0 引言

集电装置作为轨道交通车辆的能源输入装置以及电力系统的重要组成部件，关系到轨道车辆运行的可靠性、安全性。跨座式单轨车辆集电装置安装在车辆底部转向架两侧面，通过气动顶升装置和弹簧复位装置与PC轨道梁两侧接触网接触与分离，实现车辆直流电源的接入与断开。与地铁、高铁等轨道车辆集电装置安装在车顶受取电流的方式不同，单轨车辆接触网被固定在轨道上，集电装置与接触网为刚性接触，工作环境并不理想。

日本原装进口的KC118/218型集电装置如图1所示。国产化SCG-100型单臂集电装置如图2所示，其结构和原装进口的集电装置相似，具有结构简单、安装方便、运行可靠的特点[1]。

  

图1 KC118/218型集电装置

  

图2 SCG-100型单臂集电装置

集电装置分为正极（+）和负极（-）两类。正极（+）用集电装置采用电磁阀解钩装置释放吊钩，利用弹簧自身的弹力升弓，降弓则是采用气缸。负极（-）用集电装置没有装备自动升弓和自动降弓装置，升弓过程与正极（+）一样，降弓过程则是手动操作实现。集电装置设计的最高时速为100 km/h，额定工作电压为1 500 V（DC），额定电流为400 A（DC），工作气压为0.35～0.5 MPa，质量为15 kg。集电装置主要组成结构如图3所示。

  

图3 集电装置各组成部分

1 测试原理

根据跨座式单轨车辆的检修规程，集电装置在检修后，需要做各种性能试验，其中最为重要的就是接触压力试验。为了模拟真实的运动情况，本文采用相对运动法，固定集电装置不动，通过步进电机与丝杠配合形成二维移动平台，驱使测力装置与集电装置接触并相对运动。

为了防止接触网与集电舟上的受电滑块在同一位置长时间接触，使得受电滑板磨损不均匀，跨座式单轨PC梁两侧的接触网并不是我们视觉上所见的直线设计，而是呈“之”字型设计[2]。但是在进行集电装置性能试验时没有办法在集电装置运动下与静止的接触网接触，只能反向模拟两者的相对运动，通过接触网替代模块的运动与固定在试验台上的集电装置接触，由压力传感器将集电装置的受电滑块在不同工作高度和速度下对接触网的接触压力转变成电信号，再将压力传感器转换所得的电信号送到仪表显示和送到工控机进行显示、处理和保存。接触压力试验原理如图4所示。

集电装置对接触网的接触压力试验分为静接触压力测试和动接触压力测试。

静接触压力是为了模拟车辆集电舟上的受电滑板在静止状态下与接触网的接触压力，主要采用简单点测量的方式，通过步进电机控制集电装置伸缩高度测量出集电装置伸缩高度分别位于295 mm、330 mm、365 mm、400 mm和435 mm时的接触压力。

  

图4 接触压力试验原理

动接触压力是为了模拟车辆运行时与“之”字型接触网之间纵向相对运动下受电滑块和接触网之间的动态接触压力。试验时，让替代滑块在标准工作高度365 mm时以30 km/h、35 km/h、40 km/h、45 km/h、50 km/h的时速上下运动，测量出每个速度下的最小和最大接触压力值。

2 试验台结构设计与测试

2.1 试验平台的设计

试验平台主要由集电装置固定装置、XZ轴二维移动机构、压力测量装置等组成，如图5所示。XZ轴二维移动机构采用滚珠丝杠配合步进电机的方式，在Z轴丝杠上安装压力测量装置，替代滑块安装在压力传感器上，试验时与集电装置受电滑块接触。通过两个接近开关控制替代滑块的初始位置。

  

图5 集电装置试验平台

2.2 驱动机构

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步步运行的[3]，通常被用作定位和定速控制，具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。步进电机按结构分为永磁式步进电动机（PM）、反应式步进电动机（VR）、混合式步进电动机（HB）等[4]，这里选择性价比最高的混合式步进电动机。

综上所述，雷公藤内脂醇作用于PC3细胞后可以下调肿瘤细胞VEGF的含量，抑制肿瘤血管的新生，从而诱导细胞凋亡，抑制细胞生长增殖。

PLC数字量输入、输出信号如表1所示。

此试验移动平台主要受来自垂直Z轴的工作负载，但是作用力不大，根据经验选择步进电机型号为42BYG250B，步距角为0.9°/1.8°，电流为1.5 A。

步进电机的正常运转要靠驱动器才行，驱动器是一种能将控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机角位移的器件。它接收控制系统发出的脉冲信号，按照步进电机的结构特点，顺序分配脉冲，实现控制角位移、旋转速度、旋转方向等目的[5-6]。选择一款匹配的步进电机驱动器一般要从四个方面入手：

