CN107101839A - 一种单模块悬浮控制系统实验检测平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了单模块悬浮控制系统实验检测平台，包括电机箱梁、电磁铁、两个Γ形托臂、两根防侧滚梁、两个防侧滚梁支座、一段简化轨排、一个平台支座、两个约束横梁、两个悬浮传感器、两个空气弹簧、一台悬浮控制器、一台故障检测定位仪组成。电磁铁、悬浮传感器和故障检测定位仪分别通过线缆与悬浮控制器连接，故障检测定位仪向悬浮控制器发送测试指令，根据测试指令悬浮控制器进行内部测试得到悬浮控制器测试信息，和\或根据测试指令悬浮控制器发送控制信息给电磁铁并接收悬浮传感器采集的电磁铁悬浮测试信息，将相关测试信息发送给故障检测定位仪。无需加载砝码即可模拟悬浮负荷，结构简单，容易安装，操作方便，实验成本较低。

Description

一种单模块悬浮控制系统实验检测平台

技术领域

本发明涉及到磁悬浮列车领域，尤其涉及一种单模块悬浮控制系统实验检测平台。

背景技术

磁悬浮列车的悬浮控制系统由悬浮控制器、悬浮传感器和悬浮电磁铁组成。中低速磁浮列车悬浮控制系统实验检测平台要能对悬浮控制系统进行故障诊断，并对其动态性能进行测试。因此，所建立的在线试验检测平台要能模仿列车实际运行时的工况。现有的悬浮控制系统在线试验检测平台主体结构如图1至图3所示，该平台四根钢架101围成一个矩形，钢架之上设置载重架102，载重架102用以模拟车体的重量并可以通过加载砝码的方式给悬浮控制系统配重。钢架101下方左右对称设置，右方电机箱梁103、轨道104、电磁铁105从上而下依次与地面平行设置，两个Γ形托臂106与电机箱梁103垂直设置，电机箱梁103两端固定在两个托臂106水平部分内侧，电机箱梁103下表面固定有直线电机功能模块107，轨道104由支架固定在地面上，电磁铁105两端分别固定在两个Γ形托臂106垂直部分的下端，两个托臂106水平部分前端各设置有一根防滚粱108，两根防滚粱108与左方对称部分的防滚粱108通过吊杆109连接。四个Γ形托臂106水平部分上表面与钢架101之间还设置空气弹簧110，空气弹簧110与气路系统连接，气路系统用于对空气弹簧进行充气和放气；电磁铁105通过线缆与悬浮控制器连接，悬浮控制系统在线试验检测平台主体和悬浮控制器进行通信，并对主体动态性能进行观测。

但是这种结构的悬浮控制系统在线试验检测平台结构复杂，安装难度较大，占地面积大，不具备控制器自动诊断能力，操作不便，实验成本也较高。

发明内容

基于上述技术难题，本发明提供一种单模块悬浮控制系统实验检测平台，能够模拟真实悬浮控制系统的特性，结构简单，无需用加载砝码的方式模拟悬浮负荷，且占地面积小，容易安装，配套设计的故障检测定位仪还可以对悬浮控制器性能进行自动诊断，操作方便，实验成本较低，该平台与现有技术中公开的技术方案不同。

本发明提供的一种单模块悬浮控制系统实验检测平台，包括电机箱梁、电磁铁、两个Γ形托臂、两根防侧滚梁、两个防侧滚量支座、一根防滚梁基座安装板、一段简化轨排、一个平台支座、两个约束横梁、两个悬浮传感器、两个空气弹簧、一台悬浮控制器、一台故障检测定位仪组成；

简化轨排由三根短轨枕、一根轨道、六根轨排立柱组成。三根短轨枕相互平行设置，轨道的支撑下表面固定在三根轨枕后端部的上表面，每根轨枕的两端下表面各通过两个垂直地面的轨排立柱固定在平台支座上，平台支座固定在地面上；

电机箱梁、轨道、电磁铁从上而下依次与地面平行设置，两个Γ形托臂与电机箱梁垂直设置，电机箱梁两端分别固定在两个Γ形托臂水平部分内侧，电磁铁两端分别固定在两个Γ形托臂垂直部分的下端，电磁铁的两侧设置有悬浮传感器，两个托臂水平部分前端各设置有一根防侧滚梁，两根防侧滚梁前端通过两个防侧滚梁支座安装在防滚梁基座安装板上，防滚梁基座安装板与轨道平行设置，防滚梁基座安装板固定在三根短轨枕前端部的上表面，两个Γ形托臂水平部分各设置在一个门形框的约束横梁的下表面，每个约束横梁一端通过门形框立柱固定在轨枕上，约束横梁另一端通过门形框立柱固定在平台支座上；

