CN112985763B - 一种用于智能拖车实验的安全保护系统及其使用方法 - Google Patents

一种用于智能拖车实验的安全保护系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于智能拖车实验的安全保护系统及其使用方法，包括水池和沿其两侧轨道运行的拖车，拖车前、后部横梁端头均安装由电机组件带动的行走轮组件，横梁底面安装滑撬组件，水池两端壁面顶部设置将滑撬组件抬高的斜面；单个行走轮组件处的横梁端部均安装有轮座，轮座底面安装有液压刹车组件；拖车上还安装有测速轮，测速轮随着拖车的运行而转动，测速轮上安装有编码器；拖车前端头和后端头均安装有激光传感器；编码器、激光传感器、电机组件和液压刹车组件均与PLC控制器电性连接；实验运行过程中，由编码器、激光传感器实时获取拖车当前位置信息以及运行方向距离状态，配合电刹、液刹和机械刹三级防护，大大提升高速拖车运行时的安全性。

Description

一种用于智能拖车实验的安全保护系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及拖曳水池实验设备技术领域，尤其是一种用于智能拖车实验的安全保护系统及其使用方法。
背景技术
现有技术中，拖曳水池综合功能型拖车一般能够达到的速度上限较低，工作状态的速度也不大，常规的安全刹车模块即可满足要求；但现有的综合功能型拖车由于速度限制和智能化程度较低，其无法用于非常规的高速滑行艇或地效翼船的试验，此类试验中拖车速度最高需达到18m/s，现有的安全刹车模块亦不再适用，需要更加强有力的安全保护系统来全面确保实验装置的安全性及可重复性。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的用于智能拖车实验的安全保护系统及其使用方法，从而大大提升了拖车在高速实验中的安全性，有效保障了其实验的顺畅和可重复性。
本发明所采用的技术方案如下：
一种用于智能拖车实验的安全保护系统，包括狭长的水池，横跨水池安装有拖车，拖车以水池两侧的轨道为导向沿其长度方向运行，所述拖车前部和后部的横梁两端头均安装有行走轮组件，行走轮组件由电机组件带动转动沿着轨道运行；位于单个行走轮组件内侧的横梁底面均安装有滑撬组件，水池两端的壁面顶部设置有将滑撬组件抬高的斜面；单个行走轮组件处的横梁端部均安装有轮座，轮座底面安装有液压刹车组件；所述拖车上还安装有测速轮，测速轮随着拖车的运行而转动，测速轮上安装有编码器；所述拖车前端头和后端头均安装有激光传感器；所述编码器、激光传感器、电机组件和液压刹车组件均与PLC控制器电性连接。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述液压刹车组件包括均列于对应轨道两侧的多个液压执行件，经液压驱动两侧的液压执行件向着轨道的侧面移动，直至从两侧将轨道抱死。
所述轮座为倒置U型结构，行走轮组件容纳于轮座内，液压刹车组件安装于轮座底端。
所述液压刹车组件位于沿水池长度方向布置的两组行走轮组件的内侧。
所述水池两侧壁顶端内侧均下凹构成台阶面，滑撬组件位于台阶面的上方并存在间隔；位于水池两端部的台阶面上沿着长度方向设置有斜面，滑撬组件与斜面贴合时被向上抬起，使得行走轮组件与轨道脱离。
所述测速轮安装于拖车一侧的中部，测速轮与轨道贴紧，随着拖车的运行，测速轮在摩擦力作用下转动。
所述拖车的结构为：包括底座，底座前端和后端分别安装有横梁，其中一个横梁顶面的中部安装有集电弓，位于集电弓侧面外部的底座上安装有工控台，底座上还安装有放置PLC控制器的电控柜，工控台与PLC控制器电性连接；所述测速轮安装于底座侧面的中部。
一种所述的用于智能拖车实验的安全保护系统的使用方法，包括如下步骤：
