本實(shí)用新型屬于檢測輔助設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，為高鐵動(dòng)力線路導(dǎo)線裂紋檢測裝置提供具有一定速度的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，并且實(shí)現(xiàn)位置控制，具體涉及一種基于PLC伺服控制的高鐵動(dòng)力導(dǎo)線裂紋檢測用運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

鐵路作為大眾化的交通工具，隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，趨向于高速與重載，這一趨勢也對(duì)鐵路設(shè)備的質(zhì)量提出了一系列高要求，而高鐵線路存在裂紋就是對(duì)鐵路質(zhì)量的一大挑戰(zhàn)。近年來，由于裂紋導(dǎo)致事故頻發(fā)，為保證鐵路運(yùn)營的安全性，裂紋檢測備受重視。

目前，我國針對(duì)高鐵動(dòng)力導(dǎo)線主要的檢測手段有人工檢測與綜合檢測車兩種。人工檢測多是利用便攜式裂紋測量裝置進(jìn)行檢測，測量精度較高，但需每一個(gè)測量點(diǎn)逐一進(jìn)行檢測，故效率較低。綜合檢測車采用的是動(dòng)車組車載檢測裝置，通過安裝在車頂上的圖像采集攝像頭進(jìn)行拍照，運(yùn)用圖像處理技術(shù)對(duì)拍攝的高清圖像進(jìn)行分析，進(jìn)而查找缺陷。但由于檢測的圖片質(zhì)量較差，且該檢測方法只能對(duì)攝像頭易捕捉區(qū)域?qū)Ь€表面進(jìn)行分析，可靠性不高，導(dǎo)線內(nèi)部及側(cè)面等不易拍照區(qū)域是否存在裂紋尚不能從中得出準(zhǔn)確結(jié)論。目前國內(nèi)尚無專門針對(duì)高鐵動(dòng)力導(dǎo)線裂紋檢測用運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的研發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種基于PLC伺服控制的高鐵動(dòng)力導(dǎo)線裂紋檢測用運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用人工檢測方式，工作效率較低以及通過車載檢測的可靠性不高等問題。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種基于PLC伺服控制的高鐵動(dòng)力導(dǎo)線裂紋檢測用運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，包括控制器，控制器輸出端與伺服驅(qū)動(dòng)器連接，伺服驅(qū)動(dòng)器輸出端與伺服電機(jī)連接，伺服電機(jī)輸出軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與負(fù)載傳動(dòng)連接；伺服電機(jī)通過反饋電路接回控制器，控制器和伺服電機(jī)分別與電源連接；在爪輪的外圓周表面凹槽中均勻設(shè)置有突刺，在爪輪中心軸上下兩端分別連接有鎖扣。

本實(shí)用新型的基于PLC伺服控制的高鐵動(dòng)力導(dǎo)線裂紋檢測用運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，其特征還在于：

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是，包括聯(lián)軸器一，聯(lián)軸器一的一端與伺服電機(jī)輸出軸傳動(dòng)連接，聯(lián)軸器一的另一端依次通過傳動(dòng)帶、蝸輪蝸桿減速器、聯(lián)軸器二與爪輪傳動(dòng)連接。

反饋電路包括脈沖編碼器和高速計(jì)數(shù)器。

本實(shí)用新型的有益效果是，為檢測裂紋裝置提供運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，采用PLC精確控制伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)變速與定位目的，效率較高。以帶傳動(dòng)與蝸輪蝸桿傳動(dòng)作為機(jī)械傳動(dòng)部分，帶傳動(dòng)較平穩(wěn)且蝸輪蝸桿傳動(dòng)有比較大的減速比，通過爪輪實(shí)現(xiàn)整機(jī)運(yùn)動(dòng)的目的，爪輪凹槽表面上的突刺與鎖扣既增強(qiáng)了爪輪與導(dǎo)線之間的摩擦力，提高整機(jī)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，也能在運(yùn)動(dòng)過程中防止導(dǎo)線發(fā)生橫向移動(dòng)，使得整機(jī)滑落，保證了檢測工作的正常進(jìn)行，簡便、可靠、易操作。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖；

