【機(jī)車大燈的改進(jìn)設(shè)計(jì)13000字（論文）】

緒論1.1研究背景及意義1.1.1研究背景在列車速度不斷提升的同時(shí)，行車安全問題也凸顯?；疖囀鹿试斐傻娜藛T傷亡和列車顛覆給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來重大損失，因此，在我國(guó)鐵路實(shí)行火車提速已提到議事日程上來。經(jīng)過幾次大的提速工作后，各種安全技術(shù)裝備已經(jīng)基本完善。但由于種種原因，一些設(shè)備存在著一定的安全隱患，給檢測(cè)工作帶來很大困難。但從目前來看，仍存在一些不容忽視的問題：一是安全意識(shí)淡薄，二是缺乏嚴(yán)格有效的管理制度，三是部分規(guī)章制度不夠完善，四是安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不健全，五是安全投入不足，六是管理手段落后。鐵道部對(duì)鐵路安全工作十分重視。但是由于種種原因，目前我國(guó)的安全生產(chǎn)狀況與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有相當(dāng)大的差距，仍存在著許多不穩(wěn)定因素。因此，必須要加強(qiáng)安全管理工作。鐵路安全分為路內(nèi)安全與路外安全。路內(nèi)安全是保證行車安全的基礎(chǔ)，而提速客車又是路外安全的重要組成部分，二者相輔相成，缺一不可，在整個(gè)鐵路中占有舉足輕重的地位。鐵路系統(tǒng)的“以科技保穩(wěn)定”方針，要求鐵道部在安全技術(shù)上有新突破。近幾年，我國(guó)鐵路部門在安全設(shè)備方面投入了大量資金，但由于缺乏相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，使得安全技術(shù)裝備落后于國(guó)外水平。但由于種種原因，目前我國(guó)的鐵路信號(hào)系統(tǒng)仍然存在著一些缺陷與漏洞，需要進(jìn)一步完善與改進(jìn)。如：信號(hào)機(jī)中沒有顯示故障碼；部分信號(hào)機(jī)出現(xiàn)漏報(bào)現(xiàn)象等。鐵路安全技術(shù)裝備主要是指各種安全設(shè)備和系統(tǒng)，以及它們的國(guó)產(chǎn)化。安全裝備可以幫助鐵路工作人員及時(shí)掌握列車的安全情況，做到防患于未然；機(jī)車在夜間行駛時(shí)，由于軌道能見度低，容易使機(jī)車駕駛員產(chǎn)生錯(cuò)覺，尤其是在夜晚行車時(shí)，由于彎道較多而造成視距不足，極易發(fā)生交通事故。目前，我國(guó)鐵路機(jī)車普遍采用前照明燈的固定方式。這種固定方式不僅影響行車安全，而且使司機(jī)工作條件變差。隨著我國(guó)鐵路運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展和鐵路信號(hào)設(shè)備現(xiàn)代化水平的提高，對(duì)機(jī)車前照燈也提出了新的要求。當(dāng)機(jī)車在直線軌道上行駛時(shí)，其光線不會(huì)偏離軌道中心。當(dāng)機(jī)車行駛在鐵路彎道時(shí)，由于前照明燈與彎道切線不重合，使其無(wú)法看到前方的鐵道線路。當(dāng)聚焦光點(diǎn)在100～200m范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)使鐵道的彎道內(nèi)側(cè)形成一個(gè)照明盲區(qū)，給機(jī)車駕駛員帶來了一定的安全距離和安全隱患。一旦發(fā)生危及行車安全意外情況則無(wú)法及時(shí)處置而造成事故。1.1.2研究意義本研究針對(duì)機(jī)車前照燈做了設(shè)計(jì)及改良，以自動(dòng)控制機(jī)車前照燈隨路線曲線轉(zhuǎn)彎，并盡量延長(zhǎng)機(jī)車乘務(wù)員瞭望距離以強(qiáng)化行車安全，此外透過前照燈之改良設(shè)計(jì)，可適度降低乘務(wù)員晚間駕駛時(shí)之精神壓力及提前提醒路線上之行人躲避火車，并有效降低路外傷亡。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本裝置主要包括以下幾個(gè)方面：一是控制單元，二是轉(zhuǎn)向架，三是驅(qū)動(dòng)電路和控制電路等三部分組成。所以從功能上講該設(shè)備要能夠滿足機(jī)車在不同線路曲線行駛時(shí)機(jī)車前照燈會(huì)自動(dòng)發(fā)生相應(yīng)角度偏轉(zhuǎn)，從而達(dá)到提高瞭望距離、改善夜間機(jī)車在線路曲線行駛狀況、增強(qiáng)行車安全等目的。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀過去，鐵路機(jī)車前照燈固定裝在機(jī)車頭部且無(wú)法左右偏移，機(jī)車行駛至鐵路彎道處，前照燈的光束會(huì)沿著彎道切線方向向外直射并偏離鐵道線路，聚焦投光點(diǎn)無(wú)法落入前方一個(gè)設(shè)定距離處的鐵路內(nèi)，鐵路被照范圍較小。當(dāng)線路曲線半徑為300米時(shí)，只能看到前方48米線路，這種安全距離短、安全隱患大，影響行車安全。為達(dá)到這一目的，一些人發(fā)明了能轉(zhuǎn)彎的前照燈。前照燈或由人工控制轉(zhuǎn)彎，或由控制裝置控制自動(dòng)轉(zhuǎn)彎。如中國(guó)專利所披露的《鐵路機(jī)車自動(dòng)轉(zhuǎn)向的前照燈》（CN1011770B），前照燈由一個(gè)由機(jī)械傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的可偏轉(zhuǎn)前照燈燈體、一個(gè)探測(cè)鐵道彎曲半徑及前照燈本身偏轉(zhuǎn)角的傳感器、一個(gè)根據(jù)探測(cè)信號(hào)來控制前照燈偏轉(zhuǎn)角的自動(dòng)控制器、一個(gè)閉環(huán)控制前照燈轉(zhuǎn)向角的閉環(huán)控制裝置等組成，使得聚焦投光點(diǎn)落入安全瞭望距離內(nèi)的鐵道中，從而為行車安全提供技術(shù)裝備與工具。為了解決上述問題，鐵道部決定研制一種新型機(jī)車前照燈來取代原來的固定式前照燈。該產(chǎn)品經(jīng)試驗(yàn)和使用證明，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。但這種前照燈也有以下不足：（1）作為控制參數(shù)，物理量和對(duì)應(yīng)傳感器的選取不盡合理。