电机组件工作，驱动行走轮组件转动，使得拖车沿着轨道运行；在此过程中，编码器实时向PLC控制器反馈速度信息，激光传感器实时向PLC控制器反馈行进方向与障碍物或水池端头边界的距离信息；
PLC控制器将编码器的速度信息转换为已行进距离，并根据行走起点位置和水池总长度获得拖车当前与行进方向水池端头边界的距离信息；取该计算所得的距离信息与由激光传感器测得的距离信息中的较小者，为L；
PLC控制器将L依次与电刹安全距离L电、液刹安全距离L液、机械刹车安全距离L机进行比较，并及时发出预警；
若L＞L电，则拖车继续运行，若L＜L电，则将L与L液进行比较；
若L＞L液，则电机组件反转启动电刹减速，若L＜L液则将L与机械刹车安全距离L机进行比较；
若L＞L机，则液压刹车组件(9)工作启动液压刹车减速，若L＜L机则拖车行进至斜面启动机械刹车；
启动电刹减速后，PLC控制器根据编码器实时反馈的速度信息判断是否处于减速状态，若速度未下降则启动液压刹车减速，否则电刹减速至停车；
启动液压刹车减速后，PLC控制器根据编码器实时反馈的速度信息判断是否处于减速状态，若速度未下降则行进至斜面启动机械刹车，否则液压刹车至停车。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述电刹安全距离L电、液刹安全距离L液均为基于当前速度V的刹车距离L刹，L刹＝V2/2a，其中a为电刹加速度或液刹加速度。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，实验运行过程中，由编码器、激光传感器实时获取拖车当前位置信息以及运行方向距离状态，配合电刹、液刹和机械刹三级防护，在实现拖车智能化的基础上，大大提升了其高速运行时的安全性，有效保障了实验的顺畅和可重复性，助力于拖车实验实现无人智能化操控，可靠性高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明行走轮组件、滑撬组件和液压刹车组件的布局示意图。
图3为本发明行走轮组件、滑撬组件和液压刹车组件相对于轨道的示意图。
图4为本发明安全保护系统示意图。
图5为本发明安全保护系统逻辑示意图。
其中：1、水池；2、轨道；3、底座；4、横梁；5、工控台；6、行走轮组件；7、滑撬组件；8、轮座；9、液压刹车组件；11、台阶面。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2和图3所示，本实施例的一种用于智能拖车实验的安全保护系统，包括狭长的水池1，横跨水池1安装有拖车，拖车以水池1两侧的轨道2为导向沿其长度方向运行，拖车前部和后部的横梁4两端头均安装有行走轮组件6，行走轮组件6由电机组件带动转动沿着轨道2运行；位于单个行走轮组件6内侧的横梁4底面均安装有滑撬组件7，水池1两端的壁面顶部设置有将滑撬组件7抬高的斜面；单个行走轮组件6处的横梁4端部均安装有轮座8，轮座8底面安装有液压刹车组件9；拖车上还安装有测速轮，测速轮随着拖车的运行而转动，测速轮上安装有编码器；拖车前端头和后端头均安装有激光传感器；编码器、激光传感器、电机组件和液压刹车组件9均与PLC控制器电性连接，如图4所示。
实验运行过程中，由编码器、激光传感器实时获取拖车当前位置信息以及运行方向距离状态，配合电刹、液刹和机械刹三级防护，在实现拖车智能化的基础上，大大提升了其高速运行时的安全性，有效保障了实验的顺畅和可重复性，助力于拖车实验实现无人智能化操控，可靠性高。
液压刹车组件9包括均列于对应轨道2两侧的多个液压执行件，经液压驱动两侧的液压执行件向着轨道2的侧面移动，直至从两侧将轨道2抱死；液压执行件端部安装有制动胶带，其对轨道2侧面产生足够的摩擦力，起到刹车的功能。
