近年来,我国高速铁路网发展迅猛,高速铁路总里程已突破4万公里,稳居世界首位,施工单位对钢轨的需求大幅增长,对其质量与规格要求也日益严苛。目前,铺设高速铁路使用的无缝焊接钢轨单根长度已达500m、质量近30t,在钢轨吊装移载作业过程中,需要多台行吊同步协作,若不能保证各吊装点的同步移载精度,钢轨极易发生过量弯扭变形与焊接处的应力集中,导致残余形变量超标与焊缝断裂。为解决高铁长钢轨吊装作业过程中的同步移载问题,本文在详细分析现有吊装流程、电气布局、系统控制需求的基础上,经理论分析与模型仿真,提出一种精准的同步移载方案,结合现场施工要求设计了同步移载控制系统,完成了实测验证。论文的主要研究工作如下:
(1)在详细分析吊装系统总体概况的基础上,依据实际使用要求与码垛设备国家标准,梳理高铁长钢轨吊装同步移载控制系统的功能与性能指标;分析吊装系统的同步移载难点,规划控制系统的整体方案。
(2)基于坐标变换原理,对吊装系统移载电机动态数学模型进行简化解耦;搭建基于SVPWM矢量控制理论的移载电机调速控制系统模型,仿真验证SVPWM电机矢量控制方法的可行性;构建不同控制策略下的多电机高铁长钢轨吊装系统模型,对比分析均值耦合控制策略在本文应用场景下的适用性。
(3)设计混合型通信网络拓扑结构,结合系统控制需求与通信带宽要求,规划系统数据传输形式与整体配线方案;开发适用于高铁长钢轨吊装同步移载控制系统的HMI视窗,改善数据显示环境;设计基于格雷母线定位系统的行车位置反馈闭环,实现行车运动的精准控制;根据所设计的层级式控制方案,完成现场设备接线与调试工作。
(4)通过实机运行测试,验证了高铁长钢轨吊装同步移载控制系统的功能完整性与可靠性;针对系统定位精度展开测试,结果表明:在工作行程内,行车的定位精度为±22mm,满足使用要求;针对移载同步性进行循环测试,结果表明:所设计的吊装控制系统相邻吊点之间的移载同步误差最大值为56mm,整体移载同步误差最大值为187mm,所有指标均小于《焊接长钢轨吊运、存放规定》中许用标准的50%。
本文所设计的高铁长钢轨吊装同步移载控制系统,不仅满足钢轨高效、平稳的吊装移载要求,还实现了系统自动控制与集中监控,为高铁长钢轨吊装同步移载提供了解决方案。