這種前照燈利用力傳感器探測(cè)機(jī)車行駛至鐵路彎道所受向心力表征線路曲線半徑大小，我們知道機(jī)車在鐵路彎道上行駛所受向心力大小不僅和線路曲線半徑大小有關(guān)系，而且和機(jī)車質(zhì)量、行駛速度、線路坡度和線路平順程度等因素也有關(guān)系，特別是在鐵路彎道設(shè)計(jì)過程中，已采取了一些技術(shù)措施克服或者降低機(jī)車在鐵路彎道行駛所受離心力大小，鐵路彎道外軌水平高度大于內(nèi)軌水平高度，線路曲線半徑越小，內(nèi)軌和外軌高度差越小，外軌和內(nèi)軌距離越遠(yuǎn)，外軌和外軌距離越小，則外軌距離越長(zhǎng)，外軌距離越遠(yuǎn)，離心力越小。如果列車通過鐵路彎道時(shí)所受離心力大于機(jī)車所受向心力，則會(huì)發(fā)生后車追尾事故；反之，若機(jī)車行駛過程中沒有偏離軌道中心，將不會(huì)導(dǎo)致行車安全事故。顯然向心力和線路曲線半徑之間并非唯一且完全對(duì)應(yīng)，無(wú)法真實(shí)且精確表征線路曲線半徑大小，所以以向心力為控制參數(shù)對(duì)前照燈偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行控制時(shí)，角度偏轉(zhuǎn)增量并不滿足鐵路彎道曲率增量要求，受機(jī)車速度、線路曲線半徑以及線路彎道內(nèi)外軌高度差等三大因素綜合影響，即便處于相同彎道，設(shè)備所探測(cè)到向心力方向及大小也會(huì)隨機(jī)車速度改變而改變，所以前照燈聚焦投光點(diǎn)無(wú)法精確落入安全瞭望距離范圍內(nèi)，時(shí)而會(huì)偏離前照燈轉(zhuǎn)向角度。（2）本前照燈傳動(dòng)裝置使用蝸輪蝸桿并在蝸輪上固接有一根撥桿并使用撥桿對(duì)前照燈架體進(jìn)行撥動(dòng)使其偏移，其結(jié)構(gòu)不足之處在于：1）撥桿和架體之間有裝配間隙導(dǎo)致?lián)軛U運(yùn)動(dòng)無(wú)法和控制信號(hào)保持同步而控制效果較差；2）撥桿用于撥動(dòng)前照燈架體時(shí)力臂較長(zhǎng)且結(jié)構(gòu)不夠緊湊，架體對(duì)車體晃動(dòng)抵抗能力較差；3）前照燈傳動(dòng)裝置因蝸輪蝸桿單向驅(qū)動(dòng)而無(wú)法驅(qū)動(dòng)前照燈，在前照燈工作過程中需要手動(dòng)將前照燈復(fù)原到前照燈架體內(nèi)；4）前照燈架體上的前照燈只能在前照燈體工作過程中才能保持前照燈體正常工作。（3）現(xiàn)有的前照燈自動(dòng)控制器均為常規(guī)模擬電路構(gòu)成的控制器。正因?yàn)橛幸陨喜蛔悖@種前照燈聚焦投光點(diǎn)不可能總是精確地落入安全瞭望距離內(nèi)的鐵道內(nèi)，而且靈敏度不高，當(dāng)線路曲率很小，曲線半徑超過1000m時(shí)就會(huì)出現(xiàn)自控失效現(xiàn)象，前照燈就會(huì)拒動(dòng)而沒有反應(yīng)。1.3主要研究?jī)?nèi)容本文主要是對(duì)機(jī)車大燈進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)研究，首先對(duì)該課題相關(guān)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行總結(jié)，其次就機(jī)車大燈的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣部分設(shè)計(jì)以及硬件選型方面展開。之后基于LKJ2000，對(duì)機(jī)車大燈控制系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，從系統(tǒng)方案到執(zhí)行方案進(jìn)行分析。最后通過案例分析了機(jī)車大燈控制改進(jìn)案例分析，說明了改進(jìn)的機(jī)車大燈設(shè)計(jì)有比較良好的應(yīng)用情景。2機(jī)車大燈的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)概述機(jī)車大燈控制系統(tǒng)用于改善機(jī)車運(yùn)行安全，多曲線山區(qū)中，因機(jī)車處于曲線中，大燈光線偏離軌道中心位置，機(jī)車駕駛員通常以大俯角和散照射方式進(jìn)行適應(yīng)，這必然過多地?fù)p耗直線向遠(yuǎn)各點(diǎn)照度。因此，為了確保行車安全，必須要使機(jī)車前燈與后照之間保持適當(dāng)?shù)木嚯x。如果過短或過長(zhǎng)均不能滿足行駛要求，則容易造成追尾事故。光線的反射和投射也會(huì)影響到機(jī)車大燈控制系統(tǒng)，使其不能準(zhǔn)確地反映出大燈與軌道的中心位置關(guān)系，從而造成機(jī)車駕駛員無(wú)法正確判斷鐵軌的走向，發(fā)生安全事故。機(jī)車駕駛員是機(jī)車人機(jī)系統(tǒng)中最重要的組成部分之一，而機(jī)車大燈又是影響機(jī)車駕駛員注意力的主要因素。系統(tǒng)基本工作過程如下：首先控制系統(tǒng)采用串口通訊的方式從上位機(jī)采集機(jī)車行駛過程中的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，再由編制的控制程序?qū)Υ鬅羲栊D(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行計(jì)算，以此來控制步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)，停止以及加減速，最后大燈旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)由限位開關(guān)反饋到控制系統(tǒng)。2.2系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該裝置機(jī)械部分由大燈旋轉(zhuǎn)機(jī)架、渦輪蝸桿傳動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)支架、安放固定電源與控制系統(tǒng)平板組成。它采用了凸輪機(jī)構(gòu)與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)相結(jié)合，使整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊合理，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠等優(yōu)點(diǎn)。在電氣控制方面也作了較大改進(jìn)，以保證各零部件之間良好配合。其設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)見圖2-1及圖2-2。