摘 要

转向架是地铁车辆的重要组成部分，在铁路运行系统中承担着不可或缺的作用。本文所设计的列车转向架静载试验台便是针对地铁车辆转向架进行静载试验所用的。本次设计的主要工作是根据已经给定的转向架静载试验台的机械结构和液压系统，设计其控制系统, 控制两个伺服电机和多个液压阀完成整个试验过程。控制过程主要可分为两部分，其一是对试验开始时轴距、轨距、液压缸高度、两缸间距的控制；其二是进行加载试验过程的控制。论文主要研究了在地铁列车运行过程的转向架在承受载荷时，四个轮对的受力情况；并对受力情况进行分析，计算各个轮对的加垫厚度。
本文的特色：采用组态王开发上位机监控系统，能实现对现场设备的高精度和高度自动化控制。在此次设计中上位机采用研华系列工控机；数据采集卡采用凌华ACL系列；伺服控制器和伺服电机，以及PLC可编程控制器选用三菱FX2N系列。

关键词：转向架静载试验台；控制系统；组态王；PLC

Abstract

Bogie is an important part of vehicle track, and it is mainly responsible for the vehicle load, traction and braking, balance function. Its current performance has a large extent determines to the stability and safety of vehicle operation. It must carry a load test, parameter detection, and performance test before loading and using period. In this paper, the design of train bogie static load test bench is for metro bogie static load test. In case of the design of mechanical structure and the hydraulic system, I design the control system of the bogie test bench which controls two servo motors and hydraulic valves to complete the whole test process. The topic research the stress condition of the four wheel pair when the train is in the operation process. The stress is analyzed, and the thickness of each set wheel we need to add is calculated.

Key Words：Bogie static load test bench；control system；Kingview；PLC

目 录

第1章 绪论 1

1.1 目的及意义 1

1.1.1 国内外研究现状分析 1

1.1.2 设计目的 2

1.2 研究主要内容、任务及要求 3

1.2.1 设计的主要内容 3

1.2.2 任务及要求 4

第2章 转向架静载试验台总体设计 4

2.1 转向架静载试验台总体结构设计 4

2.1.1 转向架静载试验台工作原理 4

2.1.2 转向架静载试验台的总体结构设计 5

2.2 转向架静载试验台控制系统的总体设计 6

第3章 控制系统强电设计 8

3.1 元器件选型 8

3.1.1 传感器选型 8

3.1.2 控制系统元器件选型 9

3.2 电气原理图设计 11

3.2.1数据采集模块 11

3.2.2伺服电机控制模块 12

3.2.3 PLC模块 12

3.2.4液压站 13

3.2.5继电器控制 14

第4章 控制系统软件设计 15

4.1 组态王工控机软件设计 15

4.2 三菱PLC程序设计 17

第5章 设计总结 17

参考文献 17

致 谢 20

第1章 绪论

1.1 设计目的及意义

1.1.1 国内外研究现状分析

（1）国外研究成果

现如今，随着各国城市化进程的加快，地铁也乘机飞速发展中，而与地铁有关的相应技术一样在飞速的发展。转向架是地铁系统的重要组成部分，在地铁运行过程中承担着十分重要的作用。因此，有关转向架试验方面的技术也得到了各国的重视，纷纷投入大量资金到这个研究领域。

例如在上个世界末，加拿大国家研究院，就专门针对转向架静载试验成立了相关部门，专门负责转向架试验方面的工作。还有德国也建立了专门的车辆转向架特性参数测试中心，主要针对转向架的轮对间垂向刚度、四轮载荷分布等进行行检验测试。这足以提现国外对于转向架静载试验平台开发的重视。

加拿大庞巴迪公司是一家国际性交通运输设备制造商，其总部位于加拿大魁北克省蒙特利尔。庞巴迪公司是一家世界领先的交通运输方案供应商，该公司生产范围覆盖了包括喷气式客机、军用涡轮飞机以及轨道交通运输设备等。该公司早在20世纪90年代就系统提出了针对转向架的相应检测手段与检测方案。