考虑到力传感经变送器输出的信号是模拟量信号，控制步进电机动作需要高速脉冲输出，同时为方便以后功能的拓展等，选择西门子S7-200 PLC。PLC的数字量输出分为继电器输出和晶体管输出两种，继电器输出一般用于开关频率不高于0.5 Hz的场合，对于开关频率高的应用晶体管输出，此外对PLC的输入和输出点要求不高，所以S7-226CN型CPU可以满足要求。由于压力变送器输出的是4～20 mA信号，所以需要一个模拟量输入扩展模块，通过查阅西门子PLC选型手册，选择EM231CN模块。

每次试验之前，需要确保X、Z轴归零，程序会自动检测是否到位，如果没有归零到位，需按下复位按钮进行X、Z轴归零复位。在确认两轴都复位后，按下试验开始按钮，整个试验开始进行，可以通过数显表观测实时的接触压力值。

（4）步进电机运行中要达到一定速度时需要的电压。

根据步进电机工作电流，选择研控两相步进电机驱动器YKC2405M。YKC2405M是等角度恒力矩细分型高性能步进驱动器，驱动电压DC 20～50 V，采用单电源供电，适配电流在3.0 A以下、外径42～86 mm的各种型号的两相混合式步进电机。该驱动器内部采用双极恒流斩波方式，使电机噪音减小，电机运行更平稳；驱动电源电压的增加使得电机的高速性能和驱动能力大为提高。

不过，2016年的时候，出于某些原因，斯沃琪集团品牌也曾全部缺席当年GPHG日内瓦钟表大赏；2017年，只有浪琴一只“大眼”计时码表参加最佳复刻表的评比，并最终获得该奖项；2018年，已经有多只浪琴、美度和汉米尔顿腕表出现在最新一年的GPHG报名名单里。

为了提高步进电机控制的精度，步进电机驱动器现在都具有细分功能，细分是通过驱动器精确控制步进电机的相电流实现的，与电机本身无关。其原理是，让定子通电相电流并不一次降为零（绕组电流波形不再是近似方波，而是N级近似阶梯波），则定子绕组电流所产生的磁场合力会使转子有N个新的平衡位置（形成N个步距角）[7]。

驱动器可以提供2细分到200细分共15种运行模式，利用驱动器面板上的八位拨码开关的第5、6、7、8位可组合出不同状态。这里选择将这4位分别调至ON/ON/OFF/ON，即使输出电流选择在16细分。

根据机电装置最大工作接触压力值，结合滚珠丝杠滑台结构，选择悬臂梁式压力传感器，压力传感器的量程选择0～10 kg，工作电压10 V DC（最大12 V DC），输出mV信号，输出灵敏度（2.0±0.1）mV/V，悬臂梁式称重压力传感器采用剪切或弯曲悬臂梁结构，一端固定，一端受力，外形高度低，结构强度高，可用于各种拉伸力和压缩力的承载和测量。

该驱动器最大输出电流为3 A/相，通过选择面板上八位拨码开关的第1、2、3位可以组合出8种状态，对应从0.71 A到3 A。这里选择的两相混合式步进电机驱动电流为1.5 A，所以需要将八位拨码开关的第1、2、3分别调至ON、OFF、ON。步进电机驱动器细分设定表与电流表如图6所示。

2.3 压力检测装置

李小树把大黑猫送给我后，我每天从画廊回来，都要绕着道去宠物用品店买些标有lite或light的猫食回来。大黑猫不算年长，大部分时间它都喜欢静静地卧在窗台上发呆，只有听到我用钥匙在锁孔里旋转的声音，它才从窗台上跳下来，然后守在门口迎接我。它用圆滚滚的头揩拭我的裤管，后又撒娇似的“喵喵”叫几声。我把买回来的猫食搁在墙脚专供它进食的瓷钵里，它并不急着去进食，而是用它粗糙的舌头沙啦沙啦舔舐着我的手指，直到我把它揽到瓷钵旁边，它这才不急不躁斯斯文文地去吃着那些食物。吃完之后，它又跳到窗台上温文尔雅地慢慢梳理自己的皮毛，而后就盯着对面的寓所发呆。

电阻应变式力传感器由弹性元件承受力并发生形变，使附着其上的电阻应变器也发生形变，从而转化为阻值变化[8]。同样的输入电压下，输出为毫伏（mV）信号，mV信号特别微小，容易受传输引线（电阻）、强电压/电流（电磁）干扰，不能远传，也不是标准信号，不能被大部分的二次仪表、PLC等所采集。所以需要力传感器与变送器配套使用，变送器又叫做信号放大器，可以将传感器信号变送成标准的0～5 V、0～10 V、4～20 mA信号，抗干扰能力强，适合0～100 m以内的信号传输，并且更容易被接收和采集。这里选择的变送器输入信号为0～20 mV DC，输出信号为4～20mA，电源电压为24V（DC）。

