（机械制造及其自动化专业论文）单轨车水平轮压力检测装置研究与设计.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 随着轻轨交通的快速发展，轻轨车辆的维护保养工作变得十分重要。本论文 所研究和设计的跨座式单轨车水平轮压力在线检测装置是轻轨车辆维护保养的关 键设备之一；专门针对跨座式单轨车辆转向架而设计。 跨座式单轨车水平轮压力在线检测装置的作用是实现测试水平轮对轨道梁面 的正压力，间接得出水平轮胎压，便于进行轮胎的充气或更换作业。论文对水平 轮压力检测装置的国内外资料进行了广泛收集和研究，介绍了水平轮检测技术和 虚拟仪器技术的现状和发展，详细阐述了研究和设计水平轮压力检测装置的意义， 展望了其发展前景。 论文通过设备功能分析、功能求解和方案评价，对原理方案进行了研究，归 纳总结出检测水平轮压力所需的工作流程。根据工作流程，结合实际需求，同时 考虑装置的安全性等，对水平轮压力在线检测装置进行了总体方案设计，并对特 制轨道梁和带压力传感器的负载元件进行了结构设计和分析校核工作。根据设备 的具体结构和工作原理，论文还进行了电器元件的选用与设计，搭建了系统的硬 件平台。 论文简要阐述了信号采集和分析理论基础，对水平轮压力检测装置的信号采 集和数据预处理进行详细探讨。在此基础上应用虚拟仪器和图形化编程软件平台 l a b v i e w 建立了水平轮压力检测装置的软件系统，实现了信号滤波，信号的采集， 数据管理等功能。 论文所研究和设计的跨座式单轨车水平轮压力在线检测装置满足了设备功能 要求，不仅解决了轻轨建设中的实际问题，也为以后此类设备的设计提供了借鉴 作用。 。 关键词：跨座式单轨车，水平轮，压力检测，虚拟仪器，l a b v i e w 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a bs t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fl i g h tr a i lt r a n s i t ，r e l a t e dd e p a r t m e n t si n c r e a s i n g l y g i v et h e i ra t t e n t i o nt ot h em a i n t e n a n c ew o r ko fl i g h tr a i lv e h i c l e t h em e a s u r i n gd e v i c e f o rp r e s s i n gf o r c eo fg u i d i n gw h e e l ，w h i c ha r es t u d i e da n dd e s i g n e di nt h i sp a p e r , i so n e o ft h e k e ye q u i p m e n t sf o rl i g h tr a i l v e h i c l em a i n t e n a n c ea n dr e p a i rw o r k , i ti s s p e c i f i c a l l yd e s i g n e df o rs t r a d d l et y p em o n o r a i lv e h i c l e s 1 1 1 ef u n c t i o no fm e a s u r i n gd e v i c ef o rp r e s s i n gf o r c ei st e s t i n gp o s i t i v ep r e s s u r e ， w h i c hi sf o r m e db e t w e e nh o r i z o n t a lw h e e la n dt r a i lb e a ms u r f a c e t h e no b t a i nt i r e p r e s s u r eo fh o r i z o n t a lw h e e l ，i ti sc o n v e n i e n tf o rr e p l a c e m e n to ri n f l a t e do p e r a t i o no f t h ew h e e l a f t e rc o l l e c ta n ds t u d yh o m ea n da b r o a dm a t e r i a l so fm e a s u r i n gd e v i c ef o r p r e s s i n gf o r c e ，i n t r o d u c es i t u a t i o na n dd e v e l o p m e n to fh o r i z o n t a lp r e s s i n gf o r c et e s t i n g t e c h n o l o g ya n dv i r t u a li n s t r u m e n tt e c h n o l o g y , a n a l y z et h es i g n i f i c a n c eo fs t u d ya n d d e s i g nf o rm e a s u r i n gd