轨道车辆振动平台及控制系统设计

摘 要

本课题通过同分析机车试验平台的运动特点设计了具有2个方向自由度得机车试验 平台及控制系统。通过平台的设计，及车辆在在平台上的固定，并对关键零部件油缸， 键，轴承，电动机等进行了设计与校核。本课题通过PLC控制液压阀从而控制平台运动 的控制。通过本课题的学习掌握了机械CAD的使用，并学习和掌握的PLC控制技术。

关键词：机车试验平台，液压阀，PLC控制

ABSTRACT

Analysis of this issue through the same motion characteristics of motorcycle test platform is designed with two orientation degrees of freedom have motorcycle test platform and control system. Through the platform design, and vehicles are fixed on the platform, and key parts of cylinders, keys, bearings, motors have been designed and verified. This topic through PLC control hydraulic valve to control the platform motion control. To study and master the subject through the use of mechanical CAD, and to learn and master the PLC control technology.

Keywards: motorcycle test platform, hydraulic valve , PLC Control

目录

1 绪论 (1)

1.1 选题背景及其意义 (1)

1.2国内外研究现状与发展趋势 (1)

2 振动平台的设计与强度校核 (3)

2.1 平台振动方案确定 (3)

2.2 平台架结构尺寸确定 (5)

2.3 车辆在平台的上下激振过程的运动计算 (6)

2.4 液压系统方案设计 (7)

2.5 上下运动液压缸液压系统参数设计 (8)

2.6 左右运动液压缸液压系统参数设计 (12)

2.7机车电机型号的确定 (16)

2.8 键的校核 (18)

3 振动平台控制方案设计 (19)

3.1 PLC 介绍 (19)

3.2 PLC 特点 (21)

3.3 D/A转换器介绍与工作原理 (21)

3.4 PLC控制程序与状态转移图等 (23)

4 结论 (33)

鸣谢 (34)

参考文献 (35)

1 绪论

1.1 选题背景及其意义

随着机车车辆的不断发展, 高速已成为当今中国铁路的发展趋势。为发展高速铁路, 除了要进行大量的理论性研究外, 同时还要进行大量的试验研究。在一些线路试验条件 尚不具备的情况下, 建立室内试验台进行机车的运行测试试验是十分必要的。通过轨道 车辆振动平台来研究和验证机车车辆的运行品质和特性, 这在国际上已相当普遍, 在 许多国家，特别是西方发达国家, 都曾建立各种各样的试验台来研究发展高速铁路技 术。最有代表性是日、美的振动试验台, 我国在 80 年代也建成了大连机车滚动牵引试 验台和青岛转向架滚动试验台。最近, 在西南交通大学又落成了一座机车车辆整车振动 试验台,它将在轮轨作用力、运动稳定性、运行平稳性及动强度方面进行深入的研究。

1.2 国内外研究现状与发展趋势

任何一辆新型机车车辆在正式投入运用以前,运行试验是必不可少的, 特别是线路 运行试验。随着列车运行速度日益提高, 行车密度的加密及其它种种原因, 要在营业线 上进行实车运行试验已变得很困难, 这已成为新型机车车辆开发研究的一大障碍。因此, 各种可进行机车车辆综合性能和动力学性能试验的试验台和试验线相继建成, 为机车 车辆研制过程中的中间试验和验收前的检测提供了条件。由于高性能机车车辆模拟运行 试验台的试验有着线路试验无法比拟的优越性, 越来越受到铁路发达国家的重视。经过 近二、三十年的实践, 证实了模拟运行试验台试验与线路运行试验相比具有如下优点： （1） 可同时进行多项性能试验, 试验周期短, 试验成本低;

（2） 有效的试验可缩短机车车辆的研究时间, 节约研究经费;

（3） 试验台试验具有良好的重复性;

（4） 在试验台试验可排除各种干扰, 进行单因素分析;

（5） 可进行线路上无法进行的试验, 如超高速运行, 蛇行失稳, 各种人为设置的 极端条件下的运行试验等;

（6） 由于测试装置定置安装, 因此检测方便, 并可检测在线路运行中无法检测的 运动信号。

由于机车车辆室内动态模拟试验台有这样明显的优越性, 近 20 多年来, 日益受到 各铁路先进国家的重视。如德国, 从 70 年代末开始筹建了整车滚动振动试验台, 并在 ICE 列车开发中发挥了重要作用。日本在 60 年代, 靠一个滚动台试验优选转向架( 仅 比较临界速度的高低)结构, 近年来, 进一步研制滚动振动相结合的试验台, 半车试验 台已投入运行, 整车试验台正在筹建。 法国的滚动试验台在TGV 转向架研制中发挥了重 要作用。我国从 1988 年开始, 在牵引动力国家重点实验室正式批准建造滚动振动整车 模拟试验台, 并于 1993 年初步落成, 1995 年起正式承担机车车辆整车滚动振动试验, 一举建成功能最完善的整车模拟试验台之一, 使我国在高速机车车辆研制中的试验能 力达到了国际先进水平。

2 振动平台的设计与强度校核

2.1 平台振动方案确定

制造生产有较高的质量要求， 还包括对生产完毕， 投入使用之前的机车的运行测试。 由于轨道资源的有限，无法将新的机车投入轨道线路进行测试，所以机车的测试平台成 为了必不可少的一个检测工具。本设计的机车振动台共有三大部分，包括机架部分，液 压部分，和控制部分。本课题主要模拟机车的运行情况，为振动试验搭建测试平台。试 验平台设计要求如下：

设计一个平台装置，采用液动方式，实现左右上下的振动模拟。机车尺寸范围：长 4 米左右，宽 1.5 米左右，重量约 25t。测试振动的振幅在范围，振动加速度范围 0.1 左右。

平台架作为试验平台的主体结构，其主要功能是承载试验机车。目前运动试验平台 架多选用实体结构和球铰链如图2.1-2.2所示。

图2.1 实体式平台架