（机械电子工程专业论文）道岔转辙机试验台的研制与开发.pdf

武汉理i i 人学学位论文 中文摘要 道岔转辙机是一种重要的铁路电气设备，它是以电动机为动力改变道箭开通 方向，并能反映道佾位胃状态。道俞转辙机试验台是用于电动转辙机检测的一种 重要设备。它主要用来记录转辙机工作过程中的两个重要的参数变化：转换力和 转换电流。随着全国铁路大提速以及重型钢轨的上马，转辙机也由小功率转辙机 转向大功率转辙机，其产品已经形成系列化，而修配所固定式的模拟负载转辙试 验台已完全适应不了各种不同模拟负载测试的要求。因此，丌发种既能满足不 同类型的铁路转辙机测试需要，又能实现微机自动监测的新型转辙机试验台，将 对防止转辙机漏检漏修，提高转辙机出厂设备质量和行车安全都有十分重要的意 义。 本论文详细论述了f 【! l 动转辙机试验台的全部设计丌发过程首先剥转辙机的结 构与原理做了个简要的介绍，然后剥影响转辙机的工作性能的因素进行分析， 在此基础上提出转辙机试验台的结构设训和测试系统没计方案：然后根据测试项 目的要求，提出了信号测试的规划和负载加载的具体方案，完成测试数据的处理 与数据管理程序等软件程序编写工作；罪后列试验的结果进行了分析。根据不同 情况采用“查询方式和中断方式”的方法保证了试验台进行参数测量时的实时性 试验台经过实际使用验证，各项操作功能满足设计要求，测量精度达到技术 指标的规定，操作软件达到了设汁的要求。 关键词：转辙机试验台，单片机， 微机检测，加负载 武汉理i + 人学学位论文 a b s t r a c t t h ee l e c t r i cp o i n tm a c h i n e ( e p m ) i sa ni m p o r t a n to n eo fr a i l w a ye l e c t r i c a ls i g n a l d e v i c e s g e n e r a l l yi ti su s e dt ot h r o wt h ep o i n ta n di n d i c a t et h ep o i n t sp o s i t i o n t h e p o r t a b l ee l e c t r i cp o i n tm a c h i n et e s t e ri sas p e c i a li n s t r u m e n tt h a ti s u s e dt ot e s tt h e e l e c t r i cp o i n tm a c h i n ei nt h ef i e l d i ti st h em a i na p p l i c a t i o nt h a ti su s e dt or e c o r dt h e c h a n g eo f t w op a r a m e t e r so ft h ee l e c t r i cp o i n tm a c h i n e ，w h i c hi st h et h r o w i n gf o r c e a n dt h ee l e c t r i cm a c h i n e sc u r r e n tw h e nt h ee l e c t r i cp o i n tm a c h i n ei s t h r o w i n gt h e p o i n t w i t ht h eu s e do f t h eg i a n t r a i l w a y sw l f i c ha r eu s e df o rh i g h s p e e dt r a i n s ，t h e e m pi ss w i t c hf r o ml o w p o w e rt oh i g h - p o w e ra n db e c o m es e r i e s b u tt h eo l de m p t e s t e rd o e sn o tf i tt oi n s p e c tt h en e we m p , i ti se s s e n t i a lt od e s i g nan e we m p t e s t e r t h a ti sn o to n l yf o r t e s t i n gv a r ys e r i e se m p b u ta l s oc o n t r o l l e db y c o m p u t e r i nt h i st h e s i s ，i ti sd i s c u s s e dp a r t i c u l a r l yw h o l e p r o c e s so fd e s i g n i n gt h ee p m t e s t e r f i r s t ，t h ee m p ss t r u c t u r ea n do p e r a t i n gf u n c t i o n sa r ei n t r o d u c e d ；t h e nw ea n a l y z et h e p a r