e v i c ef o rt h ef o r c e ，t h e nl o o kf o r w a r dt od e v e l o p m e n tp r o s p e c t b a s e do nf u n c t i o na n a l y s i s ，f u n c t i o ns o l u t i o na n ds c h e m ee v a l u a t i o no ft h ed e v i c e ， t h e ns t u d yt h ep r i n c i p a ls c h e m e ，s u m m a r i z et h er e q u i r e dw o r k i n gp r o c e s so fm e a s u r i n g p r e s s u r e a c c o r d i n gt oi t ，c o m b i n a t i o nw i t ha c t u a lr e q u i r e m e n ta n de q u i p m e n ts a f e t y , c o m p l e t eo v e r a l ls c h e m ed e s i g no fm e a s u r i n gd e v i c ef o rp r e s s i n gf o r c e ，a n dc a r r yo n s t r u c t u r ed e s i g n & v e r i f i c a t i o no ft a i l o r - m a d eo r b i t a lg i r d e r & l o a dc o m p o n e n tw i t h p r e s s u r es e n s o r o nt h eb a s i so fs t r u c t u r ea n do p e r a t i o np r i n c i p l eo fd e v i c e ，s e l e c t i o n a n dd e s i g no fe l e c t r i cc o m p o n e n ti sf u l f i l l e d ，t h e np u tu ph a r d w a r ep l a t f o r mo f s y s t e m f i r s td e s c r i b et h et h e o r e t i c a lb a s i so fs i g n a la c q u i s i t i o na n da n a l y s i s ，t h e nd i s c u s s t h es i g n a la c q u i s i t i o na n dd a t ap r e t r e a t m e n to f m e a s u r i n gd e v i c ef o rp r e s s i n gf o r c e o n t h i sb a s i s ，e s t a b l i s hs o f t w a r es y s t e mo fm e a s u r i n gd e v i c ef o rp r e s s i n gf o r c eb yv i r t u a l i n s t r u m e n ta n d g r a p h i c a lp r o g r a m m i n gs o f t w a r ep l a t f o r ml a b v i e w , r e a l i z et h e e x p e c t e df u n c t i o n ss u c ha ss i g n a lf i l t e r i n g ，s i g n a lc o l l e c t i o na n d d a t am a n a g e m e n t t h em e a s u r i n gd e v i c ef o rp r e s s i n gf o r c eo fg u i d i n gw h e e l ，w h i c hi ss t u d i e da n d d e s i g n e di nt h i sp a p e r , s a t i s f yt h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so fd e v i c e ，n o to n l ys o l v et h e p r a c t i c a lp r o b l e m si n c o n s t r u c t i o no fl i g h t - r a i l ，b u ta l s op r o v i d er e f e r e n c ee f f e c tf o r d e s i g no fs u b s e q u e n ts i m i l a rd e v i c e s k e yw o r d s ：s t r a d d l et y p em o n o r a i lv e h i c l e ，h o r i z o n t a lw h e e l ，p r