其研究成果显示，在列车运行过程中，如果列车的四个轮对受力不平衡，在列车转弯过程中，很容易发生列车脱轨，车厢脱节等险情。所以针对转向架四个一系弹簧的加垫厚度需要进行系统的测试分析是十分必要的。该公司针对这种需求，设计研发了可以自动采集转向架静载数据，加载数据，并进行计算机分析；得出试验结果的自动控制系统。

总而言之，国外很早就已经开始这方面的研究，且取得了很多突破性的研究成果。

1. 国内现状

我国铁路因为城市化进程的加快也发展的十分迅猛，城市面积覆盖范围越来越大，普通的交通方式已经不能满足现在快节奏的都市生活。而且，居民生活水平的提高，私家车的的保有量急剧上升，造成的严重的交通拥堵问题；而轨道交通是解决这个问题的比较完美的办法。我国已经投入巨资到轨道交通建设方面，轨道交通技术也越来越成熟，某些方面甚至已经处于世界领先水平。我国已经可以参与到国际轨道交通建设的蛋糕分配中，出口了很多铁路建设到非洲国家。

随着我国城市化进程越来越快，地铁的发展也乘着这辆顺风车一惊人的速度发展着，地铁装备技术、地铁设备检测技术、地铁制造装备技术等都飞速的发展。尽管如此，我国的地铁转向架试验技术与国外相比，还是有巨大的差距。国内很多著名的机车转向架生产厂家，如长春客运、四方电机、株洲电力等都有自己转向架静载试验台。不过这些厂家的转向架静载试验台大都是国外引进的，真正国内生产的静载试验台几乎没有，有也是技术不成熟，试验精度和效率都不高的试验台。

另外，由于各地区发展的不均衡，全国各地使用转向架检测设备各式各样。在一些地方，转向架制造商继续使用的依旧是传统的测试方法和旧的测试系统，它只能是对转向架进行静强度测试和检查，但对车轮的重量、轴载、加垫等都没有相应的检测方法。导致的结果就是列车运行过程中发生各种各样的问题。有的厂家尽管能够对转向架相应进行检测，但是其检测方法也很落后，自动化程度也不搞，好多检测过程必须采用人工测量，精度不够高和效率也很低，不能满足现在地铁列车转向架的参数要求；甚至都没有国家统一的技术标准。地铁转向架检测技术已成为限制我国地铁发展的严重因素。为了推动我国轨道交通事业的发展，结合现如今地铁设备研发新的地铁转向架静载试验台已经势在必行。

1.1.2 设计目的

转向架是轨道车辆结构中最为重要的部件之一，其主要作用如下：

1. 转向架安装在车体底部，承载着整个车体的重量，是列车车体与轮对系统连接不可或缺的结构。
2. 在轨道车辆运行过程中，特别是在运行到弯曲轨道时，由于车身是直线型的，列车轮对与车身的连接会发生不可避免的冲突。在这个时候就需要转向架来调节这种冲突。
3. 转向架可以将的轮对的转动转变为带动车身的直线运动。
4. 转向架上安装有一系弹簧，二系弹簧，其传动顺序一次为：轮对、一系弹簧、二系弹簧、车身。在传动过程中，两种弹簧都能有效的减少来轮对运行过程中传递到车身的振动，能提高乘客的舒适性。

5）轨道车辆的制动指令需要通过转向架来实现。
本课题可以解决当前地铁车辆系统中转向架综静载检测问题，并结合世界上已有的先进研究成果进行研究。该产品主要针对于地铁轨道车辆。中国在转向架静试验技术方面和西方国家的差距仍然很大，我们要积极研究自己的地铁转向架静态测试技术，通过结合国外转向架静载试验技术方面的经验，创造出自己的理论体系，从而走出中国特色的地铁研究道路。近年来，国内一些转向架公司已经积极的引进国外转向架静载试验设备，以便提高自身对转向架检测标准。中车洛阳分公司就引进了国外NBT.LOCO.2*450KN 转向架静压试验台，见图 1.1。