圖2-1機(jī)車大燈系統(tǒng)主視圖圖2-2機(jī)車大燈系統(tǒng)側(cè)視圖其中大燈4及渦輪10均與大燈旋轉(zhuǎn)機(jī)架14固連，蝸桿11與步進(jìn)電機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)軸固連，步進(jìn)電機(jī)支架2及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器共同與底板12固連，二層板18內(nèi)設(shè)有控制系統(tǒng)及系統(tǒng)電源，三層板20內(nèi)設(shè)有大燈電源及一些低壓電器元件。其原理是：控制系統(tǒng)經(jīng)程序計(jì)算向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出脈沖，使步進(jìn)電機(jī)以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)渦輪蝸桿傳動(dòng)帶動(dòng)大燈支架繞轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制大燈作水平±6°旋轉(zhuǎn)，確保機(jī)車前100m處光束調(diào)節(jié)范圍±10m。轉(zhuǎn)軸6內(nèi)軸承裝配關(guān)系見圖2-3。圖2-3軸承裝配關(guān)系圖該結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)軸與底板固定連接，大燈機(jī)架由2個(gè)軸承圍繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，下方推力軸承以軸向力為主，上方深溝球軸承以避免大燈機(jī)架左右擺動(dòng)和徑向力為主。由于燈架和電機(jī)之間有間隙，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)特殊的密封裝置來保護(hù)燈架與電機(jī)的配合間隙不被破壞，這樣才能保證電機(jī)正常工作。最上層為卡環(huán)，此外還設(shè)有防塵端蓋。蝸輪與蝸桿裝配關(guān)系及傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，見圖2-4、圖2-5。圖2-4蝸輪蝸桿裝配關(guān)系圖圖2-5傳動(dòng)結(jié)構(gòu)關(guān)系圖2.2.2電氣部分設(shè)計(jì)機(jī)車前大燈控制系統(tǒng)電氣部分由機(jī)車前大燈、前大燈電源、控制系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)電源，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、下位機(jī)控制系統(tǒng)一體化箱和低壓電氣電路等組成。其中，高壓電氣部分采用了新型元器件，具有集成度高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)；控制電路采用模塊化設(shè)計(jì)方法，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)過程。同時(shí)提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，降低了成本。大燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理見圖2-6。圖2-6大燈控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖該系統(tǒng)的工作基本過程如下：首先，下位機(jī)大燈控制系統(tǒng)通過機(jī)車運(yùn)行動(dòng)態(tài)信號(hào)接口電路采集機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，主要包括機(jī)車動(dòng)態(tài)速度、前方彎道方向、半徑、長(zhǎng)度以及動(dòng)態(tài)距離等。其次，這些信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)處理后送至單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換單元，A/D轉(zhuǎn)換器又通過串口傳給上位機(jī)RS232串行通信模塊。在此過程中，單片機(jī)還可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前車速。之后，根據(jù)這些參數(shù)建立了大燈的數(shù)學(xué)模型，并采用自適應(yīng)控制的方法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，以縮短大燈在行駛過程中的滯后時(shí)間，使其能夠順利地通過離彎道，并且可以實(shí)現(xiàn)發(fā)脈沖的功能，同時(shí)還可以利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的固定轉(zhuǎn)軸。最后車燈零度位置傳感器也要向下位機(jī)車燈控制系統(tǒng)回饋車燈位置信號(hào)。2.2.3硬件選型（1）燈具選型機(jī)車大燈與行車安全有關(guān)，它要求燈泡應(yīng)具有耐振動(dòng)、壽命長(zhǎng)、光通量大等特點(diǎn)。六十年代前，我國(guó)機(jī)車照明采用白熾前照燈（光源為50V500W排絲白熾燈），光通量110001m，額定壽命150h，白熾前照燈的光強(qiáng)較弱，常發(fā)生斷絲現(xiàn)象，燈泡壽命短。在當(dāng)時(shí)條件下，主要用于鐵路運(yùn)輸部門，對(duì)其它行業(yè)也有一定影響。六十年代中期以后，我國(guó)機(jī)車普遍采用的前照燈均為50V或更低電壓等級(jí)的汞氙燈，不能滿足機(jī)車運(yùn)行時(shí)對(duì)電壓要求較高的需要，于是出現(xiàn)了以110V內(nèi)燃為主的汞氙燈產(chǎn)品。90年代以后，鐵道部科學(xué)院通號(hào)所成功地研制出適合各種國(guó)產(chǎn)內(nèi)燃和電力機(jī)車使用的LW-800系列機(jī)車前照燈（110V、800W管形鹵鎢燈），其光源光強(qiáng)度達(dá)10X106cd，具有廣闊的市場(chǎng)前景。這些燈管都存在著體積大、耗電多等問題；而且由于汞弧焰燃燒所產(chǎn)生的有害射線會(huì)對(duì)人體造成危害，因而它們?cè)趹?yīng)用上受到一定限制。為了解決這個(gè)矛盾，反光鏡采用鍍冷反光膜加汞氙燈組合。