恒張力放線車參數測試以及張力控制分析

徐科峰

摘 要：恒張力放線車在鐵路建設中具有很重要的作用，本文簡述兩代接觸網恒張力放線車的工作原理，并在此基礎上介紹了張力工作參數以及控制模型。

關鍵詞：分析；輸入；下降；靈活

近些年，隨著國家經濟飛速發展，鐵路建設速度也是越來越快，但是鐵路一些關鍵設備的發展還是嚴重滯后，這樣不僅影響了人們生活舒適度，也嚴重影響了國家經濟的發展。鐵路建設應該更加趨向于電氣化以及高速化。鐵路中應用的接觸網具有提供電能的作用，其技術的發展嚴重關系到鐵路建設的智能化以及高效化。為保證有較好的受電效果，需要保證鐵路接觸網架設時張力不變，恒張力放線車能夠保證接觸網架設張力恒定。

1 接觸網恒張力放線車工作原理分析

1.1 之前研制的恒張力放線車其主要部件有張力控制儀器、有軌道平板車、放線盤、線索張力鎖加滾筒、線索張力施加滾筒制動器、放線盤制動器等組成。恒張力放線車工作原理可以概述為線索通過放線盤、張力施加盤到達測力盤后放出。張力基準可以經過測力盤上面活塞提供，反饋油缸在測力盤活動時可以收縮，制動油缸的壓力隨之改變，液壓反饋系統可以及時控制制動裝置，這樣就能夠有效控制好張力。

1.2 改進接觸網恒張力放線車工作原理以及功能分析

為了提高放線車的數字化以及自動化水平，新式接觸網恒張力放線車的液壓裝置控制系統添加了液壓馬達以及性能更加優越的比例電磁閥，其控制部也采用了智能化以及自動化的新技術。通過在工控機輸入端輸入張力值，這樣比例電磁閥就可以保證穩定的壓力輸出，放線張力、設定張力值以及油壓參數可以讀出來。改進型接觸網恒張力放線車其工作原理是在作業之前，先將線索取出，然后使其經過張力機構的摩擦盤，并在摩擦盤上纏繞幾圈，從張力機構的摩擦盤出來后再經過張力測試盤，最后從測力盤引出。張力機構主要是用來控制線索張力的強度，線索運動中產生的摩擦力，這樣線索和摩擦盤就可以保持相對靜止，不會出現溜滑現象。液壓馬達的齒輪與摩擦盤的齒輪相互連接，摩擦盤以及線索運動可以通過液壓馬達來控制。線索具體張力數值可以通過張力傳感裝置測量，這個傳感裝置設置在測力盤上，這樣便于讀數和控制。張力數值輸入進工控機之后，機器將會對比測得數值與原設定值，如果測得值較小，通過工控機增大比例電磁閥開度，可以有效調整液壓馬達輸出力矩，從而線索張力大小會趨向于設定值大小，如果實際值偏大，那么工控機情況就會相反。下面以一副簡圖描述張力控制回路液壓系統的工作流程，如下圖1（張力控制回路液壓系統工作原理圖）。

2 客運專線恒張力放線車主要技術參數檢驗

為了保證線路穩定以及施工的安全，在施工過程中接觸網架線張力的動態范圍控制在8%以內，同時其靜態范圍控制在±3%以內。

針對于較為常用的TY4B放線車，其放出的繩索張力控制在5KN至30KN之間，并且在放線時需要加載同樣大小的力，這樣靜態誤差就可以控制在±3%以內，動態誤差控制在±5%以內；另外，系統液壓測量區間為10MPa以內，此時誤差可以控制在±0.1%以內；系統氣壓測量區間為10MPa以內，此時誤差同樣可以控制在±0.1%以內。

