CN208277867U - 一种弓网主动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种弓网主动控制装置，用以确保受电弓与接触网之间的接触力处于稳定范围内，该装置包括依次连接的用以测量受电弓与接触网之间接触力的压力传感器、调理电路、A/D模块、单片机模块、驱动模块和驱动电机，所述的压力传感器设置在受电弓碳滑板与碳滑板支撑之间，所述的驱动电机通过弹性工作单元与受电弓连接，与现有技术相比，本实用新型具有降低受电弓离线率、提高受流质量、成本较低、安装便捷等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及高速铁路弓网系统，尤其是涉及一种弓网主动控制装置。
背景技术
随着我国社会的快速发展，我国高速铁路正在经历一种跨越式发展。高速列车无论从数量上，还是从速度上，都有了长足的发展。然而，高速列车行驶离不开受电弓和接触网所形成的弓网系统。受电弓与接触网是处在一个动态相互作用之中,形成一种特定形态的振动。电流经过弓网系统传输到列车中，称之为受流。受流质量直接影响列车的行驶。受流质量和受电弓与接触网之间的接触力有直接关系，接触力过大过小都会引起不良后果，严重甚至会威胁列车的行驶安全性。所以使接触力处于一个稳定范围内是一个至关重要的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种弓网主动控制装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种弓网主动控制装置，用以确保受电弓与接触网之间的接触力处于稳定范围内，该装置包括依次连接的用以测量受电弓与接触网之间接触力的压力传感器、调理电路、A/D模块、单片机模块、驱动模块和驱动电机，所述的压力传感器设置在受电弓碳滑板与碳滑板支撑之间，所述的驱动电机通过弹性工作单元与受电弓连接。
所述的弹性工作单元包括丝杆、下杆件和上杆件，所述的驱动电机、丝杆、下杆件、上杆件和受电弓碳滑板传动连接，所述的驱动电机和丝杆之间设有联轴器。
所述的下杆件上端设有一球头，所述的上杆件下端内部设有上卡槽和下卡槽，所述的球头插入上卡槽和下卡槽之间，所述的上杆件下端侧面开设用以实现下杆件逆时针转动槽口，所述的上杆件在上卡槽上部还开设有一圆弧形镂空槽。
所述的压力传感器为应变式压力传感器。
所述的A/D模块为八位串行A/D转换器ADC0832。
所述的单片机模块为51单片机，其设置在受电弓底座上。
所述的驱动模块为直流电机驱动模块AQMH3615NS。
所述的驱动电机为两相混合式步进电机。
所述的51单片机上还设有复位按钮。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1.对受电弓实行主动控制与受电弓被动控制相比较，更好地降低受电弓离线率,弓网动态特性得到进一步的改善，受流质量明显提高，列车行驶的安全性得到进一步提高。
2.受电弓磨损问题得到明显抑制，降低了维护成本。
3.该系统成本较低，安装便捷，不会给受电弓正常运行带来不良影响。
4.受电弓主动控制技术的发展提供了一个有效地方案，积累了经验。
附图说明
图1为本实用新型硬件框图。
图2为本实用新型工作位置结构示意图。
图3为本实用新型回收位置结构示意图。
图4为本实用新型控制算法流程图。
其中：1、压力传感器，2、调理电路，3、A/D模块，4、单片机模块，5、驱动模块，6、步进电机，7、受电弓。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例：
如图1所示，本实用新型提供一种弓网系统主控控制器，包括电源模块、压力信号采集模块(压力传感器1)、信号调理模块(调理电路2)、A/D模块3、单片机模块4和工作模块。
电源模块采用标准电压模块和稳压设备。
压力信号采集模块采用应变式压力传感器，在实际测量中，压力传感器1将所受压力转化成自身电阻值的变化，再将其转变成电信号。压力传感器1的安装位置选定在受电弓碳滑板与其支撑之间。
信号调理模块对来自压力传感器的电压信号进行调理，使其符合AD转换要求，其中信号调理模块由+5V和‐5V电源模块、滤波电路及AD8230放大电路等器件组成。
A/D模块3与信号调理模块和单片机相连，将调理好的电压信号经过模数转换传递到单片机里。
单片机模块4即控制系统的核心，选用常用的51单片机。单片机作为控制系统的核心，接受接触力的数据信息，从而通过PID控制算法编程，最终发出相应的控制信号脉冲给驱动器，单片机放在受电弓底座上。
工作模块包括驱动模块5(驱动器)、步进电机6和弹性工作单元。
驱动器选用常用的AQMH3615NS型号驱动器，其与单片机和电机连接，接受单片机传送来的控制信号，从而给步进电机适当的脉冲。
步进电机6接收驱动器传输过来适当的脉冲，步进电机按照设定的情况运行一定的步数，从而使电机转子停留在预设的位置。
步进电机6采用两相混合式步进电机，结合设计的弹性工作单元，弹性工作单元连接弓头滑板下的绝缘体和底座，通过步进电机的转动，对弓头产生竖直位移，驱动器和步进电机放置在受电弓底座上。
如图2和3所示，弹性工作单元由丝杆和两个杆件连接组成。上杆件E宽度更宽，下杆件F较窄，下杆件F上端设有圆球头，上杆件E下端部内设上下两个卡槽，在两个卡槽中间部位的右侧开一个小槽口，可供下杆件F逆时针转动所用。