進(jìn)入21世紀(jì)以來，金屬鹵化物燈中的金鹵燈作為一種新型的高強(qiáng)度氣體放電光源被公認(rèn)為是“21世紀(jì)最有發(fā)展前景的光源產(chǎn)品”，它具有壽命長(zhǎng)、光效高、顯色性好等特點(diǎn)；冷、熱狀態(tài)下都可可靠引燃，平均壽命為1500h，金鹵燈功率在35W～2000W范圍內(nèi)成組。針對(duì)鐵路機(jī)車照明需求，系統(tǒng)選用機(jī)型JQD400-2型金鹵型機(jī)車前照燈進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓110VDC、工作電壓77VDC～140VDC、功率全光400W減光時(shí)150W、燈具光效率801m/w、冷態(tài)引燃時(shí)≤1s、熱態(tài)引燃時(shí)≤3s、引燃至正常能照度≤4.5s、燈泡平均使用壽命2000h、色溫6000K、顯色指數(shù)80～90、工作溫度-45°C～+70°C、800m外處的照度為3.0LX，外形尺寸與機(jī)車燈室安裝尺寸相同。（2）電源選型因?yàn)闄C(jī)車大燈及下位機(jī)控制系統(tǒng)供電都是由機(jī)車直流電源提供。電源的穩(wěn)定度要求很高，一般為30V-150VDC，甚至更高。因此本文設(shè)計(jì)了一個(gè)具有寬輸入電壓和高穩(wěn)定度特性的開關(guān)DC-DC直流電源。根據(jù)車燈需求，車燈電源選用ElectronicBallast車型TMD-250-11B型DC-DC變換器，輸入電壓77-137.5V，輸出電壓110V。下位機(jī)控制系統(tǒng)的電源電壓為5V，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電壓為24V，本課題設(shè)計(jì)了鐵路機(jī)車專用一體化開關(guān)電源，其控制芯片采用4NIC-LJ77來實(shí)現(xiàn)，主要技術(shù)參數(shù)如下表所示。輸入：DC110V（50~130V）輸出：DC5V-lA，24V-3A隔離；保護(hù)功能：過壓、過流和短路保護(hù)；紋波：有效值（Vrms）≤0.1%，峰峰值（Vpps）≤1.0%；內(nèi)部實(shí)體封裝：采用全密封式結(jié)構(gòu)，具有防振動(dòng)、防潮濕、防霉菌和防鹽霧等功能；散熱方式：主要采用傳導(dǎo)散熱方式。（3）電機(jī)選型該系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)依靠渦輪蝸桿的傳動(dòng)帶動(dòng)大燈圍繞固定轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，在大燈支架與固定轉(zhuǎn)軸間安裝推力軸承與深溝球軸承配合使用，因此根據(jù)扭矩要求我們選用常州雙杰公司生產(chǎn)的一款小功率兩相混合步進(jìn)電機(jī)57BYGH8404，其步距角0.9/1.8°、機(jī)身長(zhǎng)76mm、相電流最大值3A、靜力矩最大值17Kgcm、定位力距600Kgcm、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量440gcm2。圖2-7步進(jìn)電機(jī)外形尺寸（4）驅(qū)動(dòng)器因該系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器需與步進(jìn)電機(jī)相互配套，故選用型號(hào)SJ-230M2二相混合式步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器（見圖2-8）。本驅(qū)動(dòng)器主要由控制電路及外圍電路組成。其工作原理是：將脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)應(yīng)用到交流伺服電動(dòng)機(jī)上，通過改變輸出電壓來達(dá)到調(diào)節(jié)速度的目的。驅(qū)動(dòng)器使用原裝進(jìn)口模塊實(shí)現(xiàn)高頻斬波和恒流驅(qū)動(dòng)，抗干擾性強(qiáng)，高頻性能良好，啟動(dòng)頻率較高，控制信號(hào)和內(nèi)部信號(hào)均實(shí)現(xiàn)光電隔離，電流可選且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠，噪聲低，驅(qū)動(dòng)3.0A內(nèi)全部42BYG、57BYG等一系列電機(jī)為二相混合步進(jìn)電機(jī)。圖2-8步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器有三路輸入信號(hào)，即步進(jìn)脈沖信號(hào)CP、方向電平信號(hào)DIR和脫機(jī)信號(hào)FREE。驅(qū)動(dòng)器輸出端的電壓約為270歐左右，它由限流電阻和光耦構(gòu)成，其負(fù)輸入端采用電路形式。為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和降低成本，本文提出一種新型三路光控型輸出驅(qū)動(dòng)電路。這種電路具有如下特點(diǎn)：1）采用了特殊設(shè)計(jì)的光電耦合器；2）利用OPTO作為輸入輸出器件。OPTO端接有兩路信號(hào)，其中一路為公共正端，另一路與一路光耦的正輸入端相連，將兩路輸入信號(hào)進(jìn)行合成后再送到驅(qū)動(dòng)器中實(shí)現(xiàn)共陽(yáng)方式工作，OPTO端的輸出端連接到外部系統(tǒng)的VCC上。步進(jìn)脈沖信號(hào)通過一個(gè)與之連接的接口輸入到該接口上，CP作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)接收到CP脈沖后，該接口會(huì)將步進(jìn)電機(jī)的步距角信息傳遞給下一級(jí)，然后再根據(jù)下一級(jí)的細(xì)分時(shí)所需的細(xì)分步距角來控制下一級(jí)的CP脈沖，從而使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟隨上一級(jí)的CP脈沖而變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)位置的精確控制。如果把它轉(zhuǎn)換成正弦波信號(hào)（即方波），通過PWM調(diào)制后再送到驅(qū)動(dòng)器。這時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)隨著輸入電壓的變化而發(fā)生相應(yīng)地變化，從而實(shí)現(xiàn)了高精度定位。步進(jìn)電機(jī)調(diào)速是實(shí)現(xiàn)定位的關(guān)鍵。