3 張力的PID控制器設計分析

在常用的控制系統中，PID控制算法是較為成熟的算法，其主要由控制器以及被控對象兩大模塊所組成。模擬的PID控制器是把輸入與輸出的偏差值e（t），通過比例環節（P）、積分環節（I）、微分環節（D）的線性組合作為控制量輸出的?？刂破饕暂斎虢o定值r（t）與被控對象的實際輸出值y（t）的偏差e（t）作為輸入。用公式可以表示為：e（t）= r（t）- y（t）

在PID控制器中，數學運算中的微分、積分、比例控制根據具體需要而確定，整定控制器參數可以調整這幾個參數大小而獲得。

比例環節：偏差e（t）可以通過比例環節成倍數的表示出來。當這個過程有偏差信號提示的時候，控制器就會立即輸出控制信號作用于被控對象，這樣在一定程度上減小偏差。比例系數Kp可以反應出控制作用大小，如果Kp越大，那么控制作用越大，如果Kp越小，那么控制作業也是越小。比例環節存在穩態誤差，如果Kp越大，穩態誤差也是越小，過大的Kp會造成系統振蕩，隨著而來的就是系統的動態性能下降。

積分環節：為消除系統靜差，可以對積分環節的偏差信號e（t）進行積分運算。積分系數T1可以表示積作用的強弱。如果積分系數T1越大，那么系統靜態誤差減弱程度也會更加明顯，隨著T1增大，相應過程也會出現積分飽和的現象，這樣在一定程度上會影響相應過程超調量。但是，如果T1比較小，會加大系統的靜態誤差，勢必會影響調節精度的準確性。

微分環節：微分環節提高系統反應時間，在一定程度上減小調節時間，還會保證系統穩定性。微分運算可以得出偏差趨勢，在偏差信號變得過大之前及時加入校正信號，不僅可以加快系統的動作速度，還可以提高動態性能。上述效果會受到微分系數TD的一定影響。在增加超調量基礎上，可以使調節時間越少。如果TD很小，那么調節時間也會隨之增加。所以，為使系統調節時間以及超調量都能夠滿足要求，那么我們一定要選擇合適的TD。這個環節的缺點就是容易受到干擾，也就是它的抗干擾能力比較弱。

隨著信息技術以及微控制器的廣泛應用，一些智能儀器已經應用到了控制系統領域，用數字計算機代替模擬計算調節器可以組成智能控制系統，這樣的系統可以達到常用的PID控制算法，因為其高效利用了計算機的邏輯計算能力，使得PID控制更加靈活多樣。計算機通過采樣時間偏差值來計算輸出控制量，離散式的控制模式能直接應用到計算機系統。PID控制器的數字設計，這個時候需要數字化處理模擬量，可以得到較好的控制效果。在周期性采用控制系統中，時間間隔T稱之為采樣周期。為保證信號完整反應采樣信號的信息，這就要求采樣周期不能過大。另外，如果考慮到控制技術角度，那么較小的采樣周期可以保證控制器的精確度。較高的采樣頻率，同樣也會要求控制器性能更加優越，也就是說控制器應該有強大的計算性能，為了保存較多的計算數據，同樣也會要求控制器的存儲能力也要強大。當采樣頻率達到極限值時，一味地提高采樣頻率，也不會明顯提高系統性能。所以，在實際需要時，我們應該綜合考慮，不能只是依靠采樣數據大小，而定性。

上面是簡單介紹了一種張力控制的模型，恒張力放線車參數變化多樣，設計人員應該綜合考慮。目前我們使用較多的是意大利設計生產的太斯米克恒張力放線車，其張力盤控制系統中設置了一個CMOS系統，每15s會檢查一遍張力數值，并自動調節張力大小，使線索控制張力一直保持在恒定狀態。隨著科技的進步，相信我國科研人員在夯實基礎之上，通過不斷的創新，在恒張力放線車研究方面會有所建樹。

參考文獻

[1] 安玉濤.淺析接觸網恒張力放線車結構與功能的基本要求[J].石家莊鐵路職業技術學院學報，2007（06）.

[2] 劉玖林.恒張力放線存在的問題及解決方案[J].電氣化鐵道，2007（12）.

