CN103246274A - 一种机车牵引性能测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机车牵引性能测量系统，包括：主控机和至少两个信号采集子系统；每个信号采集子系统包括：同步模块，用于提供时钟同步信号，将时钟同步信号发送给控制器；信号采集模块，用于接收电压传感器和电流传感器发送的电机的电压模拟信号和电流模拟信号，将电压模拟信号和电流模拟信号转换为数字信号发送给控制器，接收速度传感器发送的速度模拟信号，并将速度模拟信号转换为数字信号发送给控制器；控制器，用于接收主控机发送的指令，控制所述信号采集模块以时钟同步信号为基准进行信号采集，将接收到的所述数字信号发送到所述主控机。可以实现在同步测量机车牵引性能时，不受测试机车长度的限制，实现信号的同步和机车数据的采集。

Description

一种机车牵引性能测量系统

技术领域

本发明涉及机车检测技术领域，特别涉及一种机车牵引性能测量系统。

背景技术

机车作为一种重要的交通工具，已经拥有广大的乘坐人群，被越来越多的人作为出行的首选。同时，在国家政策的指引下，全国的铁道线路建设也大规模启动。国内市场的各大厂商为了更多的抢占市场不断加大新机车的研究的投入，相继推出了性能更好、稳定性更高的机车。但在新型机车研制或出厂阶段，都需要对机车的各项参数进行严格的测试和验收。

牵引性能是指列车轮周牵引力随速度变化的规律，是轨道车辆最重要的性能之一，牵引性能能否满足设计要求必须在车辆正式交付前得到验证。

现有技术中使用一种测量方法，根据动力分散型轨道车辆的运动方程和列车牵引力的产生原理，通过测量整列车电机功率，换算得到牵引力以及测量整车加速度并换算得到牵引力相结合的方式测量其牵引性能。但是在实际操作中，由于整列列车长度较长，被测试的参数点分布距离很大，很难实现远距离的数据同步采集。

因此，如何提供一种便于动力分散型轨道车辆牵引力的测量系统，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种机车牵引性能测量系统，能够方便地测量动力分散型轨道车辆的牵引力。

一种机车牵引性能测量系统，其特征在于，包括：主控机和至少两个信号采集子系统，每个信号采集子系统与主控机通过网络进行通信；每个信号采集子系统包括：网络交换机、同步模块、控制器和信号采集模块；

所述网络交换机，用于主控机与所述控制器进行通信；

所述同步模块，用于提供时钟同步信号，将所述时钟同步信号发送给所述控制器；

所述信号采集模块，用于接收电压传感器和电流传感器发送的电机的电压模拟信号和电流模拟信号，并将电压模拟信号和电流模拟信号转换为数字信号发送给所述控制器，接收速度传感器发送的速度模拟信号，并将速度模拟信号转换为数字信号发送给所述控制器；

