（信号与信息处理专业论文）减速顶测试仪数据分析系统的开发.pdf

喻尔演理下j 学t 学硕j 学化论殳 减速顶测试仪数据分析系统的开发 摘要 从7 0 年代开始 为实现我国铁路编组各种复杂情况下的自动化作业 减 速项成为各铁路编组站采用的一种对驼峰溜放车辆进行调速的设备 其各项性 能指标影响铁路编组站作业的效率和安全 相应的减速项检测方法相继提出 并设计了相应的检测设备 但是目前对铁轨上的减速顶检测还是仅限于工人踩 踏减速顶 凭经验和几何尺寸束判断减速顶的性能和是否需要维修 这种检测 方法效率低 费时费力 不能及时发现减速顶存在的问题 致使安全连挂率低 于设计标准 甚至会造成安全事故 尽管现在存在室内减速顶检测设备 但不 能应用于在线实时检测 因此不能解决目前检测效率低的问题 根据减速项的工作原理和红外测温原理 对车辆碾压过的减速顶进行温度 数据的采集 然后通过对减速顶测试仪采集来的数据分析 比较 判断减速顶 的工作状况 本文详细介绍了数据分析系统的各部分功能的实现 包括数据处 理 显示测量测量数据 设备管理 数据库备份与还原等模块 利用v i s u a l c 6 0 作为编程工具 采用s q ls e r v e r 2 0 0 0 为后台数据库 根据红外测温检 测到的数据结果 通过编程使得获取的数据图形化显示 然后通过与数据库中 标准温度曲线进行对比 科学的判断减速顶是否需要维修 对需要维修的减速 顶进行登记 备份数据 可以从数据中总结出哪些部分由于经常超负荷工作 造成减速顶损耗较大 在同常维护中就要对这一区域的减速顶多加关注 减少 安全事故 实验证明减速顶测试仪数据分析系统能够帮助工人降低劳动强度 提高检测效率 满足日常生产需求 关键词减速顶 m f c a d o 数据库 哈尔滨理t 大学t 学硕l 学位论文 d a t aa n a l y s i ss y s t e mf o rr e t a r d e rf a i l u r ed e t e c t o r a b s t r a c t f r o mt h es e v e n t hd e c a d eo fl a s tc e n t u r y t oa c h i e v ea u t o m a t i o nt a s kw h i c hi s u n d e r i n gc o m p l e xs i t u a t i o n sa p t l y i nt h er a i l m a r s h a l l i n gy a r d o fo u rc o u n t r y r e t a r d e r sh a sb e e nu s e di nar a i l w a ym a r s h a l l i n gy a r df o rc o n t r o l i n gt h es p e e da st h e c a r r i a g eg o e sd o w nf r o mh u m p t h ep e r f o r m a n c eo fr e t a r d e ra f f e c t st h ee f f i c i e n c y a n ds a f e t yo fr a i l w a ym a r s h a l l i n gy a r do p e r a t i o n s m e t h o d sf o rd e t e c t i n gt h er e t a r d e r h a v eb e e np r e s e n t e da n dh a v ed e s i g n e dt e s t i n ge q u i p m e n t b u tt h ei n s p e c t i o nf o rt h e r e t a r d e r sw h i c hh a sb e e nf i x e do nt h er a i l w a y a c c o r d i n gt os t e p i n go nt h er e t a r d e r s a n dt h e nj u d g m e n tb yw o r k se x p e r i e n c e o b v i o u s l y i ti sl o we f f i c i e n c y t i m e c o n s u m i n ga n dh a r ds l e d i n g i fm a l f u n c t i o no ft h er e t a r d e rc o u l dn o tb ef o u n di nt i m e t h e yr e s u l tt h a tt h es a f e t yc o u p l i n go fd e s i g nl o w e r ss a f e l ys t a n d a r d sa n dc a r r i a g e s a r ed e s t r o y e d a l t h o u g ht h e r ea r es o m ei n d o o rt e s t i n gf i x t u r e s t h e yc a nn o tb e a p p l i