摘 要：恒張力放線車在鐵路建設中具有很重要的作用，本文簡述兩代接觸網恒張力放線車的工作原理，并在此基礎上介紹了張力工作參數以及控制模型。

關鍵詞：分析；輸入；下降；靈活

近些年，隨著國家經濟飛速發展，鐵路建設速度也是越來越快，但是鐵路一些關鍵設備的發展還是嚴重滯后，這樣不僅影響了人們生活舒適度，也嚴重影響了國家經濟的發展。鐵路建設應該更加趨向于電氣化以及高速化。鐵路中應用的接觸網具有提供電能的作用，其技術的發展嚴重關系到鐵路建設的智能化以及高效化。為保證有較好的受電效果，需要保證鐵路接觸網架設時張力不變，恒張力放線車能夠保證接觸網架設張力恒定。

1 接觸網恒張力放線車工作原理分析

1.1 之前研制的恒張力放線車其主要部件有張力控制儀器、有軌道平板車、放線盤、線索張力鎖加滾筒、線索張力施加滾筒制動器、放線盤制動器等組成。恒張力放線車工作原理可以概述為線索通過放線盤、張力施加盤到達測力盤后放出。張力基準可以經過測力盤上面活塞提供，反饋油缸在測力盤活動時可以收縮，制動油缸的壓力隨之改變，液壓反饋系統可以及時控制制動裝置，這樣就能夠有效控制好張力。

1.2 改進接觸網恒張力放線車工作原理以及功能分析

為了提高放線車的數字化以及自動化水平，新式接觸網恒張力放線車的液壓裝置控制系統添加了液壓馬達以及性能更加優越的比例電磁閥，其控制部也采用了智能化以及自動化的新技術。通過在工控機輸入端輸入張力值，這樣比例電磁閥就可以保證穩定的壓力輸出，放線張力、設定張力值以及油壓參數可以讀出來。改進型接觸網恒張力放線車其工作原理是在作業之前，先將線索取出，然后使其經過張力機構的摩擦盤，并在摩擦盤上纏繞幾圈，從張力機構的摩擦盤出來后再經過張力測試盤，最后從測力盤引出。張力機構主要是用來控制線索張力的強度，線索運動中產生的摩擦力，這樣線索和摩擦盤就可以保持相對靜止，不會出現溜滑現象。液壓馬達的齒輪與摩擦盤的齒輪相互連接，摩擦盤以及線索運動可以通過液壓馬達來控制。線索具體張力數值可以通過張力傳感裝置測量，這個傳感裝置設置在測力盤上，這樣便于讀數和控制。張力數值輸入進工控機之后，機器將會對比測得數值與原設定值，如果測得值較小，通過工控機增大比例電磁閥開度，可以有效調整液壓馬達輸出力矩，從而線索張力大小會趨向于設定值大小，如果實際值偏大，那么工控機情況就會相反。下面以一副簡圖描述張力控制回路液壓系統的工作流程，如下圖1（張力控制回路液壓系統工作原理圖）。

2 客運專線恒張力放線車主要技術參數檢驗

為了保證線路穩定以及施工的安全，在施工過程中接觸網架線張力的動態范圍控制在8%以內，同時其靜態范圍控制在±3%以內。

針對于較為常用的TY4B放線車，其放出的繩索張力控制在5KN至30KN之間，并且在放線時需要加載同樣大小的力，這樣靜態誤差就可以控制在±3%以內，動態誤差控制在±5%以內；另外，系統液壓測量區間為10MPa以內，此時誤差可以控制在±0.1%以內；系統氣壓測量區間為10MPa以內，此時誤差同樣可以控制在±0.1%以內。