轮座8为倒置U型结构，行走轮组件6容纳于轮座8内，液压刹车组件9安装于轮座8底端。
液压刹车组件9位于沿水池1长度方向布置的两组行走轮组件6的内侧。
水池1两侧壁顶端内侧均下凹构成台阶面11，滑撬组件7位于台阶面11的上方并存在间隔；位于水池1两端部的台阶面11上沿着长度方向设置有斜面，滑撬组件7与斜面贴合时被向上抬起，使得行走轮组件6与轨道2脱离,使得拖车急停；并可通过紧固件调节滑撬组件7与制动斜面之间的相对高度，获得合适的急停加速度。
测速轮安装于拖车一侧的中部，测速轮与轨道2贴紧，随着拖车的运行，测速轮在摩擦力作用下转动。
拖车的结构为：包括底座3，底座3前端和后端分别安装有横梁4，其中一个横梁4顶面的中部安装有集电弓，位于集电弓侧面外部的底座3上安装有工控台5，底座3上还安装有放置PLC控制器的电控柜，工控台5与PLC控制器电性连接；测速轮安装于底座3侧面的中部。
一种所述的用于智能拖车实验的安全保护系统的使用方法，包括如下步骤：
电机组件工作，驱动行走轮组件6转动，使得拖车沿着轨道2运行；如图5所示，在此过程中，编码器实时向PLC控制器反馈速度信息，激光传感器实时向PLC控制器反馈行进方向与障碍物或水池1端头边界的距离信息；
PLC控制器将编码器的速度信息转换为已行进距离，并根据行走起点位置和水池1总长度获得拖车当前与行进方向水池1端头边界的距离信息；取该计算所得的距离信息与由激光传感器测得的距离信息中的较小者，为L；
PLC控制器将L依次与电刹安全距离L电、液刹安全距离L液、机械刹车安全距离L机进行比较，并及时发出预警；
若L＞L电，则拖车继续运行，若L＜L电，则将L与L液进行比较；
若L＞L液，则电机组件反转启动电刹减速，若L＜L液则将L与机械刹车安全距离L机进行比较；
若L＞L机，则液压刹车组件9工作启动液压刹车减速，若L＜L机则拖车行进至斜面启动机械刹车；
启动电刹减速后，PLC控制器根据编码器实时反馈的速度信息判断是否处于减速状态，若速度未下降则启动液压刹车减速，否则电刹减速至停车；
启动液压刹车减速后，PLC控制器根据编码器实时反馈的速度信息判断是否处于减速状态，若速度未下降则行进至斜面启动机械刹车，否则液压刹车至停车。
电刹安全距离L电、液刹安全距离L液均为基于当前速度V的刹车距离L刹，L刹＝V2/2a，其中a为电刹加速度或液刹加速度。
实际实验中，拖车依托的水池1的总长为474m，在除去拖车本身长度、造波机长度和滑撬组件7制动安全长度之后，水池1的有效工作长度Le为375m；在有效工作长度上，拖车需要完成加速、超调、稳速和减速；在拖车速度达到18m/s时，由于水池1长度的限制，电刹减速制动需要162m无法适用，只能使用液刹制动，或者根据实际工况采取机械制动；在拖车速度为16m/s及以下时，才可能采取电刹减速制动。
本实施例中，电刹减速度为1m/s2,液刹减速度为1.0～3.0m/s2,滑撬组件7的机械制动减速度为4.0m/s2。
在水池1长度方向的两端分别设置安全距离的标注站位，并设置拖车实验的零点位置，在实验开始前，拖车均回至该运行方向对应的零点位置，在零点位置后方设置校准位，校准位处设置有传感器，当拖车运行至此处时，用于与编码器反馈信息获得的运行距离进行比较校准。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (8)

