CN102721879A

CN102721879A - 一种机车受电弓主动控制装置及试验方法

Info

Publication number: CN102721879A
Application number: CN2012101392010A
Authority: CN
Inventors: 李华伟; 韩丙光; 范瑜; 杨志鹏; 李国国; 张晓东; 徐建忠; 马法运; 任朋彪; 闫莎莎
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明涉及一种机车受电弓主动控制试验装置及试验方法，该装置包括模拟机车弓网装置、电气控制装置和用于给上述装置供电的电源装置。所述模拟机车弓网装置包括：用于模拟受电弓的质量块和驱动受电弓升降运动的机械驱动装置，所述质量块下方设置有机械驱动装置和与该机械驱动装置连接的第一电机，该第一电机与所述电气控制装置连接。本发明模拟装置结构简单、实现方便，尤其在主动控制方面提出了基于电气控制来代替传统液压传动气缸控制的新方法，可以为受电弓主动控制的换代产品研制打下良好的基础，也同时为广大研究工作者提供了研究弓网关系的新途径。

Description

一种机车受电弓主动控制装置及试验方法

技术领域

本发明涉及一种机车受电弓主动控制试验装置。

背景技术

目前，已知的受电弓主动控制装置，主要是国外的法维莱公司生产的CX型的主动控制受电弓，主要由滑板、上框架、下臂杆、底架、升弓弹簧、传动气缸、支持绝缘子等部件组成。当受电弓升降弓时，通过压缩空气经电控阀均匀进入传动气缸，气缸活塞压缩气缸内的升弓弹簧，升弓弹簧使下臂杆转动，抬升上框架和滑板，受电弓匀速上升，在接近接触线时有一缓慢停滞，然后迅速接触接触线。传统电力机车主动控制装置的技术核心是通过改变气缸的进气量实现受电弓位移的控制。但这种控制方式的响应速度相对较慢，实际中仍会发生弓网离线，给机车安全运行带来一定影响。

发明内容

为改善现有的主动控制受电弓的驱动装置传动气囊的滞后性，使弓网离线率有所减少，减少弓网电弧的发生，本发明提供一种机车受电弓主动控制试验装置。本发明是从一个新的角度实现受电弓主动控制技术，采用电气和机械结合形式代替传统的液压气缸控制，运用检测技术和控制技术，实现对机车运行和弓网接触状态的信号实时检测，通过对信号的处理，实现弓网离线控制和受电弓主动控制。为机车的稳定集流、减少弓网离线率以及提高运行质量打下良好的实验基础。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种机车受电弓主动控制试验装置，该装置包括模拟机车弓网装置（1）、电气控制装置（2）、模拟机车负载装置（3）和用于给上述装置供电的电源装置（4）。

所述模拟机车弓网装置（1）包括：用于模拟真实受电弓的受电弓质量块（10）和驱动受电弓升降的机械驱动装置（11），传感器（12），机械驱动装置（11）和与该机械驱动装置（11）连接的第一电机（13），该第一电机（13）与所述电气控制装置（2）连接，同时所述传感器（12）将信号传送至所述电气控制装置（2）；所述受电弓质量块（10）上方设置有受电弓碳滑板（14）和用于模拟机车速度的圆盘（15）。

进一步，所述圆盘（15）上设置有模拟铁路机车运行时的接触线（150）。

进一步，所述电源装置包括调压器和交流电源，所述调压器与负载串联。

进一步，所述负载通过导线和碳刷连接，所述碳刷通过导线与接触线连接，所述调压器与所述受电弓碳滑板连接。

一种机车受电弓主动控制试验装置，所述电气控制装置包括：

信号调理单元，用于调理所述传感器传输来的信号；

A/D转换单元，用于对信号调理单元的信号进行A/D转换；

控制器，用于对A/D转换单元的信号进行分析处理；

采集单元，用于采集所述第一电机运行时的电信号；

脉冲输出单元，用于接收来自控制器的信号并输出脉冲；

电机驱动器，用于接收脉冲输出单元的信号并驱动第一电机。

本发明的有益效果:

实现在实验室内模拟机车的运行，并改造了受电弓升降弓的驱动装置，结合相应的控制平台，能够有效的对受电弓进行控制。机车运行时，完成受电弓的主动控制，降低了弓网离线率，提高受流质量。此套模拟装置结构简单，实现方便，尤其在主动控制方面提出了新的电气控制来代替液压气缸s控制的新方法，可以为受电弓主动控制打下良好的基础，也同时为广大研究工作者提供了研究弓网关系的新途径。

附图说明

图1：受电弓的动力学模型等效图；

图2：受电弓一元质量块弓网耦合模型；

图3：机车受电弓主动控制试验装置结构原理图；

图4：受电弓主动控制机械装置图

图5：受电弓主动控制的电气控制结构原理图。

具体实施方式

本发明中的模拟机车弓网装置能够模拟机车的运行和弓网之间的相对运动，并在受电弓的底座安装电气控制装置代替目前的液压气缸控制，受电弓的其它结构保持不变。受电弓升降的主动控制部分安装在机车内，实时的反映机车的运行状态，且容易操作，自动调节弓网之间的动态变化，实现受电弓的主动控制。

