恒张力放线车参数测试以及张力控制分析

徐科峰

摘 要：恒张力放线车在铁路建设中具有很重要的作用，本文简述两代接触网恒张力放线车的工作原理，并在此基础上介绍了张力工作参数以及控制模型。

关键词：分析；输入；下降；灵活

近些年，随着国家经济飞速发展，铁路建设速度也是越来越快，但是铁路一些关键设备的发展还是严重滞后，这样不仅影响了人们生活舒适度，也严重影响了国家经济的发展。铁路建设应该更加趋向于电气化以及高速化。铁路中应用的接触网具有提供电能的作用，其技术的发展严重关系到铁路建设的智能化以及高效化。为保证有较好的受电效果，需要保证铁路接触网架设时张力不变，恒张力放线车能够保证接触网架设张力恒定。

1 接触网恒张力放线车工作原理分析

1.1 之前研制的恒张力放线车其主要部件有张力控制仪器、有轨道平板车、放线盘、线索张力锁加滚筒、线索张力施加滚筒制动器、放线盘制动器等组成。恒张力放线车工作原理可以概述为线索通过放线盘、张力施加盘到达测力盘后放出。张力基准可以经过测力盘上面活塞提供，反馈油缸在测力盘活动时可以收缩，制动油缸的压力随之改变，液压反馈系统可以及时控制制动装置，这样就能够有效控制好张力。

1.2 改进接触网恒张力放线车工作原理以及功能分析

为了提高放线车的数字化以及自动化水平，新式接触网恒张力放线车的液压装置控制系统添加了液压马达以及性能更加优越的比例电磁阀，其控制部也采用了智能化以及自动化的新技术。通过在工控机输入端输入张力值，这样比例电磁阀就可以保证稳定的压力输出，放线张力、设定张力值以及油压参数可以读出来。改进型接触网恒张力放线车其工作原理是在作业之前，先将线索取出，然后使其经过张力机构的摩擦盘，并在摩擦盘上缠绕几圈，从张力机构的摩擦盘出来后再经过张力测试盘，最后从测力盘引出。张力机构主要是用来控制线索张力的强度，线索运动中产生的摩擦力，这样线索和摩擦盘就可以保持相对静止，不会出现溜滑现象。液压马达的齿轮与摩擦盘的齿轮相互连接，摩擦盘以及线索运动可以通过液压马达来控制。线索具体张力数值可以通过张力传感装置测量，这个传感装置设置在测力盘上，这样便于读数和控制。张力数值输入进工控机之后，机器将会对比测得数值与原设定值，如果测得值较小，通过工控机增大比例电磁阀开度，可以有效调整液压马达输出力矩，从而线索张力大小会趋向于设定值大小，如果实际值偏大，那么工控机情况就会相反。下面以一副简图描述张力控制回路液压系统的工作流程，如下图1（张力控制回路液压系统工作原理图）。

2 客运专线恒张力放线车主要技术参数检验

为了保证线路稳定以及施工的安全，在施工过程中接触网架线张力的动态范围控制在8%以内，同时其静态范围控制在±3%以内。

针对于较为常用的TY4B放线车，其放出的绳索张力控制在5KN至30KN之间，并且在放线时需要加载同样大小的力，这样静态误差就可以控制在±3%以内，动态误差控制在±5%以内；另外，系统液压测量区间为10MPa以内，此时误差可以控制在±0.1%以内；系统气压测量区间为10MPa以内，此时误差同样可以控制在±0.1%以内。

3 张力的PID控制器设计分析

在常用的控制系统中，PID控制算法是较为成熟的算法，其主要由控制器以及被控对象两大模块所组成。模拟的PID控制器是把输入与输出的偏差值e（t），通过比例环节（P）、积分环节（I）、微分环节（D）的线性组合作为控制量输出的。控制器以输入给定值r（t）与被控对象的实际输出值y（t）的偏差e（t）作为输入。用公式可以表示为：e（t）= r（t）- y（t）

在PID控制器中，数学运算中的微分、积分、比例控制根据具体需要而确定，整定控制器参数可以调整这几个参数大小而获得。

比例环节：偏差e（t）可以通过比例环节成倍数的表示出来。当这个过程有偏差信号提示的时候，控制器就会立即输出控制信号作用于被控对象，这样在一定程度上减小偏差。比例系数Kp可以反应出控制作用大小，如果Kp越大，那么控制作用越大，如果Kp越小，那么控制作业也是越小。比例环节存在稳态误差，如果Kp越大，稳态误差也是越小，过大的Kp会造成系统振荡，随着而来的就是系统的动态性能下降。

