螺栓扳手測控系統(tǒng)的研究與設(shè)計.pdf

1、隨著我國鐵路提速線路的進一步完善，尤其是客運專線、高速鐵路的發(fā)展，對線路的質(zhì)量提出更嚴格的要求。論文對目前線路上松緊螺栓工作現(xiàn)狀的進行了深入調(diào)研，在廣泛參考國內(nèi)外螺栓松緊技術(shù)發(fā)展，借鑒其他行業(yè)螺栓松緊自動化技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用電液比例控制及嵌入式技術(shù)，融合智能儀表思想，提出了一種新型螺栓扳手的設(shè)計方案，實現(xiàn)對雙頭螺栓智能化松緊動作，并對所擰緊扭矩進行精確調(diào)整，實時顯示扭矩、狀態(tài)等信息。該液壓螺栓扳手的研制成功，極大地提高線路維修作業(yè)效率，

2、降低操作勞動強度，提高鐵道線路鋼軌扣件和鋼軌連接螺母的聯(lián)結(jié)質(zhì)量，以適應(yīng)我國鐵路的高速發(fā)展的需求。 螺栓扳手的測控系統(tǒng)采用了電液比例閥控馬達技術(shù)，扭矩通過扭矩傳感器直接測量，并進行負反饋的閉環(huán)控制，采用了以16位單片機MSP430F1611為核心的測控硬件系統(tǒng)，軟件采用基于μC/OS-Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng)的軟件架構(gòu)，數(shù)字PID控制器調(diào)節(jié)扭矩控制算法實現(xiàn)扭矩的精確控制。論文主要完成了以下幾個方面的工作： 首先介紹了螺栓扳手的研究背

3、景，回顧了軌枕用螺栓扳手的發(fā)展及研究現(xiàn)狀，指出了目前螺栓扳手存在的問題，指明了論文研究的方向；同時對本設(shè)計所采用的嵌入式技術(shù)以及智能儀表技術(shù)等技術(shù)進行了較系統(tǒng)的探討，并由此明確了本論文的主要內(nèi)容、目的及研究工作。 其次，對螺栓扳手的測控系統(tǒng)進行總體設(shè)計與建模分析。通過螺栓扳手的設(shè)計目標(biāo)的分析，對其進行了總體設(shè)計，提出了螺栓扳手的結(jié)構(gòu)與工作原理。對其測控系統(tǒng)進行了詳盡的需求分析，設(shè)計了電液比例閥控馬達扭矩控制系統(tǒng)，選用了扭矩傳感器

4、，并對控制系統(tǒng)工作原理及各組成部分進行了詳細分析，建立并分析了閥控馬達系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，確定了數(shù)字PID控制器控制調(diào)節(jié)方法。由此，分析設(shè)計了測控系統(tǒng)的硬件和軟件總體方案，通過對嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)狀的分析選擇了μC/OS-Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng)并進行了硬件系統(tǒng)的選型設(shè)計。 再次，對螺栓扳手的硬件、軟件分別進行了研究與設(shè)計。綜合考慮系統(tǒng)需求、經(jīng)濟性、可靠性、接口方便性等因素，為測控系統(tǒng)選擇了具體的電子元器件，同時對系統(tǒng)的各部分功能電路進行了詳細的設(shè)

5、計，包括CPU功能電路、傳感器電路、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集電路、電液比例閥驅(qū)動電路、開關(guān)電磁閥驅(qū)動電路、人機接口電路、電源電路、及輔助調(diào)試電路等，并在此過程中論證了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度、考慮并分析了系統(tǒng)抗干擾性；對于測控系統(tǒng)的軟件設(shè)計，介紹了MSP430的軟件開發(fā)環(huán)境和測控系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構(gòu)；對μC/OS-Ⅱ嵌入式實時操作系統(tǒng)在MSP430F1611上的進行了移植，并對測控系統(tǒng)的軟件進行具體的分層設(shè)計，以及確定了數(shù)字PID控制器的參數(shù)。