升弓时通过受电弓自身的升弓力将两个杆件通过圆球和卡槽拉直，组成工作装置，接受力的传递和高度的调节。降弓时，下杆件F的圆球受到受电弓底座气囊产生的冲击力，从而将圆球推过上卡槽进入到上杆件E内部，在上杆件E上卡槽口上部设置一个圆弧形镂空槽，供降弓时下杆件F转动所用，降弓时上杆件E和下杆件F通过圆球在圆弧形镂空槽转动，小槽口下提供杆件F的杆体逆时针转动的空间，最终使得上杆件E和下杆件F与受电弓上下框架一样成相应角度降落，完成降弓。
图2中A、B、C、D四处位置安装4个压力传感器，在受电弓碳滑板和其支撑之间。
E、F、G连接为弹性装置，E处为上杆件，F处为下杆件，M处在圆球上下方开设两个卡槽，在M处右侧O处开出小槽口。N处为圆弧镂空设计。G处为丝杆结构。H处为联轴器，连接电机和丝杆结构。
I处位置放置控制模块和工作驱动模块，即单片机，驱动器和步进电机等器件。
如图4所示，本实用新型在程序算法原理如下：
本实用新型采用PID控制算法进行主动控制。
PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成，它根据给定值yd(t)与实际输出值y(t)构成控制偏差：
errot(t)＝yd(t)-y(t)
其输入e(t)与输出u(t)的关系为：
式中积分的上下限分别是0和t。
因此它的传递函数为：其中KP为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数
在PID控制编程中，输入量是受电弓接触压力基于参考值是一个差值，即e(t)＝errot(t)＝yd(t)-y(t),将电机旋转速度作为输出量。因为系统中接触力应力是在快速不断变化，但是步进电机控制的调节端反馈存在迟滞。得到的控制量(接触力)的偏差是个瞬时值，反馈控制的修整量Δu(位移)却是一个位移量不能瞬间呈现。所以我们得到Δu后系统并不能直接控制，我们在瞬时能控制的是此刻的修正速度。也就是Δu/Δt。然后对三个参数进行整定得到理想参数，从而编写程序进行PID控制。不停检测接触力，与参考值不停比较。直到误差e(t)＝0时，此时控制得到理想结果，控制过程结束。计算此时电机旋转速度，并给驱动器相应的脉冲信号，驱动步进电机转动相应位移从而很好地控制受电弓，使之处于良好运行状态。
通过对受电弓进行主动控制，使接触力处于稳定范围内，是当前解决弓网受流质量的重要方法。当接触力过大，对受电弓进行控制，减小受电弓和接触网之间的接触力；当接触力过小时，增大接触力。最终使接触力稳定在允许值范围内。通过对受电弓的主动控制，能够很好地解决现今高速列车受流质量不高，弓网系统磨损严重等问题，对我国高速列车的发展具有一定的使用价值。
Claims (9)
1.一种弓网主动控制装置，用以确保受电弓与接触网之间的接触力处于稳定范围内，其特征在于，该装置包括依次连接的用以测量受电弓与接触网之间接触力的压力传感器(1)、调理电路(2)、A/D模块(3)、单片机模块(4)、驱动模块(5)和驱动电机，所述的压力传感器(1)设置在受电弓碳滑板与碳滑板支撑之间，所述的驱动电机通过弹性工作单元与受电弓连接。
2.根据权利要求1所述的一种弓网主动控制装置，其特征在于，所述的弹性工作单元包括丝杆、下杆件和上杆件，所述的驱动电机、丝杆、下杆件、上杆件和受电弓碳滑板传动连接，所述的驱动电机和丝杆之间设有联轴器。
3.根据权利要求2所述的一种弓网主动控制装置，其特征在于，所述的下杆件上端设有一球头，所述的上杆件下端内部设有上卡槽和下卡槽，所述的球头插入上卡槽和下卡槽之间，所述的上杆件下端侧面开设用以实现下杆件逆时针转动槽口，所述的上杆件在上卡槽上部还开设有一圆弧形镂空槽。
4.根据权利要求1所述的一种弓网主动控制装置，其特征在于，所述的压力传感器(1)为应变式压力传感器。
5.根据权利要求1所述的一种弓网主动控制装置，其特征在于，所述的A/D模块(3)为八位串行A/D转换器ADC0832。
6.根据权利要求1所述的一种弓网主动控制装置，其特征在于，所述的单片机模块(4)为51单片机，其设置在受电弓底座上。
7.根据权利要求1所述的一种弓网主动控制装置，其特征在于，所述的驱动模块(5)为直流电机驱动模块AQMH3615NS。
8.根据权利要求1所述的一种弓网主动控制装置，其特征在于，所述的驱动电机(6)为两相混合式步进电机。
9.根据权利要求6所述的一种弓网主动控制装置，其特征在于，所述的51单片机上还设有复位按钮。
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|---|---|---|---|---|
| CN109733200A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-05-10 | 重庆懿虹科技发展有限责任公司 | 一种受电弓碳滑板安装更换方法 |
| CN114435139A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-05-06 | 西南交通大学 | 一种磁斥型悬浮受电弓 |
| CN118182156A (zh) * | 2024-04-26 | 2024-06-14 | 昆明理工大学 | 一种基于电气化公路受电弓的主动控制方法 |
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