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基于变频调速的列车摩擦制动试验机测控系统研究

作　者: 罗智迅
导　师: 高飞
学　校: 大连交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 定速摩擦试验台惯性制动试验变频调速摩擦磨损 LabVIEW
分类号: U270.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

列车速度的提高,对制动摩擦副材料的性能提出了更高的要求,而高效的试验台成为了研发制动摩擦材料的关键。惯性摩擦试验机是研究摩擦材料的一种有效试验方式。然而,惯性摩擦试验机结构复杂、价格高,制约了材料的研发工作。因此,在非惯性试验台上,研制既能测定速摩擦条件又能测惯性制动摩擦条件下的自动化测控系统,可加快研制高性能摩擦材料的研制步伐。论文基于定速试验台的测控原理和方法,进行了硬件和软件两方面的工作,在硬件方面,对各部分执行元件(如电动机、变频器、传感器、信号调理装置、数据采集卡等)进行了选型,并构建了硬件系统的主电路与控制电路。在软件方面,通过创建列车制动条件下的速度变化模型,基于变频调速原理,并应用虚拟仪器开发平台LabVIEW构建了数据采集和控制系统,实现了利用非惯性方式的定速和惯性的摩擦性能测试。试验系统具有如下特点:(1)摩擦试验机转速为3000 r/min,摩擦半径为0.15 m,对于客车或拖车,可模拟的列车时速最高为300 km/h,对于动车或电力机车,可模拟的最高时速分别为205 km/h、236 km/h。可实现模拟客车在不同工况下制动减速过程的摩擦性能的变化规律。(2)控制电路的设计实现了手动控制和自动控制两种功能要求,且手动控制优先级高于自动控制。(3)通过虚拟仪器开发平台LabVIEW构建了软件系统,实现了摩擦方式选择、摩擦数据采集、图形显示、报表保存及数据回放等功能。(4)系统设置了数据标定功能,通过数据回归消除系统误差,达到了测试的精度要求。(5) U/f调速模式下异步电机机械特性较硬,转速精度能满足系统要求。经试验测试表明,所研制的摩擦试验机完全实现了具有定速和惯性两种测试功能的设计要求,测试结果很好的反映了材料摩擦学的本质,表明研制的试验方法是成功的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
绪论  11-17
  一、高速列车概述  11
  二、列车制动方式  11-13
  三、列车制动摩擦材料  13
  四、列车摩擦制动性能试验机研究现状  13-15
  五、研究的意义和目的  15-16
  六、研究的任务和目标  16-17
第一章摩擦材料检测试验台的原理与设计  17-26
  1.1 制动动力1：1 试验台  17-19
    1.1.1 设计原理  17
    1.1.2 试验台结构  17
    1.1.3 试验台主要功能  17-19
  1.2 小试样惯性摩擦试验机  19-20
  1.3 定速摩擦试验机  20
  1.4 非惯性条件下实现制动条件的摩擦试验机测控系统设计  20-25
    1.4.1 列车制动条件下的速度模型  20-23
    1.4.2 摩擦试验机测控系统的设计  23-25
  本章小结  25-26
第二章摩擦材料检测试验台测控系统硬件设计  26-44
  2.1 摩擦材料检测试验台测控系统硬件组成  26
  2.2 摩擦试验台控制部分  26-35
    2.2.1 电动机变频调速及拖动系统的基础知识  26-31
    2.2.2 三相异步电动机的选用  31-32
    2.2.3 通用变频器  32-34
    2.2.4 电磁阀及其作用  34-35
  2.3 摩擦试验台数据采集处理部分  35-40
    2.3.1 拉压力传感器  35-37
    2.3.2 热电偶  37
    2.3.3 信号调理装置  37-38
    2.3.4 数据采集卡（DAQ）  38-39
    2.3.5 ACLD-9185  39-40
  2.4 总体布线  40-42
    2.4.1 设计思路  40
    2.4.2 主电路  40-41
    2.4.3 控制电路  41-42
  2.5 系统抗干扰设计  42-43
  本章小结  43-44
第三章摩擦材料检测试验台测控系统软件设计  44-59
  3.1 虚拟仪器  44
  3.2 软件开发平台LabVIEW  44-46
  3.3 系统软件设计  46-47
  3.4 系统程序总体结构设计  47
  3.5 软件界面  47-49
  3.6 各模块软件功能及设计思路  49-58
    3.6.1 软件定时  49
    3.6.2 数据采集  49-50
    3.6.3 数据处理  50
    3.6.4 数据存储  50-51
    3.6.5 速度控制  51-52
    3.6.6 机构控制  52
    3.6.7 动态加载VI 模块  52-53
    3.6.8 在线标定  53-54
    3.6.9 EXCEL 报表保存  54-55
    3.6.10 数据回放  55-56
    3.6.11 摩擦系数-速度  56-57
    3.6.12 多曲线分析  57-58
  本章小结  58-59
第四章摩擦材料检测试验台测控系统调试及试验验证  59-70
  4.1 摩擦试验台调试试验  59-64
    4.1.1 变频调速系统调试试验  59-60
    4.1.2 转速标度试验  60
    4.1.3 U/f 调速模式下异步电机的“硬度”试验  60-61
    4.1.4 温度标定试验  61-63
    4.1.5 摩擦力标定试验  63-64
  4.2 试验台摩擦试验验证  64-69
    4.2.1 定速与惯性两种模式的摩擦试验  64-66
    4.2.2 不同制动初速度、比压下模拟惯性制动试验  66-69
  本章小结  69-70
结论  70-71
参考文献  71-73
攻读硕士学位期间发表的学术论文  73-74
致谢  74-75

基于变频调速的列车摩擦制动试验机测控系统研究

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