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从高铁技术看运动平台发展趋势

从高铁技术看运动平台发展趋势 华道超精
2020-08-07
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导读:华道超精,为超精密运动控制而生!

从高铁技术看运动平台发展趋势



佛山市华道超精科技有限公司

华道超精,为超精密运动控制而生!



https://zhidao.baidu.com/question/200651306827905325.html

高铁从蒸汽机车发展而来,在动力上经历了牵引(蒸汽机车、内燃机车、电力机车)动力到分布动力(分布电力、直线电机),实现了高达300~500公里的时速。然而,为实现下一代高铁提速,还需要配合悬挂和铁轨技术创新。其中,转向架机构在近半个多世纪内经历了6代发展:

1)1955,导框式转向架,100km/h;

2)1959,无导框C轴转向架,120km/h;

3)1980,209PK转向架,160km/h;

4)1994,准高速转向架,174km/h;

5)1998,SW-200转向架,200~240km/h;

6)无摇枕式转向架,300km/h。


沈志云院士提出了非线性蠕滑力学模型,发明了迫导向转向架,支撑高铁时速达500km/h。与之配合的,还有钢轨连接技术,其发展有5代:普通,胶接、铝热焊、气压焊、闪光焊。若是没有无缝钢轨的发明,列车最高时速不能超过140km/h,否则会出现脱轨事故。


再看看运动平台,为实现高速运行,也经历了从牵引(步进电机、伺服电机)到分布动力(直线电机)驱动的演变



刚性平台



然而,平台本身仍然是高刚性设计,摩擦力的波动直接作用到运动平台上,就像没有悬挂系统的车辆,不能很好地保证平稳运行。另外,导轨的连接是采用均布螺栓连接,螺栓孔降低了导轨的接触刚度,就像高速运动的列车,依然采用的是有缝轨,会带来速度波动。



 螺栓连接导轨



高速影响到效率,因此,目前的列车和运动平台都采用了最先进的分布动力驱动方式。高铁面向的是每个人都能直接感受到的是否舒适和安全的客户体验,所以促使了技术人员加大投入去改进。然而,运动平台是面向机器的,它的舒不舒适人无法直接感受到。因此,降低速度,设置等待时间来保证精度,是现有通行做法。精度要求更高的就直接上气浮平台,就像从普通列车直接过渡到磁悬浮列车,价格昂贵。

气浮平台类似于磁浮悬挂

华道超精,通过比较高铁技术和运动平台技术,设计了刚柔耦合平台结构和无孔导轨技术。在平稳性上,相当于给运动平台安装上了悬挂和无缝导轨

刚性平台和刚柔耦合平台变形对比

在结构上,引入的柔性铰链可以对平台变形分布进行优化,让运动平台的位移输出更加均匀,并且化弊为利,用弹性变形补偿摩擦死区,精度更高。

在控制上,将非线性摩擦扰动转化为线弹性扰动,并采用源自指南车的自抗扰控制算法进行实时估计和补偿,理论上可以实现零误差位移跟踪。

自古以来的刚柔并济思想,与指南车自抗扰思想结合,诞生了刚柔耦合平台的设计与控制思想,是中华民族伟大智慧的传承。


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