)送入 ,輸出信號通過觀察 PLC 主機面板上相

67、應(yīng)的發(fā)光二極管獲得。程序設(shè)計好后 ,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、時間繼電器、計數(shù)器等低壓電器 ,使整個的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。又由于 PLC 程序設(shè)計和硬件的現(xiàn)場施工可同時進(jìn)行 ,因此大大縮短了施工周期。 列車制動系統(tǒng)比例閥測控試驗臺設(shè)計與研究 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 試驗臺硬件平臺 采用 “PC 機 +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)。試驗臺主控系統(tǒng)由 PC 機和數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成， PC 機和數(shù)據(jù)采集卡關(guān)系為主從結(jié)構(gòu)，其中 PC 機完成信

68、號分析處理、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 機的控制精度。如果 PC 機出故障可立刻更換，在新的 PC 機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)，提高機器設(shè)備柔性。 8.2 試驗臺控制系統(tǒng)氣動回路設(shè)計 根據(jù)列車感載比例閥的主要測試指標(biāo)，試驗臺必須能提供對列車感載比例閥的，為此，本文在初始設(shè)計方案一的基礎(chǔ)上，通過對性價比的進(jìn)一步優(yōu)化與改進(jìn)，形成了最終的最優(yōu)氣動回路構(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 自動化 基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；通常用于機械控制和工

69、業(yè)閥門上面，對介質(zhì)方向進(jìn)行控制，從而達(dá)到對閥門開關(guān)的控制。 電磁鐵作為先導(dǎo)閥的驅(qū)動器 ， 其性能對整個元件的特性有重要的影響，無論是穩(wěn)態(tài)控制精度和動態(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 ， 使電磁鐵在整個換向過程中的推力足以克服運動閥芯的各種阻力 ， 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)、動作方式、特殊要求

70、進(jìn)行選擇。 在該氣動回路中 ， 使用 4 個普通電磁閥，分別控制 Cv2 口的 信號風(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。型號為： 120B-501BAAD、 140B-501BAAD。高達(dá) 50Hz 的頻率，靈敏度高，價 格相對較高 。 普通電磁閥價位在 60 元 /對，但是普通電磁閥無法實現(xiàn) EP 閥的高頻動作，必須進(jìn)行相應(yīng)的改造。 經(jīng)試驗測得計算機發(fā)出控制指令到電磁閥工作要 12ms，驅(qū)動時間過長，需要將

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

72、）： 開始高脈沖、高吸合，吸合后低電平維持，高電平釋放。日本豐田劍桿織機采用高平驅(qū)動、低平維持。軟驅(qū)動實現(xiàn)需要額外的設(shè)備和費用，從經(jīng)濟(jì)角度考慮， 本設(shè)計 采用硬驅(qū)動方式對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 電磁閥氣動回路 圖 8.3 電磁閥取代 EP 閥的氣動回路 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 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 個二位二通電磁閥和 1 個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，實現(xiàn)列車感載比例閥信號風(fēng)

74、充氣； （ 3） 為了防止氣流過大，出現(xiàn)信號風(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） 信號風(fēng)出現(xiàn)過充現(xiàn)象后，可通過 2DT 排氣，降低信號風(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 可以實現(xiàn)信號風(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)計方案的成本低，性價比高。 列車制動系統(tǒng)比例閥測控試驗臺設(shè)計與研究 8.2.4 優(yōu)化試驗臺氣動回路 圖 8.4 優(yōu)化試驗臺氣動回路 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 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 12、負(fù)載容積 1L 在圖 8.3 的基礎(chǔ)上， 對氣路進(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，既可以實現(xiàn)不同要求的充 風(fēng)，也可以利用同一個恒節(jié)流孔塞減緩氣流，減少氣壓波動，提高控制精度 。由此形成了本試驗臺的氣動回路的最終設(shè)計方案，其氣動回路原理圖如 圖 8.4所示。 8.3 試驗臺電控系統(tǒng)設(shè)計 8.3.1 電控系統(tǒng)組成 試驗臺電控系統(tǒng)由高速繼電器板、數(shù)采機插座、 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 個數(shù)字端口控制高速繼電器板上的 1GJ、 2GJ、 3GJ、 4GJ、和 5GJ 共 5 個繼電器，由繼電器控制 1DT、 2DT、3DT、 4DT 和 5DT 共 5 個電磁閥，實現(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 試驗臺電控系統(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，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)化為信號壓力和輸出壓力。 壓力信號處理過程是 :傳

77、感器把壓力轉(zhuǎn)換成 mV 級的弱電信號，經(jīng)過調(diào)理電路，將信號放大、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，在數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換處理，將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號 ，并在數(shù)據(jù)采集指令下將其送入計算機總線，然后由測試軟件對數(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)壓力信號轉(zhuǎn)為電信號的一種裝置。 列車制動系統(tǒng)比例閥測控試驗臺設(shè)計與研究

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，本試驗臺采用 德魯克 XT 1510 壓力變送器 。 8.3.3 高 錯誤 !未指定書簽。 錯誤 !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)字被測單元中自動采非電量或者電量信號，送到上位

79、機中進(jìn)行分析 、 處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(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 ， 包括對 其進(jìn)行 增益 或衰減和隔離 ， 放大，濾波等 。對待某些傳感器，還需要提供激勵信號 。 數(shù)據(jù)采集卡，即實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 （ DAQ） 功能的計算機擴(kuò)展卡，可以通過 USB、 PXI、PCI、 PCI Express、 火線 (1394)、 PCMCIA、 ISA、 Compact Flash 等總線接入 個人計算機 。 數(shù)據(jù)采集卡是列車感載比例閥測控系統(tǒng)的一個核心部件，傳感器所檢測到的信號 需要通過數(shù)據(jù)采集卡才能

80、進(jìn)入到計算機系統(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)出一種精度和自動化程度較高的測試設(shè)備，實現(xiàn)了 電壓 信號的實時采集、顯示及保存、分析、報表打印功能。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 個計數(shù)器； (5) 方便而易于攜帶的總線供電型設(shè)計； (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 試驗臺硬件優(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 ，實現(xiàn)精度要求，經(jīng)過改造后可提高工作 頻率，靈敏度高，價格 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)， 必須具備一個龐大的氣源系統(tǒng)來提供足夠的壓縮空氣。實際使用時，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，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，信號風(fēng)壓力 Ps 上升越快越穩(wěn)。在此系統(tǒng)中，信

82、號風(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。 列車制動系統(tǒng)比例閥測控試驗臺設(shè)計與研究 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 曲線波動厲害，因此在氣動回路中的充風(fēng)處加一個氣容，使得進(jìn)入列車感載比例閥的氣流平穩(wěn)，波動性小，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 ， 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)計該測控系統(tǒng)時 ， 各項參數(shù)應(yīng)該優(yōu)化 ， 使之最大程度地滿足實際的需要。