CN111157267A - 一种用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置，包括涡簧式恒张力补偿装置、扭矩输出装置、液压加载装置、补偿绳和控制***；所述扭矩输出装置用于改变所述涡簧式恒张力补偿装置中涡卷弹簧的力矩；所述液压加载装置通过补偿绳与所述涡簧式恒张力补偿装置的阿基米德螺线槽轮连接；至少1个传感器用于检测补偿绳的位移和受力；所述控制***用于控制扭矩输出装置和液压加载装置，所述控制***根据补偿绳的位移和受力的变化，判断是否满足设计要求。本发明以补偿绳的位移及拉力信息作为检测的对象，能检测张力偏差过大时对应的补偿绳的位置信息，有利于故障排查及产品的优化升级。

Description

一种用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及机械工程测试技术领域，涉及一种用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置及检测方法。
背景技术
随着我国的铁路事业飞速发展，铁路***普遍进行了电气化改造，高速铁路客运专线采用的新型弓网关系，对接触网施工的技术装备水平和施工工艺水平的要求也越来越高。新型弓网关系需要通过电弓与接触线保持接触来维持供电运行，在大气温度发生变化时，接触线和承力索会出现伸长或缩短的变化，从而使接触线和承力索的张力发生改变，使受流条件恶化，从而影响铁路***的正常运行，为了防止这种现象的出现，需要一种可以保持恒定张力的补偿装置来连接承力索、接触线，使得线索内的张力恒定。
涡簧式恒张力补偿装置以涡卷弹簧作为储能元件，电气化铁道接触网中的接触线和承力索通过补偿绳与涡卷弹簧补偿装置的阿基米德螺线槽轮连接，当所处的环境温度变化时，接触线和承力索的长度也会由于热胀冷缩的原因发生变化，与阿基米德螺线槽轮处于同一根心轴上的涡卷弹簧就会进行相应的作用：当周围环境温度下降，接触线或承力索会遇冷收缩，此时弹簧组松卷，心轴端部的槽轮开始旋转并释放补偿绳，以补偿接触网的缩短量；当环境温度上升时，接触线和承力索就会遇热膨胀，此时弹簧组卷紧，心轴端部的槽轮开始旋转并缠绕补偿绳，以补偿接触网的伸长量。
涡簧式恒张力补偿装置在铁路市场上的应用越来越广泛，涡簧式恒张力补偿装置的性能的好坏直接关乎铁路***运行的安全与否，因此，在设备出厂前需要对涡簧式恒张力补偿装置的性能进行检测。
江苏大学的高勇在硕士学位论文“基于涡卷弹簧的新型恒张力装置的设计”中提出了一种恒拉力装置性能测试试验台***，该***利用液压恒压装置在液压作用下提供不同拉力值的稳定拉力，模仿不同工况下铁路锚桩间张紧绳的拉力，通过检测拉力是否恒定来判断恒张力补偿装置是否合格。该方案仅测量了液压恒压装置在加载过程中张紧绳的拉力大小，光凭这一指标无法判定待测恒张力装置的张力偏差是否达标，且无法检测张力偏差过大时对应的张紧绳的位置信息，不能很好的排查故障。
中国专利公开了一种接触网张力补偿用疲劳试验装置，装置由配重机构、力矩平衡机构和设置在支撑架上的牵引机构组成。配重机构用于向恒张力补偿装置提供张力，力矩平衡装置用于平衡另一侧的恒张力补偿装置配重机构产生的力矩。在曳引机的两侧各设置一套恒张力补偿装置，每个恒张力补偿装置通过挂钩、牵引绳与配重块连接，恒张力补偿装置通过补偿绳和曳引机相连。在测试时，启动变频伺服电机顺时针运转时，曳引机顺时针转动，左侧恒张力补偿装置发生顺时针转动，拉动左侧配重装置上升，右侧待测恒张力补偿装置发生顺时针转动，右侧配重块下降，运行一段时间后，变频伺服电机逆时针转动，左侧、右侧的恒张力补偿装置发生逆时针转动，左侧配重块下降，右侧配重块上升，从而完成两套恒张力补偿装置的测试。该装置结构简单，效率高，可重复操作。该方案提出通过疲劳试验的方式验证张力补偿装置的补偿性能，利用变频伺服电机驱动曳引机带动恒张力补偿装置转动，多次重复以达到验证目的，该装置结构简单，但是对目前市场上较为常用的涡簧式恒张力补偿装置并不适用，该装置测试时需要两台装置同时运行，且需要多次重复运行，耗时耗力，在控制方面，采用可编程控制器进行控制，需要手动调节，自动化程度较低。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置及检测方法，以补偿绳的位移及拉力信息作为检测的对象，能检测张力偏差过大时对应的补偿绳的位置信息，有利于故障排查及产品的优化升级。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置，包括涡簧式恒张力补偿装置、扭矩输出装置、液压加载装置、补偿绳和控制***；