所述控制器，用于接收主控机发送的指令，控制所述信号采集模块以所述时钟同步信号为基准进行信号采集，将接收到的所述数字信号发送到所述主控机。

优选地，所述信号采集子系统还包括：信号转换模块；

所述信号转换模块用于将所述电流传感器采集的电机的电流模拟信号转换成电压型模拟信号，发送到所述信号采集模块。

优选地，所述信号转换模块包括：电阻集子模块和开关控制子模块；

所述电阻集子模块，用于连接不同电流或电压传感器，将电流型模拟信号转换成电压型模拟信号；

所述开关控制子模块，用于控制所述电阻集子模块与所述电压传感器和所述电流传感器的连接断开。

优选地，所述同步模块包括：同步时钟子模块和信号发送子模块；

所述同步时钟子模块，用于生成同步信号，将同步信号发送给信号发送子模块；

所述信号发送子模块，用于将所述同步时钟子模块生成的时钟同步信号发送给所述控制器。

优选地，所述同步模块包括：同步信号接收子模块和信号发送子模块；

所述时钟同步信号具体为TTL电平信号；

所述同步信号接收子模块，用于接收所述主控机发送的TTL电平信号，将所述TTL电平信号发送给所述信号发送子模块；

所述信号发送子模块，用于将所述TTL电平信号发送给所述控制器。

优选地，所述同步模块包括：同步信号无线接收子模块和信号发送子模块；

所述同步信号无线接收子模块，用于接收所述主控机发送的无线同步信号，将所述无线同步信号发送给所述信号发送子模块；

所述信号发送子模块，用于将所述同步信号无线接收子模块接收到的所述同步信号发送给所述控制器。

优选地，所述信号采集子系统还包括：存储模块；

所述存储模块，用于接收所述控制器发送的所述信号采集模块采集到的数字信号进行存储。

优选地，所述存储模块为固态硬盘。

优选地，所述网络交换机为工业以太网交换机。

优选地，所述机车牵引性能测量系统还包括：供电模块，所述供电模块用于为电压传感器、电流传感器和速度传感器提供电源。

优选地，所述信号采集子系统还包括：电源模块；

所述电源模块，用于将10V-32V直流电源转换为12V直流电源，为所述信号采集子系统中的网络交换机、同步模块、控制器和信号采集模块提供电源。与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的一种机车牵引性能测量系统，包括：至少两个信号采集子系统，每个信号采集子系统与主控机通过网络进行通信；每个信号采集子系统包括：网络交换机、同步模块、控制器、信号采集模块。所述网络交换机，用于主控机与所述控制器进行通信。所述同步模块，用于提供时钟同步信号，将所述时钟同步信号发送给所述控制器。所述信号采集模块，用于接收电压传感器和电流传感器发送的电机的电压和电流的模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号发送给所述控制器；或，用于接收速度传感器发送的模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号发送给所述控制器。所述控制器，用于接收主控机发送的指令，控制所述信号采集模块以所述时钟同步信号为基准进行信号采集，将接收到的所述信号采集模块的数字信号发送到所述主控机。在使用本系统时，由于可以将各个信号采集子系统分散安装在各节机车车厢内，各个子系统之间通过有线或无线连接，因此可以实现在同步测量机车牵引性能时，不受测试机车长度的限制，实现信号的同步和机车数据的采集。

附图说明

图1是本发明提供的机车牵引性能测量系统的实施例一的原理框图；

图2是本发明提供的机车牵引性能测量系统的实施例二的原理框图；

图3是本发明提供的机车牵引性能测量系统的实施例三的原理框图；

图4是本发明提供的机车牵引性能测量系统的实施例四的原理框图；

图5是本发明提供的机车牵引性能测量系统的实施例五的原理框图；

图6是本发明提供的机车牵引性能测量系统的实施例六的原理框图；

图7是本发明提供的机车牵引性能测量系统的实施例七的原理框图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解和实施本发明提供的技术方案，下面首先介绍机车牵引性能测量的原理。

一般包括两种测试方式，一种是利用电压和电流进行计算，另外一种是利用速度进行计算。本发明实施例提供的系统既可以通过电压和电流进行测试，又可以通过速度进行测试。

动力分散型轨道车辆牵引特性计算方法

起动区采用加速度法，恒功率区采用电功率法。

1加速度法

其中：动车组瞬时加速度a按式(1)的算法进行计算：

$a=\frac{v_2-v_1}{3.6\×\mathrm{\Δt}}---\left(1\right)$

式中：

v₂、v₁--列车运行速度(v₂>v₁)，单位为千米每小时(km/h)；

Δt--列车从v₁加速到v₂所用的时间，单位为秒(s)；

a--瞬时加速度，单位为米每平方秒(m/s²)。

其中：根据各速度下的瞬时加速度得到该速度下的加速力F按式(2)的算法进行计算：

F_j＝(1+γ)×m×a    (2)

式中：

Fj--动车组加速力，单位为千牛(kN)；

m--动车组定员质量，单位为吨(t)；

γ--动车组回转质量系数。

其中：动车组的轮周牵引力F按式(3)的算法进行计算：

F＝F_j+W    (3)

式中：

F--轮周牵引力，单位为千牛(kN)；

W--运行阻力，单位为千牛(kN)。

2.电功率法：

其中：牵引电机单相有功功率P_i按式(4)的算法进行计算：

$P_i=\frac{1}{T}{\∫}_0^T{u}_i\left(t\right)\×i_i\left(t\right)\mathrm{dt}/1000---\left(4\right)$

式中

P_i--牵引电机单相有功功率，单位为千瓦(kW)；

u(t)--电压瞬时值，单位为伏(V)；

i(t)--电流瞬时值，单位为安(A)；

T--有效值计算周期，单位为秒(s)；

i--分别表示牵引电机u、v、w相中的某一相。

牵引电机有功功率为三相有功功率相加。

其中：轮周牵引力F按式(5)的算法进行计算：

$F=3.6\×N\×\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_k\×{\mathrm{\η}}_m\×{\mathrm{\η}}_g/(v/n)---\left(5\right)$

式中：

P_k--第k台电机的有功功率，单位为千瓦(kW)；

v--动车组速度，单位为千米每小时(km/h)；

η_m--v对应的电机效率；

η_g--机械传动效率；

N--电机总台数；

n--被测电机总台数。

通过使用以上算法，可以在获得到所述机车的各项参数后，根据公式套用得出相应的牵引性能测试结果。

同时为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图再对本发明的具体实施方式做详细的说明。

参见图1，该图是本发明提供的机车牵引性能测量系统的实施例一的原理框图。

本实施例提供一种机车牵引性能测量系统，包括：

主控机105和至少两个信号采集子系统100a和100b，每个信号采集子系统与主控机105通过网络进行通信。

信号采集子系统100b中的网络交换机101b、同步模块104b、控制器102b和信号采集模块103b，与信号采集子系统100a中的网络交换机101a、同步模块104a、控制器102a和信号采集模块103a的内部组件结构和功能完全相同，因此本实施例只以信号采集子系统100a进行说明。