a m e t e r sw h i c he f f e c tt h ee m pw o r k i n gc o n d i t i o n ；b a s e do nt h er e q u i r e m e n to ft h e t e s t i n gi t e m sw e d r a wt h ep l a no ns i g n a lc o l l e c t i o n & c o m m u n i c a t i o na n do n a p p l y i n g f o r c e ，c o m p l e t i n gt h es o f t w a r ew h i c hu s ef o rp r o c e s sa n dm a n a g et h et e s t i n gd a t a l a s t ，t h et e s t i n gd a t aa r ea n a l y z e dt oi n d i c a t et h eq u a l i f i c a t i o no ft h et e s t e de m et h e r e a l t i m ep r o c e s so ft e s t e ri sk e p tb yt h em e t h o d c a l l e d ”t i m e i n t e r r u p t a f t e ru s i n gi n p r a c t i c e ，i t i sa c h i e v e dt h a tt h et e s t e r sf u n c t i o n sa n dp r e c i s i o n w h i c hi sr e q u i r e di nd e s i g n k e yw o r d s ：p o i n tm a c h i n et e s t i n gd e s k ，s i n g l e c h i p ，c o m p u t e ri n s p e c t i o n ，a p p l y i n g f o r c e s 武汉理j ：大学学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究的目的和意义 道贫转辙机是一种重要的铁路电气设备，它是以电动机为动力，经减速器变 速后将动力传递到道分铁轨上来改变道按开通方向，当铁轨的尖轨与基本轨密贴 时，能够将道翁锁闭在规定位置，并能反映道甜位置状态。因此道愈转辙机具有 转换、锁闭和表示道衍位置三种功能。对提高铁路运输效率和保汪行车安全起着 至关重要的作用。从历年来的电务故障统计资料来看，道葫转辙机发生故障的几 率占据首位，尤其是因道佾转辙机发生故障所造成重大事故的案例让人记忆犹 新，因此道龠转辙机的检测工作卜分重要。 道佾转辙机属于铁路系统中的对运行安全影响较大的设施，在铁路系统中占 据了个重要的位置，其质量和可靠性已成为衡量铁路现代化建设的重要标志之 一。随着我国铁路运输量的f 益增长。列车通过道贫的速度不断提赢密度不断 加大，道葫转辙机也出小功率转辙机转向大功率转辙机，其产品已经形成系列化。 根据电动转辙机所使用的r 乜动机的类型可分为直流电动转辙机和交流电动转辙 机两类。直流电动转辙机主要有z d 6 、z d 7 以及z d 8 等系列，交流电动转辙机 主要有s 7 0 0 k 系列。目前修配所固定式的模拟负载转辙试验台已完全适应不了 各种不同性能转辙机的测试要求。路内既有的转辙机试验台都是采用液压负载或 重力式负载，体积大，调整不太方便，负载性能不稳定，给f = 常检修转辙机的测 试验收工作带来较大困难。因此，丌发一种既能满足不同类型的铁路转辙机测 试需要，又能实现微机自动检测的新型转辙机试验台，将对防止转辙机漏检漏修， 提高转辙机出厂设备质量和行车安全都有十分重要的意义。受南昌铁路局新余电 务段的委托，作者和武汉迅康电子有限公司合作丌发了一种新型的转辙机检测 台。 1 2 国内外转辙机的发展概况 国家铁路“十五”发展计划中着重强调了铁路建设运输安全设施的保障体 系，具体措施为以下几点： 1 ) 固定设备对移动设备的安全监测。完善红外线轴温探测网络，主要货运 站、编组站配备轨道衡、超偏载仪等。 2 ) 固定设备的自我安全监测。推广应用机车接近报警装置、车站计算机联 锁系统、重点线桥隧安全报警系统、道v 1 事故防护报警装置，主要干线 武汉理1 ：大学学何论文 配备信号电源监控装置。 3 ) 移动设备对固定设备的安全监测。推，1 应用安全综合检测车、钢轨探伤 车等先进设备。 4 ) 完善移动设备的自我安全检测功能。机车监控装置逐步更新，装备机车 轴温监测等报警装置。 为适应我国铁路提速重载的需要，由中国铁路通信信号总公司研制的新型道 甜转换设备z d ( j ) 9 型系列电动转辙机，f 1 莳通过铁道部的技术鉴定。z d ( j ) 9 型系列电动转辙机是借鉴国内外先进技术，结合我国线路和道岔的实际情况， 进行了优化设计，研制开发的一种适应提速道佾和其他联锁道龠需蛋的新型电动 转辙机。