积分环节：为消除系统静差，可以对积分环节的偏差信号e（t）进行积分运算。积分系数T1可以表示积作用的强弱。如果积分系数T1越大，那么系统静态误差减弱程度也会更加明显，随着T1增大，相应过程也会出现积分饱和的现象，这样在一定程度上会影响相应过程超调量。但是，如果T1比较小，会加大系统的静态误差，势必会影响调节精度的准确性。

微分环节：微分环节提高系统反应时间，在一定程度上减小调节时间，还会保证系统稳定性。微分运算可以得出偏差趋势，在偏差信号变得过大之前及时加入校正信号，不仅可以加快系统的动作速度，还可以提高动态性能。上述效果会受到微分系数TD的一定影响。在增加超调量基础上，可以使调节时间越少。如果TD很小，那么调节时间也会随之增加。所以，为使系统调节时间以及超调量都能够满足要求，那么我们一定要选择合适的TD。这个环节的缺点就是容易受到干扰，也就是它的抗干扰能力比较弱。

随着信息技术以及微控制器的广泛应用，一些智能仪器已经应用到了控制系统领域，用数字计算机代替模拟计算调节器可以组成智能控制系统，这样的系统可以达到常用的PID控制算法，因为其高效利用了计算机的逻辑计算能力，使得PID控制更加灵活多样。计算机通过采样时间偏差值来计算输出控制量，离散式的控制模式能直接应用到计算机系统。PID控制器的数字设计，这个时候需要数字化处理模拟量，可以得到较好的控制效果。在周期性采用控制系统中，时间间隔T称之为采样周期。为保证信号完整反应采样信号的信息，这就要求采样周期不能过大。另外，如果考虑到控制技术角度，那么较小的采样周期可以保证控制器的精确度。较高的采样频率，同样也会要求控制器性能更加优越，也就是说控制器应该有强大的计算性能，为了保存较多的计算数据，同样也会要求控制器的存储能力也要强大。当采样频率达到极限值时，一味地提高采样频率，也不会明显提高系统性能。所以，在实际需要时，我们应该综合考虑，不能只是依靠采样数据大小，而定性。

上面是简单介绍了一种张力控制的模型，恒张力放线车参数变化多样，设计人员应该综合考虑。目前我们使用较多的是意大利设计生产的太斯米克恒张力放线车，其张力盘控制系统中设置了一个CMOS系统，每15s会检查一遍张力数值，并自动调节张力大小，使线索控制张力一直保持在恒定状态。随着科技的进步，相信我国科研人员在夯实基础之上，通过不断的创新，在恒张力放线车研究方面会有所建树。

参考文献

[1] 安玉涛.浅析接触网恒张力放线车结构与功能的基本要求[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2007（06）.

[2] 刘玖林.恒张力放线存在的问题及解决方案[J].电气化铁道，2007（12）.

摘 要：恒张力放线车在铁路建设中具有很重要的作用，本文简述两代接触网恒张力放线车的工作原理，并在此基础上介绍了张力工作参数以及控制模型。

关键词：分析；输入；下降；灵活

近些年，随着国家经济飞速发展，铁路建设速度也是越来越快，但是铁路一些关键设备的发展还是严重滞后，这样不仅影响了人们生活舒适度，也严重影响了国家经济的发展。铁路建设应该更加趋向于电气化以及高速化。铁路中应用的接触网具有提供电能的作用，其技术的发展严重关系到铁路建设的智能化以及高效化。为保证有较好的受电效果，需要保证铁路接触网架设时张力不变，恒张力放线车能够保证接触网架设张力恒定。

1 接触网恒张力放线车工作原理分析

1.1 之前研制的恒张力放线车其主要部件有张力控制仪器、有轨道平板车、放线盘、线索张力锁加滚筒、线索张力施加滚筒制动器、放线盘制动器等组成。恒张力放线车工作原理可以概述为线索通过放线盘、张力施加盘到达测力盘后放出。张力基准可以经过测力盘上面活塞提供，反馈油缸在测力盘活动时可以收缩，制动油缸的压力随之改变，液压反馈系统可以及时控制制动装置，这样就能够有效控制好张力。

