變頻自控技術(shù)在車輛檢修裝備上的應(yīng)用

摘 要：變頻技術(shù)的應(yīng)用在今天已經(jīng)非常廣泛，從家用空調(diào)、洗衣機(jī)等家電到大型工業(yè)化設(shè)備上都不難發(fā)現(xiàn)它的身影。輪對清洗機(jī)是應(yīng)用于鐵道車輛檢修的一種檢修設(shè)備，本文將主要介紹變頻自動控制技術(shù)在輪對清洗機(jī)上的應(yīng)用，文章分別從設(shè)計(jì)方案和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等幾個方面進(jìn)行了具體介紹。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù);輪對;自動控制

1 概述

通過使用變頻空調(diào)我們知道，可以通過變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降噪等功能，讓我們的室內(nèi)空間溫度更加舒適宜人，這是變頻技術(shù)帶給我們的最直觀的感受。然而，在很多我們不熟知的領(lǐng)域里也廣泛用到了變頻技術(shù)，而它的優(yōu)點(diǎn)也不僅僅局限在節(jié)能降噪上。

鐵路運(yùn)輸在我國占據(jù)著重要位置，我國領(lǐng)土遼闊，鐵路承載著主要的運(yùn)輸任務(wù)。特別是當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的形式下，鐵路從運(yùn)量和運(yùn)距上都增加了很多，而在這些變化中無疑給列車帶來了更大任務(wù)和行車勞損。為了盡可能降低事故發(fā)生的可能，在鐵路車輛的保養(yǎng)與檢修中不斷增加力度，新的檢測設(shè)備在不斷的開發(fā)和投入使用，這給檢測帶來方便也帶來了更高的經(jīng)濟(jì)效益。然而各種新型機(jī)械設(shè)備應(yīng)用量的增加帶來的負(fù)面影響之一就是能源消耗逐漸增大。為了解決新設(shè)備和能源消耗之間的矛盾，一個重要途徑就是革新技術(shù)，使得設(shè)備在達(dá)到使用要求的情況下盡可能的減少能源消耗，提高能源有效利用率。

鐵道車輛的車輪是成對出現(xiàn)的，我們通常將鐵道車輛的輪子稱之為輪對，它和汽車的輪子是類似的，是磨損件，也是直接關(guān)乎車輛安全性的一個重要部件，對于列車而言，輪對的檢修質(zhì)量會直接影響列車的運(yùn)行安全。輪對檢測設(shè)備通常有電磁探傷和超聲波探傷等，在探傷之前要對輪對進(jìn)行清潔，這是一個耗能、耗時、耗力的事情，通常情況下清洗車輪需要22千瓦大功率水泵不間斷運(yùn)行，而有效工作時間僅為1/2左右，而且每次開機(jī)前必須由人工補(bǔ)水。除此之外補(bǔ)水管道一般也處于常開狀態(tài)，時常造成儲水池水滿外溢，還需用水泵往外排水，這就會造成大量的水資源和電能的浪費(fèi)，還會對設(shè)備造成沒必要的機(jī)械磨損，對環(huán)境也會造成很大影響。

2 變頻自控技術(shù)在輪對清洗機(jī)上的應(yīng)用

2.1 輪對清洗機(jī)設(shè)計(jì)思路

輪對清洗機(jī)結(jié)構(gòu)其實(shí)比較簡單，運(yùn)行原理也比較簡單，由大功率水泵將自來水加壓后通過噴槍高速水流完成對輪對上污物的清洗。大功率水泵不能頻繁的開啟和停機(jī)，因此，傳統(tǒng)的清洗機(jī)工作時水泵處于持續(xù)不間斷工作狀態(tài)。清洗機(jī)正常工作時會有不同的工況，包括強(qiáng)洗、弱洗和中等強(qiáng)度清洗，還包括逆向沖洗和間歇沖洗工況，因此，在對水泵進(jìn)行控制時也存在著一定的技術(shù)難度，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。一是要選擇可以適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的長期對工作狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控;二是要實(shí)現(xiàn)水泵的自動補(bǔ)水和程序自動化控制;三是實(shí)現(xiàn)大功率電機(jī)的頻繁變速和啟停;四是盡可能的實(shí)現(xiàn)節(jié)電節(jié)水，方便工作人員操作。通過變頻技術(shù)的應(yīng)用，很好的解決了上述問題。一方面，變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動，也就是說可以通過逐漸增加電機(jī)電壓使得電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)緩慢加速到額定轉(zhuǎn)速，這一過程通過變頻技術(shù)的控制不會因?yàn)槟愦蠊β孰姍C(jī)的突然啟動而對電網(wǎng)造成較大的電流波動沖擊，同時還能實(shí)現(xiàn)對工況的實(shí)時監(jiān)控，并根據(jù)實(shí)際需要實(shí)時調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行速度;另一方面，補(bǔ)水系統(tǒng)也變?yōu)樽詣友a(bǔ)給，通過主水泵和副水泵的切換以及電機(jī)速度的自動調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)沖洗機(jī)各工況的需要，實(shí)現(xiàn)智能化自動控制的同時還能節(jié)省人力，減少水資源的浪費(fèi)和電能的消耗。