天津铁路信号工厂和西安铁路信号工厂在各单位的通力合作下，不断改 进，逐步完善，使该机的研制工作进展顺利。在兰州i 铁路局和郑州铁路局的密切 配合下，该转辙机通过在陇海线华县车站、兰新线黄羊镇车站的上道试验，未发 生任何故障，运用情况良好，其功能和安全性能完全可以满足提速道葫的需要， 为今后我国铁路道俞转换没备的运用提供了更多的选择机会。 国产转辙机技术与世界水平相比还有不小的差距，如转辙机维修频繁，三 五年就要下道轮修，国产转辙机故障率为h 本电动转辙机的5 倍以上：锁闭和 机件强度差，国产转辙机动作杆的强度仅为美国g r s 5 2 电动转辙机的1 3 l 4 ；在使用寿命上也存在1 ；少差距，国产电动转辙机的使用寿命为3 0 万次， 国外一般达到1 0 0 几次，( ；r s 5 型能可靠使用3 0 年以l _ _ _ ：原有围，“转辙机电气 绝缘耐压水平只有1 0 0 0 v ，国外达2 0 0 0 3 0 0 0 v ；国外无电刷免维修交流电动 转辙机已使用多年，技术十分成熟，国内则e r l r l ：始在准高速铁路和提速干线道 衍上使用。国外最近丌发的转辙装置主要有以下3 种方式： 1 ) 直接锁闭式。问接锁闭式是以尖端杆等将道衍尖轨进行i b j 接锁闭，而与 此相对应的直接锁闭式则是用某种方法将尖轨与基本轨直接保持密贴， 在转辙机外部进行锁闭，也称外锁闭式。其锁闭结构各国、各厂家均有 不同的设计考虑，但其原理 是基本轨与尖轨动作无关， 保持贴紧。 2 ) 球型螺旋式。转辙机的转 换方式通常采用纵拐肘凸 轮式，也有采用齿轮齿条式 的a 最近丌发的转辙机则多 固i球型螺旋式缩构昭图 采用球型螺旋式( 如图l 所示) 。日本的h t 型电动转辙机就采用这种结构。通过与电动机相连 2 武汉理i ：人学学位论文 接的主轴的转动，利用螺帽形成直线运动。球型螺旋式具有转换力恒定 的特点。另外，由于螺卡t 在转动过程中无空行程，因而它可缩短转换时 间。 3 ) 枕木一体型。这种方式是由a d t r a n z 公司最初开发的。在一根槽形的中 空枕木内装有全部转辙装胃，由于在枕木之问没有测杆，所以便于轨道 的维修，特别是便于机械保养。 在实现道衍转辙机小型化、轻量化方面，采取了多种措施，如框体采用铸 铝件；转换控制采用计算机控制；取消离合器；使用交流伺服电动机等等。 在试验台的研究方面，国内外研制试验台的目的基本上都是满足转辙机质量 检测和维修的需要，并开发出了形式各异、种类繁多的试验台。其丌发的试验台 在结构设计上充分考虑现场操作的实际情况，从人机工程学角度出发引导试验台 的结构设计。当然，其结构设计的重点仍然是试验台结构的合理性和可靠性，同 时还兼顾到台架的美观性。在测试技术方面，其往往采用当日、j 的主流测试技术， 以保证试验台的先进性和测试的可靠性。在国外目柏使用的试验台中，大量地采 用了计算机测控技术测试精度高，检测速度快，检测结果以屏幕显示的方式非 常直观。 相比于国外的研究水平，国内厂商和科研机构在转辙机的开发上仍有一“定 的差距，需要有比较有效的测试手段作为技术支撑。目前，国内生产厂商也普遍 丌始采用计算s j l n 试技术，缩小了与国外先进水平的差距。随着电子技术的飞速 发展，测试技术也同新月异，学习先进技术、采用成熟技术，是成功丌发性能优 良、经济实用的转辙机试验台的原则。 1 3本论文的主要研究内容 作者在攻读硕士学位期间与课题组人员一道丌展了大量有铁路道彷转辙机 试验台系统的研究工作，并结合铁路电务段检测的实际，参与了一套新型的道岔 转辙机微机试验台的歼发工作。本论文的主要工作内容包括以f 三个方面： 1 ) 分析转辙机试验台的技术指标和使用功能方面的要求，包括转辙机试验 台的性能要求、转辙机试验台的操作方法、以及转辙机试验台一些必要 的辅助功能等。在对转辙机试验台的设计要求充分分析的基础上，提出 转辙机试验台的设计思路，主要包括对转辙机试验台总体结构的设计、 机械结构设计、加载装置设计、转辙机试验台软件硬件设计方法。 2 ) 根据转辙机试验台的各项技术要求和设计思路完成对转辙机试验台电 路部分设计。其中包括完成对传感器信号进行调整的传感器信号调整屯 武汉理i ：人学学位论文 路、测试数据的采集与保持采样电路、各外部设备与处理器进行数据通 讯的接口电路、对测试数据进行处理的单片机系统电路以及转辙机试验 台能够正常工作所必需的电源电路等。 3 ) 根掘转辙机试验台操作功能方面的要求完成对转辙机试验台软件的设 计。 1 4 课题的来源 南昌铁路局新余电务段与武汉迅康公司的转辙机试验台合作项目。 武汉理一j ：大学学位论文 第二章转辙机试验台设计原理 2 1电动转辙机的结构与工作原理 电动转辙机是用电力来改变道乐丌通方向的一种动力装置。它的作用是转换 道岔，锁闭道甜并给出关于道衍位置和状态的表示。自6 0 年代丌始，我国已自 己研制电动转辙机。经过3 0 多年的实践和总结，目的已发展成为使用最广泛， 生产数量最大的z d 6 型电动转辙机，并且已经初步形成系列。 电动转辙机是铁路站场实现集一1 j 控制而实现半自动化和自动化的重要基础 部件。为了设计出合适的转辙机试验台，深入地了解z d 6 型转辙机的性能和结构 原理是非常必要的。 