CN109883738B - 高速列车制动系统检测试验台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速列车制动系统检测试验台，包括硬件部分和软件部分；所述软件部分包括数据采集处理系统；所述硬件部分包括控制台、数据服务器、风源系统及试验台架；所述试验台架根据待模拟的制动管路、车轴轮对以及制动单元进行搭建；所述风源系统用于向所述制动管路提供压缩空气；所述控制台用于控制测试试验的进行；所述数据采集处理系统用于进行测试试验时产生的试验数据采集；所述数据服务器用于备份存储试验数据。本发明中通过控制台、数据服务器、风源系统及试验台架的配合，能够完成不同工况下单车制动系统性能实验、基础制动实验及液压气动仿真模拟对比等功能。

Description

高速列车制动系统检测试验台

技术领域

本发明涉及列车制动领域，具体地，涉及一种高速列车制动系统检测试验台。

背景技术

随着我国铁路第六次大提速的实施，使得工况、载荷更为复杂，这无疑对安全性能提出了更高要求，列车制动作为安全性能核心之一，如何保证其及时性及有效性是十分重要的。为降低检验成本及危险性，试验台是严格把控并检验产品合格的有效环节，我国制动试验台已逐步趋于成熟，但仍存在以下不足：

1、国内针对客货车的制动系统试验台已自主开发研制多种型号，如705型阀性能试验台、DK-1制动机试验台等，但针对300KM/h及以上的高速动车组制动系统试验台还比较少,试验台研制技术尚处于发展中；

2、现有试验台虽实验种类较为完善，但通用性差，由于各车型的气路容积、电器接口等方面的不同，即使1：1试验台也最多只能完全准确模拟某一个特定车型；

3、已有的高速列车制动试验台如国家铁道科学研究院搭建的最高530KM/h1：1试验台，缺少仿真模拟软件的实时现场跟进，且实验数据冗余性差，实验数据仅存储于现场，不便于实验后期的制动系统调整及改进。

综上，目前列车制动试验台还存在一些弊端，因此急需开发一种列车制动试验台以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高速列车制动系统检测试验台。

根据本发明提供的高速列车制动系统检测试验台，包括硬件部分和软件部分；

所述软件部分包括数据采集处理系统；

所述硬件部分包括控制台、数据服务器、风源系统及试验台架；所述试验台架根据待模拟的制动管路、车轴轮对以及制动单元进行搭建；所述风源系统用于向所述制动管路提供压缩空气；

所述控制台用于控制测试试验的进行；所述数据采集处理系统用于进行测试试验时产生的试验数据采集；所述数据服务器用于备份存储试验数据。

优选地，所述控制台包括工控机、司机控制器、司控信号转换装置、ATP模拟装置、制动控制单元、第一数据采集卡、第二数据采集卡、气路监测单元、压力监测单元、温度监测单元以及速度监控单元；

所述工控机一方面通过第一数据采集卡电连接所述气路监测单元、所述压力监测单元，另一方面通过第二数据采集卡电连接所述压力监测单元、温度监测单元、速度监控单元；所述数据服务器电连接所述工控机；

所述司机控制器通过所述司控信号转换装置电连接所述制动控制单元；所述ATP模拟装置分别与所述工控机和所述制动控制单元电电连接；所述制动控制单元用于多个电磁阀的开关控制。

优选地，所述气路监测单元包括第一压力传感器、交流电机以及升降机；所述第一压力传感器的数量为多个，分别用于采集设制动缸、空气弹簧及制动控制单元的制动出口受到的压力；所述第一压力传感器通过第一数据采集卡电连接所述工控机；

