螺栓扳手測控系統(tǒng)的研究與設計.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)狀的進行了深入調研，在廣泛參考國內(nèi)外螺栓松緊技術發(fā)展，借鑒其他行業(yè)螺栓松緊自動化技術的基礎上，采用電液比例控制及嵌入式技術，融合智能儀表思想，提出了一種新型螺栓扳手的設計方案，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)結質量，以適應我國鐵路的高速發(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，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實時操作系統(tǒng)的軟件架構，數(shù)字PID控制器調節(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；同時對本設計所采用的嵌入式技術以及智能儀表技術等技術進行了較系統(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)進行總體設計與建模分析。通過螺栓扳手的設計目標的分析，對其進行了總體設計，提出了螺栓扳手的結構與工作原理。對其測控系統(tǒng)進行了詳盡的需求分析，設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)學模型，確定了數(shù)字PID控制器控制調節(jié)方法。由此，分析設計了測控系統(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實時操作系統(tǒng)并進行了硬件系統(tǒng)的選型設計。 再次，對螺栓扳手的硬件、軟件分別進行了研究與設計。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

5、計，包括CPU功能電路、傳感器電路、信號調理電路、數(shù)據(jù)采集電路、電液比例閥驅動電路、開關電磁閥驅動電路、人機接口電路、電源電路、及輔助調試電路等，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)軟件的總體結構；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計，以及確定了數(shù)字PID控制器的參數(shù)。