2 1 1z d 6 一a 型转辙机的整体结构 z d 6 一a 动转辙机是z d 6 型系列转辙机的基本型，其它型号的转辙机都是以 它为基础不断改型、完善而发展起来的。图2 - 1 是z d 6 - a 型转辙机的整体结构图， 主要幽直流电机，减速系统，表示系统和壳体四个部分组成。 图2 一lz d 6 一a 型转辙机的整体结构图 武汉理工人学学位论文 1 凝捌董2 一擞刷3 一驳岳螺柱4 - - i 母b m 6 s 一垫圈卜菠 动辅熏 7 一转于8 精螭整 9 一机体l o 一甯口授l l 窗口钉 1 2 一油籀1 3 一糖1 4 一小齿轮1 s 麓 1 6 一前蜡越1 7 一鬻警 t 8 一螭子废i 9 镪扎精2 0 套管 z i ) 6 一a 型转辙机所使用的电机结构如图2 2 所示，为直流串激式，具有体 积小、起动功率大等特点。表2 一l 为z d 6 一a 型转辙机电机的特性表。 表2 - 1z d 6 一a 型转辙机电机的特性表 电动机图群代号? 。 耋矗0 0 蔓 j2 3 5 8 - 5 0 - 0 0 。 额定电压( 獗) i 尊 + = ；1 ： 1 6 0 麓。 额定电瀛安) ?-2 0 i _ 额定转速( 转z 分) 2 7 5 0 1 0 0 。 一 额定转矩( 孕舞力券) 。一 0 0 9 。 龋续工馋输出菊攀。 莨舞“叠l j 曩；| ；| = _ j ：+ 黼酣i 誊；! ；， j ： 楚蘩臻筏 l 毫涨：) 攀i 麓蓍差：麓阻( 2 0 鬯欧) 叠薯。l 0 1 7 + 0 0 8 5 “| | | ；誊 转壬线径，蔻幕) 届0 赢惹瑰讴( 黝欧 。= = 董。二 _群萌l 劳5 o g 耩j 。： _ | r 1一- 。 定子线圈匝数x 磁极数重转承线缀嚣件匝数x 元件数。、 。 2 5 57 x2 j 萌3 0 j “ ：| 换向片数，| 转蓊萋糟数j 0 + o i 一蔓 譬 3 0 1 】_ 5 缓蕴宽件魏跨鹾。： | ； | 。 ； 1 8 “ 二j _ 转予直径 毫；彩? 。 ? j = 6 0j ”? 安装尺寸一_ _ 二 j ； + 4 - 中99 4x94 蔓_ 熏量( 公斤)蠹i j 鬣5 武汉理i 大学学位论文 为了满足可逆性的要求，z d 6 型电动转辙机所用直流电机在定子绕组的结 构上作了一些考虑。对三线制道衍控制电路来讲，定子只有一个绕组，通过转 极继电器及时地变换绕组的接通方向，使流经绕组的电流方向保持不变，而转 子中的电流则随道俞定、反位启动的不同要求，发生相应的变化。定子产生的 磁通方向不变，转子电流方向变，所以电机的旋转方向就跟着改变了：对四线 制电机来讲，定子采用双绕组，两个定子分别按定、反位分丌使用。由于这两 个绕组端子接法总是不变的，电机的转向仅取决于电枢屯流的方向。四线制电 机多了一个定子绕组，却省去了放在现场的转极继电器，设备稳定性有所提高。 2 1 2 减速系统 1 夹板辕l 2 一铺5 x3 0 3 输出辅l i4 ，囊啊8 5 5 油摘i 6 档一1 5r 7 滚动轴承2 0 2 - 8 滚动轴承z 0 9 9 内齿轮1 1 0 一一藏 毫嚣壳1 1 1 壤棒1 1 2 一外齿轮1 1 3 滚謇- 1 4 一中闻饭1 1 5 大齿轮 1 6 一减速盖- 1 7 一蜘i 拴m 1 2 1 8 0 1 8 一l 母m 1 2 i 1 9 弹簧l 冬lz o 蟹2 1 支撑蛰1 2 2 左夹板2 3 一梢油檄i2 4 一一螺f r - - q x8 # 2 5 _ - 一 蛰4 2 6 有央植l2 7r 一螺钉m 6 8 1 2 8 摩攘弗2 9 螺竹m 4 ： 工作电流。直流转辙机在额定端电压和额定转换力时，电动机启动后的最 大电流值； 摩擦电流。摩擦联结器开始打滑时的电流值； 转换力。动作杆伸出或拉入运动时的输出力： 动作时问。额定负载额定电压条件下，自电动机通电至动接点接通新表示 接点的时间间隔： 绝缘电阻。转辙机的绝缘耐压值按g b 5 1 7 1 的规定。需要重复试验时，电压 应为原试验值的8 0 。 武汉理j ：人学学位论文 2 4 转辙机试验台技术特点 转辙机试验台主要用束测试转辙机的负载电气特性，即在额定负载、额定电 压条件下，试验其动作电流和动作时删，以判断该转辙机是否符合标准要求。一 台完整的试验台，主要由负载装置、电源和璐测控制系统几个部分组成。负载装 置给被测转辙机施加规定的负载；电源和监测控制系统用于控制被测转辙4 p o r t o p e n ) m s c o m m l - p o r t o p e n = t r u e ；打丌串口 o l e v a r i a n to u t b u f = v a r a r r a y c r e a t e ( o p e n a r r a y ( i n t ，( 0 ，4 ) ) ，v a r l 3 y t e ) o u t b u f 。