下面结合附图对本发明做详细说明，分为机械和电气控制两大部分。

（一）机械设计

本套装置主要把实际的受电弓进行模型化，运用受电弓的线性动力学模型进行等效，其等效图如图1所示。弓网模型的运动微分方程可以用下式来表示：

Figure 2012101392010100002DEST_PATH_IMAGE001

（1）

（2）

其中弓头的等效质量和受电弓的惯性质量分别为

Figure 2012101392010100002DEST_PATH_IMAGE003

和

。弓头的悬挂系统刚度和阻尼分别为和

。联接车顶被动的悬挂系统与下臂杆的等效阻尼为。在接触点处接触网侧的等效阻尼和刚度分别为

和

。接触线与弓头之间接触压力为

，主动控制输入力为

。对应的质量块拉格朗日的状态变量为,

。

若只考虑其垂直振动，将（1）和（2）可以简化为一阶动力学线性模型，得出一元质量块弓网耦合模型，如图2所示，相应的一阶质量块模型的运动微分方程为：

（3）

本发明基于一阶动力学线性模型设计了一个受电弓模拟装置。

图3所示为一种机车受电弓主动控制试验装置，包括模拟机车弓网装置1、电气控制装置2、模拟机车负载装置3和用于给上述装置供电的电源4。

所述模拟机车弓网装置1包括：用于模拟真实受电弓的受电弓质量块10，驱动受电弓升降的机械驱动装置11，传感器12，机械驱动装置11和与该机械驱动装置11连接的第一电机13，底座18和两侧支撑板19用于支撑电机和受电弓。第一电机13与所述电气控制装置2连接，同时所述传感器12放在受电弓质量块下方，将信号传送至所述电气控制装置2。所述受电弓质量块10上方设置有受电弓碳滑板14和用于模拟机车速度的圆盘15，圆盘15上设置有模拟铁路机车运行时的接触线150 。圆盘15以一定的转速n旋转,带动接触线150以同样速度旋转，从而实现机车受电弓滑板和接触线的相对运动。

所述机械驱动装置11就是一般的机械驱动装置，其与受电弓质量块10连接。第一电机13驱动所述机械驱动装置11，进而驱动受电弓10的运动，如图4所示。该装置可以实现受电弓的主动控制。

所述模拟机车负载装置3用于模拟不同的机车负载。所述模拟机车负载装置3通过碳刷16与接触线150连接，受电弓的碳滑板14与调压器连接，形成闭合的电气连接，实现滑动电接触连接。

本发明中电源装置采用调压器，供电给模拟机车弓网装置1、电气控制装置2和模拟机车装置3。

（二）电气控制设计

实际机车的弓网离线主要由机车的随机振动所引起，本套装置能够很好的模拟真实受电弓的随机振动，通过外加控制部分，结合上面所述机械驱动部分的介绍，能够对其随机振动实现主动控制。

图3和图5中的测量设备主要测量弓网之间的电压、电流和压力信号，能够实时地检测弓网离线时的变化，再通过控制器和驱动电路实现对受电弓的主动控制。

图5所示为受电弓主动控制的电气控制结构原理图。电气控制装置包括：信号调理单元，用于调理机车运行时所述传感器传输来的信号；A/D转换单元，用于对信号调理单元的信号进行A/D转换；控制器，用于对A/D转换单元的信号进行分析处理；采集单元，用于采集所述第一电机运行时的电流信号；脉冲输出单元，用于接收来自控制器的信号并输出信号；电机驱动器，用于接收控制器的输出信号并驱动第一电机。

本套装置的主动控制试验方法：

经过大量试验和理论计算可以得知本套弓网模拟装置的理想的接触压力为

左右。当模拟机车静止时，受电弓静止在设定好的位置，距离理想的接触压力的位置为

，此时控制器发出电机正转信号以及电机驱动信号，使电机13正转，实现受电弓的上升，达到理想接触压力值处停止，实现升弓的环节。与此相同，降弓的控制方法与升弓一样。当模拟机车以一定速度运行时，随机振动随之发生，如果不加控制则受电弓振动强烈，离线电弧非常明显。此时对受电弓施加主动控制，控制器能够根据实测接触压力，利用查表法达到对受电弓的准确、迅速的控制。最终达到使机车稳定集流，并减少离线的目的。

本文中所采用的描述方位的词语“上”、“下”、“左”、“右”等均是为了说明的方便基于附图中图面所示的方位而言的，在实际装置中这些方位可能由于装置的摆放方式而有所不同。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种机车受电弓主动控制试验装置，其特征在于，该装置包括模拟机车弓网装置（1）、电气控制装置（2）、模拟机车负载装置（3）和用于给上述装置供电的电源装置（4）。

2.所述模拟机车弓网装置（1）包括：用于模拟真实受电弓的受电弓质量块（10）和驱动受电弓升降的机械驱动装置（11），传感器（12），机械驱动装置（11）和与该机械驱动装置（11）连接的第一电机（13），该第一电机（13）与所述电气控制装置（2）连接，同时所述传感器（12）将信号传送至所述电气控制装置（2）；所述受电弓质量块（10）上方设置有受电弓碳滑板（14）和用于模拟机车速度的圆盘（15）。

3.根据权利要求1所述的一种机车受电弓主动控制试验装置，其特征在于，所述圆盘（15）上设置有模拟铁路机车运行时的接触线（150）。

4.根据权利要求1所述的一种机车受电弓主动控制试验装置，其特征在于，所述电源装置包括调压器和交流电源，所述调压器与负载串联。

5.根据权利要求1所述的一种机车受电弓主动控制试验装置，其特征在于，所述负载通过导线和碳刷连接，所述碳刷通过导线与接触线连接，所述调压器与所述受电弓碳滑板连接。

6.根据权利要求1所述的一种机车受电弓主动控制试验装置，其特征在于，所述电气控制装置包括：

信号调理单元，用于调理所述传感器传输来的信号；

A/D转换单元，用于对信号调理单元的信号进行A/D转换；

控制器，用于对A/D转换单元的信号进行分析处理；

采集单元，用于采集所述第一电机运行时的电信号；

脉冲输出单元，用于接收来自控制器的信号并输出脉冲；