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接触网滑轮组传动效率试验研究(二号黑体)

X X 1XXX 1X X2 (四号仿宋)

（北京交通大学机械与电子控制工程学院, 北京100044）（五号宋体）

摘要（小五黑体）：本文对接触网滑轮组传动效率试验进行了研究。在原有PLS-40型接触网零部件疲劳试验机的基础上设计了一套位置加载系统，用来测试滑轮组在不同传动比下的传动效率。通过服务器/客户端的结构实现了传动效率的实时联机传送，由客户端对数据进行处理、储存以及打印报表。（小五宋体）

关键词（小五黑体）：电液伺服位置闭环控制；力传感器的非线性标定；TCP/IP网络通信（小五宋体）

中图分类号（小五黑体）：文献标识码：文章编号：

Research of Catenary’s Gear Group Efficiency Test

XX Xxxx1XXX Xxx-xxx1XX Xx-xxx2（五号斜体）

（School of Mechanical, Electronic and Control Engineering, Beijing Jiaotng University, Beijing 100044, China）

Abstract（小五黑体）:The paper researches on the catenary’s gear group efficiency test. Based on the PLS-40 C atenary’s Accessory Fatigue-Test Device, a position close-loop load system is designed to measure the gear group’s efficiencies under different transfer rates. Through the Client/Server Structure, the value of the gear group’s efficiencies can be transmitted in real times. The client computer will deal with the efficiency values as well as store and print them.（小五）

Key Words（小五黑体）:electronic-hydraulic position close-loop control, non-linear adjustment of force sensor, TCP/IP network communications

0引言（四号宋体）

（五号宋体）目前，铁道部正在酝酿第六次提速，正在和将要开工的高速客运专线都将运营电气化机车，或者高速度车组。在这样的大背景下，如何确保高速（200km/h以上）条件下接触网的安全和可靠，就成为了保证行车安全和正常运营的关键。接触网滑轮组传动效率试验的作用就是在实验室条件下，近似模拟接触网的实际工作状况，检测滑轮组传动效率。

1问题描述（四号宋体）

接触网滑轮组传动效率试验是在接触网滑轮组的一端加上最大为1 t的质量负载；在另一端，阀控液压缸通过钢丝绳的牵引使负载做匀速上升/下降运动，在运动到最高点以及最低点时，系统要使负载保持一段时间的静止状态，也就是说，控制液压缸做梯形波运动。在滑轮组的坠陀端加一个量程为1t的力传感器（图1中的2#），在滑轮组的线索端加一个量程为2.5t的力传感器（图1中的1#）。

匀速上升、下降和静止时计算1#和2#力传感器的比，就可以求出滑轮组在动加载及静加载不同状态下的传动效率。

系统的拓扑结构如图1所示。

力传感器

力传感器

砝

码

滑轮组

位置传感器

阀控缸

图1 系统的拓扑结构示意图（小五宋体）

2对原有系统的改进

2.1 改进建议（五号黑体）

传统的接触网滑轮组传动效率试验需要一台单

独的试验机，实现液压缸动作、传感器数据采集、

传动比计算、储存以及打印报表等功能。我们提出

在PLS-40型接触网零部件疲劳试验机的基础上增

加滑轮组传动效率试验，使用一台控制器完成所有

的疲劳试验。同时，使用一台普通的计算机作为客

户端，当进行滑轮组传动效率试验时，由它完成数

据计算、实时显示等功能。

2.2 改进优势

使用这种服务器/客户端的形式的优点在于：

(1) 进行滑轮组传动效率试验时，客户端（普通

计算机）可以在任何时间访问服务器（疲劳试验机），

进行数据传输、计算、实时显示、打印报表等功能。

而整个过程不影响疲劳试验机的正常工作，高了疲劳试验机的稳定性。

(2) 整个试验系统是在原有的PLS-40型接触网零部件疲劳试验机的基础上添加的新功能，节约了资源。

(3) 只要是装有客户端软件（使用Borland C++ Builder编写）的计算机都可以作为客户端，提高了

系统的灵活性，用户不用再购买特定的计算机，更加有利于用户的使用。

3控制系统硬件设计

PLS-40型接触网零部件疲劳试验机采用研华公司的ACP-4001型工控机作为控制器。位置传感器为磁致伸缩型，分辨率0.002%FS。拉力传感器满量程分别为1t和2.5t。控制信号输出以及位置传感器数据采集采用研华公司的16位A/D、D/A数据采集板卡PCL816 & PCL816-DA-1（ISA总线，100ks/s 采样速率）。设计了模拟滤波电路、运算放大电路、功率放大电路、与采集卡的接口电路。

图2 系统的硬件构成

4位置闭环控制策略

如图3所示，r(kT)为一个给定的离散化的梯形波信号，T为信号采样间隔，在具体VC++6.0编程中，定时中断采用多媒体定时器的方式，采样间隔1ms。该信号通过PID数字控制器后变为u(kT)，再经过D/A转换后以模拟信号u(t)的形式输出到伺服机构。通过伺服机构后的信号再经过传感器采集得到当前的位置信号，再经过A/D转换后，离散化为y(kT)。将y(kT)反馈到输入回路，得到式(1)的误差信号：

e(kT)= r(kT)- y(kT) (1) 这就是位置闭环控制的基本思路。

图3 位置闭环控制策略

5力传感器的非线性标定

采取分段非线性标定的方法来提高两个力传感器的线性度。具体做法是：对1t的力传感器，分别标定它在0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.8、1t 时的数值；对2.5t的力传感器，分别标定它在0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、2、2.5t时的数值。标定的结果如图4、图5所示。

00.10.20.30.40.50.60.81

2

4

6

8

标定前

00.10.20.30.40.50.60.81

2

4

6

8

标定后

负载质量（t）

输出电压

（V）

输出电压

（V）

图4 传感器分段线性标定（1t）

00.30.60.9 1.2 1.52 2.5

2

4

6.5

标定前

00.30.60.9 1.2 1.52 2.5

2

4

6.5

标定后

负载质量（t）

输出电压

（V）

输出电压

（V）

图5 传感器分段线性标定（2.5t）

通过图4可以看出，1t的力传感器在标定前具