圖3是本實(shí)用新型中的爪輪與鎖扣未閉合結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型中的爪輪與鎖扣閉合結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型中的爪輪與鎖扣結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖6是本實(shí)用新型中的位置控制結(jié)構(gòu)原理簡圖。

圖中，1.伺服電機(jī)，2.聯(lián)軸器一，3.傳動(dòng)帶，4.蝸輪蝸桿減速器，5.聯(lián)軸器二，6.爪輪，7.鎖扣，8.突刺，9.控制器，10.電源，11.反饋電路，12.伺服驅(qū)動(dòng)器，13.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，14.負(fù)載，15.高速計(jì)數(shù)器，16.脈沖編碼器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

參照?qǐng)D1、圖2，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)是，包括控制器9，控制器9輸出端與伺服驅(qū)動(dòng)器12連接，伺服驅(qū)動(dòng)器12輸出端與伺服電機(jī)1連接，伺服電機(jī)1輸出軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)13傳動(dòng)連接，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)13與負(fù)載14傳動(dòng)連接；伺服電機(jī)1通過反饋電路11接回控制器9，控制器9和伺服電機(jī)1分別與電源10連接；控制器9的輸入端連接有觸摸屏，具有啟停、制動(dòng)、調(diào)速功能鍵；

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)13的結(jié)構(gòu)是，包括聯(lián)軸器一2，聯(lián)軸器一2的一端與伺服電機(jī)1輸出軸傳動(dòng)連接，聯(lián)軸器一2的另一端依次通過傳動(dòng)帶3、蝸輪蝸桿減速器4、聯(lián)軸器二5與爪輪6傳動(dòng)連接，爪輪6最終與負(fù)載14傳動(dòng)連接(掛載)。

上述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)13采用帶傳動(dòng)與蝸輪蝸桿傳動(dòng)的復(fù)合方式。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、能緩沖吸振且其造價(jià)低廉、不需潤滑、維護(hù)容易等特點(diǎn)，能很好地滿足高空工作條件下結(jié)構(gòu)簡單、不易維護(hù)等要求。蝸輪蝸桿傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，能滿足工作條件與高傳動(dòng)比的要求，簡化裝置，減輕重量，節(jié)約成本。

上述的伺服電機(jī)1選用的計(jì)算功率Pr＝0.076kw，選用的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為nd＝1146.4-11464r/min；實(shí)際工作過程中，伺服電機(jī)1選用的額定功率Pm＝0.1-1kw，伺服電機(jī)1選用的額定轉(zhuǎn)速n_m＝1200-2000r/min。

根據(jù)伺服電機(jī)1的滿載轉(zhuǎn)速n_m與負(fù)載14(或者爪輪6)的工作轉(zhuǎn)速n_w，計(jì)算出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)13的總傳動(dòng)比為i_總＝n_m/n_w；再分別根據(jù)帶傳動(dòng)與蝸輪蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍，確定各自最佳傳動(dòng)比。

參照?qǐng)D3、圖4、圖5，在爪輪6的外圓周表面凹槽中均勻設(shè)置有突刺8，在工作過程中該突刺8能增強(qiáng)爪輪6與測試對(duì)象導(dǎo)線之間的摩擦力，提高整機(jī)上坡或者下坡的穩(wěn)定性，在爪輪6中心軸上下兩端分別連接有鎖扣7，鎖扣7內(nèi)端與爪輪6中心軸固定，鎖扣7外端為張合式的扣接結(jié)構(gòu)；在鎖扣7未閉合狀態(tài)下(如圖3)，將導(dǎo)線嵌入鎖扣7與爪輪6外圓周表面凹槽之間的空隙中，然后閉合鎖扣7(如圖4)，使得鎖扣7對(duì)嵌入的導(dǎo)線牢靠扣住與可靠固定，防止在工作過程中嵌入的導(dǎo)線發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，帶來安全隱患，影響檢測的準(zhǔn)確性。