所述交流电机驱动所述升降机，以对所述空气弹簧的压力单独加载。

优选地，所述压力监测单元包括第二压力传感器、第三压力传感器和压力变送器；

所述第二压力传感器通过所述压力变送器电连接所述第一数据采集卡，用于采集闸瓦的压力信号；

所述第三压力传感器电连接所述第二数据采集卡，用于采集制动缸活塞杆压力。

优选地，所述温度监测单元包括非接触式红外测温仪、热电偶、温度变送器以及热电偶输入模块；

所述非接触式红外测温仪通过所述第二数据采集卡电连接所述工控机，用于检测车轴温度；

所述热电偶依次通过温度变送器、热电偶输入模块电连接所述工控机，所述热电偶用于采集闸片表面的温度。

优选地，所述速度监控单元包括磁电式测速传感器、模拟量输出模块、电机控制器以及伺服电机；

所述模拟量输出模块通过所述电机控制器电连接所述伺服电机，用于将转速数字量转化为模拟量给电机控制器进而控制伺服电机转动；

所述磁电式测速传感器一方面通过防滑器电连接所述制动控制单元，另一方面点连接所述工控机，所述磁电式测速传感器用于采集所述伺服电机的转动速度。

优选地，所述司机控制器用于提供制动级位的模拟量及非常制动按钮、强迫缓解、钥匙开关的开关量；因司控信号转换装置用于将所述模拟量和所述开关量转换为数字信号后传至制动控制单元。

优选地，所述试验台架按照1：1比例模拟制动管路、车轴轮对及制动单元。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明中通过控制台、数据服务器、风源系统及试验台架的配合，能够完成不同工况下单车制动系统性能实验、基础制动实验及基于Amesim的液压气动仿真模拟对比等功能。本发明提供针对不同气路容积的标准数据谱并采用PLC控制电器部分，同时预留了额外的气、电接口供连接，采用显示和存储分开管理的方式，提高了试验台的适用性、通用性与安全性。本发明低成本易操作、通用性强、稳定性好且便于实验后期研发调整。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中高速列车制动系统检测试验台的信号传输示意图；

图2为本发明中高速列车制动系统检测试验台的气动原理示意图。

图中：

1为第一球阀；

2为第二球阀；

3为总风管。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本实施例中，本发明根据列车控制的特点，本发明提供的高速列车制动系统检测试验台，包括硬件部分和软件部分；

所述软件部分包括数据采集处理系统；

所述硬件部分包括控制台、数据服务器、风源系统及试验台架；所述试验台架根据待模拟的制动管路、车轴轮对以及制动单元进行搭建；所述风源系统用于向所述制动管路提供压缩空气；

所述控制台用于控制测试试验的进行；所述数据采集处理系统用于进行测试试验时产生的试验数据采集；所述数据服务器用于备份存储试验数据。

在本实施例中，所述试验台按照1：1比例模拟制动管路、车轴轮对及制动单元。

如图1、图2所示所示，所述控制台包括工控机、司机控制器、司控信号转换装置、ATP模拟装置、制动控制单元、第一数据采集卡、第二数据采集卡、气路监测单元、压力监测单元、温度监测单元以及速度监控单元；

所述工控机一方面通过第一数据采集卡电连接所述气路监测单元、所述压力监测单元，另一方面通过第二数据采集卡电连接所述压力监测单元、温度监测单元、速度监控单元；所述数据服务器电连接所述工控机；

所述司机控制器通过所述司控信号转换装置电连接所述制动控制单元；所述ATP模拟装置分别与所述工控机和所述制动控制单元电连接；所述制动控制单元用于多个电磁阀的开关控制。

在本实施例中，所述第一数据采集卡采用型号为PCL818L的数据采集卡，所述第二数据采集卡采用型号为PCI1611U的数据采集卡。此外还根据需要为所述控制台提供电源装置、传感器以及放大器。ATP为列车自动保护系统(AutomaticTrainProtection)。

在本实施例中，本发明以工控机为核心，串行采集检测来自于制动装置内的车轴和闸瓦的温度、转速以及闸瓦和气缸的压力等信息。

所述制动控制单元为制动控制的关键部件，包括紧急阀、空重车阀、中继阀、集成气路板组成、防护罩、压力变送器、压力测试接口以及电气连接器成。

本发明中所述制动控制单元采用西门子300PLC作为EBCU处理防滑电磁阀、紧急电磁阀、制动电磁阀、缓解电磁阀等相关电磁阀的开关，同时预留I\O点位，作为其他试验电器接口，在车型更换时可直接通过工控机下载相对应车型的梯形图至制动控制单元，提高了电器通用性。

