【軌道車(chē)輛綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)】

　　功能、作用介紹：

　　《軌道車(chē)輛綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)》為基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集散式軌道車(chē)輛實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，主要面對(duì)軌道車(chē)輛專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可開(kāi)展軌道車(chē)輛交流傳動(dòng)與控制、空氣制動(dòng)、電空聯(lián)合制動(dòng)、車(chē)內(nèi)環(huán)境控制、信息傳輸與控制、軌道車(chē)輛橫向動(dòng)力學(xué)等方面的實(shí)驗(yàn)研究，為卓越工程師的培養(yǎng)提供了實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。

　　該平臺(tái)參照軌道車(chē)輛主要系統(tǒng)組成及功能需求，構(gòu)建了即可獨(dú)立運(yùn)行的交流變頻牽引傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、受電弓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、直通式空氣制動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、車(chē)內(nèi)環(huán)境條件調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、車(chē)輛信息傳輸與控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、軌道車(chē)輛橫向動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等六個(gè)基本系統(tǒng)，也可以實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成控制的軌道車(chē)輛綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

　　《軌道車(chē)輛綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)》最大限度滿足教學(xué)需求及提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可單獨(dú)開(kāi)設(shè)針對(duì)性較強(qiáng)的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也可開(kāi)展研究性的綜合實(shí)踐教學(xué)。

　　在單機(jī)環(huán)境下，可開(kāi)展的主要實(shí)驗(yàn)：

　　1. 軌道車(chē)輛交流變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn);

　　2. 軌道車(chē)輛再生制動(dòng)特性實(shí)驗(yàn);

　　3. 受電弓升降控制實(shí)驗(yàn);

　　4. 軌道車(chē)輛空調(diào)制冷/制熱功率測(cè)定實(shí)驗(yàn);

　　5. 軌道車(chē)輛車(chē)內(nèi)信息顯示控制實(shí)驗(yàn);

　　6. 軌道車(chē)輛基本運(yùn)行阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn);

　　7. 軌道車(chē)輛制動(dòng)距離測(cè)定實(shí)驗(yàn);

　　8. 軌道車(chē)輛失穩(wěn)速度測(cè)定實(shí)驗(yàn);

　　9. 軌道車(chē)輛動(dòng)態(tài)工況測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)。

　　基于網(wǎng)絡(luò)的集成控制環(huán)境下，可開(kāi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

　　1.網(wǎng)絡(luò)信息傳輸與控制實(shí)驗(yàn);

　　2.軌道車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)。

　　綜合實(shí)踐內(nèi)容：

　　1. 軌道車(chē)輛控制系統(tǒng)綜合實(shí)踐;

　　2. 軌道車(chē)輛裝備系統(tǒng)綜合實(shí)踐;

　　3. 軌道車(chē)輛測(cè)控系統(tǒng)綜合實(shí)踐。

　　本綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的控制程序由基于圖形化編程的labview編寫(xiě)，擁有完全的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在完成實(shí)驗(yàn)的同時(shí)還可由學(xué)生根據(jù)各課程實(shí)踐大綱的要求進(jìn)行自主測(cè)控功能的開(kāi)發(fā)與新實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)，最大程度上滿足本科實(shí)踐教學(xué)的要求。

　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備及其功能描述

　　1)交流變頻牽引傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置

　　由兩套交-直-交變頻調(diào)速器、兩套交流電機(jī)、兩套主動(dòng)支撐輪、一套慣性負(fù)載輪、支架、電流電壓傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、系統(tǒng)控制箱、控制軟件等組成，如圖3所示。使用時(shí)由控制軟件為變頻器發(fā)出控制指令，變頻器驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)慣性負(fù)載輪轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡測(cè)量變頻器的輸入、輸出的電流、電壓及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、軸承溫度、電機(jī)溫度等參數(shù)，了解掌握交-直-交傳動(dòng)原理與運(yùn)行特性。

