双端轮对压装机电控系统硬件设计的研究

摘要： 随着高铁时代的到来，我国高铁技术的发展已走到了世界前列。同时，作为高铁九大关键技术的轮对压装技术对高铁的安全运营起着至关重要的作用，而双端轮对压装机洽好能满足国内高铁技术发展的需要。本文重点探讨双端轮对压装机电控系统硬件部分的设计，其主要包括强电与弱电两个部分的设计。

Abstract： With the advent of high-speed rail era， the development of China's high-speed rail technology has come to the forefront of the world. Meanwhile， as the nine key technologies of high-speed rail， wheel pressing mounted technology plays a vital role for the safe operation of high-speed rail， while the double-ended wheel pressing machine can meet the needs of domestic high-speed rail technology. This article focuses on the design of the double-ended wheel pressing machine electrical control system， which includes both strong and weak electrical part of the design.

关键词： 轮对压装机；电控系统；硬件设计

Key words： wheel pressing machine；electrical control system；hardware design

中图分类号：U270 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）14-0074-03

0 引言

目前，我国处于正常运营状态中的高铁总里程数已达到6894km，尚在建设中的也已达到1.2万公里[1]。如何才能保证高铁的安全运营呢？轮对压装技术就是保证高铁安全运营的一项关键技术。一般来说，高速客车由4动4拖8辆编组组成，每节车厢都有4个轮对。轮对的内测距离和车轮踏面的几何形状是影响行车安全和运行平稳性的重要因素。特别是在列车高速运行时，轮对的尺寸直接影响列车的行驶安全[2][3]。而轮对压装机作为轮对压装的主要设备，对高铁的安全运营起着至关重要的作用[4][5]。

目前，国内的轮对压装机产品主要是六十年代研制的老式轮对压装机与泰格自动压装机。其中，老式轮对压装机功能单一，电气控制系统落后，压装精度不高，且自动化水平低；泰格自动压装机自动化程度相对较高，但不能实现一次装夹，致使其压装精度与生产效率不高[6]。国外的轮对压装机产品主要由德国的Hegenscheidt与MAE、美国的Simmons和意大利的BBM提供，这些产品均具备较高的压装精度与自动化功能，但价格高昂，很难普及[7]。

在高铁技术快速发展的迫切需求下，本文所研制的双端轮对压装机较好地弥补了国内外现有轮对压装机的不足。

1 电控系统硬件设计原理

双端轮对压装机主要由底座，左油缸，左立柱，左右油缸压头，上横梁，送料小车等部分组成本文将探讨实现此双端轮对压装机自动化控制功能的硬件系统的设计结构。

压装机电控系统的硬件设计包括强电部分设计和弱电部分设计[8]。它是以研华工作站为核心，运用MPI通讯协议传输数据，以PLC为下位机，组成经典的主从式控制结构。工控机作为上位机发出控制命令，PLC作为下位机接收上位机的命令并执行[9]，工控机通过各板卡可以实现对PLC的控制，PLC对现场采集数据进行逻辑处理，通过对调节电机转速的变频器的控制实现压装自动化。

2 强电部分设计

双端轮对压装机控制系统的强电部分主要包括主液压系统3个液压泵的控制电路、小车与活动梁运动电机电路，油液冷却风机电路和油液循环电机电路，加热系统电路，接触器电路，电柜照明和系统指示灯电路以及电磁阀电路等。

轮对压装与退卸的重要辅助工具是小车和活动梁，根据系统需要，此设计选用交流1.1kW电机作为小车的移动和旋转电机，选用2.2kW交流电机作为小车举升电机。另外，由于小车与活动梁的移动需要根据实际情况调节其运动速度，所以还需要配置变频器。为了节约成本，本系统采用一台变频器实现四个电机的转速控制，即采用一拖四的控制方法，此方法的要点是必须保证在同一时刻只能有一个电机是接通的

此外，为了使轮对压装机能够在高温和低温环境下稳定工作，还需要保证适度的油液黏度，所以本系统还配备了油液冷却系统，循环系统与加热系统。

2.2 电磁阀电路及其电源电路 液压电磁阀对液压系统的稳定工作起着至关重要的作用，根据主液压系统电磁阀逻辑控制顺序可知，每次最多只有4个电磁阀同时工作，需要100W的最大输出功率，而液压电磁阀的额定电压为24V直流电，因此，为了得到稳定的电源，系统采用BK变压器对220V电源直接降压的方式为电磁阀供电。

3 弱电部分设计

系统的弱电部分主要由轮对压装机的传感器测量电路构成。要想保证轮对压装机的高精度压装质量，就必须对轮对压装过程中的每一步运动进行精确控制，因此需要高精度的传感器测量系统。本系统的传感器主要包括：采用无触点式接近开关（检测点运动部件）、绝对坐标磁栅尺、激光位移传感器（检测油缸的位移）、高精度的压力传感器（检测轮对压装过程中的压装力）。为实现对油缸前进后退，实时调速，快速稳定运动、准确停止的控制功能，弱电部分的设计主要包括：油缸压力信号采集电路，点位控制信号采集电路，模拟量信号输出电路。

3.1 油缸压力信号采集电路 压力传感器用于检测油缸的无杆腔油压，本系统采用德国tecsis公司P3382型压力传感器，其量程为[0，30MPa]，输出为电流信号。电流信号输出后，通过调理电路板将其转化为电压信号，然后，通过PCL-818数据采集卡对其进行A/D转换，A/D转换后输出的数字信号通过工控机处理后，就可在显示器上实时显示油缸的压力

3.2 点位控制数字量信号采集电路 针对只需运动到几个固定位置的部件，本系统采用非接触式接近开关作为检测传感器。经过调理电路处理点数据，由PCL-818的数字采集通道传输给工控机，最终数据通过系统程序解读就可以显示了。

3.3 模拟量信号输出电路 油缸的进给速度是通过电机对液压泵的转速控制来实现的，电机的转速又是由变频器来调节的，而变频器的控制需要系统程序通过PCL-726板块发出模拟量命令来实现。由于PCL-726输出的模拟量信号功率较小，所以需对其进行功率放大4 总结

本文主要探讨了双端轮对压装机控制系统硬件部分的设计，轮对机在实际控制过程中还需要其软件系统的配合。在实际应用中，双端轮对压装机表现出了可靠而稳定的性能，为中国高铁事业的发展做出了自己的贡献。

参考文献：

[1]高铁.中国正全速向高铁迈进[J].丹东海工，2009（13）：104.

[2]Jurgen Schneider.国外机车车辆工艺[J]. FOREIGN LOCOMOTIVE & ROLLING STOCK TECHNOLOGY.2000，7（04）：1-5.

[3]刘惠民主编.铁道车辆构造检修及装备[M].北京市：中国铁道出版社，2000，02.

[4]西南交通大学主编.车辆构造[M].北京：中国铁道出版社，1980.

[5]冯君平，张兆宝.提高轮对检修质量确保机车运行安全[J].科技情报开发与经济，2008，18（8）：210.

[6]苏宇东.轮对自动压装机的研制[D].成都：西南交通大学，2006，6.

[7]尚春香.交通与运输[J].Traffic & Transportation，2006（03）：26-27.

[8]Xu Xiaoqing， Quan Long， Wang Yongjin. Theory and methods of modifying electro-hydraulic position servo system with correction on flow rate at servovalve[J]. Jixie Gongcheng Xuebao，2009（45）：95-100.

[9]孙如军.数控液压伺服系统组成及工作原理[J].机床与液压，2007，35（8）：125-128.

[10]邓星钟主编.机电传动控制[M].华中科技大学出版社，2001：15.