信号采集子系统100a包括：网络交换机101a、同步模块104a、控制器102a和信号采集模块103a。

所述网络交换机101a，接主控机105和控制器102a，使主控机105与所述控制器102a通过网络交换机101a进行通信。

所述同步模块104a，用于提供时钟同步信号，将所述时钟同步信号发送给所述控制器102a。

所述信号采集模块103a，与电压传感器、电流传感器和/或速度传感器连接，用于接收电压传感器和电流传感器发送的电机的电压和电流的模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号发送给所述控制器102a，接收速度传感器发送的模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号发送给所述控制器102a。

所述控制器102a，用于接收主控机105发送的指令，控制所述信号采集模块103a以所述时钟同步信号为基准进行信号采集，将接收到的所述信号采集模块103a的数字信号发送到所述主控机105。

主控机105向信号采集子系统100a发送指令，所述指令中可以包含对采集动作的参数要求，如采集启始点的时钟同步要求，采集动作的持续时间等。

信号采集子系统100a中的控制器102a接收主控机105的指令，按照指令中的参数要求控制信号采集模块103a进行采集操作。如以某个时钟同步信号为基准开始采集。信号采集模块103a将接收到的电压、电流的模拟信号转换成数字信号发送给控制器102a，由控制器102a将数字信号通过网络交换机101a发送到主控机105。

主控机105接收信号采集子系统100a发送的数据，以计算机车牵引性能的测量结果。

本实施例包括主控机和至少两个信号采集子系统，每个信号采集子系统与主控机通过网络进行通信。每个信号采集子系统包括网络交换机、同步模块、控制器和信号采集模块。由主控机向信号采集子系统内的控制器发送控制指令，信号采集子系统内的控制器根据同步模块提供的时钟同步信号进行信号采集，将采集到的信号由控制器发送到主控机进行计算。本实施例在使用时，由于可以将各个信号采集子系统分散安装在各节机车车厢内，各个子系统之间通过有线或无线连接，因此可以实现在同步测量机车牵引性能时，不受测试机车长度的限制，实现信号的同步和机车数据的采集。

参见图2，该图是本发明提供的机车牵引性能测量系统的实施例二的原理框图。

在本实施例所提供的机车牵引性能测量系统中，所述信号采集子系统200a还包括：

信号转换模块205a，用于将接收到的电压传感器和电流传感器发送的电机的电压和电流的电流型模拟信号，转换成电压型模拟信号，发送到所述信号采集模块203a。

信号采集子系统100b中的205b与信号采集子系统100a中的205a模块结构和功能完全一致，在此不再阐述。

本实施例具有以下优点：通过增加信号转换模块，使得在进行信号采集时，也可以对电流型传感器的信号进行采集，实现了可采集信号源的多元化。

参见图3，该图是本发明提供的机车牵引性能测量系统的实施例三的原理框图。

在本实施例提供的机车牵引性能测量系统中，所述信号转换模块包括：电阻集子模块301和开关控制子模块302。

所述电阻集子模块301，中安装有多个电阻，每个电阻连接不同的电压传感器或电流传感器，将电压传感器或电流传感器提供的电流型模拟信号转换成电压型模拟信号发送给所述信号采集模块。

所述开关控制子模块302，用于控制所述电阻集子模块与所述电压传感器或所述电流传感器的连接断开。

本实施例具有以下优点：通过使用电阻集子模块和开关控制子模块，可以针对不同规格的传感器进行信号转换，实现了可采集信号源的多元化。

参见图4，该图是本发明提供的机车牵引性能测量系统的实施例四的原理框图。

在本实施例所提供的机车牵引性能测量系统中，所述同步模块包括：同步时钟子模块401和信号发送子模块402，所述信号发送子模块402将所述同步时钟子模块401生成的同步信号发送给所述控制器。

所述同步时钟子模块可以在同一时间自动生成时钟同步信号。

本实施例具有以下优点：所述同步模块中包括：同步时钟子模块和信号发送子模块，所述同步时钟子模块具有在同一时间自动生成时钟同步信号的功能，因此可以实现在多个采集系统中不通过线路连接就可以同时生成时钟同步信号的功能。

参见图5，该图是本发明提供的机车牵引性能测量系统的实施例五的原理框图。

在本实施例所提供的机车牵引性能测量系统中，所述同步模块包括：同步信号接收子模块501和信号发送子模块502，所述同步信号接收子模块501通过线路与主控机连接，接收所述主控机发送的TTL电平信号，所述信号发送子模块502将所述同步信号接收子模块501接收到的所述TTL电平信号发送给所述控制器。

