专利名称：列车防滑器综合试验装置的制作方法
技术领域：
本发明的列车防滑器综合实验装置属于列车防滑器主机故障检测试验装置。
背景技术：
国内外大量列车运行事故分析表明，大多数列车事故都与制动系统有关。如果列车的制动系统失灵，必将导致列车相撞、或与其它车辆、物品相撞擦等重大责任事故；制动不当还会导致铁轨或车轮的损伤，甚至造成列车脱轨重大事故。所以，理想的列车制动既要保证高效、可靠，又不能造成踏面擦伤。在列车制动过程中，若轮轨间粘着较差，轮对会出现连滚带滑的运行状态，影响制动效果；而轮轨间粘着满足一定条件时，列车轮对会同时以相近的减速度微量滑动，这时制动效果最好。
列车防滑器系统则是为实现这种近似最佳制动任务而设计的列车制动保障装置，它是保障列车安全运行的关键部件，对高速列车尤为重要。防滑器系统的引入，一方面能有效防止轮对在制动时因滑行而造成踏面擦伤；另一方面能在制动时根据轮轨间粘着的变化改变制动缸压力，调节制动力，以充分利用轮轨间的粘着，实现较短的制动距离，保障列车制动的高效、可靠。
作为列车制动保障的关键部件，防滑器系统自身工作的可靠性尤为重要。一个列车防滑器系统包括主机和速度传感器、制动装置(排风阀、制动缸等)等部件。尽管防滑器主机通常具有较强的自检功能，可检测出排风阀、速度传感器及某些外围接线等故障，但主机内部各模块、各功能的工作可靠性往往不得而知，缺乏必要的保障措施。为此，迫切需要研制开发有效的试验、检测装置。
目前，我国铁路的提速、准高速、高速车辆上均装用了防滑器，并且防滑器的种类较多，国产和进口防滑器并存。但从目前防滑器试验、检测的现状来看，国内外的产品尚不够成熟，现有防滑器试验装置的性能及适用范围难以满足应用需求。由于技术手段的限制，目前对防滑器的检测试验只能在定点维修部门通过试验台进行，无法直接在列车上定期对防滑器主机进行现场试验检测，不能及时地发现防滑器主机因内部电路故障导致的功能隐患，这也给列车的运行安全留下了隐患。

发明内容
本发明的任务是针对上述现有技术的要求和现状，提供一种体积小、重量轻、性能优良，能在列车现场全面模拟列车静止和运行的各种状态，完成防滑器主机的各种静态和动态功能的试验，及时了解防滑器主机的工作状态，有效诊断出防滑器主机的工作隐患，确保列车运行安全的防滑器综合试验装置。
实现上述发明任务的列车防滑器综合试验装置，包括中央处理单元、与中央处理单元和列车防滑器主机相连的速度传感器信号电子模拟部件、与列车防滑器主机相连的排风阀模拟及状态指示模块、与速度传感器信号电子模拟部件和排风阀模拟及状态指示模块相连的静态试验故障模拟开关模块、与中央处理单元相连的显示模块及试验功能选择模块、与中央处理单元和列车防滑器主机相连的门控信号输入及指示模块。
速度传感器信号电子模拟部件是本发明的关键部件，以实现对防滑器主机的动态试验，如正常运行试验、紧急制动试验等。本试验装置需要为防滑器主机提供各种模拟的列车运行状态，并对主机在各种状态下对排风阀的控制输出加以检测、指示，以判断防滑器主机相关控制功能的正确性和有效性。
实际工作中，防滑器主机对列车运行状态的判别是通过检测四路列车速度传感器的信号来完成的。速度传感器的输出信号为频率连续变化的正弦等波形的电压或电流，其中波形及信号型式随防滑器系统配套的速度传感器类型而异，频率随列车的运行速度连续变化。因此，产生频率连续可调的正弦等波形并以适当的信号型式来模拟列车运行时的速度传感器输出是本综合试验装置完成动态试验的关键和基础。