參照?qǐng)D6，位置控制結(jié)構(gòu)原理是，以控制器9(或稱為PLC)、伺服機(jī)構(gòu)(伺服驅(qū)動(dòng)器12+伺服電機(jī)1)、脈沖編碼器16(作為速度、位置監(jiān)測器件)、高速計(jì)數(shù)器15為基本組成，其中的脈沖編碼器16和高速計(jì)數(shù)器15組成了上述的反饋電路11。

位置控制的主要目標(biāo)是促使執(zhí)行部件對(duì)位置指令進(jìn)行準(zhǔn)確的定位與跟蹤，而被控量始終是負(fù)載14的空間位移，當(dāng)給定量發(fā)生變化的情況下，系統(tǒng)能夠促使被控制量及時(shí)準(zhǔn)確地反饋相關(guān)信息，然后進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制調(diào)整。

由于伺服電機(jī)1是閉環(huán)控制的執(zhí)行器件，控制器9(PLC)一般不會(huì)直接與伺服電機(jī)1相連，而是先與伺服驅(qū)動(dòng)器12連接，通過伺服驅(qū)動(dòng)器12去控制伺服電機(jī)1。工作過程是控制器9給出控制對(duì)象的指令位置，通過D/A模塊或RS485接口與伺服機(jī)構(gòu)中的伺服驅(qū)動(dòng)器12連接，伺服驅(qū)動(dòng)器12對(duì)伺服電機(jī)11的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)(即實(shí)現(xiàn)負(fù)載14的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié))，伺服電機(jī)1將接收到的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸的角位移或角速度輸出，再通過安裝在伺服電機(jī)11輸出軸上的脈沖編碼器16的輸出脈沖接入高速計(jì)數(shù)器15；伺服電機(jī)11的旋轉(zhuǎn)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為控制對(duì)象(負(fù)載14)的運(yùn)動(dòng)，高速計(jì)數(shù)器15記錄伺服電機(jī)11輸出軸的旋轉(zhuǎn)位置，得到控制對(duì)象的實(shí)際位置，通過內(nèi)部總線反饋到控制器9中；最后，由控制器9根據(jù)實(shí)際值與指令值間的偏差，控制器9重新計(jì)算伺服電機(jī)1運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置，利用反饋控制原理給伺服驅(qū)動(dòng)器12發(fā)出信號(hào)，根據(jù)該偏差驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)1旋轉(zhuǎn)，調(diào)整和優(yōu)化伺服電機(jī)1的運(yùn)行速度及方向，直到實(shí)際值與指令值偏差在允許范圍以內(nèi)。

脈沖編碼器16及高速計(jì)數(shù)器15的反饋信號(hào)可實(shí)現(xiàn)精確控制伺服電機(jī)1實(shí)現(xiàn)位置控制，其原理是脈沖編碼器16可將伺服電機(jī)1角位移轉(zhuǎn)換成脈沖值，而高速計(jì)數(shù)器15又能對(duì)脈沖值的個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而定位，脈沖編碼器16及高速計(jì)數(shù)器15的聯(lián)合使用能有效進(jìn)行長度測量和精確定位控制。

本實(shí)用新型的系統(tǒng)，采用模擬量控制伺服電機(jī)1的轉(zhuǎn)速，控制過程為在觸摸屏(與控制器9的輸入端連接)中輸入數(shù)值，將數(shù)據(jù)屬性設(shè)置為對(duì)應(yīng)控制器9中的整形變量數(shù)據(jù)，由控制器9給出指令，伺服驅(qū)動(dòng)器12驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)1運(yùn)動(dòng)，分別通過模擬量與安裝在伺服電機(jī)1輸出軸上的脈沖編碼器16輸出脈沖值接入高速計(jì)數(shù)器15進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而達(dá)到負(fù)載14變速與定位目的。機(jī)械傳動(dòng)部分采用定傳動(dòng)比，利用帶傳動(dòng)與蝸輪蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行減速，通過爪輪實(shí)現(xiàn)負(fù)載14的可靠運(yùn)動(dòng)。