CN114460394A - 城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统，涉及轨道交通技术领域，解决了现有装置只能在司控器检修或故障时进行检测分析，无法了解司控器的剩余寿命评估的问题，包括司控器、负载箱、数据采集系统、循环动作装置、PLC控制器和操作系统，负载箱模拟司控器的实际应用负载，循环动作装置通过PLC控制器模拟司控器使用周期内循环动作次数，数据采集系统采集司控器在循环动作过程中电位器电压、司控器行程开关接触电阻以及司控器手柄的作用力，并将数据传输到操作系统中，本发明通过模拟司控器循环动作次数进行检测，掌握城轨地铁车辆司控器在大修期时的剩余寿命情况，减少城轨车辆全寿命期内的换件成本，优化修程修制。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，更具体的是涉及城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统。
背景技术
司机控制器安装在拖车驾驶室的操作控制台上。司控器主要由主手柄、警惕按钮、换向手柄、钥匙装置、行程开关、电位器、机械联动器件构成。换向手柄控制列车前向或后向运行，主手柄控制列车的牵引、惰行、常用制动和紧急制动四种运行工况，警惕按钮是保障司机正常操作的安全器件，行程开关是根据司控器的控制状态输出高低电平信号，角度电位器则通过输出主手柄不同工作角度下的电压信号来控制列车的牵引制动力大小。
专利CN110333392B提供了一种司控器检测装置，包括电源、通信接口、控制面板、低阻测量仪、处理器和输出装置。其中电源和通信接口分别用于司控器的供电和指令、数据的通信。控制面板用于发送检测指令。低阻测量仪对应检测司控器中的行程开关的电阻值。处理器分别接收并比对多个低阻测量仪的数据以及司控器的数据，以检测司控器所在的级位，以及司控器在该级位处行程开关的电阻值是否合格。输出装置用于反馈处理器的数据比对结果。
但此装置只能在司控器发生故障之后进行故障检测分析，无法了解司控器的剩余寿命情况，因此需要设计一种能够掌握城轨地铁车辆司控器在大修期时的剩余寿命情况，减少城轨车辆全寿命期内的换件成本，优化修程修制的城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决现有装置只能在司控器发生故障之后进行故障检测分析，无法了解司控器的剩余寿命情况的问题，本发明提供城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统，其特征在于，包括司控器、负载箱、数据采集系统、循环动作装置、PLC控制器和操作系统，所述负载箱模拟司控器的实际应用负载，所述循环动作装置通过PLC控制器模拟司控器使用周期内循环动作次数，所述数据采集系统采集司控器在循环动作过程中电位器电压、司控器行程开关接触电阻以及司控器手柄的作用力，并将数据传输到操作系统中，所述司控器输出线与负载箱电连接，与循环动作装置机械连接，所述循环动作装置的输出端与PLC控制器的输入端电连接，所述负载箱输出端与数据采集系统的输入端电连接，所述数据采集系统的输出端与操作系统的输入端电连接。
进一步地，所述数据采集系统包括司控器行程开关的接触电阻采集、司控器电位器电压采集以及司控器手柄作用力采集，所述司控器电位器的输出线和司控器的行程开关输出线、手柄作用力输出线与数据采集系统的输入端电连接，所述数据采集系统的输出端与操作系统电连接。
进一步地，所述数据采集器包括采集卡、采样电阻和交换机，所述采样电阻与负载箱电连接，所述采集卡的输入端与采样电阻信号连接，所述交换机与采集卡输出端信号连接，所述交换机的输出端与操作系统电连接。
进一步地，所述负载箱的负载为感性负载，且其回路时间常数为50ms或15ms。
进一步地，所述负载箱的负载电源为DC110V,且其电压波动在5％以下。
进一步地，所述负载箱的负载电流为1A。
进一步地，所述循环动作装置包括步进电机、直线模组、曲柄滑块机构、测力连杆和手柄夹具，所述步进电机与PLC控制器的输出端电连接，所述步进电机的转轴与直线模组固定连接，所述曲柄滑块机构的一端固定连接在直线模组上，另一端与手柄夹具固定连接，所述手柄夹具与司控器的手柄配合使用。
进一步地，所述测力连杆通过在连杆上布置应变片，组成全桥电路，输出线与数据采集系统相连，通过测量连杆拉压作用力进而测量司控器手柄的作用力。