e dt oo n l i n er e a l t i m ed e t e c t i o n s ot h ef i x t u r ec a n n o ts o l v et h ep r o b l e mo fl o w d e t e c t i o ne f f i c i e n c yf o rt h em o n m e n t a c c o r d i n gt o t h e w o r k i n gp r i n c i p i u mo ft h e r e t a r d e ra n di rt e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n tt e c h n o l o g y w ec o l l e c tt h et e m p e r a t u r ed a t aw h e nt h ec a r r i a g et h r o u g h ar e t a r d e r t h e nw eg e tt h er e s u a l to ft h er e t a r d e rw h i c hn e e d st or e p a i ro rr e p l a c i n g o nt h eb a s i so fc o m p a r i n gd a t a t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ef u n c t i o no fd a t aa n a l y s i s s y s t e mt h ed e t a i lf u n c t i o n o ft h ed a t as u b s y s t e mi n c l u d i n gd a t ap r o c e s s i n g d i s p l a y i n gm e a s u r e m e n td a t a d e v i c em a n a g e m e n t d a t a b a s eb a c k u pa n dr e s t o r e m o d u l e i su s i n gv i s u a lc 6 0a sap r o g r a m m i n gt o o l a n du s i n gs q ls e r v e r 2 0 0 0 f o rb a c k g r o u n dd a t a b a s e a c c o r d i n gt ot h ed a t ad e t e c t e db yi n f r a r e dt e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t t h es y s t e mi m p l e m e n t sag r a p h i c a lb yp r o g r a m m e da n dp u t st h ed a t a i n t ot h es q ld a t a b a s e b yc o m p a r i n gt h es t a n d a r dt e m p e r a t u r ec u r v e w o r k sc a l l d e t e r m i n et h a tt h er e t a r d e rw e a t h e rn e e df o rm a i n t e n a n c eo rr e p l a y i n gan e wo n e t h e nw ew r i t ed o w nt h ed a t aa n df i n do u tw h e r et h er e t a r d e rh a sal o tw o r k b e c a u s e o ft h eo v e r l o a dw o r k r e t a r d e r si nt h a ta r e am a yb em a n g l e dq u i c k l y w es h o u l d c h e c kt h e s er e t a r d e r sc a r e f u l l yi fw ew a n tt oe n s u r et h ec a r r i a g es a f e l y e x p e r i m e n t s s h o wt h a tt h ed a t aa n a l y s i ss y s t e mr e d u c e st h el a b o ri n t e n s i t ya n di m p r o v et h e i i 哈尔滨理t 人学t 学硕 学位论文 e f f i c i e n c yo f d e t e c t i o n k e y w o r d sr e t a r d e r m f c a d o d a t a b a s e i i i 哈尔滨理丁人学t 学硕 j 学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 近几十年以来 