所述气路监测单元包括第一压力传感器、交流电机以及升降机；所述第一压力传感器的数量为多个，分别用于采集设制动缸、空气弹簧及制动控制单元的制动出口受到的压力；所述第一压力传感器通过第一数据采集卡电连接所述工控机；

所述交流电机驱动所述升降机，以对所述空气弹簧的压力单独加载。

在本实施例中，所述第一压力传感器采用型号为MPM4730的压力传感器。第一压力传感器的数量为七个，分别设置在4个制动缸、2个空气弹簧及BCU制动出口处。第一压力传感器采集的压力信号经第一数据采集卡进行A/D转换传至工控机。通过所述工控机显示或查看察压力传感器的仪表，可实时监测制动气路状态。所述气路监测单元能够完成制动管路和压缩空气设备的气密性、空重车调整性能等相关气路试验。

所述压力监测单元包括第二压力传感器、第三压力传感器和压力变送器；

所述第二压力传感器通过所述压力变送器电连接所述第一数据采集卡，用于采集闸瓦的压力信号；所述第二压力传感器采集闸瓦的压力信号经压力变送器放大后由第一数据采集卡进行A/D转换并传至工控机；

所述第三压力传感器电连接所述第二数据采集卡，用于采集制动缸活塞杆压力。

所述第二压力传感器、所述第三压力传感器采用型号为BK-4C的压力传感器。由于第一数据采集卡的8路采集通道全部配置，故另选用第二数据采集卡通过RS-485总线采集制动缸活塞杆压力。所述压力监测单元能够完成制动系统的阶段制动缓解试验、闸瓦性能的部分试验、黏着试验、传动效率等相关试验。

所述温度监测单元包括非接触式红外测温仪、热电偶、温度变送器以及热电偶输入模块；

所述非接触式红外测温仪通过所述第二数据采集卡电连接所述工控机，用于检测车轴温度；

所述热电偶依次通过温度变送器、热电偶输入模块电连接所述工控机，所述热电偶用于采集闸片表面的温度。

在本实施例中，所述非接触式红外测温仪采用型号为HS-100RS的测温仪，所述温度变送器采用型号为IBF11-Z1-T1-P1-A4的温度变送器，所述热电偶输入模块采用型号为ADAM4018的热电偶输入模块；所述非接触的检测车轴温度，通过其自带的RS-485接口直接通过第二数据采集卡将温度传至工控机。所述热电偶粘结在闸片表面，通过在闸片钻孔将电路引出，采集的闸瓦温度信号通过温度变送器放大、整合后隔离转换成电信号后，经热电偶输入模块转换为数字信号后，通过RS-485总线传至工控机。

所述速度监控单元包括磁电式测速传感器、模拟量输出模块、电机控制器以及伺服电机；

所述模拟量输出模块通过所述电机控制器电连接所述伺服电机，用于将转速数字量转化为模拟量给电机控制器进而控制伺服电机转动，即实现试验过程中的速度发生。

所述磁电式测速传感器一方面通过防滑器电连接所述制动控制单元，另一方面电连接所述工控机，所述磁电式测速传感器用于采集所述伺服电机的转速信号。

所述磁电式测速传感器采用型号为SWKP IG20磁电式测速传感器，所述模拟量输出模块采用型号为ADAM-4024的模拟量输出模块。所述伺服电机的转速信号由磁电式测速传感器进行采集并输出数字量，一方面发送至防滑器、另一路通过RS485总线传至工控机显示。所述速度监控单元能够完成制动系统的防滑试验等。