所述两个Γ形托臂水平部分与约束横梁之间各设置一个空气弹簧，空气弹簧与气路系统连接，气路系统用于对空气弹簧进行充气和放气；

优选地，所述两根防侧滚梁前端通过轴套铰接到防侧滚梁支座上。

优选地，所述空气弹簧的顶端固定在约束横梁下表面，空气弹簧的底端通过螺栓固定在Γ形托臂水平部分的凹槽里。

优选地，气路系统包括地面风机、气管、进气电磁阀、排气电磁阀；两个空气弹簧通过气管连接，气管的一端与进气电磁阀连接，气管的另一端与排气电磁阀连接，进气电磁阀与地面风机相连。

优选地，所述连接两个空气弹簧的气管上还安装有气体压力传感器。

优选地，所述连接两个空气弹簧的气管上还设置有显示空气弹簧压力值的压力表。

优选地，所述气路系统还包括两个节气阀和两个附加气室，每只空气弹簧各通过一个节气阀连接一个附加气室。

优选地，所述检测平台还包括电源模块，用于给悬浮控制器供电。

优选地，所述故障检测定位仪上设置有人机交互界面，用于通过人机交互界面输入测试指令发送给悬浮控制器，并可显示悬浮控制器发送的悬浮控制器测试信息和\或电磁铁悬浮测试信息。

在原有的设计结构中，将单个转向架可分为两个相同的模块，转向架由左右两个相同的模块通过防滚梁连接而成。这两个模块的工作情况在理论上是一样的，因此本试验检测平台只取其中一个模块来作为测试平台主结构，该平台结构能够模拟真实悬浮控制系统的特性，且简化许多，占地面积小，安装难度减小，试验成本也会降低许多，并且操作起来也会相对双模块结构要方便。通过改变空簧的气压来达到精确改变电磁铁负载的目的，无需额外添加砝码，可提高工作效率。

附图说明

图1为现有技术中悬浮控制系统在线试验检测平台的立体图；

图2为图1的主视图；

图3为图1的左视图；

图4为本发明提供的单模块悬浮控制系统实验检测平台的立体图；

图5为本发明提供的单模块悬浮控制系统实验检测平台的电气系统示意框图；

图6为发明提供的单模块悬浮控制系统实验检测平台的气路系统示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

需要说明的是，为便于描述，本实施例中的“上”、“下”、“前”、“后”是相对于实验检测平台结构而言，除为特殊说明的情况下，朝向地面方向为下，与向地面垂直相反的方向为上，简化轨排朝向Γ形托臂方向为后，简化轨排远离Γ形托臂方向为前。

参见图4和图5，图4为本发明提供的单模块悬浮控制系统实验检测平台的立体图，图5为本发明提供的单模块悬浮控制系统实验检测平台的电气系统示意框图。

本发明提供的一种单模块悬浮控制系统实验检测平台，包括电机箱梁10、电磁铁20、两个Γ形托臂40、两根防侧滚梁50、两个防侧滚量支座11、一根防侧滚梁基座安装板60、一段简化轨排90、一个平台支座30、两个门形框70、两个悬浮传感器22、两个空气弹簧80、一台悬浮控制器21、一台故障检测定位仪23组成；

轨排90由三根短轨枕91、一根轨道93、六根轨排立柱92组成。三根轨枕91相互平行设置，一根轨道93的的支撑下表面固定在三根短轨枕91后端部的上表面，每段轨枕91的两端下表面各通过两个垂直地面的轨排立柱92固定在平台支座30上，平台支座30固定在地面上。为减小占地面积，所述短轨枕91的长度比真实磁浮列车的轨枕的长度短。平台支座30由槽钢或工字钢制成，平台支座30在用以将整个测试平台固定在地面的同时，分散轨排支柱92对地面的压力。