我国铁路部门为了实现铁路编组在各种情况下的自动化作 业 因此减速顶在中国铁路各个编组站被广泛采用 上世纪7 0 年代 减速顶 引进到我国 自此我国开始研究并应用 仅哈尔滨铁路局减速项研究中心研制 生产的各类减速顶在我国各铁路编组站及厂矿企业安装应用达1 0 0 万余台0 2 1 车轮滚压过安装在钢轨上的减速顶 滑动油缸帽头 会对车辆起制动减速作用 的一种液压设备 它具有投资小 作业效率高 安全系数高 不需要外部能 源 控速稳定可靠 安全连挂率高 结构轻小等优点 减速顶的广泛应用对提 高编组站作业效率 保证运输作业安全 加强人身安全 实现自动化驼峰溜放 作业 起到了十分有效的作用 3 5 1 因此减速项应用范围广 使用数量多 深得 铁路运输部门及广大铁路工作人员的好评 并且已经在应用减速顶的编组站和 厂矿区全部成立了减速顶工区 6 1 但是目前对铁轨上安装的减速顶的故障检 测 只是通过人力日常巡检 由工人人工踩踏安装在铁轨沿线的减速顶 以经 验来判断减速顶的好坏 辅以室外实车试验 由于此种检测方式不仅工作效 率比较低 可能致使损坏的减速顶得不到及时的维修 而且应用这种检测方法 也可能出现将不需要维修的 未出现故障的减速顶替换下来的情况 浪费了人 力j 物力和财力 为了避免上诉情况的发生 降低检测不及时所产生的事故和 减少人力巡检过程中资源的消耗 需要通过对减速顶测试仪所采集数据进行快 速分析达到准确检测的目的 课题研究方向是通过分析对减速顶温度采集的数据 对减速顶是否需要维 修进行科学 精准的判断 以减少人力巡查失误 资源浪费之目的 1 2 减速顶应用背景与发展现状 1 2 1 减速顶应用的背景 减速项应用的背景首先先介绍一下驼峰编组原理 i o l l 货物在铁路货运站 或专用线装7 i 后拉至编组站 由于目的站不同 需要经过多次编组 重新编组 后的列车 向目的站方向发车 到达其目的站后又要进行解体 分别被拉到货 哈 j 滨胖t 人学t 学顾i j 学f 节论文 运站或者专用线卸车 在这个过程中 列车编组站就是货物列车到达 编组 出发 解体 并为此设置较完善的调车作业的车站 列车编组站对列车进行编 组是以驼峰方式为主 1 2 j 所谓的驼峰编组是指 机车将列车推至铁路线上那一 段形似驼峰的高出的区段的高坡上 工人在峰顶摘开车钩 在重力加速作用下 车辆顺坡溜放 脱离列车 i3 1 计算机控制道岔转辙机 自由溜向指定的轨道 为了使得作业连续平稳 效率高 驼峰调车推送速度并不高 通常为3 k m h 5 k m h 现代化的驼峰调车场完全是计算机控制 成为当代铁路调车编组的主 要方式f 14 1 控制车辆溜放的速度尤为重要 因为速度快 容易造成车厢与前一节车厢 产生碰撞 造成损失 而速度慢则不能使车厢到达指定目的地 停在途中的车 厢需要工人进行人工牵引 所以控速是驼峰编组作业的核心 减速顶是对车辆 的速度进行有效控制的一种调速设备 它安装在铁路轨道沿线 列车可以安全 连挂 它在驼峰自动化编组工作过程中起到了非常重要作用 1 2 2 国内外减速顶应用发展现状 5 0 年代术 英国道蒂液压设备有限公司开始研究减速顶 经过反复试验研 究 1 9 5 9 年5 月研制出第一代无外部液压能源的可控的液压减速顶 1 5 1 6 l 并获得 英国专利 第二代无外部能源自动控制的标准型油汽减速顶于七十年代初研制 成功 1 9 7 2 年在英国铁路东区编组站安装使用 1 9 7 3 年 澳大利亚编组站向英 国引进此新产品 1 9 7 4 年 蒂公司成功研制了第三代减速顶 即蘑菇头的高效 能减速顶 减速顶开始被各个国家所重视 并得到广泛应用 美国 瑞士 澳 大利亚 南非 西德 加拿大 同本 印度等国家纷纷引进并在安装使用 日 本 南非 德国在此基础上还研制出新型减速顶 并在各自国家的铁路编组站 中应用 1 9 7 4 年初 我国开始对减速顶进行研制 年底由哈尔滨铁路局 哈尔滨工 业大学和铁科院运输所联合研制成功第一台具有自主知识产权的减速顶 1 9 7 7 年 该减速顶通过了铁道部的技术鉴定 中国t d j 减速顶问世 通过铁道部对 该调速系统的评价 保证了安全 提高了效率 深受广大调车人员的欢迎 三 十年以柬 我国减速顶调速技术经历了四个发展阶段 减速顶的研制阶段 1 9 7 4 1 9 7 7 减速顼调速系统的研究试验阶段 1 9 7 8 1 9 8 4 全面开发研究阶段 1 9 8 4 1 9 9 4 推广提高阶段 1 9 9 4 一至今 我国的减速顶调速技术已经处于飞速 的发展f 介段 逐步走在了世界f j 订列 并取得多项科研成果 减速顶的广泛应用 哈尔滨理t 人学t 学硕i 学位论文 也为国家取得了显著的经济效益 1 9 8 7 年1 0 月我国的减速顶技术开始走向世界舞台 首先在波兰亚里西亚 铁路编组站使用中国的减速顶建立了全顶驼峰制式3 2 股道 得到波兰交通部 优质工程奖 1 9 9 3 年开始向俄罗斯和乌兹别克斯坦出口t d j 减速顶 1 9 9 6 年 开始逐步打开了美国的市场大门 1 9 9 8 2 0 0 3 年又先后向阿金延 圣保罗 林 肯 奔森维尔等多个国家出口 在国际减速顶及其调速技术领域 我国的减速 顶调速技术逐步走向世界 我国的产品和技术已达到世界领先水平 仍有广阔 的推广前景 1 7 1 在向国外铁路和矿场推广我国的减速顶及调速技术的同时 