  

图6 驱动器细分设定表与电流表

3 PLC控制与程序

3.1 PLC选型

（1）步进电机的额定电流；（2）需要的步距角大小；

PLC控制功能的实现，主要是靠其内部存储的程序进行控制的。使用一根PPI/PP电缆，一端连接在上位机上，一端连接在PLC的PORT口上，就可以实现上位机和PLC的通信。STEP7-Micro/WIN软件是Siemens公司专门为S7-200系列PLC设计开发的上位机编程软件。该软件功能强大、界面友好，通过PPI通信协议，能方便地进行各种编程操作，同时可以实现PLC程序执行情况的监控[9]。

在网络高度发达的社会，利用网络可以找到解决各种问题的方法，“实习证明”也不除外。在网络上，不少QQ群在从事实习证明生意。有一个“大学生实习证明群”声称“专门为大学毕业生提供加盖实习公章服务”，并宣称“一次性解决全部问题”、“正规有效”、“安全无风险”。另有“学生证明实习盖章回访”的QQ群则称，可以“承接全国各地实习证明”。当然，这些虚假的“大学生实习证明”并非当今大学实习现状的主流，绝大部分高校的大学生毕业实习还是非常正规的，但是上述不良现象是的确存在的，并且还成为了媒体关注的焦点之一。这不得不引起教育界的重视和反思。

3.2 PLC硬件系统设计

选择步进电机时，第一要保证步进电机的输出功率满足负载所需的功率。而在选择步进电机的功率时，首先要计算机械系统的负载转矩，使电机的矩频特性能够满足机械负载并有一定的余量保证其运动可靠。一般认为最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。

3.3 PLC控制程序设计

综上所述，温州医科大学附属眼视光医院在过去的6年里各年龄段行眼部破坏性手术的主要原因不同：儿童以视网膜母细胞瘤为主，青壮年则主要因眼外伤导致，老年患者多以急慢性的角膜疾病及青光眼为主。故而在不同年龄段宣传预防医疗保健知识及诊治重点有所不同。

 

表1 PLC数字量输入、输出

  

数字量输入信号X轴到位Z轴到位试验开始急停复位地址I0.1 I0.5 I0.7 I1.3 I1.4数字量输出信号 地址X轴脉冲输出 Q0.0 Z轴脉冲输出 Q0.1 X轴方向控制 Q0.2 Z轴方向控制 Q0.3 PLC通电 Q0.5接触压力选择 Q1.5

试验时模拟接触网的替代模块，需要分别测试集电装置升至295 mm、330 mm、365 mm、400 mm、435 mm时各高度的静接触压力，以及在处于标准工作高度365 mm时，不同速度上下运行时的动接触压力。替代模块简易运动位移图如图7所示。

(3)日本的jt-60由于采取中性束、P离子束注入，较好地满足了燃料注入，高温、高密度要求，使Q>1。

  

图7 替代模块运动位移图

西门子S7-226CN自带位置控制模块可以选择配置PLC内置PTO/PWM操作，指定Q0.0为X轴步进电机脉冲发生器，Q0.1为Z轴步进电机脉冲发生器，分别配置运动包络定义，实现对步进电机的控制。这里简介Q0.0运动包络配置方式，如图8所示。

  

图8 Q0.0运动包络配置方式

根据X轴运动位移与速度要求，定义6个运动包络，包络0～4选择操作模式为相对位置，包络5选择操作模式为单速连续旋转。每个包络的具体目标速度与位移设置如表2所示。Q0.1运动包络设定方式类似于Q0.1，只是具体运动包络参数不一样，Q0.1的每个包络具体目标速度与位移设置如表3所示。

2) 标准曲线的绘制。精确量取小檗碱标准溶液2 mL、4 mL、6 mL、8 mL和10 mL分别置于25 mL容量瓶中，加1% HCl甲醇溶液定容至刻度，以1% HCl甲醇为空白对照，在上述试验测定的最大波长处测定吸收度，并以吸收度为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线并拟合曲线方程。

 

表2 Q0.0运动包络定义

  

包络序号 操作模式 目标速度/（脉冲/s）总位移/脉冲包络0～4 相对位置 6 000 60 000 60 000包络5 单速连续旋转 6 000 — —结束位置/脉冲

 

表3 Q0.1运动包络定义

  