进一步地，所述手柄夹具与司控器的手柄连接处留有间隙，所述间隙填充有软性材料以确保弹性连接。
进一步地，所述操作系统包括计算机和显示屏，所述计算机与数据采集器的输出端电连接，所述显示屏上设有主手柄、方向手柄、钥匙装置三组启停按钮、示波器监视窗口、行程开关指示灯和次数监视屏。
本发明的有益效果如下：
1.本发明通过循环动作装置模拟司控器使用周期内循环动作次数，检查司控器机械联动器件，检测易磨易耗部分磨耗量，通过负载箱模拟司控器的实际应用负载并且负载参数可调，检测其电位器输出电压、行程开关接触电阻等，以此来掌握城轨地铁车辆司控器在大修期时的剩余寿命情况，研究车辆全寿命周期内司控器的更换次数降低的可行性，减少城轨车辆全寿命期内的换件成本，优化修程修制。
2.本发明将司控器行程开关和电位器输出线引出，电位器输出电压信号，直接连接到采集卡上，行程开关输出信号线与采样电阻并联，采样电阻与采集卡相连，通过采集采样电阻两端的分压来判断行程开关通断，数据信号通过网线传输至操作系统，存储分析。
3.本发明通过循环动作装置模拟司机控制器在不同操作频率、不同往复角度等工况下的运行情况，包括步进电机、直线模组、曲柄滑块机构、测力连杆和手柄夹具，步进电机作为驱动元件，带动滑块往复移动，曲柄滑块机构把往复移动转换为手柄的回转运动，手柄夹具与手柄连接处留有间隙，间隙处用橡胶或其他软性材料填充，保证司控器手柄转到极限位置时对手柄组件的缓冲作用。
4.本发明对主手柄、反转手柄、钥匙装置独立进行试验模拟操作，设置3个开始采集、停止采集按钮，每个操作位可以自由选择通道；设置可以调出的示波器监视窗口，可以实时显示行程开关通道电压值；设置行程开关指示灯，行程开关指示灯亮灭指示行程开端通断；统计次数(每检测到一个低电平统计数加1)，根据开始采集、停止采集保存统计数值，自动保存数据。
附图说明
图1是本发明的系统框架图；
图2是本发明循环动作装置的结构示意图；
图3是本发明操作系统的显示屏界面；
附图标记：1-步进电机、2-直线模组、3-曲柄滑块机构、4-手柄夹具。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本发明城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统，包括司控器、负载箱、数据采集系统、循环动作装置、PLC控制器和操作系统，所述负载箱模拟司控器的实际应用负载，所述循环动作装置通过PLC控制器模拟司控器使用周期内循环动作次数，所述数据采集系统采集司控器在循环动作过程中电位器电压、司控器行程开关接触电阻以及司控器手柄的作用力，并将数据传输到操作系统中，所述司控器输出线与负载箱电连接，与循环动作装置机械连接，所述循环动作装置的输出端与PLC控制器的输入端电连接，所述负载箱输出端与数据采集系统的输入端电连接，所述数据采集系统的输出端与操作系统的输入端电连接。
负载箱的负载参数可调，模拟司控器的实际应用负载，数据采集系统检测其电位器输出电压、行程开关接触电阻等，循环动作装置模拟司控器使用周期内循环动作次数，检查司控器机械联动器件，检测易磨易耗部分磨耗量；操作系统通过数据采集系统反馈的数据对司控器的凸轮、大小齿轮、连接轴杆等机械联动器件进行检查，测量易磨易耗部位的磨耗量；对司控器主手柄在各级位上的晃动量进行测试，记录检测数据和检查结果，以此来掌握城轨地铁车辆司控器在大修期时的剩余寿命情况，研究车辆全寿命周期内司控器的更换次数降低的可行性，减少城轨车辆全寿命期内的换件成本，优化修程修制。
试验过程中要实时监测并记录司控器各触点闭合和断开时的电压情况，以及电位器电压输出情况，同时监测司控器动作有无卡滞情况，当有失效发生时，能够通过数据采集系统反馈异常数据，分析失效原因。
有下列情况之一即为样品功能失效：
1)电位器输出电压相较于试验前变化超过5％；
2)行程开关接触电阻超过100m；
3)司控器零部件和接线有破坏性损坏或松动；
4)司控器零部件发生异常磨耗；
5)司控器工作过程中出现运动卡滞；
6)司控器工作过程中报错。
表1为电位器1输出电压检测结果(单位：V)
表2为电位器2输出电压检测结果(单位：V)
表1和表2分别给出了司控器工作半个架修周期(5年)、一个架修周期(10年)、一个半架修周期(15年)和两个架修周期(20年)后两个电位器输出电压的检测结果，由表可知，司控器在工作两个架修周期(20年)后，电位器输出电压变化小于5％，满足正常工作的要求。