　　2)受電弓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

　　由模擬升弓氣缸、模擬緩沖器、拉力彈簧、模擬接觸網(wǎng)、控制箱等組成，如圖4所示。使用時(shí)通過(guò)對(duì)升弓氣缸進(jìn)行充氣、放氣來(lái)模擬實(shí)車(chē)受電弓升降過(guò)程，調(diào)節(jié)進(jìn)排氣流量閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)慢升快降的升弓過(guò)程。此裝置與交流變頻牽引傳動(dòng)試驗(yàn)裝置聯(lián)動(dòng)，一旦降弓，交流變頻牽引傳動(dòng)試驗(yàn)裝置就將斷電。

　　3)直通式空氣制動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

　　由制動(dòng)氣缸、模擬制動(dòng)盤(pán)、模擬制動(dòng)閘片、復(fù)位彈簧、鞲鞴機(jī)構(gòu)、比例控制閥、換向閥、控制箱等組成，模擬盤(pán)式制動(dòng)方式，如圖5所示。使用時(shí)由控制軟件控制制動(dòng)氣缸動(dòng)作，帶動(dòng)鞲鞴機(jī)構(gòu)及制動(dòng)閘片對(duì)模擬制動(dòng)盤(pán)施加制動(dòng)力，制動(dòng)過(guò)程中控制軟件可隨時(shí)控制制動(dòng)力的變化。通過(guò)計(jì)算慣性負(fù)載的慣量，根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)速度，剎車(chē)盤(pán)、片間的摩擦系數(shù)，所施加的制動(dòng)力可以計(jì)算出相應(yīng)的制動(dòng)距離并驗(yàn)證之。

　　4) 車(chē)內(nèi)環(huán)境條件調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

　　由一定容積的模擬車(chē)廂、半導(dǎo)體制冷、制熱部件、可調(diào)式燈光組、可變速風(fēng)扇、控制軟件、溫度傳感器、控制箱等組成，如圖7所示。使用時(shí)由控制軟件控制半導(dǎo)體制冷、制熱部件在模擬車(chē)廂內(nèi)工作，使車(chē)廂內(nèi)的溫度根據(jù)制冷、制熱部件的功率隨時(shí)間發(fā)生變化，測(cè)取車(chē)廂內(nèi)溫度對(duì)時(shí)間的變化曲線，可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)的制冷制熱部件的制冷制熱功率。通過(guò)此實(shí)驗(yàn)可以讓實(shí)驗(yàn)者掌握驗(yàn)證空調(diào)器制冷制熱計(jì)算方法。

　　5)車(chē)輛信息傳輸與控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

　　網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由主控制臺(tái)計(jì)算機(jī)與組合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成，系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖7，主控制臺(tái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)軟件與各個(gè)組合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通訊(主控制臺(tái)計(jì)算機(jī)向組合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)布所有操作命令，組合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)向主控制臺(tái)計(jì)算機(jī)上傳本套系統(tǒng)的工作參數(shù))。

　　6)軌道車(chē)輛橫向動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)為二軸框架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架，鋼軌由四個(gè)滾動(dòng)輪代替，四個(gè)滾動(dòng)輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)向架車(chē)輪軸滾動(dòng)，每根車(chē)輪軸由四個(gè)橡膠堆進(jìn)行縱向與垂向定位，通過(guò)更換不同剛度的橡膠堆來(lái)調(diào)節(jié)定位剛度，從而改變轉(zhuǎn)向架的蛇行失穩(wěn)速度。電機(jī)帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)級(jí)調(diào)速控制由電機(jī)與變頻器及相應(yīng)的控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，測(cè)量軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向架的橫向加速度值、橫向位移值及實(shí)時(shí)的運(yùn)行速度，一旦滿足失穩(wěn)判據(jù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警并記錄該段時(shí)間內(nèi)的系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)。

　　作品名稱：軌道車(chē)輛綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

　　完成單位：北京交通大學(xué)機(jī)械與電子控制工程學(xué)院機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中心(國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心)