各研制生产单 位不断创新 研究高新技术产品 不断提高各自产品技术参数和质量水平 尤 其在布顶方案设计 结构功能 控制系统等方面都具有了较高水平 硕果累累 先后获得国内外多项专利和多项奖项 1 3 减速顶检测技术的发展现状 1 9 9 7 年3 月5 日发布制订了我国自行研究 制定的第一个关于减速顶的测试 方法标准 中华人民共和国铁道行业标准 减速顶测试方法 t b t 2 7 7 4 1 9 9 7 并于1 9 9 7 年9 月1 日实施 1 涮 其中规定了与减速顶测试有关的符号 术 语 测试条件 测试方法 试验的抽样 因此我国自行研制并投入生产的减速 顶产品在出厂检验时具有了科学的依据 随着我国铁路编组站同益发展和减速顶作为一种重要的调速设备被长期而 广泛应用 其状态是否需要维修 已直接影响到编解作业的安全和效率 按 减速预测试方法 中规定减速顶作为一种不需要外部能源的液压减速元件 在一次检修周期内平均将承受超过1 5 万次的滚压 2 并且由于减速顶安装在 铁轨上 每天连续工作 同晒雨淋 负荷和磨损严重 因此对制造工艺和维修 工艺都提出了较高的要求 所以需要快速 准确地检测减速顶调速设备的方 法 我国减速顶研制成功之初 采用的用手摸 眼看 掐表这些比较简单检测 方式在专用线上进行试验 来判断减速顶的做功情况 1 9 8 0 年开始使用简单的 仪器通过临界速度 制动功和阻力功这三个主要技术参数对减速顶进行检测 1 9 8 5 年从围外引进计算机以及其它检测设备通过动能差法来进行检测 随后我 国自主开发通过示功图法来检测主要技术参数的检测软件 提高了检测水平及 精度 哈尔滨理j f 人学t 学硕f j 学化沦i 殳 即使检测技术不断发展 但是减速顶的应用迅速普及 较先进的检测技术 在普及方面显示出了一种高成本性和滞后性 目前大多数的减速项仍然采取原 始的 现场的单凭工人的经验 用眼看 用脚踩的方式进行检测 所以低成 本 普及化 实时在线的检测方式仍然是同后需要亟待研究和发展的方向 1 4 室外实车检测技术 室外减速顶检钡i j t b t 2 4 6 肚 9 3 所规定的试验条件1 2 2 2 3 l 如下 1 检测减速顶的车辆应满足 1 检测制动功 阻力功 临界速度及其误差时 车辆重量不低于2 0 t 2 检测内侧减速顶时 车轮轮缘高度应为2 5 0 4 i n t o 3 车轮踏面直径为m m 4 车轮轮缘厚度为3 2 0 n l l t l 2 检测减速顶的线路应满足条件 1 轨距为1 4 3 5 i 2 m m 2 检测区段两根钢轨水平高度差不超过4 m m 3 检测区段应为平直线段 3 用于被检测的减速顶应满足条件 1 安装高度为产品图样规定的公称值n o m i l l 2 滑动油缸温度在2 0 5 0 之间 4 检测减速顶的车辆速度要求 1 检测制动功的车速为呀 k m f h 2 检测阻力功的车速为嘤 k m h 5 气象条件 风力小于2 级 气温为1o 3 0 1 4 1 工作原理 满足条件的车辆以限定的速度滚压过安装在检测线路上的减速顶 红外光 电开关用于检测车轮的滚压速度 压力传感器检测出车减速顶对车轮的压力 位移传感器检测减速项被行驶的车辆向下压下后的压缩行程 经过后期的数据 处理 形成一个完整的测试过程 测出减速顶的制动功 阻力功 临界速度等 技术性能参数 喻尔滨理t 入学r 学硕 i 学f 江论 义 1 4 2 面临问题 尽管这种检测方法检测出的数据精度高 操作环境模拟良好 接近真实工 作环境 但是经过长期使用 也暴露出一些问题 如 1 检测成本高 室外实车检测技术需要长时间准备 并且要配备大量专用 检测设备和车辆 2 检测效率低 检测试验均在室外进行 需要技术工人不断安装 调节 拆卸减速项 针对大量的减速顶检测很有难度 3 传感器仪和测试系统受天气影响 环境恶劣的情况下外界信号干扰严 重 绝缘电阻波动较大 影响检测结果 4 检测系统扩展性低 难以完成减速顶的寿命试验和密封试验 1 5 室内模拟检测技术 国内多家科研单位根据实际需要开发出多种减速顶检测系统 如室内模拟 试验台新型多功能检测系统 室内模拟试验台新型多功能检测系统对减速顶主 要性能 密封及整体寿命进行检测 1 5 1 减速顶室内模拟试验台新型多功能测试系统 减速顶室内模拟试验台新型多功能测试系统是由上海铁路站场调速技术中 心开发的一套减速顶检测系统 2 蝴6 1 该系统的主要功能有 1 对目前所有型号的减速顶的制动功 临界速度 阻力功等主要的技术 性能指标进行精准测试 2 对特殊功能减速顶的附加性能进行测试 3 可以对减速顶的密封和寿命进行试验 4 可以用数据或图表的形式给出减速顶位移 反力 时间信号 用于动 态分析 5 可对 j 整个系统有关的仪器的状态进行测试 为非难常的仪器及时反 馈信息并提供处理方法 6 可对减速顶压力传感器 位移传感器等系统外部参数的校 f 系数进行 实时更新 7 有测试同志功能 提供自动压缩原始数据的功能 在线帮助功能 哈尔滨理t 人学t 学硕l j 学位论文 该系统的是在室内运行 传感器和测试系统不受温度 天气 环境等影 响 不需要多种传统的检测设备就可以对减速顶的主要技术参数 密封和整体 寿命试验进行检测 该系统提高了测试精度和效率 1 5 2t d j 减速顶试验台 目前在哈尔滨减速顶调速中心投入使用的d j 减速顶试验台 