实施例2
在上述实施例的基础之上，数据采集系统包括司控器行程开关的接触电阻采集、司控器电位器电压采集以及司控器手柄作用力采集，所述司控器电位器的输出线和司控器的行程开关输出线、手柄作用力输出线与数据采集系统的输入端电连接，所述数据采集系统的输出端与操作系统电连接，所述数据采集器包括采集卡、采样电阻和交换机，所述采样电阻与负载箱电连接，所述采集卡的输入端与采样电阻信号连接，所述交换机与采集卡输出端信号连接，所述交换机的输出端与操作系统电连接。
将司控器行程开关触头和司控器电位器输出线引出，电位器输出电压信号，直接连接到采集卡上，行程开关触头输出信号线与采样电阻并联，采样电阻与采集卡相连，通过采集采样电阻两端的分压来判断触头通断，数据信号通过网线传输至操作系统，存储分析。
全程监测行程开关触头是否按开闭表规定要求动作、记录动作次数，统计行程开关触头失效次数。定期采集并保存触头接触时电阻变化。定期采集触头输出电阻。例如：主手柄每动作5000次时采集10分钟，整个试验过程中需采集记录共约60次；换向手柄、钥匙装置每动作1000次时采集10分钟，整个试验过程中需采集记录共约8次。
优选地，负载箱的负载为感性负载，且其回路时间常数为50ms或15ms，负载箱的负载电源为DC110V,且其电压波动在5％以下，负载箱的负载电流为1A。
表3为接触电阻检测结果(单位：mΩ)
表3给出了司控器工作半个架修周期(5年)、一个架修周期(10年)、一个半架修周期(15年)和两个架修周期(20年)后接触电阻检测结果，由表可知，司控器在工作两个架修周期(20年)后，大多数检测点位的接触电阻小于100mΩ，满足正常使用的要求。但是警惕按钮处的行程开关接触电阻在工作一个架修周期(10年后)，其大小超过100mΩ，被判定为超标，需要进行更换。
实施例3
如图2所示，在上述实施例的基础之上，循环动作装置包括步进电机1、直线模组2、曲柄滑块机构3、测力连杆和手柄夹具4，所述步进电机1与PLC控制器的输出端电连接，所述步进电机1的转轴与直线模组2固定连接，所述曲柄滑块机构3的一端固定连接在直线模组2上，另一端与手柄夹具4固定连接，所述手柄夹具4与司控器的手柄配合使用。
优选地，所述测力连杆通过在连杆上布置应变片，组成全桥电路，输出线与数据采集系统相连，通过测量连杆拉压作用力进而测量司控器手柄的作用力。
优选地，所述手柄夹具4与司控器的手柄连接处留有间隙，所述间隙填充有软性材料以确保弹性连接。
循环动作装置模拟司机控制器在不同操作频率、不同往复角度等工况下的运行情况，主要包括步进电机1、直线模组2、曲柄滑块机构3、测力连杆、手柄夹具4、接近开关等。步进电机1作为驱动元件，带动直线模组2的滚珠丝杠旋转，直线模组2将旋转的运动转化为直线往复运动，曲柄滑块机构3把往复移动转换为手柄的回转运动，接近开关调整滑块的行程以满足司控器手柄的转动形程要求，手柄夹具4与司控器手柄连接处留有间隙，间隙处用橡胶或等软性材料填充，保证司控器手柄转到极限位置时对手柄组件的缓冲作用。
安装样品时，要调整好样品与循环动作装置的相互位置，夹持头的位置要与司控器各功能件手柄、钥匙的初始状态位置配合，夹持头施力方向要与功能件运动方向一致，行程开关位置与手柄档位极限位置一致，司控器各操作件要运动灵活、档位清晰，避免由于安装不当带来不可靠因素。
模拟装车环境，给司控器连接相应的电源和负载箱，使用循环动作装置对司控器循环动作试验，比如，一个架修期内主手柄累计动作不低于256000次，钥匙手柄累计动作不低于8000次，方向手柄累计动作不低于8000次，警惕按钮累计动作不低于256000次，试验按照主手柄动作51200次、警惕按钮动作51200次、钥匙手柄1600次、方向手柄1600次为一个动作周期开展，即连续做5个周期，每个周期试验完毕后，须按照要求对司控器进行相关检测和记录。
表4为司控器循环动作装置检测结果
表4给出了司控器工作两个架修周期(20年)后司控器的凸轮、大小齿轮、连接轴杆等循环动作装置的检测结果，由表可知，司控器工作两个架修周期(20年)，司控器的机械联动器件未失效，满足正常使用要求。
实施例4
如图3所示，在上述实施例的基础之上，操作系统包括计算机和显示屏，所述计算机与数据采集器的输出端电连接，所述显示屏上设有三组启停按钮、示波器监视窗口、行程开关指示灯和次数监视屏。