所述扭矩输出装置用于改变所述涡簧式恒张力补偿装置中涡卷弹簧的力矩；所述液压加载装置通过补偿绳与所述涡簧式恒张力补偿装置的阿基米德螺线槽轮连接；至少1个传感器用于检测补偿绳的位移和受力；
所述控制***用于控制扭矩输出装置和液压加载装置，所述控制***根据补偿绳的位移和受力的变化，判断是否满足设计要求。
进一步，所述涡簧式恒张力补偿装置通过固定机构安装在定位底座上。
进一步，所述传感器包括位移传感器和拉力传感器，所述拉力传感器用于检测补偿绳受力变化；所述位移传感器用于检测补偿绳的位移变化。
进一步，所述控制***包括工控机、数据采集卡和PLC，所述工控机分别与数据采集卡和PLC通讯连接，所述PLC分别与扭矩输出装置和液压加载装置连接，所述数据采集卡用于读取位移传感器和拉力传感器的数据。
进一步，还包括抗噪屏蔽盒，所述抗噪屏蔽盒与数据采集卡通过屏蔽线缆连接，所述位移传感器和拉力传感器将数据输入抗噪屏蔽盒。
一种用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置的检测方法，包括如下步骤：
控制扭矩输出装置对所述涡簧式恒张力补偿装置施加预紧张力；
控制液压加载装置的伸缩实现对补偿绳的牵引；
根据传感器的信号，得出位移-拉力曲线；
控制***根据补偿绳满行程拉伸过程中张力偏差大小判断是否合格。
进一步，当所述补偿绳满行程拉伸过程中张力偏差小于等于±4％，判断为合格。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置及检测方法，灵活性高，对于不同型号的涡簧式恒张力补偿装置，可以在检测***中选取不同的型号，生成对应的检测报告，与专用设备相比，大大提高了生产效率。
2.本发明所述的用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置及检测方法，自动化程度高，利用LabVIEW与PLC联合控制技术，避免了因单独通过PLC控制而产生的误差，减少了繁琐的人工操作，人机交互更友好。
3.本发明所述的用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置及检测方法，可视性好，弥补了目前在涡簧式恒张力补偿装置在性能检测领域的缺乏，能够实现对涡簧式恒张力补偿装置补偿绳位移张力信息的实时显示，并根据显示的数据进行合格判断以及报表打印。
4.本发明所述的用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置及检测方法，以补偿绳的位移及拉力信息作为检测的对象，能检测张力偏差过大时对应的补偿绳的位置信息，有利于故障排查及产品的优化升级。
附图说明
图1为本发明所述的用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置的控制原理图。
图2为本发明所述的用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置的结构示意图。
图中：
1-吊耳；2-定位销；3-涡簧式恒张力补偿装置；4-补偿绳；5-基座；6-拉力传感器；7-液压缸；8-固定机构；9-阿基米德螺线槽轮；10-扭矩输出装置；11-位移传感器；12-定位底座；13-工控机；14-PLC；15-液压加载装置；16-抗噪屏蔽盒；17-数据采集卡
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1和2所示，本所述的用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置，包括有底座12、涡簧式恒张力补偿装置3、工控机13、扭矩输出装置10、液压加载装置15、PLC14、位移传感器11、拉力传感器6、抗噪屏蔽盒16和数据采集卡17。所述定位底座12上装配有用于固定涡簧式恒张力补偿装置3的固定机构8及固定插销、所述液压加载装置15的液压执行元件和所述扭矩输出装置10。