是室内检修 减速顶滑动油缸组合件的专用维修设备 它可以对减速顶滑动油缸组合件进行 解体检查 压力阀检测 充氮 重组等综合性工作 优点 使用方法简单 易于操作 结构设计紧凑 工作稳定可靠 不易产 生故障 使用寿命长 维修 安装和保养方便 节约能源等 1 5 3 高精度减速顶动态综合测试台 2 0 0 5 年1 0 月由青岛西车务段与青岛浩海液压气动技术有限公司共同研制 的该测试台 它由动力冲击装置 控制 数据传感采集及处理系统两大部分组 成 该测试台由工控机控制 高度智能化 一键式傻瓜操作 自动检测 数据 处理 存储数据 输出检测结果表格 适用于各种外侧项 内侧项 分档减速 顶 可控减速项及停车顶 可对制动功 阻力功 最大反力 临界速度 回程 时间进行检测 高精度减速项动态综合测试台由于其简单的结果比同类型测试台更加小 巧 它的测试精度更提高了 也可定量测出减速项所有动念指标 室内模拟检测试验台在很大程度上使对减速项的检测效率提高 增大了检 测范围 压缩了检测成本 可以对减速顶主要技术参数进行检测 但是 仍然 有三个缺点 1 检测效率仍然不高 为了进行精确测量 需要将i f 在使用 的减速顶拆卸后运回室内方可检测 2 检测的周期长 由于不能对大多数 安装在铁轨上的减速顶进行在线动态性能检测 所以对所有的减速顶进行一次 检查需要很长时间 3 在各种极端条件下 减速顶性能试验难以实现 1 6 便携式减速顶室9 1 油气压力检测仪 此检测仪是由哈尔滨铁路局齐齐哈尔铁路站所研制 它是一种对减速顶油 气反力进行检测的专用 1 剧2 7 1 1 设备功能 哈尔滨理t 人学t 学硕l j 学位论文 1 对减速顶滑动油缸油气反力充足与否进行检测与判断 查看其功能是 否正常 2 可初步判断产生异常的具体拉缸 拉杆的减速顶 3 工作人员可通过检测仪现场查看数据 对异常的减速顶进行处理 2 设备结构 1 机械支撑结构 具有马蹄形 阶梯式结构 其测量手臂可以和减速顶 壳体下端固定 2 数据采集系统 可通过压力传感器进行压力测试与采集 得到减速顶 油气反力 该设备可以通过对油气反力的测量 检测出问题减速顶 但是仍然存在一 些不足 此种检测需要将仪器安装在每个需要检测的减速项上才能对其检测 对 于指定的减速顶进行检测是可行的 但对大批量的减速顶进行检测 仍不方 便 既费时又费力 1 7 本文主要研究内容 铁轨线上行驶的带有减速顶的工作车上 可以安装上减速顶故障在线检测 仪 行驶的工作车车轮对减速顶进行碾压的过程中减速顶做功 减速顶温度升 高 这时 随车将这一组组减速顶温度变化的数据用红外测温技术集中采集 对数据进行处理后用曲线图形进行表示 通过对这些数据准确的分析可以判断 减速项的状态 从而做出减速项故障与否的j 下确的判断 通过开发减速顶测试 仪数据分析系统 将数据库内数据与接收数据进行对比 画出温度曲线图 通 过对曲线图的分析 做出减速顶是否需要维修的判断 并记录更换或维修时 间 减速项编号 以分析减速顶工作情况 哈尔演理t 人学t 学硕i j 学f 矗论文 第2 章减速顶测试仪检测原理与传输方式 2 1 减速顶的结构及其工作原理 2 1 1 减速顶的结构 液气减速顶的基本组成结构 由滑动油缸组合件与壳体组合件两大部分组 成 如图2 1 所示 滑动油缸组合件是与车轮接触对车辆起制动作用的部件 由 滑动油缸体 活塞组合件和密封盖等组成 内部密封着一定量的油液和氮气 是减速顶的主要部分f 2 7 矧 2 1 1 1 滑动油缸组合件滑动油缸体形似一个杯形体 缸体的顶帽 内 外 表面都做了硬化处理 为的是提高强度和耐磨性 为增加抗蚀性 缸体的外表 面镀有铬层 缸体由弹性体 活塞和液压油组合而成 油缸内装有一定量的液 压油 充上一定压力的氮气 在高速连续撞击和高压的恶劣情况下工作 活塞组合件对车辆做功性能起到决定性作用的核心部件 它由压力阀座 速度阀板 速度阀弹簧 压力阀 压力阀弹簧 弹簧座 0 型密封圈 活塞 杆 固定阀板 轴用挡面 调整螺钉 钢球以及内六角螺钉等组成 它们按照 规定顺序安装在活塞杆上 压力阀通过旋动螺钉来调整压力阀的开启压力 是设 定开启压力的部件 由调整螺钉 弹簧座 压力阀弹簧 压力阀和压力阀座等 构成 速度阀是用来设置临界速度的部件 临界速度由弹簧刚度及开口量确定 速度阀由速度阀弹簧 速度阀板等构成 回程阀用于设定回程的时间 由活塞 杆下端面 轴用挡圈和回程阀板构成 密封盖是密封滑动油缸内液压油和弹性体的部件 一般充入减速顶的弹性 体为氮气 拧下沉头螺钉将充氮装置上的充气嘴压入密封盖的充氮口 即可充 入氮气 活塞杆底部装上止冲挡圈和弹性圆柱销 与壳体上的止冲销配合将滑 动油缸组合件锁在壳体内 以防弹出 另外用挡圈挡住密封盖 防止其退出滑 动油缸体 2 1 1 2壳体组合件在钢轨上安装减速顶是通过减速顶壳体组件完成的 起 导向作用的是撑滑动油缸组合件的部件 用六角螺母 m 2 7 双头螺栓把壳体与 钢轨紧固联接 为防止螺母松动可增加弹簧挚圈 将储油槽设置在壳体内 为 了防止润滑油脂流失和阻挡扶尘杂物入内 装了j 0 型密封圈和防尘圈 壳体底 哈尔滨珲t 人学t 学颂i 学位论文 部的排气孔被标牌覆盖 为防止物及雨水进入壳体内部将其用圆头螺钉紧固 l 1 滑动油缸体2 刮油防尘圈3 壳体4 速度阀板5 速度蚓弹簧6 压力阀座7 远程阀 板8 锥阀9 压力阀弹簧1 