本发明的速度传感器信号电子模拟部件包括模拟信号发生模块的输出端连于速度传感器信号匹配模块的输入端。其中，模拟信号发生模块包括波形发生器输出端连于滤波、放大、扩展模块的输入端，用于生成四路模拟信号输出至速度传感器信号匹配模块的输入端；速度传感器信号匹配模块的功能是为防滑器主机提供在信号型式及接线方式上与实际传感器完全一致的四路速度传感器的模拟信号，可针对防滑器主机配套的速度传感器类型进行设计。这样，只需修改波形发生器的输出波形、替换速度传感器信号匹配模块即可用于不同防滑器速度传感器的模拟，使本发明的综合试验装置能适用于多种防滑器主机的试验检测。
为满足静态试验的需求，本发明还设计了静态试验故障模拟开关，控制与防滑器主机相连的速度传感器信号电子模拟部件和排风阀模拟电路及状态指示模块，完成对各路速度传感器和排风阀断路、短路等故障的模拟，并通过主机静态自检时显示的故障代码，判断主机静态自检功能的正确性和完备性。
本发明列车防滑综合试验装置是一种便携式仪器，能在列车上定期对防滑器主机进行现场试验检测，能独立地全面模拟列车静止和运动的各种状态，完成多种防滑器主机的各种静态和动态功能的试验检测，全面考察防滑器主机各项功能的有效性、可靠性，及时有效地诊断出防滑器主机的工作隐患，确保列车的运行安全。本试验装置还具有体积小、重量轻、便于携带、操作简便等特点，能满足直接在列车上对防滑器主机进行现场试验检测的需要，而以往的防滑器主机试验只能在检修车间通过试验台进行，并必须采用配套的速度传感器和排风阀。


图1是列车防滑器综合试验装置组成框图。
图2是速度传感器信号电子模拟部件组成框图。
图3是模拟信号发生模块组成框图。
图4是DDS波形发生器中可编程逻辑电路的开发流程图。
图5是针对某国产防滑器主机配套的电感型速度传感器而设计的一种传感器信号匹配电路图。
图6是排风阀模拟电路及状态指示模块组成框图。
图7是本发明的主程序流程图。
图8是静态试验子程序流程图。
图9是动态试验中正常运行和紧急制动子程序流程图。
图10是列车正常运行试验的速度曲线图。
图11是列车紧急制动试验的速度曲线图。
图12是防滑器主机门控试验子程序流程图。
图13是防滑器主机门控试验的速度曲线图。
具体实施例方式
图1是列车防滑器综合试验装置组成框图，由中央处单元、速度传感器信号电子模拟部件、静态试验模拟开关和排风阀模拟及状态指示模块、显示模块、门控信号输入与指示、试验功能选择旋钮所组成(以下简称综合试验装置)。
图2是速度传感器信号电子模拟部件组成框图。由模拟信号发生模块的输出端连于速度传感器信号匹配模块的输入端。
图3是速度传感器信号电子模拟部件中的模拟信号发生模块组成框图。由接收外部单片机控制的波形发生器产生正弦等波形信号，经滤波、放大后驱动四路模拟信号输出。其中信号的频率由外部中央处理单元单片机控制。动态试验时，中央处理单元单片机调用相应的子程序，根据列车的运行速度计算出速度传感器的信号频率，经接口电路输出至波形发生器，得到相应频率及波形的信号。其中波形发生器电路可以利用可编程逻辑器件产生正弦波等波形信号，也可以采用其它方法实现，如专用信号发生器等。
本发明中采用了基于可编程逻辑器件产生正弦波等波形信号的方案。可编程逻辑器件是近年发展较快的一种新型集成电路，具有集成度高、可靠性好、工作速度快等优点。它以EEPROM，SRAM或FLASH为基础，可根据实际需要进行编程，确定芯片功能。因此，使用可编程器件实现波形发生器可以提高系统的灵活性，缩短设计周期，也便于日后产品的改进、升级。此外，本波形发生器基于直接数字频率合成DDS(direct digital synthesizer)的原理，具有频率精度高、波形可控性好等优点。
