全文摘要
本发明提供一种用于车钩缓冲系统的变频加热系统，主要由控制器、存储器、工作电路、反馈电路、调试计算机及加热装置组成。本发明将原有的仅对车钩缓冲装置连挂端面加热变为对车钩缓冲装置各关键零部件的全范围分级加热，不仅能防止车钩缓冲装置连挂端面因结冰卡滞等原因无法连挂编组，同时避免了低温环境下缓冲器性能丧失或下降，气动组件推力不足导致的车钩缓冲装置功能缺失或下降,保障车钩缓冲装置在高寒环境下的功能实现及行车安全。
主设计要求
1.一种用于车钩缓冲系统的变频加热系统，主要由控制器、存储器、工作电路、反馈电路、调试计算机及加热装置组成，其特征在于：所述控制器为ARM处理器或其他微处理器，用于控制系统各位置温控模块功能的执行，接收预处理电路的特性参数，及温控模块的反馈参数，并基于迭代修正控制程序对工作电路进行输出及控制；所述存储器为EEPROM、FLASH或其他具备读写功能的存储器，用于保存控制程序、原始参数以及运行结果；所述工作电路由电源模块、断路器、整流模块、稳压模块以及逆变模块组成，用于接收控制器的输出，并解释为执行命令，最终作用于各个温控模块中的电加热设备；所述反馈电路通过指示设备或反馈信号及反馈参数来反馈各温控模块的工况或输出；所述调试计算机用于对系统程序及系统参数进行输入、修改及调试，在前期调试阶段通过预留串口接入系统；所述加热装置由温控模块及接线盒组成，用于加热车钩缓冲系统的关键零部件并收集系统关键零部件的温度参数并传递给控制器。
设计方案
1.一种用于车钩缓冲系统的变频加热系统，主要由控制器、存储器、工作电路、反馈电路、调试计算机及加热装置组成，其特征在于：
所述控制器为ARM处理器或其他微处理器，用于控制系统各位置温控模块功能的执行，接收预处理电路的特性参数，及温控模块的反馈参数，并基于迭代修正控制程序对工作电路进行输出及控制；
所述存储器为EEPROM、FLASH或其他具备读写功能的存储器，用于保存控制程序、原始参数以及运行结果；
所述工作电路由电源模块、断路器、整流模块、稳压模块以及逆变模块组成，用于接收控制器的输出，并解释为执行命令，最终作用于各个温控模块中的电加热设备；
所述反馈电路通过指示设备或反馈信号及反馈参数来反馈各温控模块的工况或输出；
所述调试计算机用于对系统程序及系统参数进行输入、修改及调试，在前期调试阶段通过预留串口接入系统；
所述加热装置由温控模块及接线盒组成，用于加热车钩缓冲系统的关键零部件并收集系统关键零部件的温度参数并传递给控制器。
2.如权利要求1所述的用于车钩缓冲系统的变频加热系统，其特征在于：所述反馈电路中的指示设备为指示灯。
3.如权利要求1所述的用于车钩缓冲系统的变频加热系统，其特征在于：所述温控模块包括连挂端面温控模块(8)、气动装置温控模块(9)及缓冲器温控模块(10)。
4.如权利要求1所述的用于车钩缓冲系统的变频加热系统，其特征在于：所述控制器、存储器、工作电路以及反馈电路采用嵌入式模块并集成线路板，集成线路板安装于车钩缓冲装置接线盒(7)内。
5.一种用于车钩缓冲系统的变频加热系统加热装置，包括安装在车钩钩体上的接线盒(7)和温控模块；其特征在于：所述温控模块包括连挂端面温控模块(8)、气动装置温控模块(9)及缓冲器温控模块(10)；
所述接线盒(7)与所述连挂端面温控模块(8)、气动装置温控模块(9)及缓冲器温控模块(10)分别通过导线相连，为对应温控模块供电并进行控制；
所述连挂端面温控模块(8)，其固定安装在车钩钩体的连挂端面，并对所述连挂端面温控模块(8)进行绝缘处理；
所述气动装置温控模块(9)固定安装在解钩气缸及推送气缸(15)外侧，并在所述气动装置温控模块(9)外侧设有保温层；
所述缓冲器温控模块(10)固定安装在车钩钩体缓冲器(20)的端部。
6.如权利要求5所述的用于车钩缓冲系统的变频加热系统加热装置，其特征在于：所述连挂端面温控模块(8)包括对称插入车钩钩体连挂端面安装腔内的第一电加热管(11)及第一温度传感器(12)；再通过螺钉(13)及第一防护板(14)将所述第一电加热管(11)封装固定在所述安装腔内。