1.2 改进接触网恒张力放线车工作原理以及功能分析

为了提高放线车的数字化以及自动化水平，新式接触网恒张力放线车的液压装置控制系统添加了液压马达以及性能更加优越的比例电磁阀，其控制部也采用了智能化以及自动化的新技术。通过在工控机输入端输入张力值，这样比例电磁阀就可以保证稳定的压力输出，放线张力、设定张力值以及油压参数可以读出来。改进型接触网恒张力放线车其工作原理是在作业之前，先将线索取出，然后使其经过张力机构的摩擦盘，并在摩擦盘上缠绕几圈，从张力机构的摩擦盘出来后再经过张力测试盘，最后从测力盘引出。张力机构主要是用来控制线索张力的强度，线索运动中产生的摩擦力，这样线索和摩擦盘就可以保持相对静止，不会出现溜滑现象。液压马达的齿轮与摩擦盘的齿轮相互连接，摩擦盘以及线索运动可以通过液压马达来控制。线索具体张力数值可以通过张力传感装置测量，这个传感装置设置在测力盘上，这样便于读数和控制。张力数值输入进工控机之后，机器将会对比测得数值与原设定值，如果测得值较小，通过工控机增大比例电磁阀开度，可以有效调整液压马达输出力矩，从而线索张力大小会趋向于设定值大小，如果实际值偏大，那么工控机情况就会相反。下面以一副简图描述张力控制回路液压系统的工作流程，如下图1（张力控制回路液压系统工作原理图）。

2 客运专线恒张力放线车主要技术参数检验

为了保证线路稳定以及施工的安全，在施工过程中接触网架线张力的动态范围控制在8%以内，同时其静态范围控制在±3%以内。

针对于较为常用的TY4B放线车，其放出的绳索张力控制在5KN至30KN之间，并且在放线时需要加载同样大小的力，这样静态误差就可以控制在±3%以内，动态误差控制在±5%以内；另外，系统液压测量区间为10MPa以内，此时误差可以控制在±0.1%以内；系统气压测量区间为10MPa以内，此时误差同样可以控制在±0.1%以内。

3 张力的PID控制器设计分析

在常用的控制系统中，PID控制算法是较为成熟的算法，其主要由控制器以及被控对象两大模块所组成。模拟的PID控制器是把输入与输出的偏差值e（t），通过比例环节（P）、积分环节（I）、微分环节（D）的线性组合作为控制量输出的。控制器以输入给定值r（t）与被控对象的实际输出值y（t）的偏差e（t）作为输入。用公式可以表示为：e（t）= r（t）- y（t）

在PID控制器中，数学运算中的微分、积分、比例控制根据具体需要而确定，整定控制器参数可以调整这几个参数大小而获得。

比例环节：偏差e（t）可以通过比例环节成倍数的表示出来。当这个过程有偏差信号提示的时候，控制器就会立即输出控制信号作用于被控对象，这样在一定程度上减小偏差。比例系数Kp可以反应出控制作用大小，如果Kp越大，那么控制作用越大，如果Kp越小，那么控制作业也是越小。比例环节存在稳态误差，如果Kp越大，稳态误差也是越小，过大的Kp会造成系统振荡，随着而来的就是系统的动态性能下降。

积分环节：为消除系统静差，可以对积分环节的偏差信号e（t）进行积分运算。积分系数T1可以表示积作用的强弱。如果积分系数T1越大，那么系统静态误差减弱程度也会更加明显，随着T1增大，相应过程也会出现积分饱和的现象，这样在一定程度上会影响相应过程超调量。但是，如果T1比较小，会加大系统的静态误差，势必会影响调节精度的准确性。

微分环节：微分环节提高系统反应时间，在一定程度上减小调节时间，还会保证系统稳定性。微分运算可以得出偏差趋势，在偏差信号变得过大之前及时加入校正信号，不仅可以加快系统的动作速度，还可以提高动态性能。上述效果会受到微分系数TD的一定影响。在增加超调量基础上，可以使调节时间越少。如果TD很小，那么调节时间也会随之增加。所以，为使系统调节时间以及超调量都能够满足要求，那么我们一定要选择合适的TD。这个环节的缺点就是容易受到干扰，也就是它的抗干扰能力比较弱。