电机箱梁10、轨道93、电磁铁20从上而下依次与地面平行设置，两个Γ形托臂40与电机箱梁10垂直设置，电机箱梁10两端分别固定在两个Γ形托臂40水平部分内侧。当电磁铁20通电时，电磁铁20与轨道93相互作用，产生垂向吸力从而实现悬浮。电磁铁20两端分别固定在两个Γ形托臂40垂直部分的下端，电磁铁20的两侧设置有悬浮传感器22。悬浮传感器22用于采集电磁铁20与轨道93之间的间隙。Γ形托臂40用于固定电机箱梁10、电磁铁20及防侧滚梁50。两个托臂40水平部分前端各设置有一根防侧滚梁50，两根防侧滚梁50前端通过防侧滚梁支座11连接，防侧滚梁支座11安装在防侧滚梁基座安装板60上。防滚梁基座安装板60与轨道93平行设置，防滚梁基座安装板60固定在三根轨枕91前端部的上表面。电机箱梁10、电磁铁20、托臂40、防侧滚梁50、防侧滚梁支座11及防侧滚梁基座安装板60构成单悬浮模块。两个Γ形托臂40水平部分各设置在一个门形框70的约束横梁71的下表面，每个约束横梁71一端通过门形框立柱72固定在轨枕91上，约束横梁71另一端通过门形框立柱72固定在平台支座30上；门形框70有两个主要作用：一是用于固定单悬浮模块，二是用于与空气弹簧80相配合，模拟车载重量。防侧滚梁支座11连接防侧滚梁50，防止悬浮模块上浮后在水平方向上沿轨枕方向的运动。

所述两个Γ形托臂40水平部分与约束横梁71之间各设置一个空气弹簧80，空气弹簧80与气路系统连接，气路系统用于对空气弹簧80进行充气和放气。

当空气弹簧80充气膨胀时，会向上挤压约束横梁71；在门形框和约束横梁的限制下，约束横梁71通过反作用力，施加给悬浮模块一个向下的压力，从而增加电磁铁20的负载，达到车辆配重的效果；反之放气则减少电磁铁20的负载，达到车辆减重的效果。通过气路系统对空气弹簧80的充气和放气，来实现对电磁铁20的加载和减载，从而达到改变电磁铁20负载的目的，提高了工作效率。可以通过调节空气弹簧的气压来精确模拟不同的车厢载荷，而不需要外加砝码。

故障检测定位仪是本发明用于检测悬浮控制器故障状况并实现人机交互的部件，它由显示器、计算机、箱体及操作面板等部件构成，可以通过通信电缆和悬浮控制器连接，实现和悬浮控制器之间的通信、诊断、及空气弹簧气压调节的功能。在工作时，电磁铁20、悬浮传感器22和故障检测定位仪23分别通过线缆与悬浮控制器21连接，故障检测定位仪23向悬浮控制器21发送测试指令，根据测试指令悬浮控制器21进行内部测试得到悬浮控制器测试信息，然后通过线缆返回给故障检测定位仪23。根据测试指令悬浮控制器21发送控制信息电磁铁20，驱动电磁铁20实现悬浮并施加一定的激励，悬浮控制器21接收悬浮传感器采集的电磁铁20的悬浮测试信息，将悬浮控制器测试信息和\或电磁铁悬浮测试信息发送给故障检测定位仪23，由故障检测定位仪23对悬浮控制器21的悬浮性能进行评估。

单模块悬浮控制系统实验检测平台的电气系统包括悬浮控制系统和故障检测定位仪23，悬浮控制系统包括悬浮控制器21、悬浮传感器22和电磁铁20。电磁铁20、悬浮传感器22和故障检测定位仪23分别通过线缆与悬浮控制器21连接。故障检测定位仪23向悬浮控制器22发送测试指令，根据测试指令悬浮控制器21进行内部检测得到悬浮控制器21主要部件的状态信息；若故障检测定位仪23向悬浮控制器21发送起浮或降落的测试指令后，悬浮控制器21发送控制电压驱动电磁铁20，并接收悬浮传感器22测量的电磁铁20和轨道93之间的间隙信号以及电磁铁20的垂向加速度信号等。悬浮控制器21接收到电磁铁20的悬浮测试信息后与悬浮控制器21测试信息一起发送给故障检测定位仪23。故障检测定位仪23对悬浮控制器21和悬浮传感器22的故障进行检测和定位，对悬浮控制器21和悬浮传感器22的维修和维护提供指导，并对悬浮控制器21的悬浮动态性能进行评价，并定位故障隐患，具体为：

实现对悬浮控制器21内部主接触器、熔断器、斩波器、电流传感器等部件的故障诊断和定位；实现对悬浮控制器21 的信号处理、运算、控制和通讯功能进行诊断和故障定位；实现对悬浮控制器21实现悬浮功能时的动态性能进行检测，从而定位控制器的故障隐患；实现悬浮传感器22的故障诊断和故障定位。