p u t e l e m e n t ( s e n d f l a g 0 ，0 ) ： m s c o m m l - o u t p u t = o u t b u f ；发送数据 t i m e r l 一 e n a b l e d = t r u e ；发送第一个校验字节0 x 5 5 ，启动定时器 武汉理1 人学学位论文 定时器启动，监听串口； i f ( m s c o m m l 一 i n b u f f e r c o u nl o ) f 0 1 e v a r i a n tjn b u f ： i n b u f = m s c o m m l 一 i n p u t ： r e t 0 = i n b u f 。g e t e l e m e n t ( 0 ) ： i f ( r e t 0 = = s e n d f l a g 0 )接受单片机回传数据并进行校验，是则发 第二个校验字节o x a a ： o l e v a r i a n to u t b u f = v a r a r r a y c r e a t e ( o p e n a r r a y ( i n t ，( 0 ，4 ) ) ，v a r b y t e ) ： o u t b u f 。p u r e e m e n t ( s e n d f l a g 1 ，1 ) ： m s c o m m l 一 o u t p u t = o u t b u t ： m s c o m m l 一 r t h r e s h o l d = 2 0 ；转入m s c o m m 监听状态，满2 0 字节触发 o n c o m m 事件 t i m e r l 一 e n a b l e d = f a l s e ： j ) 4 2 2 2 单片机程序 单片机为a t 9 0 s 8 5 1 5 单片机，丌发环境可选择i c c a v r 6 。2 2 ，编程语言为a n s i c 语言 1 ) 接收中断。 v o i du a r t r x h a n d l e r ( v o i d ) u n s i f i n e dc h a rr e c i e v e r d a t a ； i n ti = o ： r e c i e v e d a t a i = u d r ： i + + ： u c r = o x 6 8 ；转为发送状态b 2 )数据寄存器空中断。 v o i du a r t u d r e h a n d l e f ( v o i d ) u n s i g n e dc h a rt r a n s m i t d a t a ； t r a n s m i t d a t e 为待发送的数据 i n tj = 0 ； u d r = t r a n s m i t d a t a j ： 武汉理l ：火学学位论文 j + + ： u c r = o x 9 0 ：数据发送完成之后，立即转为接收状态c 3 ) 发送完中断。 v o i dv a r tt xh a n d e r ( v o i d ) 4 2 2 3 扩展的i o 并行端口与单片机通讯 除了用串口进行单片机与微机进行通讯外，还提供了另外一利t 通讯方式可供 选用，这样做的目的在于向下兼容是新丌发的软件也能适合于旧版的硬件模式。 在w i n d o w s 2 0 0 0 系统之前，可以使用标准c 输入输出库函数的i n p o r t ，o u t p o r t 语句或是使用内嵌m o v 等汇编语句直接对i o 端口进行操作。但是当计算机的 操作系统w i n d o w s 9 8 升级到w in d o w s 2 0 0 0 或者w i n d o w s x p 后，以前对端口操作 的语句就没有办法操作了。原因就在于w i n d o w s 2 0 0 0 和w i n d o w s x p 操作系统为 了提高系统的稳定性，将所有的端口操作的命令都禁止了。这对c + + b u i l d e r 的 程序员造成了一些意想不到的麻烦之处，解决的办法目前主要有两种。 1 ) 用w i n d o w s 自带的a p i 函数对端口实施操作，这种方法要求程序员对 w i n d o w s 运行机制比较了解，而且写起程序柬比较麻烦。 2 ) 可以从w i n l 0 函数来对端口实施操作w i n l 0 函数是一个免费的软件 它允许3 2 位的应用程序直接访问i o 端口和物理内存。w i n l o 函数的 运行机制是通过对内核模式设备驱动和底层程序技术的结合束饶过 w i n d o w s 保护模式。 w i n l o 函数的使用比较简单，下面对主要的一些子函数和功能进行况明，并 通过在实际工作中用到的一个例子来作具体的说明： 1 ) 初始化函数b o o l s t d c a l li n i t a l i z a w i n i 0 0 a ) 注意在对端口实施操作前，必须使用初始化函数。 b ) 关闭函数v o i d s t d c a ls h u t d o w n w i n l 0 0 c ) 相应的，在结束列端u 操作前，也必须使用关闭函数。 