动车制动控制设计毕业论文.docx
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1、动车制动控制设计 中文摘要随着铁路第六次大面积提速,时速200公里及以上动车组大量投入使用,成为我国高速客运的主力车型。铁路交通的蓬勃发展使我国对铁路机车车辆专业人才的需求大大增加。动车组网络控制系统实验平台正是在这种形势下提出创建的,目的是培养高素质的面向铁路和机电行业测控专业技术人才,加深铁路相关专业学生对动车组理论与概念的直观理解,增强学生的实践动手能力。本文论述了动车组网络控制系统实验平台中制动实验系统的组成以及各项功能的实现方法。本实验系统以西门子S7200系列PLC作为控制中心,在安装有监 控软件WinCC的上位机PC的控制下,根据制动理论实现再生制动和空气制动的实验过程。论文的主
2、要工作有:(1)分析动车组制动系统的特点,提出制动实验系统的组成和再生制动、空气制动等各项功能的实现方法;(2)参考现有动车组牵引、制动计算的教材和资料,系统地研究整理出动车组制动计算公式,包括空气制动力计算公式、再生制动力计算公式以及制动距离计算公式等;(3)搭建以PLC为核心的制动控制单元硬件电路,通过在上位机控制下完成相应动作来实现制动实验过程;(4)通过上位机监控系统实现了在制动实验系统中设定动车组初、末速等制动参数,制动计算,查看制动模式曲线,查看制动力分配,制动信息归档等功能;(5)分析系统在工作中可能遇到的干扰,提出相应的抗干扰措施。本论文完成了以CRH2动车组为参考的制动实验系
3、统的设计和调试工作。经实验验证,基本实现了系统预期功能。本实验系统具有良好的实践及教学意义,可以指导铁路相关专业学生直观地掌握动车组制动相关理论和原理,提高学习效率,为培养高素质人才提供了有利的实验条件。关键词:动车组;实验:制动系统;制动控制ABSTRACTAlong with the sixth largescale speedup of railways,a big number of EMU wereput into use at a speed of 200kmh and aboveEMU have become the leading train typein passenger
4、transportation of 0111countryFlourishing development of railway trafficcreated great demand for talents who major in railway locomotives and vehiclesIn suchsituation,the idea of establishing an experimental platform of EMU network controlsystem is brought forward,with the purpose to cultivate highqu
5、ality talents of railwayand measurement major, well as deepen understanding in EMU theories and concepts,and enhance practical and operating ability of students in related majorBraking experiment system is one part of the experimental platform of EMUnetwork control system Compositions and realizatio
6、n methods of the brakingexperiment system is discussed in this paperThe Siemens S7-200 series PLC is takenas the control center of the system,and the regenerativebrakingandpneumatic brakingexperiments are realized according to braking theories under the control ofupper-computer with WinCC installed
7、onMajor works ofthe paper are(1)According to analysis on features of EMU,put forward compositions andrealization methods of each function like regenerative braking and pneumatic brakingofthe braking experiment system;(2)With the reference of data available,study and sort out EMU braking formulassyst
8、ematically,including pneumatic braking force formulas,regenerating braking forceformulas and braking distance formulas;(3)Taking PLC as the core,put up hardware circuit of BCU and realize desiredbraking functions under the control of upper-computer;(4)Monitoring and control system in upper-computer
9、call realize followingfunctions:initial speed setting,final speed setting,braking calculation,braking modecurve checking,braking force distribution checking and braking information archiving;(5)Analysis possible interference in systematic operation and put forwardantiinterference measures accordingl
10、yDesign and debugging of thbrakingexperimentsystem is accomplished in thepaper based on the principle of CRH2 EMUVerified by experiment,the system 1s ableto implement intended functions basicallyThe experiment system possesses practicaland instructional significance,and could enable students of rela
11、ted railway major tomaster braking theories and principle of EMU visually as well as improve learningefficiency,thus provide favorable experimental conditions for cultivating highqualitytalentsKEYWORDS:EMU;Experiment;Braking System;Braking Control独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和