e s s u r em e a s u r e m e n t , v i r t u a li n s t r u m e n t ，l a b v i e w i i 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的j 蛰l 士学位论文望她煎曼垄匡凶薹墨堑垦 量潋是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 翩鼢掣 签字日期：了叫卜也 签字醐r 卜 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程( 以 t 简憨“章程 ) ，愿意将本人的五红士学位论文孳噬迤显鼢夔迦l 芝凌丛叠妄篷迕提交中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社( c n k i ) 在4 中国侮 士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学 博硕学位论文全文数据库中全文发表。中国博士学位论文全文数据库、中 国优秀硕士学位论文全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出 版，并同意编入e n k i 中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据 库中使用和在互联网上传播，同意按“章程 规定享受相关权益和承担相应义 务。本人授权重庆大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公开 论文的全部或部分内容。 作者签名：导师签名： 备注：审核通过的涉密论文不得签署。授权书一，须填写以下内容： 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至年一月一日。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1绪论 1 1 课题背景 随着城市化进程加快、城市人口剧增，传统城市公共交通系统已经无法满足 城市居民对公共交通系统快速、便捷、舒适的要求，大力发展城市轨道交通系统 是解决这一矛盾的最佳途径。城市轨道交通( u r b a nr a i lt r a n s i t ) 包括地铁、轻轨、 磁悬浮等交通运输方式，具有快速、便捷、舒适、环保、运量大等优点，其中， 轻轨交通也就是人们常说的快速有轨交通，属于城市轨道交通中的一种，是上世 纪七十年代发展起来的一种新型城市公共轨道交通系统，由于其具有以下优点： ( 1 ) 运量大，这是相较于普通的城市公共交通而言的，近些年来逐渐发展起来的 轻轨交通，大多是采用电子控制的技术较为先进的有轨电车，可以拖挂单节或多 节车厢，而其单向最大高峰小时客流量可以达到3 万人次；( 2 ) 噪音小、污染小， 轻轨采用电力机车牵引，没有困扰城市环境的尾气影响，而且还可以将其所产生 的噪音控制在国家规定标准7 0 分贝左右；( 3 ) 速度快、安全性高，这两者在交通 中一直以来似乎是一对不可调合的矛盾，但轻轨却可以做n - 者的有机统一，因 为轻轨是有轨交通，在专用轨道上行驶，这样就可以避免经常发生交通事故，所 以行车的安全性比无轨电车或公共汽车要大得多，几乎可以消除行车伤亡事故的 发生；( 4 ) 灵活性高、成本小，这是相较地铁等其他城市有轨交通来说的，轻轨 可以采用多种形式的站台上下乘客，而且可以采用混合路权的形式与其他有轨系 统共享轨道，因此其投入的成本就非常小；( 5 ) 整点运行，这可能是对乘客来说， 最具诱惑的一条，因为采用电子控制及专用轨道，不仅安全，而且整点准时。因 此逐渐成为国内外各大城市代替传统城市交通模式的新型交通系统一。 在国外，轨道交通发展异常迅速，尤其是在日本、欧洲、北美等国家和地区。 东京拥有轨道交通线路近2 0 0 0 公里，是世界大城市中最多的。伦敦早已实现了客 运以轨道交通为主的目标；巴黎的轨道交通工具包括地铁、轻轨铁路和市郊铁路， 轨道交通承担巴黎公共交通7 0 运量；纽约市公共交通占总交通量的5 3 ，到内 城的客运8 0 采用大容量交通工具，主要有地铁、市郊铁路和公共汽车，市区地 铁共有2 7 条，长4 4 3 公里。莫斯科拥有一个跨及全市的立体交叉轨道交通网，总 长2 4 3 公里一。目前，我国城市轨道交通网络规划总里程已达5 0 0 0 k m ，已建成地 铁和轻轨共达6 0 2 3 k m ，并准备投资5 0 0 0 亿，汇聚1 5 城市“备战”轨道交通建设。 在国内，轻轨交通也进入快速发展阶段，主要城市均在建设或规划自己的城市轻 轨交通，先后有厦门市区轻轨、上海轻轨明珠线、上海明珠线二期、长春轻轨环 线、北京轻轨1 3 号线、大连轻轨试验线、天津津滨轻轨、武汉轻轨一号线、重庆 重庆大学硕士学位论文1 绪论 轻轨较新线、上海莘闵轻轨、大连轻轨二期等已经建成一。预计到2 0 5 0 年前，我 国将有线路3 0 0 余条，将建成约4 5 0 0 公里的轻轨线路一。城市轻轨铁路将与地铁、 市郊铁路及其它轨道交通构成一个城市的快速轨道交通体系，它们互联互通，乘 客在不同规模的综合换乘枢纽可方便换乘不同车次，乘客将感到乘坐轨道交通极 其方便。