包络序号 操作模式 目标速度/（脉冲 /s）结束位置/脉冲总位移/脉冲包络0 相对位置 6 000 60 000 60 000包络1 相对位置 6 000 28 000 28 000包络2 相对位置 6 000 28 000 28 000包络3 相对位置 6 000 28 000 28 000包络4 相对位置 6 000 28 000 28 000包络5 单速连续旋转 6 000 — —

（3）电源提供的交直流电压；

配置好位置控制模块后，PLC会生成相应的子程序，在使用这些子程序时，需要先启用和初始化PTO输出。

X、Z轴运动控制程序都是后一个模块使能位为前一个模块的完成位，依次执行。这里给出了X、Z轴第一段运动控制程序，如图9、图10所示。

  

图9 X轴第一段运动控制程序

  

图10 Z轴第一段运动控制程序

最大、最小接触压力值采用比较法获得，用两个数据储存区分别存放最大值与最小值，通过与实时测量值进行比较，更新数据储存区数据。

部分压力测量程序如图11所示。

4 结语

轨道交通已成为市民出行中必不可少的代步工具，为保证跨座式单轨车辆的正常运行，对于车辆集电装置的维护显得十分重要。

3.2.1 耕地地力等级空间分布特征分析 由胶东半岛耕地地力等级分布图（图2）可以看出，一级地和二级地主要分布于胶东半岛西部和南部，地貌类型主要为决口扇、洪积扇、平坦洪积平原。此地区耕地地力状况较好，农业基础设施较为系统完善。三级地、四级地主要分布于胶东半岛西部，地貌类型主要为山前平原、缓丘、滨海平原。此地区具有较大的发展潜力，应加大资金投入力度、完善基础设施建设，提升生产供量。五级地和六级地主要分布于胶东半岛中部和东部地区，地貌类型主要为中山、丘陵、缓丘，此地区耕地利用率低，生产率低，基础设施不完善，应合理做出规划，改良土地，增加肥力，充分利用耕地。

(5)制备陶砂技术。经研究证实，以油页岩废渣为主料，添加适量粘结剂、少量膨胀剂等，经粉磨造粒，用模拟工业化双筒内螺旋陶砂实验炉，在还原气氛下焙烧，可制备出陶砂，主要指标达到了超轻陶砂的国标要求。制备流程见图10。

李丽是北京一所普通大学的学生，专业一般，可是让李丽的所有同学甚至连老师都没有想到的是，李丽在大四的下学期就找到了一份无论是发展空间还是待遇都相当好的工作，而且拿到了北京户口，听老师说她的就业状况是近几年来毕业同学中最好的。

作为集电装置维修检查的重中之重，接触压力试验能够直观准确地检测出集电装置各工况下的受力情况，反映潜在的问题隐患，做到减少甚至避免车辆运行时由于机械传动环节出现磨损、紧固件松动、应力损伤等情况引起的集电装置轴承架断裂、支撑杆断裂等严重影响车辆运行安全的事故[10]。

本文通过对集电装置接触压力试验原理的分析，确定了利用相对运动的试验方式，在滚珠丝杠配合步进电机组成的二维移动平台与力传感器共同作用下，实时测量出集电装置在各个工作高度时的静接触压力以及在标准工作高度时不同运行速度下的动接触压力；介绍了滚珠丝杠、步进电机、步进电机驱动器、力传感器和PLC选型思路，编写了步进电机控制程序、压力检测程序等。

  

图11 压力测量程序

［参考文献］

[1]段友丽.重庆跨座式单轨车受电弓失效分析[D].重庆：重庆大学，2009.

[2]赖庆峰.基于双目视觉的跨座式单轨接触网磨损检测技术研究[D].重庆：重庆大学，2015.

[3]张瑞芹.浅析步进电机的选择计算方法[J].技术与市场，2014，21（4）：165.

[4]张文海，梁功勋.“微特电机”讲座第4讲：步进电动机原理及其应用[J].电世界，2014（7）：45-47.

[5]毛昀，杨峰.基于PLC的步进电机控制系统设计[J].工业仪表与自动化装置，2014（4）：87-89.

[6]徐宁，张博舒，张连华，等.PLC控制步进电机加减速运行的设计[J].电子世界，2011（11）：18-19.

[7]贺光友，高俊飞，李琼，等.固体物料自动取样机：102564808A[P].2012-07-11.

[8] 黄玉莎.电阻应变式传感器的原理[J].科技风，2013（14）：27.

[9]陈忠平，周少华，侯玉宝，等.西门子S7-200系列PLC自学手册[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[10]潘华强，段友丽，赵建华.跨座式单轨车受电弓有限元受力分析[J].科学咨询，2010（15）：82-83.