12、致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名: 签字日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘.学位论文作者签名: 导师签名:签字13期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日致谢本
13、论文的工作是在我的导师章颉老师的悉心指导下完成的。章颉老师渊博的专业知识,严谨的治学态度,科学的工作方法和诲人不倦的高尚师德给了我极大的帮助和影响。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法,还使我明白了许多待人接物和为人处世的道理。本论文从选题到完成,每一步都是在导师的指导下完成的,倾注了导师大量的心血。在此,谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢!本论文的顺利完成,离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在此感谢章颉老师和甘老师对我的论文提出的宝贵的意见以及在我的学习和生活上给予我的关心;感谢各同学在我毕业设计和论文撰写过程中提出的中肯的意见,在此向大家表示衷心的感谢。 另外感谢我的家
14、人,他们无私的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业.11选题背景及意义1绪论 当前,测控专业实验设备老化和短缺的问题已经非常突出,很多实验的设置,尤其是一些重要的专业主修课程和专业特色课程的实验(如动车组传动与控制、动车组牵引与控制等),未能将基本理论和公式用形象的实验来描述,既没有满足素质教育的要求,也没有体现研究型大学的教学特色,特别是无铁路特色,直接原因是实验设备的不足。另外,3+1专业已经开始培养学生,铁路机车车辆专业已经招生,马上面临专业实验,实验建设已经迫在眉睫。因此动车组网络控制平台的建设是非常必要的。动车组网络控制平台以CRH2型动车组为参考,构建基于列车总线(WTB)和车
15、辆总线(MVB)的网络平台,能够实现时速200公里动车组的基本网络控制功能,包括牵引控制、制动控制、车门控制、驾驶台控制等。如图11所示。图卜1动车组网络控制平台总体结构图Fig1-1 Structural Diagram ofEMU Network Control Platform通过该实验平台可以实现基于总线的网络控制实验,也可以实现单独的各子系统的功能实验。能够达到使学生了解动车组网络控制系统结构和工作原理,理解牵引控制、制动控制、车门控制以及驾驶台控制等子系统的工作原理,掌握控制系统的设计技术,最终实现能够应用的目的。本论文主要阐述动车组网络控制平台中制动实验系统的组成和控制方法。12
16、国内外动车组技术发展现状.自从1825年世界上第一条铁路建成并通车开始,铁路逐渐成为了交通运输中的重要运输方式之一。快速、可靠、舒适、经济和环保是铁路在与其他运输方式的竞争中取胜的先决条件,许多国家都在通过新建或改建既有线发展高速铁路。国际上一般认为,高速铁路动车组是最高运行时速在200公里以上的铁路运输系统。所谓动车组就是由若干动力车和拖车或全部由动力车长期固定连挂在一起组成的车组。高速动车组的牵引动力配置基本上有两种型式,即集中配置型和分散配置型。传统的机车牵引形式就是牵引动力集中配置,列车由一台或几台机车集中于一端牵引。由于机车总功率受到限制,难以满足进一步提高速度的要求。动车组编组中的
17、车辆全部为动力车,或大部分为动力车,即牵引动力分散配置。由于动车组可以根据某条线路的客流量变化进行灵活编组,可以实现高密度小编组发车以及具有安全性能好、运量大、往返不需掉转车头、污染小、节能、自带动力等优点,受到国内外市场的青睐,应用也越来越广泛,被称为铁路旅客运输的生力军。121 国外动车组发展状况. 世界高速铁路动车组技术最发达的国家有3个:德国、日本和法国。各国使用动车的比重以日本为最大,占87;荷兰、英国次之,分别占83和61;法国、德国又次之,分别占22和12。德国铁路自20世纪80年代起开始发展250kmh以上的高速客运列车。1985年,Siemens公司与Adtranz公司联合开
18、发的高速动车组ICEN开始投入运行,设计最高速度为350kmh,并在试运行阶段创下了4069kmh的德国最高试验速度记录。德国铁路高速动车组的发展及主要技术特征见表11。 表1-1德国高速动车组日本高速列车全部采用电动车组的形式。从1964年10月1日起至今,日本的高速列车已走过了40年的发展历史,从0系高速列车开始,相继研制开发了loo系、100N系、200系、E1系、400系、300系、500系、E2系和700系等高速列车。日本高速列车的发展及主要技术特征见表12。表12日本高速动车组表12日本高速动车组 续上从法国第一条高速铁路TGV东南线全线通车至今已有20多年了,这一期间,法国高速铁
19、路获得了前所未有的飞跃发展,1999年已拥有高速铁路新线1280km,2001年地中海高速线开通。法国高速铁路新线里程已达1576km,高速列车TGV可以提供服务的路网范围达5900km。部分高速列车技术特征见表13。表13法国高速列车122我国动车组技术的发展现状。我国铁路第六次大提速上线运行的动车组名称为“和谐号”,原名CRH系列。CRH是China Railway Highspeed(中国铁路高速)的缩写,目前有CRHlCRH5几种型号,分别从日本、德国、法国等国引进先进技术,并消化吸收及国产化,成为“具有我国自主知识产权”的动车组产品系列。其中,CRHl、2、5均为200公里级别(营运
20、速度200kmh,最高速度250kmh)。CRH3为300公里级别(营运速度330kmh,最高速度380kmh)。CRH2具有提升至300kmh级别的能力。本论文以CRH2型动车组为参考原型进行论述。CRH2型电动车组是铁道部为铁路进行第六次提速向日本川崎重工订购的高速列车车款之一。它以日本新干线的E21000系电动车组为基础,是继台湾高铁的700T之后,第二款出口国外的新干线列车。供中国使用的CRH2虽使用与E21000相同的电动机,由于其编组方式是4M4T(4辆动车4辆拖车),动力比日本6M2T(6辆动车2辆拖车)编组的E2系小,因此在营运速度方面会比日本本土的E2系有所下调,运营时速为2
21、00kmh左右。CRH2型动车组为动力分散型,列车由8节车编组,其中有4个车带动力。每节带动力的车都有4个牵引电机,单机功率为300千瓦以上,整列车的牵引功率达到4800千瓦以上,动力配置均衡合理,完全满足高速运行要求。13动车组制动技术。制动装置是保证列车安全运行所必需的装置,因此高速动车组对制动技术提出了严峻的挑战。动车组的动能与速度的平方成正比,而在一定的制动距离条件下,列车的制动功率是速度的三次函数。因此,传统的空气制动能力远远不能满足需要。动车组常采用再生制动与空气制动的复合制动模式,制动控制系统包括再生制动控制系统和空气制动控制系统,此外还有电子防滑器及基础制动装置等。制动系统工作
22、原理如图12所示。相对动力集中式列车而言,动力分散列车的控制系统具有许多优点。动力集中式列车动力制动往往集中在机车上,而拖车往往只采用摩擦制动;而动力分散列车的动力制动分散在列车的多辆(可能全部)车上,因而能更充分地利用再生制动、电阻制动等动力制动的制动能力,这就大大减少了摩擦制动摩擦副的磨损,提高了列车运行的经济性,同时大大减少了制动时的噪声【29】。 动车组制动系统需要具备的条件是:(1)尽可能缩短制动距离以保障列车安全;(2)保证高速制动时车轮不滑行;(3)司机操纵制动系统灵活可靠,能适应列车自动控制的要求。14论文主要工作。本文所述制动实验系统完成的主要功能以及实现方案如下:(1)分析
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