随着信息技术以及微控制器的广泛应用，一些智能仪器已经应用到了控制系统领域，用数字计算机代替模拟计算调节器可以组成智能控制系统，这样的系统可以达到常用的PID控制算法，因为其高效利用了计算机的逻辑计算能力，使得PID控制更加灵活多样。计算机通过采样时间偏差值来计算输出控制量，离散式的控制模式能直接应用到计算机系统。PID控制器的数字设计，这个时候需要数字化处理模拟量，可以得到较好的控制效果。在周期性采用控制系统中，时间间隔T称之为采样周期。为保证信号完整反应采样信号的信息，这就要求采样周期不能过大。另外，如果考虑到控制技术角度，那么较小的采样周期可以保证控制器的精确度。较高的采样频率，同样也会要求控制器性能更加优越，也就是说控制器应该有强大的计算性能，为了保存较多的计算数据，同样也会要求控制器的存储能力也要强大。当采样频率达到极限值时，一味地提高采样频率，也不会明显提高系统性能。所以，在实际需要时，我们应该综合考虑，不能只是依靠采样数据大小，而定性。

上面是简单介绍了一种张力控制的模型，恒张力放线车参数变化多样，设计人员应该综合考虑。目前我们使用较多的是意大利设计生产的太斯米克恒张力放线车，其张力盘控制系统中设置了一个CMOS系统，每15s会检查一遍张力数值，并自动调节张力大小，使线索控制张力一直保持在恒定状态。随着科技的进步，相信我国科研人员在夯实基础之上，通过不断的创新，在恒张力放线车研究方面会有所建树。

参考文献

[1] 安玉涛.浅析接触网恒张力放线车结构与功能的基本要求[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2007（06）.

[2] 刘玖林.恒张力放线存在的问题及解决方案[J].电气化铁道，2007（12）.

摘 要：恒张力放线车在铁路建设中具有很重要的作用，本文简述两代接触网恒张力放线车的工作原理，并在此基础上介绍了张力工作参数以及控制模型。

关键词：分析；输入；下降；灵活

近些年，随着国家经济飞速发展，铁路建设速度也是越来越快，但是铁路一些关键设备的发展还是严重滞后，这样不仅影响了人们生活舒适度，也严重影响了国家经济的发展。铁路建设应该更加趋向于电气化以及高速化。铁路中应用的接触网具有提供电能的作用，其技术的发展严重关系到铁路建设的智能化以及高效化。为保证有较好的受电效果，需要保证铁路接触网架设时张力不变，恒张力放线车能够保证接触网架设张力恒定。

1 接触网恒张力放线车工作原理分析

1.1 之前研制的恒张力放线车其主要部件有张力控制仪器、有轨道平板车、放线盘、线索张力锁加滚筒、线索张力施加滚筒制动器、放线盘制动器等组成。恒张力放线车工作原理可以概述为线索通过放线盘、张力施加盘到达测力盘后放出。张力基准可以经过测力盘上面活塞提供，反馈油缸在测力盘活动时可以收缩，制动油缸的压力随之改变，液压反馈系统可以及时控制制动装置，这样就能够有效控制好张力。

1.2 改进接触网恒张力放线车工作原理以及功能分析

为了提高放线车的数字化以及自动化水平，新式接触网恒张力放线车的液压装置控制系统添加了液压马达以及性能更加优越的比例电磁阀，其控制部也采用了智能化以及自动化的新技术。通过在工控机输入端输入张力值，这样比例电磁阀就可以保证稳定的压力输出，放线张力、设定张力值以及油压参数可以读出来。改进型接触网恒张力放线车其工作原理是在作业之前，先将线索取出，然后使其经过张力机构的摩擦盘，并在摩擦盘上缠绕几圈，从张力机构的摩擦盘出来后再经过张力测试盘，最后从测力盘引出。张力机构主要是用来控制线索张力的强度，线索运动中产生的摩擦力，这样线索和摩擦盘就可以保持相对静止，不会出现溜滑现象。液压马达的齿轮与摩擦盘的齿轮相互连接，摩擦盘以及线索运动可以通过液压马达来控制。线索具体张力数值可以通过张力传感装置测量，这个传感装置设置在测力盘上，这样便于读数和控制。张力数值输入进工控机之后，机器将会对比测得数值与原设定值，如果测得值较小，通过工控机增大比例电磁阀开度，可以有效调整液压马达输出力矩，从而线索张力大小会趋向于设定值大小，如果实际值偏大，那么工控机情况就会相反。下面以一副简图描述张力控制回路液压系统的工作流程，如下图1（张力控制回路液压系统工作原理图）。