由于主手柄、反转手柄、钥匙装置独立进行试验模拟操作，在操作系统上设置3个开始采集、停止采集按钮，每个操作位可以自由选择通道；设置可以调出的示波器监视窗口，可以实时显示行程开关通道电压值；设置行程开关指示灯，行程开关指示灯亮灭指示行程开端通断；统计次数(每检测到一个低电平统计数加1)。根据开始采集、停止采集保存统计数值。自动保存数据(主手柄、反转手柄、钥匙装置)。电位器通道显示波形，采样2000Hz，并保存数据。每循环1000次自动保存一次数据。电位器以开始采集的系统时间命名。数据两列，时间一列，电压值一列。
Claims (10)
1.城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统，其特征在于，包括司控器、负载箱、数据采集系统、循环动作装置、PLC控制器和操作系统，所述负载箱模拟司控器的实际应用负载，所述循环动作装置通过PLC控制器模拟司控器使用周期内循环动作次数，所述数据采集系统采集司控器在循环动作过程中电位器电压、司控器行程开关接触电阻以及司控器手柄的作用力，并将数据传输到操作系统中，所述司控器输出线与负载箱电连接，与循环动作装置机械连接，所述循环动作装置的输出端与PLC控制器的输入端电连接，所述负载箱输出端与数据采集系统的输入端电连接，所述数据采集系统的输出端与操作系统的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统，其特征在于，所述数据采集系统包括司控器行程开关的接触电阻采集、司控器电位器电压采集以及司控器手柄作用力采集，所述司控器电位器的输出线和司控器的行程开关输出线、手柄作用力输出线与数据采集系统的输入端电连接，所述数据采集系统的输出端与操作系统电连接。
3.根据权利要求2所述的城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统，其特征在于，所述数据采集器包括采集卡、采样电阻和交换机，所述采样电阻与负载箱电连接，所述采集卡的输入端与采样电阻信号连接，所述交换机与采集卡输出端信号连接，所述交换机的输出端与操作系统电连接。
4.根据权利要求1所述的城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统，其特征在于，所述负载箱的负载为感性负载，且其回路时间常数为50ms或15ms。
5.根据权利要求1所述的城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统，其特征在于，所述负载箱的负载电源为DC110V,且其电压波动在5％以下。
6.根据权利要求1所述的城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统，其特征在于，所述负载箱的负载电流为1A。
7.根据权利要求1所述的城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统，其特征在于，所述循环动作装置包括步进电机、直线模组、曲柄滑块机构、测力连杆和手柄夹具，所述步进电机与PLC控制器的输出端电连接，所述步进电机的转轴与直线模组固定连接，所述曲柄滑块机构的一端固定连接在直线模组上，另一端与手柄夹具固定连接，所述手柄夹具与司控器的手柄配合使用。
8.根据权利要求7所述的城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统，其特征在于，所述测力连杆通过在连杆上布置应变片，组成全桥电路，输出线与数据采集系统相连，通过测量连杆拉压作用力进而测量司控器手柄的作用力。
9.根据权利要求7所述的城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统，其特征在于，所述手柄夹具与司控器的手柄连接处留有间隙，所述间隙填充有软性材料以确保弹性连接。
10.根据权利要求1所述的城轨地铁车辆司控器疲劳寿命试验系统，其特征在于，所述操作系统包括计算机和显示屏，所述计算机与数据采集器的输出端电连接，所述显示屏上设有主手柄、方向手柄、钥匙装置三组启停按钮、示波器监视窗口、行程开关指示灯和次数监视屏。
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