接触网弹性吊索张力检测装置的研制

摘要

接触网是电气化铁路不可缺少的部分，为电力机车的正常运行提供电能，其状态是否良好，对铁路的安全运营有重大影响。接触网常年使用，工作在露天场所，所处环境复杂多变，接触网发生故障将引发不可估量的后果。接触网弹性吊索的安装在改善弓网受流方面有较好的效果，增加了定位点弹性和稳定性，利于消除硬点，有效抑制接触线的振动幅度，对电气化铁路电力机车的平稳运行和机车行驶速度的提升有极其重要的意义。接触网弹性吊索张力值大小对整个接触网系统的状态有很大影响，也是指导接触网施工和日常维护的重要参数，但是弹性吊索张力值较难以确定和控制，现存的张力检测设备精度不高，对施工和维护造成的误差大，针对此问题，本文开发出一款便携式、精度较高的张力检测装置，以满足接触网弹性吊索施工和日常维护的需要。
　　首先，本文建立了接触网和受电弓的动力学仿真模型，并在MATLAB的simulink环境下对弓网振动系统进行仿真研究，给出了不同车速时的仿真曲线，并对仿真得到的数据进行分析，分析结果表明，随着列车速度的不断提高，弓网系统之间不稳定性在加剧。弹性吊索的架设可以极大抑制这种不稳定性，并针对弹性吊索张力检测的难题提出开发一种针对弹性吊索的张力检测装置。
　　再次，针对弹性吊索张力检测设备的研制与开发，介绍了静力横张法测力原理，对主要的元器件进行选型，并以高性能的单片机STM32F103C8T6作为主控芯片实现了整个系统的硬件设计，包括信号采集和调理电路、电源管理模块、按键与微处理器的接口电路等的设计，在硬件完成基础上，以KEIL_MDK3.80A为开发环境完成了整个系统的软件开发。并对张力检测装置核心模块进行初步试验，验证了其测力的准确性。
　　最后，对系统进行试验，并对得到的数据以级差法和最小二乘法为原理进行回归分析，对测量结果做进一步修正。最后的结果表明，本装置有较高的精度，可以应用到接触网弹性吊索的施工和日常维护中。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文主要工作

第二章 张力检测原理及系统方案设计

2.1 弓网动力学仿真

2.2 静力横张法测量弹性吊索张力原理

2.3 系统方案设计

2.4 本章小结

第三章 装置硬件电路设计

3.1 传感器的选型

3.2信号调理电路设计

3.3 主控芯片最小系统设计

3.4 电源管理模块设计

3.5 通讯接口设计

3.6 其它模块电路设计

3.7 硬件抗干扰措施

3.8 本章小结

第四章 系统软件设计

4.1 软件开发概述

4.2 软件总体设计思想

4.3 系统各模块软件设计

4.4 软件滤波

4.5 本章小结

第五章 测试与实验数据处理

5.1 系统测试

5.2 实验数据的处理

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要工作回顾

6.2 本课题今后需要进一步研究的地方

6.3 展望

参考文献

附录1 PCB版图及装置实物图

附录2A/D转换驱动程序

附录3 24C256驱动程序

附录4 算数平均滤波算法程序

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