該驅(qū)動(dòng)器CP信號(hào)采用低電平高效，需要CP信號(hào)驅(qū)動(dòng)電流在8～15mA之間，同時(shí)還需要CP脈沖寬度，通常不能低于55μs。方向電平信號(hào)DIR控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。它由輸入端和端兩部分組成。高電平表示電機(jī)正轉(zhuǎn)動(dòng)，低電平表示電機(jī)反轉(zhuǎn)。電機(jī)換向須在電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)才能完成，換向信號(hào)須在上一方向上末次CP脈沖之后和下一方向上首次CP脈沖之前發(fā)出。（5）主控芯片本系統(tǒng)下位機(jī)控制系統(tǒng)以AVR系列單片機(jī)作為主控芯片，但從安全性、可靠性角度出發(fā)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障無(wú)法正常運(yùn)行時(shí)，需將大燈自動(dòng)轉(zhuǎn)至正中間以確保光束直接照射到前面。主控系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，它與手動(dòng)復(fù)位系統(tǒng)相連，在主控系統(tǒng)接收到上位機(jī)發(fā)送來的控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖指令后，啟動(dòng)手動(dòng)復(fù)位系統(tǒng)，通過單片機(jī)控制系統(tǒng)上的限位開關(guān)和零位開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛行駛方向的控制；當(dāng)主控制器接收到來自外部傳感器采集來的數(shù)據(jù)后，通過串口通信發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)；如果主控板發(fā)生硬件電路損壞或軟件部分異常等情況時(shí)，則向主控器發(fā)送報(bào)警信號(hào)。主控系統(tǒng)啟動(dòng)后按下手動(dòng)復(fù)位按鈕，當(dāng)此時(shí)，主控系統(tǒng)會(huì)切斷工作電源并向復(fù)位系統(tǒng)供電。單片機(jī)控制系統(tǒng)向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出脈沖信號(hào)，進(jìn)而帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，在這一過程中，選轉(zhuǎn)支架與左，右限位開關(guān)任意一位置接觸后即自動(dòng)倒轉(zhuǎn)，直至與零位開關(guān)接觸后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，以確保大燈光束的最后直射。前大燈控制系統(tǒng)機(jī)車行駛動(dòng)態(tài)信號(hào)界面電路，是實(shí)現(xiàn)下位機(jī)控制系統(tǒng)和上位機(jī)之間通信的重點(diǎn)。下位機(jī)利用串口通訊協(xié)議，從機(jī)車主控計(jì)算機(jī)，也就是上位機(jī)，獲取機(jī)車當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)和列車運(yùn)行圖中有關(guān)參數(shù)。3機(jī)車大燈控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)3.1鐵路線路分析鐵路線路通常分為直線、圓曲線和緩和曲線三種（見圖3-1）。緩和曲線的主要作用是將直線和圓曲線連接起來，實(shí)現(xiàn)直線和圓曲線間的平穩(wěn)過渡，列車通過彎道時(shí)能有效地減緩離心力突變，它的曲率半徑將在相連直線和圓曲線曲率半徑范圍內(nèi)發(fā)生變化。為了保證旅客乘坐的舒適度，這就要求兩條或更多條曲線線路都要比一條夾直線線路短。而隨著我國(guó)高速鐵路快速發(fā)展，對(duì)列車運(yùn)行穩(wěn)定性及安全性要求越來越高。因此，需要合理地選擇曲線線路長(zhǎng)度，以滿足高速行車需求。曲線線路半徑與列車的最高設(shè)計(jì)速度有關(guān)。修建鐵路線路時(shí)，為便于設(shè)計(jì)，施工及維護(hù)，曲線線路半徑宜采用50m或者100m整數(shù)倍的原則，優(yōu)先采用國(guó)標(biāo)要求的序列值，測(cè)設(shè)難度大或者施工難度大的地段曲線半徑可采用10m整數(shù)倍的方法。圖3-1鐵路線路類型把鐵路線路上彎道順序定為直線-曲線-直線，曲線的一部分叫彎道，按機(jī)車大燈偏轉(zhuǎn)到彎道起始點(diǎn)后受照，可把鐵路線路劃分成兩種類型：第一種彎道很短，大燈受照中心點(diǎn)離彎，第二種彎道很長(zhǎng)，受照中心點(diǎn)還在彎內(nèi)。3.2可行性分析LKJ-2000型列車速度控制設(shè)備由中國(guó)新一代國(guó)產(chǎn)自行研制，主要用于保證列車運(yùn)行安全，屏幕顯不器可顯示公里數(shù)、曲線半徑、現(xiàn)行運(yùn)行速度、坡道、縱斷面、橋梁隧道及限制速度的實(shí)時(shí)信息。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判斷并發(fā)出指令，從而保證行車過程中車內(nèi)人員以及車輛之間的人身安全。目前已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多條線路上。并且取得良好效果。受到廣泛好評(píng)。安全速度管理是保證列車安全運(yùn)行的重要手段之一，通過對(duì)機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車運(yùn)行管理的智能化，滿足了旅客乘坐旅客列車的需求。LKJ-300型機(jī)車前照燈系統(tǒng)通過采集列車實(shí)時(shí)信息實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車前大燈的智能轉(zhuǎn)向控制。