3 張力的PID控制器設計分析

在常用的控制系統中，PID控制算法是較為成熟的算法，其主要由控制器以及被控對象兩大模塊所組成。模擬的PID控制器是把輸入與輸出的偏差值e（t），通過比例環節（P）、積分環節（I）、微分環節（D）的線性組合作為控制量輸出的?？刂破饕暂斎虢o定值r（t）與被控對象的實際輸出值y（t）的偏差e（t）作為輸入。用公式可以表示為：e（t）= r（t）- y（t）

在PID控制器中，數學運算中的微分、積分、比例控制根據具體需要而確定，整定控制器參數可以調整這幾個參數大小而獲得。

比例環節：偏差e（t）可以通過比例環節成倍數的表示出來。當這個過程有偏差信號提示的時候，控制器就會立即輸出控制信號作用于被控對象，這樣在一定程度上減小偏差。比例系數Kp可以反應出控制作用大小，如果Kp越大，那么控制作用越大，如果Kp越小，那么控制作業也是越小。比例環節存在穩態誤差，如果Kp越大，穩態誤差也是越小，過大的Kp會造成系統振蕩，隨著而來的就是系統的動態性能下降。

積分環節：為消除系統靜差，可以對積分環節的偏差信號e（t）進行積分運算。積分系數T1可以表示積作用的強弱。如果積分系數T1越大，那么系統靜態誤差減弱程度也會更加明顯，隨著T1增大，相應過程也會出現積分飽和的現象，這樣在一定程度上會影響相應過程超調量。但是，如果T1比較小，會加大系統的靜態誤差，勢必會影響調節精度的準確性。

微分環節：微分環節提高系統反應時間，在一定程度上減小調節時間，還會保證系統穩定性。微分運算可以得出偏差趨勢，在偏差信號變得過大之前及時加入校正信號，不僅可以加快系統的動作速度，還可以提高動態性能。上述效果會受到微分系數TD的一定影響。在增加超調量基礎上，可以使調節時間越少。如果TD很小，那么調節時間也會隨之增加。所以，為使系統調節時間以及超調量都能夠滿足要求，那么我們一定要選擇合適的TD。這個環節的缺點就是容易受到干擾，也就是它的抗干擾能力比較弱。

隨著信息技術以及微控制器的廣泛應用，一些智能儀器已經應用到了控制系統領域，用數字計算機代替模擬計算調節器可以組成智能控制系統，這樣的系統可以達到常用的PID控制算法，因為其高效利用了計算機的邏輯計算能力，使得PID控制更加靈活多樣。計算機通過采樣時間偏差值來計算輸出控制量，離散式的控制模式能直接應用到計算機系統。PID控制器的數字設計，這個時候需要數字化處理模擬量，可以得到較好的控制效果。在周期性采用控制系統中，時間間隔T稱之為采樣周期。為保證信號完整反應采樣信號的信息，這就要求采樣周期不能過大。另外，如果考慮到控制技術角度，那么較小的采樣周期可以保證控制器的精確度。較高的采樣頻率，同樣也會要求控制器性能更加優越，也就是說控制器應該有強大的計算性能，為了保存較多的計算數據，同樣也會要求控制器的存儲能力也要強大。當采樣頻率達到極限值時，一味地提高采樣頻率，也不會明顯提高系統性能。所以，在實際需要時，我們應該綜合考慮，不能只是依靠采樣數據大小，而定性。

上面是簡單介紹了一種張力控制的模型，恒張力放線車參數變化多樣，設計人員應該綜合考慮。目前我們使用較多的是意大利設計生產的太斯米克恒張力放線車，其張力盤控制系統中設置了一個CMOS系統，每15s會檢查一遍張力數值，并自動調節張力大小，使線索控制張力一直保持在恒定狀態。隨著科技的進步，相信我國科研人員在夯實基礎之上，通過不斷的創新，在恒張力放線車研究方面會有所建樹。

參考文獻

[1] 安玉濤.淺析接觸網恒張力放線車結構與功能的基本要求[J].石家莊鐵路職業技術學院學報，2007（06）.

[2] 劉玖林.恒張力放線存在的問題及解決方案[J].電氣化鐵道，2007（12）.