在原有的设计结构中，单个转向架可分为两个相同的模块，转向架由左右两个相同的模块通过防滚梁连接而成。这两个模块的工作情况在理论上是一样的，因此本实验检测平台只取其中一个模块来作为测试平台主结构，该平台结构能够模拟真实悬浮控制系统的特性，且简化许多，重量、体积大大减小，安装难度减小，试验成本也会降低许多，并且操作起来也会相对双模块结构要方便。为了防止电磁铁20沿轨道方向运动，所述两根防侧滚梁50前端还可通过轴套铰接到防侧滚梁支座11上，从而使电磁铁只能在垂直方向上近似作垂直运动。

在进一步的方案中，所述空气弹簧80的顶端固定在约束横梁71下表面，空气弹簧80的底端通过螺栓固定在Γ形托臂40水平部分的凹槽里。当空气弹簧80加压时，空气弹簧80将会发生膨胀，其高度将会增大，然而受到约束横梁71和单悬浮模块间相对位置的约束，它将对单悬浮模块产生向下的压力。这种设计结构可以使空气弹簧80-门形框70-平台支座30-轨道93形成力平衡，因此这是一种内力，它避免了对建筑物地板产生的压力。

所述检测平台还包括还包括电源模块24，用于给悬浮控制器和故障检测定位仪供电。电源模块24包括第一DC电源第二DC电源，第一DC电源和第二DC电源用于给悬浮控制器21供电，故障检测定位仪23由普通AC220V市电供电。所述第一DC电源的电压范围可以为240V~360V，所述第二DC电源的电压为110V。

在更进一步的方案中，所述故障检测定位仪23上设置有人机交互界面，用于通过人机交互界面23输入测试指令发送给悬浮控制器21，并可显示悬浮控制器21发送的悬浮控制器测试信息和\或电磁铁悬浮测试信息。

在进行测试时，电磁铁20、悬浮传感器22和故障检测定位仪23分别通过线缆与悬浮控制器21连接，检查连线无误后打开电源开关。悬浮控制器21可以通过通信电缆和故障检测定位仪23进行通信，将悬浮间隙、电磁铁电流、以及悬浮控制器21自身主要部件的故障状态等，以曲线和数字的形式显示在故障检测定位仪23的屏幕上。通过故障检测定位仪23的人机交互界面还可以预设空气弹簧80的压力值。

故障检测定位仪23通过通信接口和悬浮控制器21进行信息交换，并开始按一定的次序进行部件和功能检测。对悬浮控制器21进行诊断时，首先可以通过故障检测定位仪23向悬浮控制器21发送一个指令，悬浮控制器21会返回一个数据包，数据包包含悬浮控制器21的基本部件故障状态和悬浮参数：悬浮电源电压、间隙、电流等传感器的采样值、悬浮传感器的故障状态、控制器内部保险丝、接触器、温度报警、IGBT驱动板等工作状态等。若发现不正常的部件，故障检测定位仪23人机交互界面上打印相应的错误提示。故障检测定位仪23通过分析这些数据和故障状态，故障检测定位仪决定是否进行悬浮测试。若悬浮控制器21故障等级较低，满足悬浮条件时，可以进入悬浮测试环节。进行悬浮测试时，故障检测定位仪23会向悬浮控制器发送起浮指令，悬浮控制器21输出控制电压来驱动电磁铁。若起浮过程失败，故障检测定位仪23会发出降落命令紧急中断测试；若起浮成功，故障检测定位仪23会发出正弦波或方波测试指令，通过对悬浮间隙施加正弦或方波激励来观察悬浮电磁铁的响应曲线，进而判断悬浮控制器21性能的好坏。

进一步的，故障检测定位仪23还配置急停按钮，当测试过程发生异常时，可以通过紧急停止按钮迅速结束测试并切断电源，以保证安全。

图6为本发明提供的单模块悬浮控制系统实验检测平台的气路系统示意图。

气路系统包括地面风机83、气管、进气电磁阀81、排气电磁阀82。两个空气弹簧80通过气管连接，气管的一端与进气电磁阀81连接，气管的另一端与排气电磁阀82连接，进气电磁阀81与地面风机83相连。所述连接两个空气弹簧的气管上还安装有气体压力传感器84，气体压力传感器84用于测量空气弹簧的压力值。气体压力传感器84、进气电磁阀81和排气电磁阀82均通过线缆与故障检测定位仪23连接。通过故障检测定位仪23的人机交互界面可以预设空气弹簧80的气压值，故障检测定位仪23接收气体压力传感器84采集的气管压力值的电信号，通过预设的气压值进行比较来决定是打开进气电磁阀对空气弹簧进行充气还是打开排气电磁阀来降低空气弹簧的气压，并最终使空气弹簧的气压等于预设的气压值。