為了提高陀螺儀的自主導(dǎo)航能力，可以基于陀螺儀的鐵路機(jī)車前照燈隨動(dòng)動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用陀螺儀測(cè)量轉(zhuǎn)向架在不同運(yùn)行狀態(tài)下的相對(duì)轉(zhuǎn)角，并將其傳遞給車輛，使車輛能夠準(zhǔn)確地跟蹤曲線線路；為了使系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)到機(jī)車前方路面狀況，當(dāng)列車進(jìn)入曲線時(shí)，利用實(shí)測(cè)相對(duì)轉(zhuǎn)角獲得機(jī)車大燈在某一安全距離內(nèi)的相對(duì)偏轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)機(jī)車大燈在不同曲線上發(fā)生偏轉(zhuǎn)以減少曲線內(nèi)側(cè)盲區(qū)。根據(jù)LKJ-2000及陀螺儀給出的線路數(shù)據(jù)該系統(tǒng)采用單片機(jī)控制為主控芯片，電子舵機(jī)裝置作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)機(jī)車大燈智能隨動(dòng)，其主要控制手段，分三個(gè)步驟進(jìn)行：1）機(jī)車駛?cè)饲€線路之前，根據(jù)LKJ-2000上位機(jī)提供的機(jī)車運(yùn)行信息及道路數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)鐵路線路進(jìn)行種類分析，并建立彎道曲線的數(shù)學(xué)模型，預(yù)先產(chǎn)生直線段大燈轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)庫(kù)2）機(jī)車駛?cè)藦澋狼€線路之后，陀螺儀X軸探測(cè)機(jī)車轉(zhuǎn)向架相對(duì)于車體轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)動(dòng)加速度并實(shí)時(shí)產(chǎn)生曲線段大燈轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)庫(kù)3.根據(jù)所產(chǎn)生的彎道曲線轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)庫(kù)并結(jié)合彎道曲線轉(zhuǎn)角信息，利用舵機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)車轉(zhuǎn)向，使得轉(zhuǎn)向時(shí)刻匯聚于彎道中心線。3.3大燈偏轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)庫(kù)生成3.3.1直線段偏轉(zhuǎn)角生成機(jī)車駛?cè)饲€段開始前，大燈將逐步偏轉(zhuǎn)，由角度-路線模型可計(jì)算直線段偏轉(zhuǎn)角隨路線位置的變化。為了便于單片機(jī)加工，角度--線路之間函數(shù)關(guān)系需插值或者擬合。曲線插值常用的方法有：拉格朗日插值法、牛頓插值法和三次樣條插值法等。該方法具有如下特點(diǎn)：1）拉格朗日插值法理論上分析起來雖容易，但當(dāng)插值節(jié)點(diǎn)增多，減少或者它的位置改變時(shí)，所有插值函數(shù)都必須改變，導(dǎo)致插值公式多項(xiàng)式結(jié)構(gòu)隨之改變，對(duì)計(jì)算上十分不利；2）牛頓插值法雖能克服拉格朗日插值的不足，但牛頓插值法對(duì)多項(xiàng)式函數(shù)的要求更高；3）當(dāng)插值條件較大時(shí)，多項(xiàng)式函數(shù)階數(shù)將更大；4三次樣條插值算法對(duì)曲線波動(dòng)概率的影響較大。采用角度-線路模型對(duì)線性函數(shù)進(jìn)行了求解，并與傳統(tǒng)的最小二乘法曲線擬合做對(duì)比分析，結(jié)果表明：以最小化誤差為目標(biāo)的最佳函數(shù)更適合于參數(shù)擬合?；诖?，本文利用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合最終獲得公里標(biāo)，曲線半徑與前大燈轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系并預(yù)先生成直線段前大燈轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)庫(kù)。3.3.2曲線段偏轉(zhuǎn)角生成當(dāng)機(jī)車進(jìn)入曲線線路時(shí)，陀螺儀X軸對(duì)機(jī)車轉(zhuǎn)向架相對(duì)于車體轉(zhuǎn)角進(jìn)行檢測(cè)，可直接獲取公里標(biāo)，相對(duì)轉(zhuǎn)角與大燈轉(zhuǎn)角之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并實(shí)時(shí)生成曲線段前大燈轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)庫(kù)。3.4系統(tǒng)工作原理3.4.1系統(tǒng)方案機(jī)車前大燈隨動(dòng)控制系統(tǒng)由兩片AVR單片機(jī)構(gòu)成的MCU微控制器模塊，另外還有LKJ-2000光電隔離接口、陀螺儀、舵機(jī)以及大燈限位開關(guān)（如圖3-2所示）等外圍硬件模塊。圖3-2系統(tǒng)總體框圖（1）控制模塊。MCU控制器模塊選ATMega16，內(nèi)部采用雙核CPU設(shè)計(jì)。CPU1和LKJ分別負(fù)責(zé)采集機(jī)車在曲線路段行駛時(shí)的速度數(shù)據(jù)、路面情況數(shù)據(jù)以及道路數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的直線段長(zhǎng)度數(shù)據(jù)等，并通過計(jì)算出的車頭轉(zhuǎn)角與陀螺儀測(cè)量到的曲線線路長(zhǎng)度進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果從線路數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取對(duì)應(yīng)的曲線段的速度數(shù)據(jù)及相應(yīng)的大燈轉(zhuǎn)角；CPU2負(fù)責(zé)從CPU1接收角度信息并完成開環(huán)控制舵機(jī)。（2）光電隔離接口。LKJ-2000光電隔離接口選自光耦芯片PC817，該芯片輸入端為電流型運(yùn)行低阻元件，共模抑制能力強(qiáng)。與傳統(tǒng)的電阻或電容等無(wú)源器件相比，PC8具有較高的電氣性能。作為長(zhǎng)線信息傳輸系統(tǒng)的終端隔離元件可顯著提高信噪比，作為系統(tǒng)數(shù)字通信與實(shí)時(shí)控制時(shí)信號(hào)隔離連接器件可顯著提高控制系統(tǒng)管理工作可靠性。（3）陀螺儀。