轨道交通完成的运量可达到城市公共交通运量的5 0 8 0 。在重庆直 辖十周年时，市政府第9 9 次常务会议通过了重庆市主城区轨道交通线网控制性 详细规划，确定了未来主城区2 7 3 7 k m 2 内将铺设总长5 1 3 k i n 的十条轨道线路，呈 “九线一环 布局，以渝中半岛和江北区为中心，将两江切割形成的三大块城市 核心区连为一体。预计到2 0 1 3 年，重庆轻轨线路将承担主城区约2 3 的城市公交 出行量，日客流量将达到5 7 5 万人次。2 0 2 0 年内，重庆将建成3 0 0 k m 以上的轨道 交通线网，形成覆盖中心城区、衔接各外围组团的快速轨道交通网络。沿线车站 周边的市民，步行1 0 分钟可到达车站，一小时内可由轨道交通环线车站到达1 小 时经济圈内全部重要的交通枢纽。基本线网“六线一环”线路总长3 6 3 5 k m ，其中 地下线1 6 9 6 k m ，高架线( 含地面线) 1 9 3 9 k m 。主城区轨道交通基本线网密度为 0 4 6 k m k m 2 ，远景线网密度为0 6 5 k m k m 2 j o 重庆轻轨建设工程是国家西部大开发重点建设工程，轻轨2 号线已经通车投 入使用，地铁l 号地铁线和轻轨3 号线也已动工。重庆轻轨3 号线与轻轨2 号线 一样，仍然采用跨座式单轨制式，南起巴南区鱼洞，北至江北国际机场、渝北空 港开发区，横跨两江，贯穿主城南北，将分三期建设。其中，一期工程南起二塘 站，向北沿学府大道、南坪南路、南坪北路、工铜路后过长江，然后经渝中区的 菜园坝、两路口、牛角沱过嘉陵江，沿建新南路、建新北路、红锦大道、新溉路、 规划中央大道西侧规划路至江北客站后至龙头寺站。线路全长2 0 2 k m ，其中高架 线路9 4 6 4 k m ，地下线路1 0 4 1 k m ，敞开段0 3 2 6 k m 。 一期工程共设1 8 座车站，其中地下车站9 座，高架车站9 座。在童家院子设 车辆段及综合基地，出入线在龙头寺车站与正线接轨。在两路口站附近设置一处 控制中心，并为其它两条轨道交通预留合设条件。一期工程与轨道交通路网中的 一号线、二号线、环线、六号线换乘。形成四公里站、两路口站、牛角沱站、红 旗河沟站、火车客站五个换乘节点。 重庆轻轨交通系统( 2 号线、3 号线) 采用具有国际先进水平的跨座式单轨制 式，能够适应沿线特殊地形的要求，其车辆的行走装置跨骑在行走轨道上，车体 重心位于行走轨道的上方。跨座式单轨交通系统的引进在国内尚属首次，其技术 特点有：以梁代轨，梁和轨道是一体的，这种桥梁不仅具有传统桥梁的承载功能， 更重要的是还具有列车行驶的轨道功能，通常称为“p c 轨道梁结构系统 。， 如图1 1 所示。 2 重庆大学硕士学位论文 绪论 图1 1 跨窿式单轨线路和p c 轨道架 f i g1 1s t r a d d l e t y p e m o n o m l lc i r o a i l 口d p cr a i l b 这种跨座式单轨交通系统具有占地少、爬坡能力强、噪音低、污染小等优点， 轨道平面最小弯曲半径l o o m ，最大横坡1 2 ，最大纵坡6 0 ，非常适合重庆当地 的地理特点，它的建成将可大大改善居民出行条件和城市的环境面貌，提高沿线 土地的开发价值，迅速推动片区的建设和发展，有利于重庆市的对外开放和经济 建设，具有良好的经济效益和社会效益。 轻轨交通快速发展的同时，也带来了一个问题，那就是众多与轻轨相关配套 设备的设计和制造。我国轻轨建设刚刚起步，众多配套设备尚未影成标准化、系 列化，缺乏相关设备的技术资料，己建或正在建的轻轨变通又是多样化的，如上 海、武汉的轻轨采用的是高架式铁轨，重庆采用的是跨座式单轨胶轮。轻轨交通 发达的欧美日国家，这些配套设备也因其批量小、品种多、用户要求以及具体地 理条件的不同，市场上的现成设备几乎没有。因此，借鉴国内外已有的相似设备 的设计制造经验，自行设计符合自己要求和特点的轻轨配套设备是比较经济有效 的方法一。本论文所论述的在线式水平轮压力检测装置就是适应跨座式单轨车辆 的专用关键检测维护设备之一，其主要功能是检测日常应用中列车转向架上6 个 水平轮( 4 个导向轮，2 个稳定轮) 对轨道粱的压力。本课题的选题就是在此背景下 提出的主要任务是根据重庆跨座式单轨的实际情况和自身特点，借鉴国内外相 似设各的先进技术，完成跨座式单轨车水平轮压力检测装置的设计开发工作。 1 2 国内外研究现状与发展 1 2 1 水平轮压力检测技术的现状与发展 重庆跨座式单轨交通系统是国内首次引进，轻轨交通的芨展在国内也是刚剐 起步，许多关键设备和配套装置的研制技术尚属于模仿、借鉴、学习吸收阶段。 重庆大学硕士学位论文绪论 然而，轻轨交通在国外已经经历了很长一段时间的发展，跨座式单轨交通系统也 已运营多年，相关设备的设计和制造技术已经比较成熟。尽管国内( 重庆) 跨座 式单轨交通系统与国外( 日本，欧美国家) 跨座式单轨交通系统在p c 轨道梁结构 尺寸、车辆转向架结构尺寸等参数上存在着差异，但是它们都是跨座式单轨交通 系统，工作原理也基本相同，而且国外相关配套测试、维护设备已经研制成功并 投入使用且效果良好，故本论文要研究和设计的在线式水平轮压力检测装置可以 参考和借鉴国外类似设备的设计方法和经验。 