优选地，所述连接两个空气弹簧的气管上还设置有显示空气弹簧80的压力值的压力表86，直观的显示空气弹簧80的压力值。

优选地，所述气路系统还包括两个节气阀84和两个附加气室85，为了调节空气弹簧的刚度，每只空气弹簧80各通过一个节气阀84连接一个附加气室85。所述空气弹簧80通过节气阀84连接附加气室85，实现二次悬挂的阻尼特性。

以上对本发明所提供的一种单模块悬浮控制系统实验检测平台进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种单模块悬浮控制系统实验检测平台，其特征在于，包括电机箱梁、电磁铁、两个Γ形托臂、两根防侧滚梁、两个防侧滚梁支座、一根防滚梁基座安装板、一段简化轨排、一个平台支座、两个约束横梁、两个悬浮传感器、两个空气弹簧、一台悬浮控制器、一台故障检测定位仪组成；

简化轨排由三根短轨枕、一根轨道、六根轨排立柱组成，三根短轨枕相互平行设置，轨道固定在三根轨枕后端部的上表面，每根轨枕的两端下表面各通过两个垂直地面的轨排立柱固定在平台支座上，平台支座固定在地面上；

电机箱梁、轨道、电磁铁从上而下依次与地面平行设置，两个Γ形托臂与电机箱梁垂直设置，电机箱梁两端分别固定在两个Γ形托臂水平部分内侧，电磁铁两端分别固定在两个Γ形托臂垂直部分的下端，电磁铁的两侧设置有悬浮传感器，两个托臂水平部分前端各设置有一根防侧滚梁，两根防侧滚梁前端分别通过两个防侧滚梁支座安装在防滚梁基座安装板上，防侧滚梁基座安装板与轨道平行设置，安装在防滚梁基座安装板上两端固定在三根轨枕前端部的上表面，两个Γ形托臂水平部分各设置在一个门形框的约束横梁的下表面，每个约束横梁一端通过门形框立柱固定在轨枕上，约束横梁另一端通过门形框立柱固定在平台支座上；

所述两个Γ形托臂水平部分与约束横梁之间各设置一个空气弹簧，空气弹簧与气路系统连接，气路系统用于对空气弹簧进行充气和放气；

电磁铁、悬浮传感器和故障检测定位仪分别通过线缆与悬浮控制器连接，故障检测定位仪向悬浮控制器发送测试指令，根据测试指令悬浮控制器进行内部测试得到悬浮控制器测试信息，和\或根据测试指令悬浮控制器发送控制信息给电磁铁并接收悬浮传感器采集的电磁铁悬浮测试信息，将悬浮控制器测试信息和\或电磁铁悬浮测试信息发送给故障检测定位仪。

2.根据权利要求1所述的单模块悬浮控制系统实验检测平台，其特征在于，所述两根防侧滚梁前端通过轴套铰接到防侧滚梁支座上。

3.根据权利要求1所述的单模块悬浮控制系统实验检测平台，其特征在于，所述空气弹簧的顶端固定在约束横梁下表面，空气弹簧的底端通过螺栓固定在Γ形托臂水平部分的凹槽里。

4.根据权利要求3所述的单模块悬浮控制系统实验检测平台，其特征在于，气路系统包括地面风机、气管、进气电磁阀、排气电磁阀；两个空气弹簧通过气管连接，气管的一端与进气电磁阀连接，气管的另一端与排气电磁阀连接，进气电磁阀与地面风机相连。

5.根据权利要求4所述的单模块悬浮控制系统实验检测平台，其特征在于，所述连接两个空气弹簧的气管上还安装有气体压力传感器，气体压力传感器、进气电磁阀和排气电磁阀均通过线缆与故障检测定位仪连接；故障检测定位仪接收气体压力传感器采集的气管压力值，与预设的气压值进行比较后控制进气电磁阀和排气电磁阀的开关。

6.根据权利要求5所述的单模块悬浮控制系统实验检测平台，其特征在于，所述气管上还设置有显示空气弹簧的压力值的压力表。

7.根据权利要求6所述的单模块悬浮控制系统实验检测平台，其特征在于，所述气路系统还包括两个节气阀和两个附加气室，每只空气弹簧各通过一个节气阀连接一个附加气室。

8.根据权利要求6所述的单模块悬浮控制系统实验检测平台，其特征在于，所述检测平台还包括电源模块，用于给悬浮控制器供电。

9.根据权利要求1至6任一项所述的单模块悬浮控制系统实验检测平台，其特征在于，所述故障检测定位仪上设置有人机交互界面，用于通过人机交互界面输入测试指令发送给悬浮控制器，并可显示悬浮控制器发送的悬浮控制器测试信息和\或电磁铁悬浮测试信息。