7.如权利要求5所述的用于车用于车钩缓冲系统的变频加热系统加热装置，其特征在于：所述电加热管(11)与所述车钩钩体安装腔的间隙处填充绝缘导热材料。
8.如权利要求5所述的用于车钩缓冲系统的变频加热系统加热装置，其特征在于：所述气动装置温控模块(9)包括包裹在解钩气缸及推送气缸(15)外侧的电加热圈(16)和保温层(17)，在所述保温层(17)外侧通过固定板(18)包裹，所述固定板(18)通过紧固组件(19)进行安装固定。
9.如权利要求5所述的用于车钩缓冲系统的变频加热系统加热装置，其特征在于：所述缓冲器温控模块(10)包括第二电加热管(11')和第二防护板(14')，所述第二电加热管(11')插接在所述缓冲器(20)端部的加热管安装腔内，所述第二电加热管(11')通过所述第二防护板(14')在所述缓冲器(20)加热管安装腔开口处进行限位固定，所述缓冲器(20)的端面固定安装第二温度传感器(12')；所述第二电加热管(11')与缓冲器(20)的加热管安装腔之间间隙填充绝缘导热材料，并在所述加热管安装腔开口处使用硅胶密封腔口。
10.一种用于车钩缓冲系统的变频加热系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
车钩缓冲装置正常工作情况下，当工作电路中的断路器接通时，电源模块给整个变频加热系统供电，温控模块将车钩缓冲装置各关键零部件位置的输出温度yk<\/sub>(t)反馈给控制器，若输出温度yk<\/sub>(t)大于存储器中的设定温度yd<\/sub>(t)，控制器断开数字开关，变频加热电路不工作；
当输出温度yk<\/sub>(t)小于存储器中的设定温度yd<\/sub>(t)时，工作电路接通数字开关，变频加热电路自动启动；通过整流模块、稳压模块将输入的交流电整流滤波为直流电，并将电路参数传递给控制器，由控制器读取初始输入u0<\/sub>(t)并传递给逆变模块，逆变模块执行程序，将直流电转变为对应频率的交流电，温控模块在电流作用下，加热对应的车钩缓冲装置关键零部件，并由温度传感器测量响应输出温度yk<\/sub>(t)，反馈至控制器；
通过所述控制器比较响应输出温度yk<\/sub>(t)及设定温度yd<\/sub>(t)，求取响应误差ek<\/sub>(t)，并通过开环PID型学习律修正得到下一步输入uk+1<\/sub>(t)，写入动态存储，并传递给控制器，控制器再次进行输出响应及反馈；
由不断进行迭代循环及参数修正，收敛响应误差，接近设定温度yd<\/sub>(t)，达到系统控制的目的。
11.一种车钩缓冲系统，包括车钩缓冲装置以及如权利要求1-10中任一权利要求所述的加热装置。
设计说明书
技术领域
本发明涉及一种车钩装置的加热装置，尤其是一种用于车钩缓冲系统的变频加热系统及其加热装置，属于车钩缓冲技术领域。
背景技术
车钩缓冲装置是轨道交通车辆关键零部件之一，为了保障车钩缓冲装置在低温环境下的正常使用，通常采用电加热装置对车钩连挂端面进行加热。
目前常规的车钩缓冲装置用加热系统通常采用恒压恒功率加热方式，如附图6、7所示，采用闸刀1及断路器2对加热系统进行总通断控制，通过常开接触器3控制安装于钩体6的电加热带5状态，插针4用以实现加热系统的分块式组装及连接，电加热带5通过螺钉7对称固定于钩体6靠近连挂端面位置，正常工况下接触器3处于断开状态，电加热带5不工作，加热工况下按下接触器3，线路闭环，电流通过电加热带5内的加热线圈，产生焦耳热，并传导至钩体6，达到加热车钩，防止连挂装置结冰影响车辆编组的目的。
但是现有车钩缓冲装置用加热系统只对钩体连挂端面处进行加热，无法保障车钩缓冲装置其他关键零部件在低温环境下正常功能的实现，加热范围较小，且现有加热系统能量耗散高，加热模式单一，无控制反馈，低温适应性较差，无法保障车钩缓冲装置在高寒环境下的功能实现及行车安全。