2.2 設(shè)計(jì)方案分析

軟啟動技術(shù)是使電機(jī)的供電電壓緩慢增加的過程，電壓將按一定的電壓（電流）——時間特性曲線由比較低的一個值逐漸上升至額定電壓值，從而使電機(jī)在負(fù)載情況下能夠平緩啟動，不會像普通電機(jī)啟動時那樣對電網(wǎng)造成電壓和電流的波動。這里運(yùn)用的變頻技術(shù)實(shí)際上是變頻調(diào)速技術(shù)，該技術(shù)就是將50赫茲的交流電根據(jù)需要改變成不同頻率的交流電，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)無極調(diào)速。變頻技術(shù)的應(yīng)用有兩個方面的意義，一方面是可以使泵類負(fù)載獲得平穩(wěn)、無電流沖擊和力矩沖擊的理想啟動效果，從而克服了傳統(tǒng)啟動方式的弊端;另一方面式可以將大型電機(jī)設(shè)備接入電網(wǎng)的瞬間對電網(wǎng)產(chǎn)生的電壓和電流的沖擊降到最低，可以保證電網(wǎng)中其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行。

對于變頻技術(shù)在輪對清洗機(jī)上的應(yīng)用還有一點(diǎn)就是傳感器的選用，對此我們做了對比實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)比較了光電、電磁感應(yīng)、繼電控制、壓力傳感器等傳感監(jiān)測方式，可效果都不太理想。最后選用了智能型電子自動跟蹤系統(tǒng)，此系統(tǒng)由微電腦和傳感器共同組成，通過微電腦建立數(shù)學(xué)模型對傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析和處理，可以實(shí)現(xiàn)水泵自動補(bǔ)水的實(shí)時監(jiān)控和控制。

2.3 變頻清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成和工作原理

輪對清洗機(jī)的基本原理已經(jīng)在上文做了介紹，下面將介紹一下清洗機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)?？刂蒲b置我們稱之為自動控制柜，主要由自動跟蹤單元、狀態(tài)判別處理器、軟起動變頻器、水泵電機(jī)及全自動補(bǔ)水和故障自檢單元構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，整個裝置可分為控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)兩個部分。

2.3.1 控制系統(tǒng)。自動跟蹤單元。所謂跟蹤，就是要同時做好監(jiān)視和信息的傳導(dǎo)，該單元的功能是實(shí)時監(jiān)測清洗機(jī)的運(yùn)行工況，對清洗機(jī)的PCL可編程序控制器的控制參數(shù)進(jìn)行自動跟蹤取樣，并對有效信號進(jìn)行前置處理。

數(shù)據(jù)處理器。由數(shù)據(jù)處理器中的微電腦結(jié)合已建立的數(shù)學(xué)模型對采集到的清洗機(jī)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、判斷、分析和處理，最終輸出系統(tǒng)監(jiān)控信號。

2.3.2 執(zhí)行系統(tǒng)。軟啟動變頻調(diào)速。整個控制的系統(tǒng)的核心就是軟啟動變頻調(diào)速器系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)輪對清洗機(jī)智能監(jiān)測裝置控制系統(tǒng)輸出的實(shí)時信號，由變頻調(diào)速器驅(qū)動車輛輪對沖洗機(jī)的大功率水泵電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且按照設(shè)定的曲線逐步提高電動機(jī)的轉(zhuǎn)速至所設(shè)額定值。其軟停車功能，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速平滑下降至停止，不會產(chǎn)生突變，消除了拖動系統(tǒng)的反慣性沖擊。

水泵自動補(bǔ)水。在原水泵人工補(bǔ)水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，并聯(lián)加裝了電磁閥水泵自動補(bǔ)水程序控制裝置，由控制系統(tǒng)的微電腦芯片程序控制水泵的補(bǔ)水時機(jī)、流量、時間，實(shí)現(xiàn)自動化補(bǔ)水。

3 結(jié)束語

變頻技術(shù)在清洗機(jī)上的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器的智能化控制，提高了工作效率的同時節(jié)省了勞動力的投入。另外，變頻技術(shù)的應(yīng)用帶來的最直觀的就是經(jīng)濟(jì)意義，真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。在變頻控制下的清洗機(jī)經(jīng)過一年多使用實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，相比傳統(tǒng)的控制范式，空載節(jié)電超過90%，整機(jī)全年節(jié)電率達(dá)53%，節(jié)水達(dá)98%，而且設(shè)備故障少，環(huán)境噪聲大大降低，生產(chǎn)和衛(wèi)生環(huán)境也得到了改善。