2 客运专线恒张力放线车主要技术参数检验

为了保证线路稳定以及施工的安全，在施工过程中接触网架线张力的动态范围控制在8%以内，同时其静态范围控制在±3%以内。

针对于较为常用的TY4B放线车，其放出的绳索张力控制在5KN至30KN之间，并且在放线时需要加载同样大小的力，这样静态误差就可以控制在±3%以内，动态误差控制在±5%以内；另外，系统液压测量区间为10MPa以内，此时误差可以控制在±0.1%以内；系统气压测量区间为10MPa以内，此时误差同样可以控制在±0.1%以内。

3 张力的PID控制器设计分析

在常用的控制系统中，PID控制算法是较为成熟的算法，其主要由控制器以及被控对象两大模块所组成。模拟的PID控制器是把输入与输出的偏差值e（t），通过比例环节（P）、积分环节（I）、微分环节（D）的线性组合作为控制量输出的。控制器以输入给定值r（t）与被控对象的实际输出值y（t）的偏差e（t）作为输入。用公式可以表示为：e（t）= r（t）- y（t）

在PID控制器中，数学运算中的微分、积分、比例控制根据具体需要而确定，整定控制器参数可以调整这几个参数大小而获得。

比例环节：偏差e（t）可以通过比例环节成倍数的表示出来。当这个过程有偏差信号提示的时候，控制器就会立即输出控制信号作用于被控对象，这样在一定程度上减小偏差。比例系数Kp可以反应出控制作用大小，如果Kp越大，那么控制作用越大，如果Kp越小，那么控制作业也是越小。比例环节存在稳态误差，如果Kp越大，稳态误差也是越小，过大的Kp会造成系统振荡，随着而来的就是系统的动态性能下降。

积分环节：为消除系统静差，可以对积分环节的偏差信号e（t）进行积分运算。积分系数T1可以表示积作用的强弱。如果积分系数T1越大，那么系统静态误差减弱程度也会更加明显，随着T1增大，相应过程也会出现积分饱和的现象，这样在一定程度上会影响相应过程超调量。但是，如果T1比较小，会加大系统的静态误差，势必会影响调节精度的准确性。

微分环节：微分环节提高系统反应时间，在一定程度上减小调节时间，还会保证系统稳定性。微分运算可以得出偏差趋势，在偏差信号变得过大之前及时加入校正信号，不仅可以加快系统的动作速度，还可以提高动态性能。上述效果会受到微分系数TD的一定影响。在增加超调量基础上，可以使调节时间越少。如果TD很小，那么调节时间也会随之增加。所以，为使系统调节时间以及超调量都能够满足要求，那么我们一定要选择合适的TD。这个环节的缺点就是容易受到干扰，也就是它的抗干扰能力比较弱。

随着信息技术以及微控制器的广泛应用，一些智能仪器已经应用到了控制系统领域，用数字计算机代替模拟计算调节器可以组成智能控制系统，这样的系统可以达到常用的PID控制算法，因为其高效利用了计算机的逻辑计算能力，使得PID控制更加灵活多样。计算机通过采样时间偏差值来计算输出控制量，离散式的控制模式能直接应用到计算机系统。PID控制器的数字设计，这个时候需要数字化处理模拟量，可以得到较好的控制效果。在周期性采用控制系统中，时间间隔T称之为采样周期。为保证信号完整反应采样信号的信息，这就要求采样周期不能过大。另外，如果考虑到控制技术角度，那么较小的采样周期可以保证控制器的精确度。较高的采样频率，同样也会要求控制器性能更加优越，也就是说控制器应该有强大的计算性能，为了保存较多的计算数据，同样也会要求控制器的存储能力也要强大。当采样频率达到极限值时，一味地提高采样频率，也不会明显提高系统性能。所以，在实际需要时，我们应该综合考虑，不能只是依靠采样数据大小，而定性。

上面是简单介绍了一种张力控制的模型，恒张力放线车参数变化多样，设计人员应该综合考虑。目前我们使用较多的是意大利设计生产的太斯米克恒张力放线车，其张力盘控制系统中设置了一个CMOS系统，每15s会检查一遍张力数值，并自动调节张力大小，使线索控制张力一直保持在恒定状态。随着科技的进步，相信我国科研人员在夯实基础之上，通过不断的创新，在恒张力放线车研究方面会有所建树。

参考文献

[1] 安玉涛.浅析接触网恒张力放线车结构与功能的基本要求[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2007（06）.

[2] 刘玖林.恒张力放线存在的问题及解决方案[J].电气化铁道，2007（12）.