本实施例具有以下优点：所述同步模块中包括：同步信号接收子模块和信号发送子模块，所述同步信号接收子模块通过线路接收主控机的同步信号，使得各信号采集子系统能够同时接收到主控机发出的时钟同步信号，因此可以实现在多个采集系统中时钟同步的功能。

参见图6，该图是本发明提供的机车牵引性能测量系统的实施例六的原理框图。

在本实施例所提供的机车牵引性能测量系统中，所述同步模块包括：同步信号无线接收子模块601和信号发送子模块602，所述同步信号无线接收子模块601接收所述主控机发送的无线同步信号，所述信号发送子模块602将所述同步信号无线接收子模块601接收到的所述同步信号发送给所述控制器。

所述同步信号无线接收子模块可以为3G接收器、WIFI接收器或微波接收器等。

本实施例具有以下优点：所述同步模块中包括：同步信号无线接收子模块和信号发送子模块，所述同步信号无线接收子模块接收主控机发送的无线同步信号，使得各信号采集子系统能够在相隔很远距离的情况下，同时接收到主控机发出的时钟同步信号，因此可以实现在多个采集系统中时钟同步的功能。

参见图7，该图是本发明提供的机车牵引性能测量系统的实施例七的原理框图。

在本实施例所提供的机车牵引性能测量系统中，所述信号采集子系统100a还包括：存储模块706a，所述存储单元706a与所述网络交换机连接101a，所述控制器102a将所述信号采集模块103a采集到的数字信号发送给所述存储单元706a进行存储。

信号采集子系统100b中的706b与信号采集子系统100a中的706a模块结构和功能完全一致，在此不再阐述。

本实施例具有以下的优点：通过在信号采集子系统中安装存储模块，可以实现每个信号采集子系统数据采集的本地存储，实现采集到的信号数据的备份或二次调用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种机车牵引性能测量系统，其特征在于，包括：主控机和至少两个信号采集子系统，每个信号采集子系统与主控机通过网络进行通信；每个信号采集子系统包括：网络交换机、同步模块、控制器和信号采集模块；

所述网络交换机，用于主控机与所述控制器进行通信；

所述同步模块，用于提供时钟同步信号，将所述时钟中同步信号发送给所述控制器；

所述信号采集模块，用于接收电压传感器和电流传感器发送的电机的电压模拟信号和电流模拟信号，并将电压模拟信号和电流模拟信号转换为数字信号发送给所述控制器，接收速度传感器发送的速度模拟信号，并将速度模拟信号转换为数字信号发送给所述控制器；

所述控制器，用于接收主控机发送的指令，控制所述信号采集模块以所述时钟同步信号为基准进行信号采集，将接收到的所述数字信号发送到所述主控机。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号采集子系统还包括：信号转换模块；

所述信号转换模块用于将所述电流传感器采集的电机的电流模拟信号转换成电压型模拟信号，发送到所述信号采集模块。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号转换模块包括：电阻集子模块和开关控制子模块；

所述电阻集子模块，用于连接不同电流或电压传感器，将电流型模拟信号转换成电压型模拟信号；

所述开关控制子模块，用于控制所述电阻集子模块与所述电压传感器和所述电流传感器的连接断开。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述同步模块包括：同步时钟子模块和信号发送子模块；

所述同步时钟子模块，用于生成同步信号，将同步信号发送给信号发送子模块；

所述信号发送子模块，用于将所述同步时钟子模块生成的时钟同步信号发送给所述控制器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述同步模块包括：同步信号接收子模块和信号发送子模块；

所述时钟同步信号具体为TTL电平信号；

所述同步信号接收子模块，用于接收所述主控机发送的TTL电平信号，将所述TTL电平信号发送给所述信号发送子模块；

所述信号发送子模块，用于将所述TTL电平信号发送给所述控制器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述同步模块包括：同步信号无线接收子模块和信号发送子模块；

所述同步信号无线接收子模块，用于接收所述主控机发送的无线同步信号，将所述无线同步信号发送给所述信号发送子模块；

所述信号发送子模块，用于将所述同步信号无线接收子模块接收到的所述同步信号发送给所述控制器。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号采集子系统还包括：存储模块；

所述存储模块，用于接收所述控制器发送的所述信号采集模块采集到的数字信号进行存储。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述存储模块为固态硬盘。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述网络交换机为工业以太网交换机。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机车牵引性能测量系统还包括：供电模块，所述供电模块用于为电压传感器、电流传感器和速度传感器提供电源。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号采集子系统还包括：电源模块；

所述电源模块，用于将10V-32V直流电源转换为12V直流电源，为所述信号采集子系统中的网络交换机、同步模块、控制器和信号采集模块提供电源。

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