图1 2 单轨车辆走行系统转向架 f i g 1 2 m o v i n gs y s t e m o f m o n o r a l l v e h i c l e - b o g i e 跨座式单轨交通系统与常规的铁路系统类似，也是由线路、车辆系统、机电 设备、车辆段及综合维修基地等部分组成，同时，作为一种技术先进的城市轨道 交通系统，有其构造的特殊之处，其车辆行走的轨道粱一般由预应力混凝土( p c ) 粱构成，以节省建造成本。跨座式单轨车辆跨骑在p c 轨道粱上，车辆的行走功能 是由转向架来实现，其转向架结构与利用轮对与轨道之问的冲角来实现稳定行走 的铁道车辆、钢轮钢轨制式的轻轨车辆的转向架结构有所不同，其转向架上的 走行轮承受垂直方向的载荷，并传递车辆与轨道面间的驱动力和制动力；转向架 上的导向轮位于轨道韵两侧上部，承受车辆部分侧向载荷并引导车辆沿轨道行驶； 转向架上的稳定轮位于轨道两侧的下部，承受大部分侧向载荷，防止车辆过多的 侧倾避免侧翻，如图12 所示。 跨座式单轨车辆转向架上所用的轮胎都是橡胶充气轮胎，在车辆行驶过程中， 导向轮起导向作用，稳定轮起稳定车体作用都是轻轨车辆安全行驶的关键。而 长期工作的橡胶轮胎会产生塘损、漏气以及胎内压力不足等现象因此，定期对 重庆大学碗士学位论文绪论 水平轮进行检测( 主要是检测水平轮对p c 轨道的正压力) 和维护就变得十分重要。 目前，在日本跨座式单轨交通系统非常普遍相关配套设备的研制技术也非 常成熟。日本东京线、大阪线、小仓线、冲绳线采用的都是跨座式单轨制式，其 水平轮压力检测装置主要组成部分也基本相同。以东京线为例，其水平轮压力检 测装置为固定式，设置在检修库内。设备由控制台及检测装置轨道粱组成。检测 装置轨道粱由特制轨道粱、带压力传感器的6 个负载元件、压力数据变送传输接 口箱和对位机构等几部分组成。控制台上装有测量、显示等装置，如图1 3 所示。 其工作序列一般是先将被测的转向架吊置到脱轨粱上，然后推入到检测系统 的特制轨道粱上，机械对位后，打开设备电源，控制台能同时显示转向架6 个水 平轮对轨道梁的正向压力值，并有超压报警系统。 由于现有跨座式单轨车水平轮压力检测装置各有优缺点，同时存在一些问题 没有攻克，例如：设备利用率不高、工作效率低、检测过程繁琐、只能固定检测、 ( b ) 特制轨道粱 t a i l o r - m a d e o r b i t a l g i r d e r 重庆大学硕士学位论文 绪论 1 陋震匪_ 攀一一 1 压力数据变送传输接口箱 ( 曲负载元件 ( d ) l o a dc o m p o n e n t 固13 水平轮压力检测装置 f 培1 3 m e a s u r i n g d e v i c e f o r p r e s s i n g f o r c e o f g u l d l n g w h e e l 检钡4 对象只能是转向架总成而不能是整车等难题，其它国家此类设备投入使用的 也比较多，但是也或多或少存在上述的共性问题，因此需要不断的研究探索。 l22 虚拟仪器技术的回顾、现状与发展 虚拟技术、计算机通讯技术与网络技术是信息技术晟重要的组成部分它们 被称为2 1 世纪科学技术中的三大核心技术1 。虚拟技术蕴含的巨大潜力，使发达 国家趋之若鹜，在这一领域的研究上投入巨资，希望有朝一日能在它的带动下率 先进入信息时代，而把工业时代远远地抛在后面1 2 0 世纪8 0 年代首先在美国兴起和发展起来的虚拟仪器无疑是虚拟技术领域中 的重要组成部分，因此，它成为发达国家研究开发的热点技术之一1 。 虚拟仪器的概念和特点 虚拟仪器是指通过应用程序将通用计算机与功能化模块硬件结合起来，用户 重庆大学硕士学位论文1 绪论 可以通过友好的图形界面来操作这台计算机，就像自己定义、自己设计的一台单 个仪器一样，从而完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据存储等。与 传统仪器一样，它可分为数据采集、数据分析处理、显示结果三大功能模块，如 图1 4 所示。 d a q 卡 信号处理网络传输 g p i b 仪器 卅 卜数字滤波1卜复制 v x i 仪器 统计 文件i o r s 一2 3 2分析图形用户接口 采集处理数据分析结果表达 图1 4 虚拟仪器功能图 f i g 1 4f u n c t i o nc h a r to fv i r t u a li n s t r u m e n t 虚拟仪器以透明方式将计算机资源和仪器硬件的测控能力相结合，实现仪器 的功能运作。应用程序将可选硬件( 如g p i b ，v x i r s 2 3 2 d a q ) 和可重复使用源码 库函数等软件结合实现模块间的通信、定时与触发，源码库函数为用户构造自己 的虚拟仪器系统提供基本的软件模块。 虚拟仪器的演变和发展一 虚拟仪器是日益发展的计算机硬件、软件和总线技术在向其它技术领域密集 渗透过程中，与测试技术、仪器仪表技术密切结合孕育出的成果。2 0 世纪8 0 年代， 美国国家仪器公司( n a t i o n a li n s t r u m e n t sc o r p o r a t i o n 简称m ) 首先提出了虚拟仪器 的概念。 n i 提出的“软件就是仪器 ( n es o f t w a r ei st h ei n s t r u m e n t ) 的口号，彻底打 破了传统仪器只能由生产厂家定义，用户无法改变的局面。