陀螺儀由安裝在車體上的MPU6050芯片控制，它包括一個(gè)三軸陀螺儀和一個(gè)三軸加速度傳感器，其中一個(gè)陀螺儀與另一個(gè)加速度傳感器相連。陀螺儀將測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并傳輸給上位機(jī)進(jìn)行顯示。同時(shí)陀螺儀還具有測(cè)速功能，可根據(jù)車速計(jì)算出車輪實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)距離。機(jī)車運(yùn)行至曲線段后，可通過設(shè)置的轉(zhuǎn)向架陀螺儀模塊探測(cè)X軸方向的改變及改變速度，繼而產(chǎn)生大燈曲線段轉(zhuǎn)角。3.4.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于列車運(yùn)行環(huán)境惡劣，經(jīng)常在雨雪、風(fēng)沙、高溫及極寒等極端天氣下行駛，車下場(chǎng)地狹窄且伴隨著強(qiáng)烈的振動(dòng)及電磁干擾，需要前大燈在轉(zhuǎn)彎時(shí)能隨著曲線線路快速做出反應(yīng)而轉(zhuǎn)向行駛。如果采用傳統(tǒng)機(jī)械式或電磁式轉(zhuǎn)向架來實(shí)現(xiàn)上述功能是不現(xiàn)實(shí)的。而目前國(guó)內(nèi)外普遍使用永磁同步電機(jī)作為列車前照燈驅(qū)動(dòng)電源。它具有體積小、重量輕、可靠性高和節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。因此，需要有一個(gè)可靠的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來抑制這種強(qiáng)烈的電磁干擾，提高能量轉(zhuǎn)換效率，以保證列車安全行駛。舵機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)中最重要的部件之一，它由外殼、電路板、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器及位置檢測(cè)元件組成。它比同功率鐵芯電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)十分明顯：1）響應(yīng)速度極快，許多產(chǎn)品能達(dá)到10ms；2）自適應(yīng)能力很強(qiáng)，工作十分平穩(wěn)，本身旋轉(zhuǎn)的波速也能控制在允許范圍內(nèi)；3）使用優(yōu)質(zhì)電刷及換向結(jié)構(gòu)使換向火花很小，從而具有較強(qiáng)的抗干擾能力；4）重量及體積大大縮小，能量轉(zhuǎn)換率大，效率可達(dá)允許范圍內(nèi)；5）轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速-電壓及轉(zhuǎn)矩-電流之間存在著線性關(guān)系，這些相應(yīng)參數(shù)之間存在著線性關(guān)系。舵機(jī)模塊由MG996芯片構(gòu)成，MCU控制模塊負(fù)責(zé)對(duì)舵機(jī)進(jìn)行控制，其電路板上集成了多種IC，包括無(wú)核心馬達(dá)、減速齒輪、擺臂、位置檢測(cè)器以及定位等電路?？勺冸娮柙诙鏅C(jī)中扮演重要角色，它的電阻值大小直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能，因此可變電阻的電阻變化量也就是我們常說的角度。本舵機(jī)帶反饋環(huán)節(jié)伺服電機(jī)通過舵機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車前大燈的準(zhǔn)確位置控制，舵機(jī)輸出軸位置經(jīng)內(nèi)部電位計(jì)連續(xù)取樣測(cè)量后與MCU控制模塊計(jì)算出的機(jī)車前大燈偏轉(zhuǎn)后的目標(biāo)位置相比較，依據(jù)對(duì)應(yīng)偏差系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)舵機(jī)輸出軸真實(shí)位置以滿足目標(biāo)位置要求，從而構(gòu)建閉環(huán)控制系統(tǒng)。4機(jī)車大燈控制改進(jìn)案例分析4.1案例概況目前準(zhǔn)東鐵路和呼準(zhǔn)鐵路所用型號(hào)主力是韶山4改型電力機(jī)車（以下簡(jiǎn)稱韶山4），該型號(hào)機(jī)車一般都使用鹵素?zé)簦ㄒ韵潞?jiǎn)稱鹵素?zé)簦?，鹵素?zé)艟哂辛炼雀?，照射距離小，壽命較短等不足，再加上管轄區(qū)域地處鄂爾多斯市以東，毛烏素沙漠東南側(cè)，風(fēng)沙大，造成管轄區(qū)域線路情況極其復(fù)雜，駕駛員夜間作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大，給機(jī)車夜間作業(yè)留下十分嚴(yán)重的安全隱患。因此，研究開發(fā)出一種新型節(jié)能環(huán)保的大功率LED照明燈具具有十分重要意義。針對(duì)列車在夜間運(yùn)行時(shí)遭遇的各種異常情況，可采用更先進(jìn)，可靠系數(shù)更高，使用費(fèi)用更低的LED燈代替現(xiàn)行SS4改型電力機(jī)車原廠組裝普通低電壓鹵鎢燈優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。圖4-1改造電路圖4.2改進(jìn)方案以原韶山4型改型電力機(jī)車原廠裝備的110V直流電供電，并通過裝備降壓模塊使直流110V降至直流12V電壓，同時(shí)通過內(nèi)建寬電壓供電管理芯片XL4101芯片與本次改型所用LED燈電壓等級(jí)相匹配。依據(jù)機(jī)車新裝LED燈之使用動(dòng)力，為了配合改裝，機(jī)車需重新安裝2只150W降壓模塊，這2只降壓模塊皆能輸出12V之電壓，每只電壓水平可達(dá)12V,功率可達(dá)60W,色溫K值可達(dá)7000之4只LED燈之電源，而不需更改原廠所裝備之頭燈固定支架，即可使新裝LED燈與原燈座固定連接，并不須更改機(jī)車前照燈之原控制開啟模式，改裝電路示意圖見圖1。本次改裝所用LED燈由15個(gè)4WLED燈珠組成，單個(gè)點(diǎn)亮340流明度，整個(gè)燈具點(diǎn)亮6120流明度。對(duì)整個(gè)方案進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明改造后的線路能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。