发明内容
本发明针对上述提出的技术问题，提出一种用于车钩缓冲系统的加热装置及其变频加热系统，基于迭代修正控制的车钩缓冲装置用嵌入式变频加热系统,以有效解决现有车钩缓冲装置用加热系统加热模式单一、范围小、热量耗散高、低温适应性差的问题。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：提供一种用于车钩缓冲系统的变频加热系统，主要由控制器、存储器、工作电路、反馈电路、调试计算机及加热装置组成，
所述控制器为ARM处理器或其他微处理器，用于控制系统各位置温控模块功能的执行，接收预处理电路的特性参数，及温控模块的反馈参数，并基于迭代修正控制程序对工作电路进行输出及控制；
所述存储器为EEPROM、FLASH或其他具备读写功能的存储器，用于保存控制程序、原始参数以及运行结果；
所述工作电路由电源模块、断路器、整流模块、稳压模块以及逆变模块组成，用于接收控制器的输出，并解释为执行命令，最终作用于各个温控模块中的电加热设备；
所述反馈电路通过指示设备或反馈信号及反馈参数来反馈各温控模块的工况或输出；
所述调试计算机用于对系统程序及系统参数进行输入、修改及调试，在前期调试阶段通过预留串口接入系统；
所述加热装置由温控模块及接线盒组成，用于加热车钩缓冲系统的关键零部件并收集系统关键零部件的温度参数并传递给控制器，温控模块包括连挂端面温控模块、气动装置温控模块及缓冲器温控模块；反馈电路中的指示设备为指示灯。
前述的用于车钩缓冲系统的变频加热系统，所述控制器、存储器、工作电路以及反馈电路采用嵌入式模块并集成线路板，集成线路板安装于车钩缓冲装置接线盒内。
本发明的进一步限定技术方案，前述用于车钩缓冲系统的加热装置，包括安装在车钩钩体上的接线盒和温控模块；所述接线盒与所述连挂端面温控模块、气动装置温控模块及缓冲器温控模块分别通过导线相连，为对应温控模块供电并进行控制；所述连挂端面温控模块，其固定安装在车钩钩体的端面，并对所述连挂端面温控模块进行绝缘处理；所述气动装置温控模块固定安装在解钩气缸及推送气缸外侧，并在所述气动装置温控模块外侧设有保温层；所述缓冲器温控模块固定安装在车钩钩体缓冲器的端部。
前述的用于车钩缓冲系统的加热装置，所述连挂端面温控模块包括对称插入车钩钩体连挂端面安装腔内的第一电加热管及第一温度传感器；再通过螺钉及第一防护板将所述第一电加热管封装固定在所述安装腔内。
前述的用于车钩缓冲系统的加热装置，所述电加热管与所述车钩钩体安装腔的间隙处填充绝缘导热材料。
前述的用于车钩缓冲系统的加热装置，所述气动装置温控模块包括包裹在解钩气缸及推送气缸外侧的电加热圈和保温层，在所述保温层外侧通过固定板包裹，所述固定板通过紧固组件进行安装固定。
前述的用于车钩缓冲系统的加热装置，所述缓冲器温控模块包括第二电加热管和第二防护板，所述第二电加热管插接在所述缓冲器端部的加热管安装腔内，所述第二电加热管通过所述第二防护板在所述缓冲器加热管安装腔开口处进行限位固定，所述缓冲器的端面固定安装第二温度传感器；所述第二电加热管与缓冲器的加热管安装腔之间间隙填充绝缘导热材料，并在所述加热管安装腔开口处采用硅胶密封腔口。
一种用于车钩缓冲系统的变频加热系统的控制方法，包括如下步骤：车钩缓冲装置正常工作情况下，电源模块给整个嵌入式变频加热装置供电，当断路器接通时，电源给工作电路供电，温控模块将车钩缓冲装置各关键零部件位置的输出温度yk<\/sub>(t)反馈给控制器，若输出温度yk<\/sub>(t)大于存储器中的设定温度yd<\/sub>(t)，控制器断开数字开关，变频加热电路不工作；
当输出温度yk<\/sub>(t)小于存储器中的设定温度yd<\/sub>(t)时，工作电路接通数字开关，变频加热电路自动启动；通过整流模块、稳压模块将输入的交流电整流滤波为直流电，并将电路参数传递给控制器，控制器读取初始输入u0<\/sub>(t)并传递给逆变模块，逆变模块执行程序，将直流电转变为对应频率的交流电，温控模块在电流作用下，加热对应的车钩缓冲装置关键零部件，并由温度传感器测量响应输出温度yk<\/sub>(t)，反馈至控制器；