在图3中，基于可编程器件的DDS波形发生器由频率控制与地址发生器、波形存储器和D/A等电路组成。其中频率控制与地址发生器由可编程逻辑器件实现，包括与单片机相连的输入接口(inport)、累加器(accumulator)、分频器(divid)、波形存储地址输出(outport)。本设计中的可编程逻辑器件选用了Altara公司的EPM7128，并用VHDL语言进行逻辑电路设计，以Altara公司提供的MAX+Plus10.2BASELINE为开发工具，完成逻辑编程、编译、功能仿真、时序分析等功能。其开发流程图如图4所示。
图3中模拟信号发生模块的其它部分为常规电路。本设计中波形存储器采用了2764EPROM，D/A采用了常用的DAC0832，其输出通过运放电路放大至±5V，并经RC滤波、功率放大后，扩展成四路模拟信号输出。修改波形存储器中的数据可使DDS波形发生器产生不同的波形信号。
速度传感器信号电子模拟部件中的速度传感器信号匹配模块的功能是为防滑器主机提供在信号型式及接线方式上与实际传感器完全一致的四路速度传感器的模拟信号。它需针对防滑器主机配套的速度传感器类型进行设计。图5是针对某国产防滑器主机配套的电感型速度传感器而设计的一种传感器信号匹配电路，其中T1-T4为信号传输器、R1-R4为阻抗匹配电阻、S1-S4四路开关用于实现速度传感器断路故障模拟。
图6是排风阀模拟电路及状态指示模块，由四路相同的结构组成，其中每一路包括排风阀模拟电路、排风阀断路及短路模拟开关、排风阀状态指示灯及其采样电阻。主机静态试验时，排风阀模拟电路与断路、短路模拟开关相配合可以模拟出排风阀的断路、短路故障，并通过主机静态自检时显示的故障代码，判断主机静态自检功能的正确性和完备性；主机动态试验时，通过采样电阻排风阀状态指示灯可指示出排风阀的排风和充风状态。当防滑器主机控制排风阀动作时，状态指示灯会出现相应的闪烁，否则表明防滑器主机对排风阀的控制功能存在故障。
静态试验故障模拟开关包括速度传感器断路故障模拟开关和排风阀断路、短路模拟开关两大部分，其实现方法可分别参见图5、图6的相关部分。
图1中的显示模块由专用显示控制芯片8279、8位LED及外围电路组成，用于实现模拟列车运行的时速及时间的显示。其中，8279为常用的键盘、显示控制芯片，它价格便宜，与中央处理单元MCS-51单片机的接口方便，其应用方法可参见有关微机应用书籍。
中央处理单元采用MCS-51单片机，它通过I/O接口向显示模块输出当前模拟列车运行的时速及时间，向模拟信号发生模块输出当前模拟列车运行的速度参数，以及试验功能选择旋钮信号的输入、防滑器主机的门控信号输入与指示。
为实现发明任务，本发明还有如下计算机程序流程图。
图7是本发明的主程序流程图。本综合试验装置可根据功能选择旋钮选择进行防滑器主机的静态试验、动态试验(正常运行、紧急制动、门控试验)，在按试验启动按钮后进入相应的子程序，完成各项试验功能。
图8是静态试验子程序流程图。当图7主程序中的功能1的条件满足时，设置列车速度为0，并向速度传感器模拟部件输出速度，使模拟传感器输出信号频率为零，模拟列车处于静止状态，并显示此时速度。此时，可由用户任意设置速度传感器和排风阀的故障模拟开关状态，并启动防滑器主机进入静态自检功能。通过主机静态自检时显示的故障代码与设置的速度传感器和排风阀故障状态进行对比，可判断出主机静态自检功能的正确性和完备性。