自2 0 世纪8 0 年代以 来，m 公司己研制出多种总线系统的虚拟仪器，特别是它推出的l a b v i e w 图形 编程环境己享誉世界。在n i 之后，美国惠普( h p ) 公司紧紧跟上。该公司推出的 h p v e e 编程系统可提供数十至数百种虚拟仪器的组建单元和整机。作为仪器领域 中最新兴的技术，虚拟仪器的研究、开发在国内已经过了起步阶段。9 0 年代中期 以来，重庆大学、哈工大、西安交大、中科泛华测控技术有限公司等很多院校和 高科技公司，在研究和开发仪器产品和虚拟仪器设计平台以及引进和消化m 公司、 h p 公司的产品等方面做了一系列有益工作，并取得了批瞩目的成就。 虚拟仪器的出现和兴起，改变了传统仪器的概念、模式和结构，改变了人们 7 重庆大学硕士学位论文1 绪论 的仪器观。据世界仪表与自动化杂志报导，2 l 世纪初，虚拟仪器的生产厂家 将超过千家，品种将达到数千种，市场占有率将占到电测仪器的5 0 。 虚拟仪器的分类及结构。 虚拟仪器随着微机的发展和采用总线方式的不同，要分为四种类型： 1 ) p c 总线一插卡型虚拟仪器 这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的测试软件( 如l a b v i e w , h p v e e 等) 相结合，完成测试任务。它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件 的便利。但它的关键取决于a d 转换技术。这类仪器受p c 机机箱和总线限制， 并存在电源功率不足、机箱内部噪声电平较高、插槽数目不多，插槽尺寸较小， 机箱内无屏蔽等缺点。插卡式仪器最便宜，因个人计算机数量非常庞大，用途广 泛，特别适合于教学部门和各种实验室使用。 2 ) 并行口式虚拟仪器 最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，它们把硬件集成在一 个采集盒里或一个探头上。软件安装在计算机上，通常可以完成各种虚拟仪器的 功能。典型产品有l w k 公司的d s o 2 1 x x 系列数字示波器。它们最大好处是可 以与笔记本电脑相连，方便野外作业，又可与台式电脑相连，实现台式与便携式 两用。 3 ) v x i 总线方式的虚拟仪器 v x i 总线是一种高速计算机总线v m e 总线在领域中的扩展，它具有稳定 的电源，强有力的冷却能力和严格的r f u e m i 屏蔽。于它具有标准开放、结构紧 凑，数据吞吐能力强，定时和同步精确，模块可重复利用，众多仪器厂家支持等 优点，很快得到广泛的应用。 经过十多年的发展，v x i 系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中 规模自动化测量系统，以及对速度、精度要求高的场合，有其他仪器无法比拟的 优势。但组建成v x i 总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高。 4 ) p x i 总线方式的虚拟仪器 p x i 总线方式是在p c i 总线内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的， 增加了多板同步触发总线的参考时钟。用于精确定时的星形触发总线，以使用于 相邻模块的高速通讯的局部总线。p x 工具有8 个扩展槽，而台式p c i 系统只有3 4 个扩展槽，通过使用p c i p c i 桥接技术，可扩展到2 5 6 个扩展槽，台式p c 的性能 价格比和p c i 总线而向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来的主要的虚拟 仪器平台。 虚拟仪器的前景展望 虚拟仪器的发展主要取决于三个重要因素。计算机是动力，软件是主宰，高 重庆大学硕士学位论文 l 绪论 质量的d 采集卡及调理放大器与传感器是关键。 无沦哪种系统，都是将硬件仪器( 传感器、调理放大器、d ) 搭载到笔记 本电脑、台式机或工控机等各种计算机平台上，加上应用软件面板构成，实现使 用计算机的全数字采集测试分析。的发展完全跟计算机的发展同步，所以显示 出的灵活性和强大的生命力。虚拟仪器的兴起是测试仪器技术的一次“革命”， 是仪器领域的一个新的里程碑。未来的完全可以覆盖计算机辅助测试的全部领 域、几乎能替代所有的模拟测试设备。它的重要意义在于尚是一块处女地，有待 大家来开拓。基于计算机的全数字化测量分析是采集测试分析的未来。 虚拟仪器必将在电子测量、电气工程、机电一体化、教育和关系国计民生的 越来越多的领域中广泛普及；标准化、通用化、系列比、模块化以及开放式的体 系结构等，v x j 系统的观念将成为电测量仪器仪表变革的重要方向。数据采集、 测试、过程控制、信息传输与通信等现代信息技术汇聚在一起，将最终导致标准 化、规范化卡式仪器和软件化仪器的更广泛流行。虚拟仪器其发展将跟着通用计 算机走、跟着通用软件走、跟着网络走的指导思想。 1 3 课题研究的目的和意义 1 3 1 课题研究的目的 本课题是根据重庆跨座式单轨交通系统的具体情况，在日常应用中对水平轮 压力进行检测，如果偏离了标准值，应及时进行气压修正或更换轮胎，排除安全 隐患，保证轻轨车辆安全可靠运行。同时要学习吸收国内外的先进技术和设计开 发理念，完善我国轻轨交通装备检测维修技术，解决重庆轻轨建设的实际问题。 