摘 要：恒張力放線車在鐵路建設中具有很重要的作用，本文簡述兩代接觸網恒張力放線車的工作原理，并在此基礎上介紹了張力工作參數以及控制模型。

關鍵詞：分析；輸入；下降；靈活

近些年，隨著國家經濟飛速發展，鐵路建設速度也是越來越快，但是鐵路一些關鍵設備的發展還是嚴重滯后，這樣不僅影響了人們生活舒適度，也嚴重影響了國家經濟的發展。鐵路建設應該更加趨向于電氣化以及高速化。鐵路中應用的接觸網具有提供電能的作用，其技術的發展嚴重關系到鐵路建設的智能化以及高效化。為保證有較好的受電效果，需要保證鐵路接觸網架設時張力不變，恒張力放線車能夠保證接觸網架設張力恒定。

1 接觸網恒張力放線車工作原理分析

1.1 之前研制的恒張力放線車其主要部件有張力控制儀器、有軌道平板車、放線盤、線索張力鎖加滾筒、線索張力施加滾筒制動器、放線盤制動器等組成。恒張力放線車工作原理可以概述為線索通過放線盤、張力施加盤到達測力盤后放出。張力基準可以經過測力盤上面活塞提供，反饋油缸在測力盤活動時可以收縮，制動油缸的壓力隨之改變，液壓反饋系統可以及時控制制動裝置，這樣就能夠有效控制好張力。

1.2 改進接觸網恒張力放線車工作原理以及功能分析

為了提高放線車的數字化以及自動化水平，新式接觸網恒張力放線車的液壓裝置控制系統添加了液壓馬達以及性能更加優越的比例電磁閥，其控制部也采用了智能化以及自動化的新技術。通過在工控機輸入端輸入張力值，這樣比例電磁閥就可以保證穩定的壓力輸出，放線張力、設定張力值以及油壓參數可以讀出來。改進型接觸網恒張力放線車其工作原理是在作業之前，先將線索取出，然后使其經過張力機構的摩擦盤，并在摩擦盤上纏繞幾圈，從張力機構的摩擦盤出來后再經過張力測試盤，最后從測力盤引出。張力機構主要是用來控制線索張力的強度，線索運動中產生的摩擦力，這樣線索和摩擦盤就可以保持相對靜止，不會出現溜滑現象。液壓馬達的齒輪與摩擦盤的齒輪相互連接，摩擦盤以及線索運動可以通過液壓馬達來控制。線索具體張力數值可以通過張力傳感裝置測量，這個傳感裝置設置在測力盤上，這樣便于讀數和控制。張力數值輸入進工控機之后，機器將會對比測得數值與原設定值，如果測得值較小，通過工控機增大比例電磁閥開度，可以有效調整液壓馬達輸出力矩，從而線索張力大小會趨向于設定值大小，如果實際值偏大，那么工控機情況就會相反。下面以一副簡圖描述張力控制回路液壓系統的工作流程，如下圖1（張力控制回路液壓系統工作原理圖）。

2 客運專線恒張力放線車主要技術參數檢驗

為了保證線路穩定以及施工的安全，在施工過程中接觸網架線張力的動態范圍控制在8%以內，同時其靜態范圍控制在±3%以內。

針對于較為常用的TY4B放線車，其放出的繩索張力控制在5KN至30KN之間，并且在放線時需要加載同樣大小的力，這樣靜態誤差就可以控制在±3%以內，動態誤差控制在±5%以內；另外，系統液壓測量區間為10MPa以內，此時誤差可以控制在±0.1%以內；系統氣壓測量區間為10MPa以內，此時誤差同樣可以控制在±0.1%以內。

3 張力的PID控制器設計分析

在常用的控制系統中，PID控制算法是較為成熟的算法，其主要由控制器以及被控對象兩大模塊所組成。模擬的PID控制器是把輸入與輸出的偏差值e（t），通過比例環節（P）、積分環節（I）、微分環節（D）的線性組合作為控制量輸出的?？刂破饕暂斎虢o定值r（t）與被控對象的實際輸出值y（t）的偏差e（t）作為輸入。用公式可以表示為：e（t）= r（t）- y（t）