所述工控机13装配有基于LabVIEW环境的检测软件以及相应的硬件驱动程序，其作用是与PLC14通信，实现对扭矩输出装置10以及液压缸7的控制，分析处理检测过程中采集到的补偿绳4的位移及拉力数据。
所述扭矩输出装置10用于改变所述涡簧式恒张力补偿装置3中的涡卷弹簧的力矩，从而改变所述涡簧式恒张力补偿装置3的预紧张力，起到预紧作用。
所述液压加载装置15包含液压油泵、液压控制元件、液压缸7和液压辅件如管道和蓄能器等，通过控制液压缸7的伸缩，对阿基米德螺线槽轮9上的补偿绳4进行牵引，来模拟现实环境中涡簧式恒张力补偿装置3的运行状态。
所述PLC14选用RS232串口通信，其包含了对扭矩输出装置10和液压加载装置15的控制指令，如扭矩输出装置10的启动停止正反转和液压加载装置15油泵的开关以及液压缸7的伸缩等。所述位移传感器11选用拉线式位移传感器，输出电压信号，用于采集补偿绳4拉出的位移，拉力传感器6选用S型拉力传感器，输出电压信号，用于采集涡卷弹簧的张力。所述数据采集卡17选用NI公司的PCI6229数据采集卡，PCI接口的数据采集卡相比其他类型接线式的数据采集卡而言，可直接与工控机13的PCI插槽连接，减小了外界的干扰，适合环境恶劣的工厂环境。
将上述装置按如下关系连接：所述底座12上装配用于固定涡簧式恒张力补偿装置3的固定机构8、所述液压缸7和扭矩输出装置10。所述涡簧式恒张力补偿装置3的吊耳1与所述固定机构8的插孔重合，通过所述固定插销固定装置。所述扭矩输出装置10与所述涡簧式恒张力补偿装置3的转销相连。所述液压缸7输出端安装有基座5，基座5上装有固定支架，用于固定拉力传感器6。所述扭矩输出装置10和所述液压加载装置15与所述PLC14相连。所述PLC14通过RS232串口与所述工控机13相连。所述位移传感器11安装在所述底座12上，所述拉力传感器6一端与基座5相连，另一端与补偿绳4相连。所述数据采集卡17通过PCI插槽与所述工控机13相连，所述位移传感器11和拉力传感器6采集到的数据通过所述抗噪屏蔽盒16和所述数据采集卡17传输至所述工控机13。本发明基于NI公司的LabVIEW软件进行开发，需要的组件有NI-DAQ数据采集组件、VISA组件和Report Generation Toolkit forMicrosoft Office组件，其功能包括所述扭矩输出装置和所述液压加载装置控制、位移传感器和拉力传感器数据采集、数据处理及合格判断、报表打印等。
经过LabVIEW的仪器控制及数据采集，将所述数据采集卡17采集到的位移、拉力数据以位移为横坐标，拉力为纵坐标，绘制位移-拉力曲线，实时显示位移和拉力的对应关系，以涡簧式恒张力补偿装置3补偿绳4拉出的位移和补偿绳4内张力的变化关系为检测指标，补偿绳满行程拉伸过程中张力偏差≤±4％方视为合格。
设涡簧式恒张力补偿装置3中的弹簧片的张力P，进程最大张力偏差为ΔP进，回程最大张力偏差为ΔP回，最大张力为Pmax，最小张力为Pmin，额定张力为P额，公式如下：
ΔP进＝|(Pmax-P额)÷P额|×100％
ΔP回＝|(Pmin-P额)÷P额|×100％
要使产品合格，进程最大张力偏差和回程最大张力偏差需要小于等于4％。
本发明还提供一种用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置的检测方法，包括以下步骤：
S1：将待测涡簧式恒张力补偿装置3安装在定位底座12上；
S11：将所述涡簧式恒张力补偿装置3的吊耳1与所述固定机构8的插孔对齐，安装固定插销；
S12：将所述涡簧式恒张力补偿装置3的定位销2打开，使涡卷弹簧松卷；
S13：将所述扭矩输出装置10与所述涡簧式恒张力补偿装置3的转销相连。
S2：在工控机13上软件操作界面选定待测装置型号，软件自动发送控制指令，扭矩加载装置10自动调整涡卷弹簧的力矩；
S21：在检测软件中的操作界面选择相应的涡簧式恒张力补偿装置型号，发送对扭矩输出装置10的控制指令，自动根据涡簧式恒张力补偿装置的型号对涡卷弹簧的力矩进行调整；
S22：转动所述涡簧式恒张力补偿装3上的定位销2，对涡卷弹簧进行锁定。