1 3 2 课题研究的意义 跨座式单轨车水平轮压力检测装置是为了满足重庆轻轨维修基地的需要，积 极吸取了国外同类设备的优点并结合重庆轻轨具体结构和情况加以改进，使之能 够在车辆以低速行驶时动态地检测水平轮的压力并集中分析、显示和打印( 如需 要打印时) 。在国内，尚无这种成套专用设备的出现，因此，本课题所设计的在线 式水平轮压力检测装置属于国内同类设备的首例，弥补了国内在此领域的空白， 对后续研究提供了宝贵的资料和经验，同时对国内外在轻轨列车水平轮压力测试 设备的设计和研究领域也产生了积极的推动和借鉴作用。在水平轮压力检测装置 的分析研究、设计、优化过程中，用到很多先进的分析设计方法，可以说本课题 也是现代先进技术和方法在实际应用中一次完美的实践，促进了现代先进技术和 方法的实际应用。 本课题所设计的水平轮压力检测装置能够满足跨座式单轨车水平轮的维护和 检修需要，极大地提高了轻轨列车行驶的安全性。轮胎压力对于车辆安全行驶的 9 重庆大学硕士学位论文1 绪论 重要性众所周知，其性能的优劣，将直接影响车辆的通过性、平顺性、稳定性、 安全性和舒适性等。轮胎气压不足，将加大轮侧的弯曲变形，易导致胎内内壁帘 线松散断裂；当气压高于标准值时，轮胎与轨道面接触面面积减小，轮胎胎面中 部区域承受的压力增高，磨损加剧，花纹底部开裂，这样轮胎刚度增大，增大了 轮胎与轨道面之间的动载荷，车辆的平顺性变坏。而轮胎和轨道面之间的动载荷 增大，也意味着轮胎与轨道面之间的最小正压力减小，从而降低水平轮的轨道面 附着力，影响车辆的行驶安全性。当车辆高速行驶时，如果轮胎气压低于标准值， 轮胎会急剧升温而脱层，这会削弱轮胎的强度和正压力，最后导致轮胎破裂漏气。 另外，如果同一列导向轮气压不同，易造成行驶方向的不稳定。统计数据表明， 当轮胎压力低于其额定值o 0 3 m p a 时，轮胎的正常使用寿命将会减少2 5 ；当轮 胎压力高于标准值2 5 时，其寿命将会降低1 5 - 2 0 。跨座式单轨车辆轮胎采 用的是全钢丝植物纤维充氮橡胶轮胎，单胎载重较大，如果行驶时轮胎出现充气 不足或严重损坏，将可能发生重大的安全事故一。水平轮压力检测装置可以在日 常应用中测定安装在转向架上的6 个水平轮( 4 个导向轮，2 个稳定轮) 对轨道梁的 压力，从而确定水平轮对轨道梁的压力是否偏离标准值，以便及时对轮胎进行充 气或更换作业。随着轻轨交通的飞速发展，轻轨列车在数量上将会有很大的增加， 水平轮压力检测装置作为轻轨列车主要的维护检修设备将会有更大的应用和发展 的空间，而且实现了轻轨交通配套检测产品的国产化，节省外汇，在实际应用中 有现实意义，势必有广阔的市场前景和巨大的经济效益。 1 4 设备研制要求和技术参数 1 4 1 工作条件 设置地点：洗车线。 室内使用。 环境温度：0 - 4 3 。 海拔高度1 0 0 0 m 。 最大相对湿度：9 5 。 工作制度：2 4 小时内间断工作。 1 4 2 设备主要技术要求 特制轨道梁应有足够的刚度，应能承受吊装转向架时的冲击力。 所有金属表面均应作室外防锈涂覆油漆处理。 压力传感器应灵敏可靠。 经座架调整，应保证同侧的四个元件的测力板处于同一平面内，并应保证 两侧的测力板平面间的距离误差小于测量精度容许的范围。 1 0 重庆大学硕士学位论文1 绪论 定。 应随机配附测力板调整专用工具。应随机配附专用测力较验装置。 负载元件安装和调整应当方便可靠。 压力数据变送过程中应能承受温度，电磁干扰等外部环境因素的影响。 传输电缆应有防护外套，并提出埋设要求。 计算机系统应有去皮清零功能。预留网络接口，接口规范设计联络会上确 特别轨道梁制造精度要求见下表1 1 ： 表1 1 特制轨道梁的制造精度要求 2 2 1 t a b l e1 1m a n u f a c t u r ep r e c i s i o nr e q u e s to ft h et a i l o r - m a d eo r b i t a lg i r d e r 1 4 3 设备主要技术参数 主要技术参数卜叫 1 ) 轨道梁：尺寸8 5 0 x 4 0 0 0 x 1 5 0 0 m m 。 2 ) 测力板尺寸：2 5 0 x 4 0 0 m m 。 3 ) 测压元件：负载能力1 0 k n 。 4 ) 测量点数目：8 个。 5 ) 测定范围：0 - 1 0 k n ( 注：标准轮胎压力，4 5 k n 。) 6 ) 测定精度：士o 2 k n 。 7 ) 着力点偏心容许范围：士1 5 0 m m 8 ) 电源：2 2 0 va c5 0 h z 。 9 ) 工控计算机不低于以下指标：硬盘8 0 g 主频3 g m h z 内存1 g 。 1 0 ) 打印机：便携式激光彩色打印机，可打印a 4 纸。 专用的标准及规范”： 重庆大学硕士学位论文1 绪论 设备的设计、制造、试验、安装及验收应遵照下列标准现行有效的最新版本( 但 不限于下列标准) ： j g j t 1 6 民用建筑电气设计规范 g b 5 0 2 5 4 电气装置安装工程低压电器施工及验收规范 g b 5 0 2 5 8 电气装置安装工程l k v 及以下配线工程施工及验收规范 g b 5 0 16 9 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范 1 5 论文主要研究内容 本论文在对跨座式单轨车辆、转向架结构以及水平轮有充分了解的基础之上， 针对在线式水平轮压力检测装置的功能要求，结合现有类似设备并加以改进，提 出原理方案的技术路线，然后加以分析，完成总体方案的分析与设计，并初步设 计出机械结构系统、压力测试与信号采集系统和信号处理显示与控制系统三大系 统的具体实行方法。