电液伺服双作动器轨道车辆转向架试验台的研制

电液伺服双作动器轨道车辆转向架试验台的研制摘要:介绍了电液伺服双作动器轨道车辆转向架试验台的研制的用途、系统组成和测试原理。

关键词:轨道车辆动车组转向架电液伺服试验台

动车组的重要组成部分,就是转向架,转向架的装配、检测的好坏,直接影响整车的舒适性、稳定性甚至安全性。这就要求设计一套静载模拟试验设备,在转向架未与车厢组装前,模拟车厢的状态,对转向架进行预压,以期在转向架组装前,将可能的问题发现。提高组装的成品率,使每列动车组更舒适、更安全。

1 设备组成

总体结构(见图1)。

1.1 机械部分

机械部分主要由三部分组成,即:主机部分、转向架支撑及称重平台和伺服油源。

其中主机包括主立柱、横梁、辅助导向立柱、伺服作动器、压梁和有充气功能的压头组成。

1.2 电气及气动控制系统

电控系统包括测量系统、控制系统和强电系统。

测量系统由位移传感器、位移信号放大器、负荷传感器、负荷信号放大器、气压传感器、气压信号放大器组成。控制系统由电液伺服控制器(包括信号调理部分、数字信号处理部分、信号输出部分)、电液伺服阀。强电系统由PLC、直流电源、断路器、接触器等组成。

1.3 软件系统

电液伺服双作动器轨道车辆试验台是一台以电液伺服技术为核心的试验设备。采用数字化的电液伺服控制器,利用TI公司最新的运动控制芯片TMS2812,CPU主频达到150MHz,实现了每秒5kHz的伺服更新频率,适应了高静态特性的要求。

控制方式采用传统的PID控制,为了保证该试验台的特性,同时加入前馈控制。如果仅仅采用PID控制是不足以满足系统的要求,这是因为,PID控制是闭环控制,它需要反馈误差来参与控制,而较高的响应特性必要求较大反馈误差来驱动伺服阀工作,而较大的反馈误差势必增大系统的滞后。基于此,我们在原有PID控制的基础上,采用了当前比较常用的速度前馈控制,速度前馈控制不需要反馈误差参与。这样,在原有PID控制基础上增加速度前馈控制,必然会减小系统的滞后,提高系统的响应。使得两个作动器得以精确的同步响应,并实现稳定的保压试验。

2 试验台主要功能及原理

2.1 试验台主要功能

该试验台可以针对动车组转向架制造,装配,修理的各种不同阶段完成以下试验:静压试验(包括静压试验的同时进行气弹簧充气,检测转向架四角高度,气簧高度,转向架的总重,轴重,轮重及偏载);

保压试验(包括蠕变试验和测漏试验);转向架装配工作。

2.2 试验台工作原理

试验时,首先将转向架沿轨道推至试验台工作区,用铁鞋将各个车轮掩住,此时不加载,记录下转向架的轮重,轴重,总重并计算出偏载。

静压试验时,设置程序中的“加载载荷”,“加载速度”,“充气压力”(如果需要进行气簧充气设置充气压力),点击“加载”按钮后,由计算机将设定数据发送给电液伺服控制器,电液伺服控制器同时接受负荷传感器、位移传感器以及压力传感器反馈的信号按照设定值,控制电液伺服阀,操作两个作动器执行同步的加载动作,这是一个连续的过程,整个过程控制器以每秒5～10kHz的频率实时采集并处理负荷传感器、位移传感器以及压力传感器反馈的信号,并通过控制器的实时运算,得出控制信号,并将这个控制信号实时发送给电液伺服阀,实现高速的精确控制。当作动器达到设定的参数后,设备会自动停止加载状态或保持加载状态,整个过程中测控系统将实时采集的数据,绘制出相应的曲线,并处理存储成报表。进入保持状态后,可以进行转向架的参数检测,完成后,点击“卸载”,两作动器升起,完成静压试验,同时也记录

出加载时的轮重,轴重,总重并计算出偏载。

保压试验时,设置程序中的“加载载荷”或“保压高度”,“加载速度”,“保压时间”,“充气压力”,点击“加载”按钮后,由计算机将设定数据发送给电液伺服控制器,电液伺服控制器通过每秒5～10kHz的频率实时采集并处理数据,发送给电液伺服阀高速的精确控制作动器达到设定的参数后,设备会自动稳定在预设的状态,开始向气弹簧充气,达到预设压力后停止充气,此时检测两加载点的载荷值和气簧的压力值,记录20～120min,或更长的时间内压力的是否变化,判断转向架是否合格。达到设定时间后,点击“卸载”,两作动器升起,完成保压试验,同时也记录出加载时的轮重,轴重,总重并计算出偏载。

进行转向架装配工作时,设置程序中的“加载载荷”或“保压高度”,以及“加载速度”,点击“加载”按钮后,由计算机将设定数据发送给电液伺服控制器,控制作动器达到设定的参数后,设备会自动稳定在预设的状态,此时可以完成转向架的相关装配工作,完成后,点击“卸载”,两作动器升起,完成转向架装配工作。

3 试验台主要特点

3.1 控制精度高

试验台的控制精度不低于0.5‰前提下,实现两作动器的同步,同

步精度不低于2‰。

3.2 控制系统先进

采用电液伺服PIDF控制,可实现负荷控制、位置控制,并能够实现两种控制方式的快速切换以及载荷与空气簧压力的协调控制。

3.3 稳定性高

配合转向架的检测及装配工作时,两个作动器给转向架加载,同时对转向架的空气簧充气,两个作动器按照充气过程中高度的变化随之改变,此过程中,加载负荷值不随之波动。

3.4 功能多样

配合不同的转向架检测及装配工作时,通过更换相应的辅助工装就可以满足不同的转向架。

3.5 自动化程度高

测量及控制程序采用自动控制,无需人工干预,设置好基本参数后点击“加载”即可实现相应的试验项目。试验完毕后可保存或打印数据。

4 结语

电液伺服双作动器轨道车辆转向架试验台能够针对动车组的静载试验、保压试验、配合组装联轴节及检测相关尺寸以及转向架相关尺寸,同时测量转向架的总重,轴重,轮重及偏载。试验的准确度高,操作简单方便,成功解决了轨道车辆动车组转向架生产装配,日常试验检测问题。该试验台研制成功后已经在生产厂家投入使用,运行状态良好,保障了动车转向架的产品品质,受到用户的好评。