图9是防滑器主机动态试验中的正常运行和紧急制动子程序流程图。
列车正常运行试验的速度曲线如图10所示，速度变化包括三个阶段首先从静止提速到Vz(km/h)，用时Tz1(s)，然后保持恒速Vz运行Tz2(s)，再减速到0，用时Tz1(s)。
列车紧急制动试验的速度曲线如图11所示，提速与恒速阶段与列车正常运行试验相同，但紧急制动的减加速度较大，减速阶段的用时较正常运行试验更短，用时Tl1(s)。
因此，主机动态试验中的正常运行和紧急制动子程序可用一个流程图来说明，只是减速阶段的减速参数不同而已。
在图9中，此程序用定时器计时，列车加速、恒速、减速运行时，根据速度曲线和运行时间计算出当前的列车速度，分别向显示模块输出当前模拟列车运行的时速及时间，向速度传感器模拟部件输出当前的速度参数以模拟出列车的运行状态。用户可根据防滑器主机在动态试验期间的控制输出(排风阀、门控信号)状态，判断出主机动态控制功能的正确性。
图12是防滑器主机动态试验中的门控试验子程序流程图。列车的门控信号是指当列车运行速度超过一定值时由防滑器主机提供的禁止列车门锁打开的控制信号。因此，门控试验即按门控试验曲线(如图13所示)调用加、减速子程序向主机提供列车的加速、减速模拟。当加速超过主机设定的门控信号开速度时，主机发出门控信号，禁止列车门锁打开。单片机检测到该信号后，打开门控信号指示灯，并停止加速，由用户通过LED显示的当前速度与主机设定的门控开速度比较，判断主机门控功能的正确性。用户可按启动键开始模拟列车减速运行，当减速至主机设定的门控信号关速度时，主机关闭门控信号，允许列车门锁打开；单片机检测该信号关后，关闭门控信号指示灯，并停止减速，由用户通过显示的当前速度与主机设定的门控关速度比较，判断主机门控功能的正确性。按启动键，可模拟列车进一步减速至零速度。若主机的门控功能出现故障，未正常打开或关闭门控信号，则按图13所示的门控试验曲线加速或减速运行中不会出现因门控信号变化引起的暂停。
权利要求
1.一种列车防滑器综合试验装置，其特征在于，包括中央处理单元、与中央处理单元和列车防滑器主机相连的速度传感器信号电子模拟部件、与列车防滑器主机相连的排风阀模拟及状态指示模块、与速度传感器信号电子模拟部件和排风阀模拟及状态指示模块相连的静态试验故障模拟开关模块、与中央处理单元相连的显示模块及试验功能选择模块、与中央处理单元和列车防滑器主机相连的门控信号输入及指示模块。
2.根据权利要求1所述的列车防滑器综合试验装置，其特征在于，速度传感器信号电子模拟部件，包括模拟信号发生模块的输出端连于速度传感器信号匹配模块的输入端。
全文摘要
一种列车防滑器综合试验装置属列车防滑器主机故障检测试验装置，包括中央处理单元、速度传感器信号电子模拟部件、排风阀模拟电路及状态指示模块、静态试验故障模拟开关模块、显示模块及试验功能选择模拟及门控信号指示模块。该试验装置是一种便携式仪器，能在列车上对防滑器系统进行现场试验检测，能独立地全面模拟列车静止和运动的各种状态，完成防滑器主机的各种静态和动态的功能试验检测，全面考察防滑器主机各项功能的有效性、可靠性，及时有效地诊断出防滑器主机的工作隐患，确保列车的运行安全。且具有体积小、重量轻、便于携带、操作简便等特点。
文档编号G01M17/08GK1601249SQ20041006493
公开日2005年3月30日 申请日期2004年10月13日 优先权日2004年10月13日
发明者游有鹏, 姚恩涛 申请人:南京航空航天大学