控制器比较响应输出温度yk<\/sub>(t)及设定温度yd<\/sub>(t)，求取响应误差ek<\/sub>(t)，并通过开环PID型学习律修正得到下一步输入uk+1<\/sub>(t)，写入动态存储，并传递给控制器，控制器再次进行输出响应及反馈；
由不断进行迭代循环及参数修正，收敛响应误差，接近设定温度yd<\/sub>(t)，达到系统控制的目的。
一种车钩缓冲系统，包括车钩缓冲装置以及如前述的加热装置。
本发明有益效果是：本发明与现有技术相比较，将原有的仅对车钩缓冲装置连挂端面加热变为对车钩缓冲装置各关键零部件的全范围分级加热，不仅能防止车钩缓冲装置连挂端面因结冰卡滞等原因无法连挂编组，同时避免了低温环境下缓冲器性能丧失或下降，气动组件推力不足导致的车钩缓冲装置功能缺失或下降。加热方式从原有的恒压恒功率加热到基于迭代修正控制的变频加热，实现了车钩缓冲装置加热系统的自适应调整及分级加热，解决了车钩缓冲装置加热系统能量耗散高，加热模式单一，高寒环境下加热效果不佳的问题，大大提高了车钩缓冲装置对低温环境的适应性，及车辆运行的安全性。
附图说明
图1是本发明实施例的车钩缓冲装置的结构示意图。
图2是本发明实施例的连挂端面温控模块结构示意图。
图3是本发明实施例的气动装置温控模块剖视图。
图4是本发明实施例的气动装置温控模块仰视图。
图5是本发明实施例的缓冲器温控模块结构示意图。
图6是现有技术方案电路图。
图7是现有技术方案结构示意图。
图8是本发明实施例的系统工作原理图。
具体实施方式
实施例1
本实施例中用于车钩缓冲系统的变频加热系统，主要由控制器、存储器、工作电路、反馈电路、调试计算机及温控模块组成；控制器为ARM处理器或其他微处理器，用于控制系统各位置温控模块功能的执行，接收预处理电路的特性参数，及温控模块的反馈参数，并基于迭代修正控制程序对工作电路进行输出及控制；存储器为EEPROM、FLASH或其他具备读写功能的存储器，用于保存控制程序、原始参数以及运行结果；工作电路由电源模块、断路器、整流模块、稳压模块以及逆变模块组成，用于接收控制器的输出，并解释为执行命令，最终作用于各个温控模块中的电加热设备；反馈电路通过指示灯来反馈各温控模块的工况或输出；调试计算机用于对系统程序及系统参数进行输入、修改及调试，在前期调试阶段通过预留串口接入系统；温控模块用于加热车钩缓冲系统的关键零部件并收集系统关键零部件的温度参数并传递给控制器，温控模块主要由连挂端面温控模块8、气动装置温控模块9、缓冲器温控模块10及接线盒7组成。
本实施例的控制器、存储器、工作电路、反馈电路等嵌入式模块集成为一个线路板，安装于车钩缓冲装置接线盒7内，并预留调试计算机工作串口。接线盒7与连挂端面温控模块8、气动装置温控模块9及缓冲器温控模块10分别通过导线相连，为对应温控模块供电并进行控制；连挂端面温控模块8，其固定安装在车钩钩体的端面，并对连挂端面温控模块8进行绝缘处理；气动装置温控模块9固定安装在解钩气缸及推送气缸15外侧，并在气动装置温控模块9外侧设有保温层；缓冲器温控模块10固定安装在车钩钩体缓冲器20的端部。
本实施例的连挂端面温控模块8包括对称插入车钩钩体连挂端面安装腔内的第一电加热管11及第一温度传感器12；再通过螺钉13及第一防护板14将第一电加热管11封装固定在安装腔内；第一电加热管11与车钩钩体安装腔的间隙处填充绝缘导热材料。气动装置温控模块9包括包裹在解钩气缸及推送气缸15外侧的电加热圈16和保温层17，在保温层17外侧通过固定板18包裹，固定板18通过紧固组件19进行安装固定。缓冲器温控模块10包括第二电加热管11'和第二防护板14'，第二电加热管11'插接在缓冲器20端部的加热管安装腔内，第二电加热管11'通过第二防护板14'在缓冲器20加热管安装腔开口处进行限位固定，缓冲器20的端面固定安装第二温度传感器12'；第二电加热管11'与缓冲器20的加热管安装腔之间间隙填充绝缘导热材料，并在加热管安装腔开口处采用硅胶密封腔口。
