铁路机车自动过分相装置及其可靠性容差设计

论文摘要

我国电气化铁路使用单相工频交流供电方式,为使电力系统三相负荷平衡和提高电网利用率,电气化铁道采用分段分相供电方式。目前我国大部分电力机车的过分相过程都通过手动操作实现,存在巨大的安全隐患,已经不能适应我国电气化铁路的发展需求,为此本文设计了铁路机车自动过分相装置。同时为达到铁路标准规定的可靠性要求,提高装置的稳定性,降低生产成本,本文对自动过分相装置进行了可靠性容差设计。本文根据车上自动控制断电方案,对自动过分相装置的软、硬件进行了设计。其中硬件方面,为降低装置成本,摒弃了传统方案中的埋点取信号方式,提出从机车监控装置LKJ2000以及全球卫星定位系统中获取过分相信息的方法;为提高装置可靠性,采用可编程控制器和混合继电器模块,完成对机车的操控。软件方面,分为微控制器程序设计和可编程控制器程序设计两部分。微控制器软件采用模块化程序设计方法,使用C语言编写代码;可编程控制器软件采用梯形图编写。自动过分相装置的工作地点较为特殊,其工作环境恶劣,对装置的可靠性和稳定性要求很高,需要对装置进行可靠性容差设计。为此,本文对传统容差设计方法进行了深入研究,将EDA技术、试验设计技术和回归分析技术引入到容差设计中,对传统容差设计方法进行了改进,提出了基于均匀试验的容差分配方法、基于应力-强度干涉模型的容差分析方法以及基于回归分析的容差分配方案选择方法,并通过实例分析验证了改进后的容差设计方法的有效性。利用改进后的容差设计方法,对铁路机车自动过分相装置进行可靠性容差设计。设计过程中给出了装置的关键元器件及其容差范围,并计算了装置各子模块的可靠度。最后通过耐环境试验以及电磁兼容性试验,对装置的稳定性和可靠性进行了验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 课题的国内外研究现状
• 1.2.1 铁路机车自动过分相装置的研究现状
• 1.2.2 可靠性容差设计技术的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 铁路机车自动过分相装置总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 铁路机车自动过分相方案选择
• 2.2.1 地面开关自动切换方案
• 2.2.2 柱上开关自动断电方案
• 2.2.3 车上自动控制断电方案
• 2.3 SS4 改型电力机车过分相工作原理
• 2.3.1 网侧高压电路工作原理
• 2.3.2 司机控制器工作原理
• 2.4 自动过分相装置工作原理
• 2.4.1 信息采集部分工作原理
• 2.4.2 机车控制部分工作原理
• 2.5 装置总体方案设计
• 2.5.1 技术指标
• 2.5.2 总体方案设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 自动过分相装置的软硬件设计
• 3.1 引言
• 3.2 装置硬件设计
• 3.2.1 微控制器设计
• 3.2.2 通讯子模块设计
• 3.2.3 GPS辅助定位子模块
• 3.2.4 语音处理子模块设计
• 3.2.5 可编程控制器设计
• 3.2.6 混合继电器子模块设计
• 3.2.7 机车速度检测及控制子模块设计
• 3.2.8 网压检测及报警子模块设计
• 3.3 装置软件设计
• 3.3.1 微控制器软件设计
• 3.3.2 可编程控制器软件设计
• 3.4 成本分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于EDA的电子线路可靠性容差设计
• 4.1 引言
• 4.2 电子线路的可靠性容差分析
• 4.2.1 可靠性容差分析的基本原理
• 4.2.2 可靠性容差分析的基本方法
• 4.3 电子线路的可靠性容差分配
• 4.3.1 可靠性容差分配的基本原理
• 4.3.2 可靠性容差分配的基本方法
• 4.4 基于EDA的电子线路可靠性容差设计方法
• 4.4.1 基于正交试验的灵敏度分析方法
• 4.4.2 基于均匀试验的容差分配方法
• 4.4.3 基于应力-强度干涉模型的容差分析方法
• 4.4.4 基于回归分析的容差分配方案选择方法
• 4.5 可靠性容差设计实例
• 4.6 本章小结
• 第5章 机车自动过分相装置的可靠性容差设计
• 5.1 引言
• 5.2 混合继电器模块的容差设计
• 5.2.1 EDA仿真软件的选择
• 5.2.2 可靠性指标及约束条件
• 5.2.3 电路仿真
• 5.2.4 灵敏度分析
• 5.2.5 参数容差分配
• 5.2.6 参数容差分析
• 5.2.7 容差设计结果分析
• 5.3 机车速度检测及控制模块容差设计
• 5.3.1 可靠性指标及约束条件
• 5.3.2 电路仿真
• 5.3.3 灵敏度分析
• 5.3.4 容差分配与容差分析
• 5.3.5 容差设计结果分析
• 5.4 装置可靠性测试试验
• 5.4.1 耐环境测试试验
• 5.4.2 电磁兼容性测试试验
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 铁路机车自动过分相装置实物图
• 附录2 机车司空器灭弧装置容差设计试验数据
• 附录3 速度检测及控制子模块容差设计试验数据
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