2 ) 取端口函数 b o o l s t d c a l 1g e t p o r t v a l ( w o r dw p o r t a d d r ，d w o r dp d w p o r t v a l b y t e b s i z e ) 3 ) 设置端口函数 b o o l s t d c a l ls e t p o r t v a l ( w o r dw p o r t a d d r ，d w o r dd w p o r t v a ，b y t e b s i z e ) 4 0 武汉理i ：人学学何论文 为了与以前的i o 库函数所致，写了如下的读写端口函数 量当旦： u n s i g n e dc h a ri n p o r t b ( u n s i g n e d s h o r tp ) u r i s i g n e dl o n gv = 0 ： 6 e t p o r t v a l ( p ，v ， 1 ) ； r e t u r nv ； ) 遮端旦： v o i do u t p o r t b ( u r s j g n e ds h o r t p ，u l l s jg n e dc h a rv ) s e t p o i t v a l ( p ，v ，1 ) ： 下面是作者在工作中实际使用w i n i o 函数的例子，以供读者参考。 # d e f i n ep o r t a = 0 x 3 9 0 ： # d e f i n ep o r t b = 0 x 3 9 1 ： # d e f i n ep o r t c = 0 x 3 9 2 ： # d e f i r ep o r t ( ：t 1 = 0 x 3 9 3 ： i n tc h h ，c h l ： o u t p o r t b ( p o r t c t l ，0 x 8 2 ) ；设置8 2 5 5 的工作状态 o u t p o r t b ( p o r t a ，o x 0 0 ) ； o u t p o r t b ( p o r t c ，o x 0 0 ) ； c h h = x 2 5 6 ： c h l = f m o d ( x ，2 5 6 ) ； o u t p o r t b ( p o r t a ，c h h ) ； o u t p o r t b ( p o r t c ，o x a o ) ： c h h = o ： w h i l e ( ( c h h o x o f ) i _ o x o a ) c h h = i n p o r t b ( p o r t b ) ； )i i i 送低位字节 ) 4 武汉理f 大学学悔论文 4 2 3 测试数据处理 4 2 3 1 数据分类 在本试验台中，检测数据分为两类，一类是电气测试参数包括电流、电压和 力矩等，另一类是外观和其他信息。对两种不同的数据作者采用了同一类型的 a c e s s 数据库进行管理。之所以采用比较简单的a c e s s 数据库，是考虑到电务 段的操作者的操作水平与项目本身对数据库的要求，即用比较简堆常见的数据 库来容纳比较大的数据信息。 4 2 3 2 数据处理 电气测试参数在完成试验测试眉，如果需要保存，将以二进制数据类型保 存在数据库中，因为每- - 台转辙机的i d 是唯一的，所以该转辙机的i d 号就作为 以后调用这些电气测试参数的入l 参数。 外观和其他检测参数按电务段要求分为三个不同的予数据库，包括待修库，使 用库和成品库三个部分。 填写入所检裔 片)进入待修库 填写检验矗片)进入使j 库 i填写验收 片) 进入成品库 三个子库的数据是相互关联的，也就是说一台转辙机如果完成了电气测试并 填写完检验卡片就进入了使用库，那么它在维修库中就不存在了，所有该转辙机 的资料就全部转移到使用库中。对这一过程的处理过程是这样设计的，三个子数 据库实际上是设计在一个大的数据库中，当转辙机从一个数掘库转移到另外一个 数据库中的时候，作者仅仅是改变了其索引标示，这样作者就完成了数据库之问 的转移。 4 2 3 3 数据查询 根据电务段的实际需求，作者设计了多种查询方式。这些查询方式大致可 分为两类总体查询和单项查询。总体查询主要是对整个数据库的所有转辙机的 4 2 武汉理上人学学位论文 全部测试信息进行查询( 如图4 - 6 所示) ，也可以根据需要只查询某一个子数据 库，如使用库里所有转辙机的全部信息。 图4 - 6 数据库查询 单项查询主要是针对某一项指标的查询，如操作者可以只查询开向是前开的转 辙机的信息，如果该转辙机已经通过了电气测试，那么操作者可以调出它的测试 曲线进行分析。单项查询的内容繁多，对主要的单项查询项目设计成菜单以方便 操作者使用，对其他查询的内容通过检索的方式进行查询。 4 2 3 4 数据库的维护 对一些经常填写的数据类型，本文作者做成了下拉框的形式，由于电务段 的实际情况，转辙机的安装地点是一个枚举型的数据类型，所以可以事先就可以 将所以可能涉及到的地点全部填入，待操作者下次使用时，就可以直接点选相应 的地点而不必每次都通过键盘输入，这样可以省去操作者的操作时间；但是不是 每个地点都可能被输入，可能有新的安装地点或者老的安装地点已经取消， 作者设计了安装地点的数据库维护项，以方便软件的使用，如图4 7 所示。 