0 型密封圈1 l 充氮几密封圈1 2 充氮口压力钢球1 3 安装螺 母1 4 活塞杆1 5 i 卜冲销1 6 密封圈1 7 i k m 库1 8 卡环 图2 1 减速顶结构图 f i g 2 1s t r u c t u r eo fr e t a r d e r 9 哈尔滨理t 人学t 学硕卜学f t 论文 2 1 2 减速顶主要技术参数和工作原理 2 1 2 1 减速顶主要技术参数减速顶的技术参数和结构特性繁多 减速顶的 种类也各有不同 不同的减速顶存在各自特有的技术参数 但是影响调车作业 溜放钩车安全连挂的主要参数有临界速度 制动功 阻力功 这三项参数是评 价和衡量减速顶性能 质量的主要标准f 2 9 1 1 临界速度减速顶对车辆是否起制动作用的边界车速称为临界速度 它是减速顶重要参数之一 针对同一种类型 在减速顶起减速作用时车厢最慢 的行使速度和减速项不起作用时车厢通过减速项最快得速度 这一区间叫做减 速顶的临界速度 虽然通过调整减速顶速度阀开量可以确定临界速度 但是仍 然有一些外部因素 如减速顶的安装高度 车轮磨损 车轮的横动量以及气温 变化等影响其临界速度 2 制动功制动功是指当车轮速度以高于减速顶临界速度的速度滚压过 去 减速项处于制动状态下对车辆所做的功 制动功的大小主要由滑动油缸的 实际工作行程和减速顶压力阀的开启压力决定 开启的压力越大 行程越长 制动功就越大 但是开启的压力过高 使得减速顶对车辆产生的垂直发力加 大 车轮浮起的高度超限 很容易引起轻车脱轨 若想提高滑动油缸的工作行 程 则必须对减速顶的安装高度进行提升 但是提高减速顶的安装高度又受到 一定的限制 过高的安装高度容易造成溜放车辆的途停 降低连挂率 不仅如 此也会缩减减速顶的使用年限 影响制动功的因素还有滑动活塞的润滑状态 注油量 氮气质量 速度阀的灵敏度等 3 2 1 3 阻力功因为在车轮与减速顶接触时 车厢的速度要低于临界速度 这时减速顶所做的功称为阻力功 阻力功不起制动作用 减速顶调定的临界速 度下限高于溜放的车速 减速顶对车辆不起到减速的作用 影响制动功的很多 因素 也会对阻力功产生影响 在使用过程中 通常希望阻力功很小 一个合 格的减速项 阻力功应该控制在5 以下 阻力功应该远远小于制动功 大约 是制动功二十分之一 减速顶是通过壳体上的双头螺栓安装在铁轨上 其安装位置如图2 2 所 示 减速顶实际安装位置如图2 3 所示 2 1 2 2减速顶的工作原理单一减速顶并不能完成减速作用 而是需要许多 减速顶连续的对车厢起制动作用 一 睦车辆通过减速顶时的速度高于设定的临 界速度 减速顶才会对车辆产生制动力 以起到对车厢的减速作用 减速顶需 要通过外部动力z t 能产生动力做功 f j l 是其控制车辆溜放速度不需要通过外部 喻尔滨理t 人学t 学顾 f j 学f 征沦文 能源 对于溜放速度不同的车辆 使得减速项内滑动油缸体下滑的速度同样存 在差异 减速顶体积小 安装便捷 使用数量大 个别减速顶的故障 彳 会引 起整个车组失控 图2 2 减速项一r 作位置示意幽图2 3 减速顶安装实际位置 f i g 2 2w o r kl o c a t i o no fr e t a r d e r f i g 2 3f a c t u a lf i x i n gl o c a t i o no fr e t a r d e r 通过车轮碾压迫使减速顶的滑动油缸的下滑 滑动油缸的下滑速度决定减 速顼对车辆起多大的制动作用 在溜放车辆行驶速度高于临界值时 减速顼对 车辆起制动减速的作用 在溜放车辆行驶速度低于临界值值时 减速顶产生的 阻力很小 几乎不起减速作用 该速度值就称为减速顶临界速度的公称值 出 厂时人为设定减速顶临界速度 1 滑动油缸下压行程 1 当车辆通过减速项时的速度小于设定的临界速度时 减速顶内的滑动 油缸以缓慢的速度向下方滑动 由于滑动油缸内充满油液 因此在速度阀板两 侧的油液将会产q i 一种压力差 但是这个压力要比预先设定好的预紧力小的 多 因此在减速顶内的油液流通顺畅 上部向下部流动的油液并不能完全进入 下部 这时剩余的油液和氮气将被压缩 车厢低速通过时 要克服油气压力所 做的功 在低于临界速度通过时 这个功很小 不能对车辆起到减速作用 2 当车辆通过减速顶时的速度高于设定的临界速度时 减速顶内的滑动 油缸剧烈运动 快速下滑 造成减迷顶滑动油缸内的油液快速流动 由于f 1 1 1 j 很短 流动的油液在速度阀上下两侧因此形成了较人的压力差 这是油液的j 巨 j 克服了预先设定好的预紧力导敏速度阀关闭 滑动油缸内的油液不能向 页 畅的流动 冈此在 f j 限的空问t 内傲迅速压缩 压缩后的油液对压力阀的压力刷 增 存这 压力作用卜j fj 巾划打jrf 电压缩的汕液和氮气爿可以进入泔动油缸的 警瓷一 一露墨 露爹 哈尔滨理t 人学t 学硕f j 学位论文 下部 这一过程 车辆在通过减速顶是要克服减速项对其产生的反作用力 由 此减速顶起到减速作用 1 滑动油缸回到原位的过程 当车轮滚过后 由于滑动油缸中的氮气在刚才得过程中被压缩 因此要恢 复到原有的体积 活动油缸在气体膨胀的作用下上升 为防止滑动油缸上升速 度过快 油缸的油液在从下部向上部流动的时候通过一个很小的孔洞 限制了 回流的速度 因此滑动油缸回缓慢回升 2 2 1 5 珈 2 2 