S3：在工控机13上软件操作界面发送控制指令，自动控制液压缸7的伸缩，对位移传感器11和拉力传感器6的数据进行采集及处理；
S31：在检测软件中的操作界面发送对液压加载装置15的控制指令，当补偿绳4钢索拉出距离达到涡簧式恒张力补偿装置3的额定行程时自动缩回，补偿绳4回归初始状态时，液压加载装置自动停止；
S32：由NI-DAQ组件构成的采集程序自动保存传感器采集的数据，并且利用X-Y图进行显示。
S4：进行合格判定，生成检测报告。
S41对所述步骤S32采集到的数据利用合格判断公式进行计算，显示检测结论；
S42选择报表模板路径以及检测报告保存路径，在检测软件的操作界面点击打印报表按钮进行报表打印。
与已有技术相比，本发明灵活性高，对于不同型号的涡簧式恒张力补偿装置，可以在检测***中选取不同的型号，生成对应的检测报告，与专用设备相比，大大提高了生产效率；自动化程度高，利用LabVIEW与PLC联合控制技术，避免了因单独通过PLC控制而产生的误差，减少了繁琐的人工操作，人机交互更友好；可视性好，弥补了目前在涡簧式恒张力补偿装置在性能检测领域的缺乏，能够实现对涡簧式恒张力补偿装置补偿绳位移张力信息的实时显示，并根据显示的数据进行合格判断以及报表打印；以补偿绳的位移及拉力信息作为检测的对象，能检测张力偏差过大时对应的补偿绳的位置信息，有利于故障排查及产品的优化升级。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置，其特征在于，包括涡簧式恒张力补偿装置(3)、扭矩输出装置(10)、液压加载装置(15)、补偿绳(4)和控制***；
所述扭矩输出装置(10)用于改变所述涡簧式恒张力补偿装置(3)中涡卷弹簧的力矩；所述液压加载装置(15)通过补偿绳(4)与所述涡簧式恒张力补偿装置(3)的阿基米德螺线槽轮(9)连接；至少1个传感器用于检测补偿绳(4)的位移和受力；
所述控制***用于控制扭矩输出装置(10)和液压加载装置(15)，所述控制***根据补偿绳(4)的位移和受力的变化，判断是否满足设计要求。
2.根据权利要求1所述的用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置，其特征在于，所述涡簧式恒张力补偿装置(3)通过固定机构(8)安装在定位底座(12)上。
3.根据权利要求1所述的用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置，其特征在于，所述传感器包括位移传感器(11)和拉力传感器(6)，所述拉力传感器(6)用于检测补偿绳(4)受力变化；所述位移传感器(11)用于检测补偿绳(4)的位移变化。
4.根据权利要求1所述的用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置，其特征在于，所述控制***包括工控机(13)、数据采集卡(17)和PLC(14)，所述工控机(13)分别与数据采集卡(17)和PLC(14)通讯连接，所述PLC(14)分别与扭矩输出装置(10)和液压加载装置(15)连接，所述数据采集卡(17)用于读取位移传感器(11)和拉力传感器(6)的数据。
5.根据权利要求4所述的用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置，其特征在于，还包括抗噪屏蔽盒(16)，所述抗噪屏蔽盒(16)与数据采集卡(17)通过屏蔽线缆连接，所述位移传感器(11)和拉力传感器(6)将数据输入抗噪屏蔽盒(16)。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
控制扭矩输出装置(10)对所述涡簧式恒张力补偿装置(3)施加预紧张力；
控制液压加载装置(15)的伸缩实现对补偿绳(4)的牵引；
根据传感器的信号，得出位移-拉力曲线；
控制***根据补偿绳(4)满行程拉伸过程中张力偏差大小判断是否合格。
7.根据权利要求6所述的用于涡簧式恒张力补偿装置的检测装置的检测方法，其特征在于，当所述补偿绳(4)满行程拉伸过程中张力偏差小于等于±4％，判断为合格。
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