武汉理j ：大学学位论文 4 2 3 5 数据库的加密 图4 7 数据库维护 为了保障数据的完整和可靠，作者设计了一个简单的加密程序来保障，只有 有相应权限的操作者才能完成对数据库的修改和维护，而一般的操作者仅能进行 电气测试和外观等其他检测信息的填写，不能对数据进行修改和删除；同时作者 对电气数据类型也进行了限制，该数据是取之于测试的二进制数据类型，经过处 理和计算和直接填写到相应的结果上，它不接受任何来自键盘的输入，这样做的 目的是保护测试数据的可靠和真实性，避免人为修改测试数据情况的发生。 4 3 本章小结 在本章节中，作者着重论述了转辙机试验台的软件部分设计。首先作者对系 统所需要的软件做了一个基本的模块划分，对所采用的c + + b u i l d e r 软件作了一 个简单的介绍。本测试系统的软件主要分为测试系统模块和数据管理两个模块， 其中测试系统模块主要论述了如何通过采用m s c o m m 控件实现微机与a v r 单 片机之间的数据传递，数据处理与管理模块则主要论述了对试验数据的处理和保 存管理功能。 武汉理i 大学学位论文 第五章试验流程与结果分析 5 1 试验流程 电动转辙机的入所检修都是按轮修周期进行的，作业程序如表5 - 1 所示。 表5 1 试验流程 序号检测工序名称作业内窬与技术要求结果记录方式 l入所检外观检查在数据管理软什中记录其表示l d 2 分解先按部r i ：后按零件分解填入所检查数据 ( 图5 - 1 ) 3 零部什检修测试按标修配或更新新什填检修数据 ( 图5 - 2 ) 4 总组装按标准 5 电气试验 选择手动测试或自动测 试两种方式，自动或手 动记录试验结果 6 出所复查按复验膏项目 填验收数据卡( 图5 - 3 ) 7 山所 5 1 1 入所检查 对进行修配所的转辙机进行登记，填写入所检查卡( 图5 一i ) 。主要信息有转 辙机的型号、出厂时间、工作地点、使用时叫、使用道翁编号以及检修人等；同 时对转辙机进行外观检查，记录下机壳情况、自动丌闭器的外观情况、速动杆、 表示杆以及动作杆等部件的机械外观性能情况。 5 1 2 零部件分解检测 将转辙机分解，列减速器、自动开闭器、表示杆、动作杆、主轴、移位解除 器以及电机作详细的零部件机械性能测试。记录这些检测情况，填写检修数据卡 片( 图5 2 ) 。 5 1 3 电气测试 电气测试在转辙机试验台上进行： 1 ) 空载定位( 反位) 测试。将转辙机安装在试验台架上，动作杆与负载推 杆联上，点选测试界面上的空载定位复选钮，点击确定按钮发出测试指 令。单片机收到微机指令后，回复效验码，若效验码正确，则启动电机 带动转辙机动作，测量转辙机动作杆动作过程中电机电流和驱动力的数 值，根掘测量的数值绘制此过程中电机电流及驱动力随时问的变化曲线 ( 图5 - 4 ) ，并记录转辙机总动作时间。当转辙机动作到位后，表示杆给 出位置表示，单片机采集到该信息后反馈到微机，并同时停止电动机， 该测试项目结束。 4 5 武汉理l 大学学位论文 图5 - 1 入所检查卡 图5 - 2 检修数据卡 武汉理上人学学位论文 图5 - 3 验收数据卡 2 ) 恒载定位( 反位 测试。将转辙机安装在试验台架上，转辙机动作杆与 负载推杆用销联结，点选i | 】| 9 试界面上的恒载定位复选钮，在弹出的界面 中选定欲加载的负载力的大小，点击确定按钮。发出测试指令。单片机 收到微机指令后，回复效验码，若效验码正确，则启动电机带动转辙机 动作，测量转辙机动作杆从一个极限位置到另一个极限位置过程中电机 电流和力随时间变化的曲线( 图5 5 ) ，并记录转辙机总动作时间。当 转辙机动作到位后，表示杆给出位置表示，单片机采集到该信息后反馈 到微机，并同时停止电动机，该测试项目结束。 3 ) 摩擦定位( 反位) 测试。将转辙机安装在试验台架上，动作杆与负载推 杆用销联结，点选测试界面上的摩擦定位复选钮，点击确定按钮发出测 试指令。单片机收到微机指令后，回复效验码，若效验码正确，则启动 电机带动转辙机动作，测量转辙机动作杆从一个极限位置到另一个极限 位置过程中电机电流和力随时间变化的曲线( 图5 - 6 ) ，并记录转辙机总 动作时间。当转辙机动作到位后，表示杆给出位置表示，单片机采集到 该信息后反馈到微机，并同时停止电动机，该测试项目结束。 4 ) 整机绝缘性能测试。最后进行绝缘性能测试，计算机自动填写数据卡( 图 武汉理1 + 人学学位论文 5 - 3 ) ，测试结束。 5 2 试验结果分析 5 2 1 空载定位( 反位) 电流一力曲线 电流分析。图5 - 4 所示为空载定位情况下的z d 6 型转辙机的力矩与电流曲 线。从电流曲线上可以看出，在刚船动的02 s ，电流从零很快增加到2 a ，这个 电流即电机的起动电流，按标准应小于22 a ，所以该电机的起动电流符合要求； 0 2 s o 5 s ，电流由2 a 降为l a 左右，这个过程足由于电机起动后，转辙机的解 锁还需要定时间，负载还没有带上，所阻电机电流下降；0 5 s6 5 s ，转辙机 解锁动作完毕，转辙机开始空载运动，此时运动的阻力主要是转辙机内部的齿轮 齿条传动问的摩擦力，这个力是比较稳定的，所以电机电流在一个区问内保持稳 定；6 5 s 7 5 s ，转辙机动作到位，表示秆给出切断电流信号，电机电流迅速下 降，直到最后停止。 