红外测温原理 红外测温仪是通过红外辐射运行的 热辐射是红外辐射的本质 所有温度 高于绝对零度的物体 由于在物体内部存在热运动 物体的表面温度与该物体 的红外辐射能量的大小有着密切的联系 伴随着物体温度的升高 物体将会向 外界辐射出更多的红外线 温度越高增加的红外线就越多f 3 0 相应的由于红外 线多红外辐射的能量就会有所增强 同时物体温度升高后 红外线的波长也会 由长波向短波过度 3 1 物体的红外辐射特性见图2 4 o 7 5 晦 杂 整专 垂圭 蒌主 米 o 2 5 o24681 01 2 波k l p m 图2 4 辐射特性图 f i g 2 4r a d i a t ec h a r a c t e r i s t i cc h a r t 哈尔演理t 人学t 学硕i j 学f 矿论文 由此得出 红外辐射测温所依据的客观基础是通过测量物体自身红外辐射 能量 便能准确地测定它的表面温度 辐射测温方法主要有亮度法 全辐射法 比色法等 3 2 1 亮度法辐射测温技术是通过测温物体在一定波长下的单色辐射亮度来确定 其亮度温度 再通过计算得到转换为真实温度 全辐射法是通过测量辐射物体的全波长的热辐射来确定物体的辐射温度 再换算成真实温度 比色法是通过比较或测量有色物质溶液颜色深度来确定待测组含量的方 法 目视比色法和光电比色法是常用的两种比色法 都是以朗伯 比尔定律为 基础 通过斯蒂芬 波尔兹曼定律 我们可以知道用全辐射测温法得到的能量值 的大小是与检测对象的温度有关系 通过斯蒂芬 波尔兹曼定律 我们可以知道用全辐射测温法得到的能量值 的大小是与检测对象的温度有关系 依斯蒂芬一玻尔兹曼定律 s t e f a n b o l t z m a nl a w t 推3 7 在设定的温度下 黑体的全辐射度可以表示为 丁 卯4 2 1 式中 w b t 黑体全辐射度 w c i y i 2 t 黑体绝对温度 k 仃一斯蒂芬玻尔兹曼系数 盯 5 6 6 9 7 x 1 0 1 2w g a l l 之k 4 任何被测到的辐射都是由一定宽度的光谱带所组成的 在实际应用中 光 谱带组成了被检测物体的辐射能量 在检测中 应该事先知道在一个波长的时 间建个内物体所辐射出的能量 如五一五o 在0 五 问隔内 辐射能量占 0 o o 辐射能量的百分比可表示为 彤 五 r 鼍暑 2 2 d 如果要求e 则有 r r e 喝 丁 竿 f o 如 t 一v o t 2 3 j 式中 叱 训 丁 一黑体在波长 五间隔的光谱辐射度 w o r 一黑体在波长0 五间隔的辐射度 冗 丁 一0 名波长f u j 隔的辐射度与全辐射度之比 c m 一 五波长问隔的辐射度与全辐射度之比 哈尔滨理t 人学t 学硕 j j 学f t 论文 通过上式 能够求出在总辐射能量中的光谱辐射度的比例 由此可见 采 用红外辐射测量温度的方法实际上测量的是在特定波长宽度中物体的辐射能 量 辐射能量随温度升高而增加 l 红外线辐射测温仪接收物体所发出的辐射能量来计算温度值的 不同物体 根据温度 波长的变化表面辐射率也不同 因此当不同物体处于同样的温度下 时 由于发射率的不同而使测温仪接收到的能量不同 非黑体在温度为t 时 在单位面积的总半球辐射度w 可从斯蒂芬一玻尔兹曼定律得到 6 0 f t 4 2 4 在波长间隔0 彳内 物体单位面积的辐射度 可表示为 形 o 一 丁 e f c r t 4 f 2 2 5 瓦一波长间隔内的发射率 由上式可知 红外测温仪从物体上接收到的辐射能量大小与该物体的发射 率成正比 因此 物体处于同样的温度 但由于发射率的不同而使测温仪接收 到的能量不同 对于发射率s l 的物体来说 所得到的温度是物体的亮度温 度 比真实温度要低一些 对于红外辐射测温 只要事先知道被测物体的发射 率 并在测温仪上加以设定便可得到正确的测量结果 但是作为非黑体又非灰 体的轮箍的发射率不是一个固定的值 而且不同的轮箍受影响因素较多 材料 的类别 温度 辐射波长 表面加工情况 表面涂层 涂层厚薄 随物体的 表面状况而变化 另外 又受周围环境中实际存在的水蒸气 烟雾影响较大 因为这些气体介质在红外段有若干选择性吸收 很难给出定量计算 难以得 到其真实的温度 在使用红p b 钡 t j 温时 背景温度很大程度上影响测量结果 被测目标的发射 率和背景温度同时绝对背景对测量结果影响的程度 通过红外测温测量物体温 度时 对测量结果又直接影响的有两种情况 一种是环境温度 另外一种是物 体的发射率 在环境温度较高的情况下 所测得数据时不准确的 在物体发射 率较低的情况 测量结果是不准确的 3 引 因此在测量温度时 我们需要测出红 外测温仪上探测器的温度 然后再通过计算就可以得出准确的测量结果f 3 5 1 测温仪使用的是o p t r i sc t 红外测温仪 是一种光电子传感器 它包括两 部分 微型传感头和分离电盒 所以叮以方便地安装在多种应用场合 特别 适合于需要节省空间的工业环境的安装 不锈钢传感头以及涂覆聚四氟乙烯的 电缆可以用于高达1 8 0 c 的环境温度 通过按键和带有背光l c d 显示的智能操 作面板 可以方便的设置和调节基本参数 基本性能如表2 1 所示 哈尔滨理t 人学t 学顺i 学位论文 表2 1o p t r i sc t 红外测温仪主要技术指标 t a b l e2 1m a i nt e