1.一种用于智能拖车实验的安全保护系统的使用方法，所述安全保护系统包括狭长的水池(1)，横跨水池(1)安装有拖车，拖车以水池(1)两侧的轨道(2)为导向沿其长度方向运行，所述拖车前部和后部的横梁(4)两端头均安装有行走轮组件(6)，行走轮组件(6)由电机组件带动转动沿着轨道(2)运行；位于单个行走轮组件(6)内侧的横梁(4)底面均安装有滑撬组件(7)，水池(1)两端的壁面顶部设置有将滑撬组件(7)抬高的斜面；单个行走轮组件(6)处的横梁(4)端部均安装有轮座(8)，轮座(8)底面安装有液压刹车组件(9)；所述拖车上还安装有测速轮，测速轮随着拖车的运行而转动，测速轮上安装有编码器；所述拖车前端头和后端头均安装有激光传感器；所述编码器、激光传感器、电机组件和液压刹车组件(9)均与PLC控制器电性连接；其特征在于：
所述使用方法包括如下步骤：
电机组件工作，驱动行走轮组件(6)转动，使得拖车沿着轨道(2)运行；在此过程中，编码器实时向PLC控制器反馈速度信息，激光传感器实时向PLC控制器反馈行进方向与障碍物或水池(1)端头边界的距离信息；
PLC控制器将编码器的速度信息转换为已行进距离，并根据行走起点位置和水池(1)总长度获得拖车当前与行进方向水池(1)端头边界的距离信息；取计算所得的距离信息与由激光传感器测得的距离信息中的较小者，为L；
PLC控制器将L依次与电刹安全距离L电、液刹安全距离L液、机械刹车安全距离L机进行比较，并及时发出预警；
若L＞L电，则拖车继续运行，若L＜L电，则将L与L液进行比较；
若L＞L液，则电机组件反转启动电刹减速，若L＜L液则将L与机械刹车安全距离L机进行比较；
若L＞L机，则液压刹车组件(9)工作启动液压刹车减速，若L＜L机则拖车行进至斜面启动机械刹车；
启动电刹减速后，PLC控制器根据编码器实时反馈的速度信息判断是否处于减速状态，若速度未下降则启动液压刹车减速，否则电刹减速至停车；
启动液压刹车减速后，PLC控制器根据编码器实时反馈的速度信息判断是否处于减速状态，若速度未下降则行进至斜面启动机械刹车，否则液压刹车至停车。
2.如权利要求1所述的一种用于智能拖车实验的安全保护系统的使用方法，其特征在于：所述液压刹车组件(9)包括均列于对应轨道(2)两侧的多个液压执行件，经液压驱动两侧的液压执行件向着轨道(2)的侧面移动，直至从两侧将轨道(2)抱死。
3.如权利要求1所述的一种用于智能拖车实验的安全保护系统的使用方法，其特征在于：所述轮座(8)为倒置U型结构，行走轮组件(6)容纳于轮座(8)内，液压刹车组件(9)安装于轮座(8)底端。
4.如权利要求3所述的一种用于智能拖车实验的安全保护系统的使用方法，其特征在于：所述液压刹车组件(9)位于沿水池(1)长度方向布置的两组行走轮组件(6)的内侧。
5.如权利要求1所述的一种用于智能拖车实验的安全保护系统的使用方法，其特征在于：所述水池(1)两侧壁顶端内侧均下凹构成台阶面(11)，滑撬组件(7)位于台阶面(11)的上方并存在间隔；位于水池(1)两端部的台阶面(11)上沿着长度方向设置有斜面，滑撬组件(7)与斜面贴合时被向上抬起，使得行走轮组件(6)与轨道(2)脱离。
6.如权利要求1所述的一种用于智能拖车实验的安全保护系统的使用方法，其特征在于：所述测速轮安装于拖车一侧的中部，测速轮与轨道(2)贴紧，随着拖车的运行，测速轮在摩擦力作用下转动。
7.如权利要求1所述的一种用于智能拖车实验的安全保护系统的使用方法，其特征在于：所述拖车的结构为：包括底座(3)，底座(3)前端和后端分别安装有横梁(4)，其中一个横梁(4)顶面的中部安装有集电弓，位于集电弓侧面外部的底座(3)上安装有工控台(5)，底座(3)上还安装有放置PLC控制器的电控柜，工控台(5)与PLC控制器电性连接；所述测速轮安装于底座(3)侧面的中部。
8.如权利要求1所述的一种用于智能拖车实验的安全保护系统的使用方法，其特征在于：所述电刹安全距离L电、液刹安全距离L液均为基于当前速度V的刹车距离L刹，L刹＝V2/2a，其中a为电刹加速度或液刹加速度。
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