所述司机控制器用于提供制动级位的模拟量及非常制动按钮、强迫缓解、钥匙开关的开关量；因司控信号转换装置用于将所述模拟量和所述开关量转换为数字信号传至制动控制单元。

在本实施例中，本发明通过三线制利用雷格码模拟司机制动器的控制手柄的7级常用制动命令，如001表一级制动，010表二级制动等。

在本实施例中，本发明为了确保底层数据采集的可靠性，软件部分的开发基于Windows XP操作系统环境，采用VB语言、ACCESS数据库完成。本发明提供针对不同车型不同气路容积的标准数据谱、以及不同PLC程序，具有参数设定、车型选择、制动试验类型选择、Amesim（Advanced Modeling Environment for performing Simulation of engineeringsystems，复杂系统建模与仿真平台）阀仿真模拟对比、气路标准谱、历史记录和帮助等功能。本发明利用串口通讯控件及Timer控件对试验台数据进行自动读取，并通过ADO控件向ACCESS数据库写入实时数据，确保试验数据的自动、及时、准确。

在本实施例中，本发明提供的列车制动系统检测试验台，解决了现有制动系统试验台检测类型单一的问题；充分考虑了车轮温度、飞轮转速与闸瓦压力等因素对制动产生的影响；整合了不同车型气路容积标准谱及PLC梯形图程序，提供基于Amesim的阀仿真模拟对比，对工控机采集的数据进行横向监控与对比，使得制动系统的检测更加合理可靠。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (2)

1.一种高速列车制动系统检测试验台，其特征在于，包括硬件部分和软件部分；

所述软件部分包括数据采集处理系统；

所述硬件部分包括控制台、数据服务器、风源系统及试验台架；所述试验台架根据待模拟的制动管路、车轴轮对以及制动单元进行搭建；所述风源系统用于向所述制动管路提供压缩空气；

所述控制台用于控制测试试验的进行；所述数据采集处理系统用于进行测试试验时产生的试验数据采集；所述数据服务器用于备份存储试验数据；

所述控制台包括工控机、司机控制器、司控信号转换装置、ATP模拟装置、制动控制单元、第一数据采集卡、第二数据采集卡、气路监测单元、压力监测单元、温度监测单元以及速度监控单元；

所述工控机一方面通过第一数据采集卡电连接所述气路监测单元、所述压力监测单元，另一方面通过第二数据采集卡电连接所述压力监测单元、温度监测单元、速度监控单元；所述数据服务器电连接所述工控机；

所述司机控制器通过所述司控信号转换装置电连接所述制动控制单元；所述ATP模拟装置分别与所述工控机和所述制动控制单元电连接；所述制动控制单元用于多个电磁阀的开关控制；

所述气路监测单元包括第一压力传感器、交流电机以及升降机；所述第一压力传感器的数量为多个，分别用于采集制动缸、空气弹簧及制动控制单元的制动出口受到的压力；所述第一压力传感器通过第一数据采集卡电连接所述工控机；

所述交流电机驱动所述升降机，以对所述空气弹簧的压力单独加载；

所述压力监测单元包括第二压力传感器、第三压力传感器和压力变送器；

所述第二压力传感器通过所述压力变送器电连接所述第一数据采集卡，用于采集闸瓦的压力信号；

所述第三压力传感器电连接所述第二数据采集卡，用于采集制动缸活塞杆压力；

所述温度监测单元包括非接触式红外测温仪、热电偶、温度变送器以及热电偶输入模块；

所述非接触式红外测温仪通过所述第二数据采集卡电连接所述工控机，用于检测车轴温度；

所述热电偶依次通过温度变送器、热电偶输入模块电连接所述工控机，所述热电偶用于采集闸片表面的温度；

所述速度监控单元包括磁电式测速传感器、模拟量输出模块、电机控制器以及伺服电机；

所述模拟量输出模块通过所述电机控制器电连接所述伺服电机，用于将转速数字量转化为模拟量给电机控制器进而控制伺服电机转动；

所述磁电式测速传感器一方面通过防滑器电连接所述制动控制单元，另一方面电连接所述工控机，所述磁电式测速传感器用于采集所述伺服电机的转动速度；

所述司机控制器用于提供制动级位的模拟量及非常制动按钮、强迫缓解、钥匙开关的开关量；因司控信号转换装置用于将所述模拟量和所述开关量转换为数字信号后传至制动控制单元。

2.根据权利要求1所述的高速列车制动系统检测试验台，其特征在于，所述试验台架按照1：1比例模拟制动管路、车轴轮对及制动单元。

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