c h n o l o g i c a ld a t ao fo p t r i sc ti n f r a r e dt e m p e r a t u r em e a s u r e m e n t 传感头电气盒 环境等级 i p 6 5 n e m a 4 i p 6 5 n e m a 4 0 1 8 0 2 0 1 探头 环境温度 o 一6 5 0 1 3 0 i 2 1 探头 存储温度4 0 一8 5 4 0 8 5 相对湿度1 0 9 5 不结露 l o 9 5 不结露 材料不锈钢 铸锌 尺寸 2 8 m m x 1 4 m m 8 9 m m x 7 0 m m x 3 0 m m 重量 4 0 9 4 2 0 9 振动i e c 6 8 2 6 任意轴11 2 0 0 h z 3 g 冲击i e c 6 8 2 2 7 任意轴11 m s 5 0 g 电缆k 度l m 标准 3 m 1 5 m 红外测温仪的接入较为简单 1 2 v 电源供电 输出模拟数据 目标温 度 0 2 0 m a 或4 2 0 m a 或0 5 v 或0 1 0 v 信号直接接入a d 转换模块 由于考虑到东北地区冬天温度较低 在设置红外测温仪温度量程时 设为 4 0 2 0 0 2 3 减速顶测试仪简介 2 3 1 减速顶测试仪原理 减速顶是通过车轮碾压滑 使滑动油缸内的油气产生压缩 油气受到压缩 后产生的反作用力就是对车辆阻力 这个阻力起到减速的作用 油气在压缩过 程中由于对油气做功 因此会产生大量热 这一部分热量会通过减速顶本身 轨道等媒介散发 因此 我们可得出列车的动能将转换为单个减速顶的制动功 和热能 彬 q 2 6 式中 为动能差 职为单个减速顶制动功 q 为单个减速顶产生热能 11 根据动能w 三 m y 2 以及单个减速顶承受一1 列车车厢重量 则动能差 2 8 为 哈尔滨理t 人学i t 学硕l j 学f t 沦义 老m 矿1 一矿2 2 2 7 i u 式中 肘为列车重量 n 为列车经过某个减速顶之前速度 圪为经过此减速顶 之后速度 制动功为 哆 f a s 2 8 式中 为采样点数 尸为采样点的垂直反力 船为滑动油缸位移 热能为 q c m t 2 9 式中 c 为减速顶材料的比热 m 为列车重量 确减速顶的上升温度 由以上理论可从理论上说明列车经过后减速顶的温度变化 当减速项正常 工作时 减速顶内滑动油缸温升增大 减速顶的温度就会升高 当减速顶出现 故障 减速顶内部压力减小 甚至可能没有压力 导致减速顶的温度变化不 大 采用红外测温技术来测量减速顶的温度 通过温度的变化即可看出减速顶 在工作中是否存在故障 表2 2 减速顶温度测量表 单位 c l o m s t a b l e2 2t e m p e r a t u r em e a s u r i n gt a b l eo fr e t a r d e r 减速顶在线检测仪 韫度传感器测量记录表环境温度2 2 c 2 22 22 32 32 22 22 32 32 22 22 22 32 32 22 22 22 22 22 22 32 32 32 32 22 22 22 22 22 32 3 2 32 22 22 22 22 22 32 l2 l2 22 22 32 32 42 42 52 52 52 63 93 9g o4 14 l4 14 34 34 44 4 4 54 54 44 43 03 02 92 92 72 72 62 62 52 52 52 42 42 32 32 22 22 32 32 22 22 22 22 22 32 3 2 32 32 22 22 22 22 22 22 32 32 32 32 22 22 22 22 22 22 22 22 32 32 32 32 22 22 22 22 22 2 2 32 32 32 32 22 22 22 22 22 22 32 32 32 32 2 22 22 22 22 32 32 32 32 22 22 22 22 22 22 32 3 2 32 32 22 222 22 22 22 32 32 32 32 22 22 22 22 22 22 32 32 32 32 22 22 22 22 22 22 32 32 3 2 32 22 22 22 22 22 22 32 32 32 32 22 22 22 22 22 22 32 32 32 32 22 22 22 22 22 22 32 32 3 2 32 22 22 22 22 22 22 32 32 32 32 22 22 32 32 22 22 22 22 2 2 22 22 22 32 42 42 52 72 74 6 4 64 84 84 74 54 44 44 44 54 64 64 54 54 44 43 63 43 33 33 23 l3 l2 62 62 42 52 42 42 52 5 2 42 52 42 42 32 32 32 12 12 12 12 22 22 22 22 22 22 22 42 32 42 32 32 42 42 32 3 经过现场实验 1 0 列车厢 空车为6 0 吨 以1 2 公罩 小时速度经过5 0 个减 速顶后 检测到单个减速顶温度上升了2 0 度左右 表2 1 中所示为截取的两 个减速顶经过1 0 列车