研究内容具体包括以下几个方面： 水平轮压力检测装置总体方案设计 水平轮压力检测装置水平轮与轨道面压力采集系统的研究设计 该部分主要包括：轮胎与轨道面压力的测量、传感器输出的模拟信号向数字 信号的转变以及数据的存储和处理。 压力测量中信号误差的研究以及采样信号分析 水平轮压力检测装置系统调试 1 2 重庆大学硕士学位论文2 原理方案设计 2 原理方案设计 跨座式单轨车水平轮压力检测装置原理方案设计应建立在对跨座式单轨交通 系统、跨座式单轨车、单轨车辆转向架和水平轮有充分认识的基础之上，才能使 设备原理方案能够符合跨座式单轨车辆水平轮压力检测的需要。只有了解跨座式 单轨车辆运行方式、单轨车辆转向架的种类和结构尺寸、车辆转向架与车体的联 接方式以及与其它部件的位置和装配关系、水平轮种类和设备参数，才能准确完 成功能分析，最终完成跨座式单轨车水平轮压力检测装置原理方案的设计。本章 首先介绍了跨座式单轨交通系统、跨座式单轨车、单轨车辆转向架和水平轮，然 后在此基础上进行了该设备的功能分析，最终完成水平轮压力检测装置的原理方 案设计。 2 1 跨座式单轨交通系统简介 2 1 1 跨座式单轨交通特点 图2 1 跨座式单轨交通系统的结构 f i g 2 1c o n f i g u r a t i o no fs t r a d d l e - t y p em o n o r a i lt r a i no i lat r a c kg i r d e r 单轨车是承托在单轨轨道梁上行驶的交通工具，由采用橡胶轮胎的车辆以跨 坐或者悬挂的方式在轨道梁上行驶。车体跨坐在p c 轨道梁上运行的称之为跨座式 单轨交通，如图2 1 所示；车体通过转向架连接而悬挂在轨道梁上运行的称之为悬 挂式单轨交通2 5 1 。跨座式单轨交通系统车辆不仅可在1 0 的坡道上运行，还能适 重庆大学硕士学位论文2 原理方案设计 应最小曲线半径为1 0 0 m 的线路；由于车辆采用橡胶轮胎，在与转向架的空间弹簧 配合下，可以获得良好的乘车舒适度。 跨座式轻轨交通之所以深受青睐，主要有下面5 个方面的原因：一是占地小， 充分利用空间。有关资料介绍，目前日本的单轨托梁支柱直径仅为1 2 m ，支柱间 距为2 0 m ，因此可以利用道路绿化带的面积设置，基本不占用线路空间；p c 轨道 梁的宽度也仅为l m 左右，遮光量可不考虑。二是高架行驶，不受地面交通拥堵影 响，可安全、正点运行，可适应灾害性天气。三是可根据城市形态和交通需求实 现复线、单线、急弯、打破道等最佳选择，实现从小型到大型各种尺寸的“量身 定做，取得最佳效果。四是使用橡胶轮胎和空气弹簧，噪音和振动较小，适宜在 城市中修建；电机驱动，无废气排放。五是单轨立柱、p c 轨道梁等为预制构件， 施工期短，建设成本仅为地铁的1 3 一。 2 1 2 跨座式单轨轨道梁 跨座式单轨交通系统线路上的轨道梁既是单轨车辆行驶的轨道，同时也是承 载重量的结构，轨道梁均采用标准截面，正线及基地内全程均需铺设轨道梁。根 据施工工艺的不同，轨道梁有预应力混凝土轨道梁( 简称p c 轨道梁) 和普通钢筋 混凝土轨道梁( 简称r c 轨道梁) 两种。p c 轨道梁采用工厂预制，通过汽车吊或 架桥机架设的施工方法，形成线路的质量及精度较高，同时制作成本较高。r c 轨 道梁制作精度较p c 轨道梁差。正线一般为载客行驶且行车速度较高，考虑到行车 的安全和舒适度需要，均采用预制p c 轨道梁。 图2 2p c 轨道梁截面 f i g2 2p c r a i lb e a ms e c t i o n 单榀轨道梁在直线段和平曲线半径r 7 0 0 m 地段长度采用2 2 m ，考虑曲线外 1 4 重庆大学硕士学位论文2 原理方案设计 侧加长，最大梁长2 2 5 m ；车站和平曲线半径r 7 0 0 m 地段长度采用2 0 m ，考虑 外侧加长，最大梁长2 0 5 m ；非标准轨道梁长1 0 1 8 m 。轨道梁顶面距离道路高度 一般在9 m 以上，平均约为1 4 m 。整条线路的轨道梁通常采用l 型预应力混凝土梁， 梁的结构尺寸一般为高1 5 0 c r n ，宽8 5 c m ，顶面、两侧面均为车辆行驶面( 顶面为 承重轮，上侧面为导向轮，下侧面为稳定轮) ，如图2 2 所示，两侧梁腰为供电接 触网，梁底悬挂电缆线桥架，敷设供电、通信电缆。 轨道梁通过拉力支座，固定在墩台之上，形成列车行驶的轨道。p c 梁制梁时 已将支座安放在梁底，支座采用两种类型的支座；一种是铸钢支座，另一种是承 拉盘式橡胶支座，支座中心距离梁端0 3 8 5 m ，p c 梁最重梁片达6 2 吨。为了便于 日后轨道梁的维护、检修以及更换，两轨道梁通过指形连接板连接，如图2 3 所示。 图2 3p c 轨道梁构造 f i g2 3c o n s t r u c t i o n a ld e t a i la b o u tp c r a i lb e a m 标准跨度轨道梁采用预制预应力混凝土结构( p c 梁) ，属于全预应力结构。