力矩分析。在o s 0 5 s 医问，转辙机还没有动作，力矩基本为零；0 5 s i s ， 转辙机开始动作，山于机械惯阵，山矩从零突然增加到2 k n 左右，然后力知义 逐步下降：2 s 6 s s ，转辙机空载运动山矩平稳；6 5 s 7 5 s ，转辙机空载运 动到位，力矩迅速下降为零。 从图5 - 4 中可以看出，被测试转辙机空载起动电流小于2 2 a ，空载电流也 小于2 2 a ，转换时间少于1 3 s ，均符合该型号的转辙机检修标准要求 图5 4 空载定位( 反位) 武汉理t 大学学位论文 5 2 2 恒载定位( 反位) 电流一力曲线测定结果分析 电流分析。对试验结果的分析：图5 5 所示为恒载定位情况下的z d 6 转辙 机的力矩与电流曲线。从电流曲线上看，在刚启动的0 i s ，电流从零很快增加 到2 a ；0 i 0 5 s ，电流由2 a 下降为1 a 左右，这个过程是由于电机起动后，转 辙机的解锁还需要一定时间，负载还没有带上，所以电机电流下降；0 5 s 6 s ， 转辙机解锁动作完毕，转辙机开始恒载运动，此时运动的阻力除了转辙机内部的 齿轮齿条传动间的摩擦力，还有通过直流电机经齿轮齿条传递到转辙机动作杆上 的负载力，这个所加的负载力是一个闭环控制的，电机电流在一个区间内波动； 6 s 7 5 s ，转辙机动作到位，表示杆给出切断电流信号，电机电流迅速下降，直 到最后停止。 力矩分析。0 s o 5 s ，转辙机还没有动作，力矩基本为零：0 5 s 2 s ， 转 辙机开始动作，由于有一个机械冲击的过程，所以从图表上看到力矩从零突然增 加到8 k n 左右，然后力矩又逐步一f 降；2 s a s ，转辙机恒载运动，力矩在一个 范围内波动；6 s 7 5 s ，转辙机空载运动到位，力矩迅速下降为零。 从图5 5 中可以看出，恒载力矩为5 k n 时，被测试转辙机恒载起动电流小于 2 2 a ，恒载电流小于2 6 a ，转换时间小于1 3 s 均符合该型号的转辙机检修标准要 求，所以该转辙机的测试是合格的。 图5 - 5 恒载定位 武汉理工大学学位论文 5 2 3 摩擦定位( 反位) 电流一力曲线测定结果分析 图5 6 所示为摩擦情况下的转辙机的力一电流曲线。该台被测试转辙机起动 电流小于2 2 a 、摩擦电流小于3 5 a 、摩擦力达到7 k n ，测试曲线符合要求，转 换时间小于1 3 s 均符合测试标准。 图5 - 6 摩擦定位( 反位) 5 2 4 高压绝缘测试 所有的测试项目完成后，最后进行高压绝缘电阻测试，微机发出测试指令， 通过光电隔离装置测试转辙机对壳体( 对地) 的绝缘电阻，整机绝缘电阻应大于 2 0 兆欧。绝缘耐压测试，交流5 0 赫兹、5 0 0 伏有效值电压1 分钟无击穿或闪络 现象。 5 3 本章小结 本章主要是对转辙机试验台的试验流程作了介绍，并对试验结果进行了分 析。 武汉理r 大学学俯论文 第六章本文的总结与展望 6 1 论文总结 本论文的研究成果直接应用到铁路转辙机的检测中。在深入学习铁路电动 转辙机的结构、整体工作过程的基础上，结合国内目前转辙机试验台的现状， 在充分分析其优、缺点，以先进的计算机测控技术为手段，设计出一套测试精 度高，响应迅速，测试方便的测试台系统。此系统采用的数据采集技术、负载 加载装置、计算机控制技术以及管理数据等方面都达到了国内铁路系统转辙机 测试的先进水平。借助本测试系统，国内电动转辙机的测试研究人员将取得准 确而且全面的监测数据，从而保证转辙机的难常工作，确保铁路交通的安全畅 通。 研制采用电磁阻力模拟转辙机负载，解决了液压或重力式模拟负载体积 大，调整不方便及负载性能不稳定的问题。 1 ) 模拟现场负载和道岔动作电路，表示电路验收时兼做转辙机内部联锁试 验； 2 ) 利用传感器，直观地描述恒力下转辙机转动过程中力的变化曲线，从而检 查机械装配质量； 3 ) 用微机实现自动监测，做到测试，管理一体化： 4 ) 电动转辙机测试台数据管理库的丌发与维护。 本课题的成果主要体现在以下l 个方面： 1 ) 模拟负载连续可调。磁阻电机能自动或手动对各种= = f i 同转辙机提供对应的恒 定力，代替传统的机械摩擦不恒定力的负载，且具有体积小、干扰性小、控 制电流小，负载调楚范围大等优点。较好地解决了以往各类电动转辙机加载 调整困难和测试自动化程度不高的技术难题； 2 ) 应用传感器反映转辙机机械质量状况，即通过打印转辙机力的曲线、观察、 分析转辙机电机的工作情况； 3 ) 测试转辙机的型号拓宽，被测试机类型出只能测试z d 6 到经过小范围调整， 可测试z d 4 ，z d 7 。z d 8 ，z d 9 ，s k 7 0 0 ，z y 4 ，z y 7 等路内所有型号的转辙机： 4 ) 数据采集与上下位机实时通讯控制由a t m e l 公司生产a v r 单