使用调试计算机通过预留串口将控制程序及系统参数写入存储器，控制器调用并执行存储器中的程序。车钩缓冲装置正常工作情况下，电源模块给整个嵌入式变频加热系统供电，当断路器接通时，电源给工作电路供电，温控模块将车钩缓冲装置各关键零部件位置的输出温度yk<\/sub>(t)反馈给控制器，若输出温度yk<\/sub>(t)大于存储器中的设定温度yd<\/sub>(t)，控制器断开数字开关，变频加热电路不工作。当输出温度yk<\/sub>(t)小于存储器中的设定温度yd<\/sub>(t)时，工作电路接通数字开关，变频加热电路自动启动。通过整流模块、稳压模块将输入的交流电整流滤波为直流电，并将电路参数传递给控制器，控制器读取初始输入u0<\/sub>(t)并传递给逆变模块，逆变模块执行程序，将直流电转变为对应频率的交流电，温控模块在电流作用下，加热对应的车钩缓冲装置关键零部件，并由温度传感器测量响应输出温度yk<\/sub>(t)，反馈至控制器。控制器比较响应输出温度yk<\/sub>(t)及设定温度yd<\/sub>(t)，求取响应误差ek<\/sub>(t)，并通过开环PID型学习律修正得到下一步输入uk+1<\/sub>(t)，写入动态存储，并传递给控制器，控制器再次进行输出响应及反馈。由此系统不断进行迭代循环及参数修正，收敛响应误差，接近设定温度yd<\/sub>(t)，达到系统控制的目的。
本发明实施例中连挂端面温控模块8设定温度为T1，气动装置温控模块9设定温度为T2，缓冲器温控模块10设定温度为T3，本发明包含但不限于以上温控模块，用户可以通过预留串口将调试计算机接入系统，对各温控模块的设定温度进行设定，在T1～T2(T2<T1<0℃)的低温情况下，只有连挂端面温控模块8工作，在T2～T3(T3<T2)的严寒情况下，除了连挂端面温控模块8，气动装置温控模块9也工作，在T3以下的极寒情况下，开启所有温控模块，从而实现车钩缓冲装置关键零部件的分级加热。反馈电路获取各温控模块的工作情况，并对温控模块的工况或测量温度进行指示。
本发明实施例实现了车钩缓冲装置嵌入式变频加热系统的自启动，及基于迭代修正控制的自适应调整，可以根据各温控模块的反馈温度，自动通断加热电路，选择加热范围，具有效率高、能量耗散小，低温适应性高等优点，解决了车钩缓冲装置在高寒环境下功能下降，影响正常使用的问题。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201910594187.5
申请日:2019-07-03
公开号:CN110248426A
公开日:2019-09-17
国家:CN
国家/省市:32(江苏)
授权编号:授权时间:主分类号:H05B 1/02
专利分类号:H05B1/02;B61G7/00
范畴分类:39D;35F;38C;
申请人:常州中车铁马科技实业有限公司;中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司
第一申请人:常州中车铁马科技实业有限公司
申请人地址:213000 江苏省常州市新北区薛家镇顺园路19号
发明人:季天莹;张琳;殷杰;吴刚
第一发明人:季天莹
当前权利人:常州中车铁马科技实业有限公司;中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司
代理人:缪友建
代理机构:32326
代理机构编号:南京乐羽知行专利代理事务所(普通合伙)
优先权:CN2018109642558
关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计