在PID控制器中，數學運算中的微分、積分、比例控制根據具體需要而確定，整定控制器參數可以調整這幾個參數大小而獲得。

比例環節：偏差e（t）可以通過比例環節成倍數的表示出來。當這個過程有偏差信號提示的時候，控制器就會立即輸出控制信號作用于被控對象，這樣在一定程度上減小偏差。比例系數Kp可以反應出控制作用大小，如果Kp越大，那么控制作用越大，如果Kp越小，那么控制作業也是越小。比例環節存在穩態誤差，如果Kp越大，穩態誤差也是越小，過大的Kp會造成系統振蕩，隨著而來的就是系統的動態性能下降。

積分環節：為消除系統靜差，可以對積分環節的偏差信號e（t）進行積分運算。積分系數T1可以表示積作用的強弱。如果積分系數T1越大，那么系統靜態誤差減弱程度也會更加明顯，隨著T1增大，相應過程也會出現積分飽和的現象，這樣在一定程度上會影響相應過程超調量。但是，如果T1比較小，會加大系統的靜態誤差，勢必會影響調節精度的準確性。

微分環節：微分環節提高系統反應時間，在一定程度上減小調節時間，還會保證系統穩定性。微分運算可以得出偏差趨勢，在偏差信號變得過大之前及時加入校正信號，不僅可以加快系統的動作速度，還可以提高動態性能。上述效果會受到微分系數TD的一定影響。在增加超調量基礎上，可以使調節時間越少。如果TD很小，那么調節時間也會隨之增加。所以，為使系統調節時間以及超調量都能夠滿足要求，那么我們一定要選擇合適的TD。這個環節的缺點就是容易受到干擾，也就是它的抗干擾能力比較弱。

隨著信息技術以及微控制器的廣泛應用，一些智能儀器已經應用到了控制系統領域，用數字計算機代替模擬計算調節器可以組成智能控制系統，這樣的系統可以達到常用的PID控制算法，因為其高效利用了計算機的邏輯計算能力，使得PID控制更加靈活多樣。計算機通過采樣時間偏差值來計算輸出控制量，離散式的控制模式能直接應用到計算機系統。PID控制器的數字設計，這個時候需要數字化處理模擬量，可以得到較好的控制效果。在周期性采用控制系統中，時間間隔T稱之為采樣周期。為保證信號完整反應采樣信號的信息，這就要求采樣周期不能過大。另外，如果考慮到控制技術角度，那么較小的采樣周期可以保證控制器的精確度。較高的采樣頻率，同樣也會要求控制器性能更加優越，也就是說控制器應該有強大的計算性能，為了保存較多的計算數據，同樣也會要求控制器的存儲能力也要強大。當采樣頻率達到極限值時，一味地提高采樣頻率，也不會明顯提高系統性能。所以，在實際需要時，我們應該綜合考慮，不能只是依靠采樣數據大小，而定性。

上面是簡單介紹了一種張力控制的模型，恒張力放線車參數變化多樣，設計人員應該綜合考慮。目前我們使用較多的是意大利設計生產的太斯米克恒張力放線車，其張力盤控制系統中設置了一個CMOS系統，每15s會檢查一遍張力數值，并自動調節張力大小，使線索控制張力一直保持在恒定狀態。隨著科技的進步，相信我國科研人員在夯實基礎之上，通過不斷的創新，在恒張力放線車研究方面會有所建樹。

參考文獻

[1] 安玉濤.淺析接觸網恒張力放線車結構與功能的基本要求[J].石家莊鐵路職業技術學院學報，2007（06）.

[2] 劉玖林.恒張力放線存在的問題及解決方案[J].電氣化鐵道，2007（12）.