因?yàn)闇?zhǔn)東鐵路和呼準(zhǔn)鐵路大多處于沙漠邊緣地區(qū)，夏天陽(yáng)光充足，陽(yáng)光直射比較強(qiáng)，機(jī)車車頂日曬造成氣溫升高，為確保頭燈工作超過10h后不會(huì)產(chǎn)生高溫問題，解決因過熱造成車燈受損的問題，較好的配合LED能夠正常運(yùn)行，特對(duì)LED燈散熱片增設(shè)12V散熱風(fēng)扇來確保頭燈即使在酷熱的夏天也能夠確保頭燈散熱條件好，能夠有效提高頭燈的使用壽命。結(jié)合車燈工作時(shí)自發(fā)熱和外界陽(yáng)光直射引起發(fā)熱的特點(diǎn)，改用使用全鋁散熱外殼對(duì)流刀片式進(jìn)行散熱來保證較好的散熱條件。4.3改造方案分析4.3.1亮度分析因轄區(qū)位于鄂爾多斯市以東、毛烏素沙漠邊，常年風(fēng)沙天氣頻繁，秋、冬季沙塵暴天氣頻繁，造成機(jī)車運(yùn)行工況差，特別是晚上遭遇沙塵暴時(shí)，能見度更差，有的甚至能見度小于50m,而機(jī)車原廠組裝的常用低電壓鹵鎢燈穿透力弱，造成駕駛員在惡劣天氣狀況下駕駛風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高。針對(duì)此現(xiàn)象，我們對(duì)原有的韶山4改電力機(jī)車進(jìn)行了一系列技術(shù)改造，以達(dá)到提高其安全性和可靠性。其中包括：更換新的高壓熔斷器；增加蓄電池組容量；加裝燈具控制器。且本次改裝所用LED前照燈由四盞12V/60W色溫K值為7000的LED燈構(gòu)成，保證機(jī)車于惡劣及能見度較低之天氣情況下亦能具有良好穿透力，而改裝之LED機(jī)車前照燈亦具有較高亮度，可有效改善夜間駕駛所導(dǎo)致之視線不佳情形，讓駕駛員于夜間駕駛時(shí)能預(yù)先清楚觀察路線及接觸網(wǎng)之異常情況，有利于駕駛員預(yù)先察覺路線及接觸網(wǎng)所產(chǎn)生之問題，採(cǎi)取適當(dāng)之減速慢行或停駛措施以避免安全駕駛之危險(xiǎn)，顯著降低原韶山4型電力動(dòng)車組于夜間駕駛時(shí)因視線不佳所導(dǎo)致之傷亡。圖4-2為改裝前，后前照燈的亮度比較。圖4-2改造前后前照燈亮度對(duì)比4.3.2照射距離分析改裝韶山4型改型機(jī)車前照燈LED燈每只單燈包含18個(gè)燈珠，每只燈珠都帶有自己的反光杯，單燈照光度為400～500m，照光度為原車裝備普通低壓鹵鎢燈照光度的1～2倍，較好地解決了惡劣天氣條件下鹵素?zé)舸┩噶Σ畹膯栴}；LED燈改裝所用LED前照燈聚光度為15～20度左右，較好改善了鹵素?zé)艟酃舛炔畹牟蛔?；LED燈照光度為-40℃～+85℃，更能滿足內(nèi)蒙地區(qū)冬夏兩季氣候要求。同時(shí)還提高了燈具自身散熱性能，減少熱量散失。另外，通過對(duì)燈具進(jìn)行一系列的改進(jìn)，使其亮度更均勻、發(fā)光效率更高、光通量更大、使用壽命更長(zhǎng)。此外，由于采用了LED光源。改造后的機(jī)車用LED前照燈具有較短的照射距離、較強(qiáng)的燈光穿透力以及高的聚光度等優(yōu)點(diǎn)，滿足了司機(jī)對(duì)環(huán)境的要求及對(duì)環(huán)境的保護(hù)。圖4-3為夜間條件下LED燈和鹵鎢燈照射距離的比較。圖4-3LED燈與鹵鎢燈在夜間情況下照射距離對(duì)比4.3.3使用壽命分析LED燈有無(wú)需等待開機(jī)時(shí)間即開即亮，并且無(wú)鎢絲，玻璃殼等易破損零件，使工作壽命長(zhǎng)，一般LED燈使用壽命為50000-80000h。而常規(guī)鹵鎢燈因其屬于白熾燈基本原理，又為了解決玻殼變黑問題，將鹵族元素或者鹵化物填充到白熾燈內(nèi)部，運(yùn)用鹵鎢循環(huán)原理可杜絕白熾燈玻殼變黑，使工作溫度達(dá)到數(shù)百度，并使鎢絲溫度達(dá)到3000度，從而使鎢絲燈具有3000～5000h的工作壽命。LED燈與傳統(tǒng)鹵鎢燈相比，其發(fā)光效率更高，光通量更大，更節(jié)能環(huán)保。但傳統(tǒng)鹵鎢燈和LED燈都存在壽命短的缺點(diǎn)。而LED燈的工作壽命長(zhǎng)比傳統(tǒng)鹵鎢燈的工作壽命長(zhǎng)10倍以上，LED燈作為機(jī)車前照燈具有更換率高、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)在每臺(tái)前照燈的四個(gè)LED燈局部失效后，僅對(duì)失效LED燈進(jìn)行替換，維護(hù)費(fèi)用較低，而傳統(tǒng)鹵素?zé)粢坏┚植渴軗p，就必須對(duì)燈體整體進(jìn)行替換，造成維護(hù)費(fèi)用較高。4.3.4發(fā)光效率分析傳統(tǒng)鹵鎢燈光效在12-24流明/瓦之間，發(fā)光效率不高，而且其絕大部分能量都以熱的方式逸出至空氣中，構(gòu)成損失，造成大量能量浪費(fèi)，同時(shí)能量損失所產(chǎn)生的熱還會(huì)引起鹵鎢燈嚴(yán)重發(fā)熱，易使某些元件過熱而燒毀，從而嚴(yán)重降低鹵鎢燈工作壽命。目前普遍采用的高壓鈉燈由于存在著色溫高和顯色指數(shù)低等缺陷而被淘汰，LED作為一種新型光源已在鐵路牽引領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)。LED燈通過技術(shù)改良后發(fā)光效率大大提高，光效經(jīng)可達(dá)50～200流明/瓦，與鹵鎢燈相比有很大改善，LED燈的發(fā)熱量更低，使用壽命得到顯著增加，從而能更好地適應(yīng)電力機(jī)車前照燈照明需求。4.3.5耗電量分析此次改裝機(jī)車使用了直流驅(qū)動(dòng)改進(jìn)型LED前照燈，由4個(gè)單燈60W的LED燈構(gòu)成，工作電流3.7A左右。由于大功率的LED燈具有高光效、高亮度和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，因此可以滿足大功率牽引電動(dòng)機(jī)對(duì)功率的要求；而傳統(tǒng)的白熾燈雖然效率較低但壽命長(zhǎng)且安全性能也比較理想。同時(shí)LED燈反速度高，能在高頻狀態(tài)下運(yùn)行，照明效果相同時(shí)耗電量約為鹵鎢燈耗電量的1/4，能夠很好的節(jié)約能源和減少機(jī)車使用成本。5結(jié)束語(yǔ)鐵路在提速行駛后，其安全問題受到了人們的重視。由于鐵路運(yùn)輸具有一定的危險(xiǎn)性，因此在行車過程中必須要保證其安全性和穩(wěn)定性。其中最主要的就是為了確保列車能夠保持著穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。目前我國(guó)鐵路機(jī)車普遍使用的是前大燈，由于前大燈的照燈光線和延切線與軌面有一定的夾角。這不僅會(huì)對(duì)機(jī)車駕駛員造成視覺上的影響，而且還