机车滚动试验台综述

机车滚动试验台综述乔尔宁;杨绍时;吉金平;高惠纯【摘要】研制机车流动实验台，不但要根据目前的机车在线运行情况，还要预测今后新型机车可能出现的功能要求，甚至要考虑到出口时国外非标准轨道机车的性能试验，总之，覆盖面越大越好，以求实验台的先进性和广泛的实用性.【期刊名称】《机械管理开发》【年(卷)，期】2011(000)004【总页数】3页(P65-66,68)【关键词】试验台;机车特性;电气传动;机械传动【作者】乔尔宁;杨绍时;吉金平;高惠纯【作者单位】大同电力机车有限责任公司技术中心,山西大同037038;大同电力机车有限责任公司技术中心,山西大同037038;大同电力机车有限责任公司技术中心,山西大同037038;大同电力机车有限责任公司技术中心,山西大同037038【正文语种】中文【中图分类】U260.14+60引言近年来，随着铁路牵引动力装备技术的不断进步和出口世界各国的机车大量增加，各机车制造工厂和检修基地越来越重视不同轨距、不同轴距的机车的特性试验。在现有的标准轨距的铁路试运线上无法满足不同轨距的机车试验，也无法满足机车的特性试验，在既有铁路线上进行试运只能进行机车的一些功能性试验，很多机车的特性试验无法实现，同时也受到铁路运用部门和供电部门的诸多限制，因此，各机车制造厂和大型机车检修基地都在上马机车滚动试验台。机车滚动试验台可以满足小至1m，大到1676mm不同轨距的机车试验，可以说此种可变换得轨距满足了世界各国不同轨距的要求，同时在试验台上可以进行大功率、大轴重、高速机车的特性试验，可作出完整的机车牵引特性曲线和电制动特性曲线，对试验台的功能进行扩展，还可进行机车牵引系统和辅助系统的地面联调试验，总之，机车滚动试验台的建立为牵引动力的设计、制造、试验提供了一个非常良好的装备。1试验台总体技术要求试验台总体技术要求是建造机车滚动试验台的最重要的文件。滚动试验台的建造是一项综合工程，它包含了土建、供电、轨道运输、机械传动、电气传动、检测、监控等诸多环节。总体技术要求确定试验台的试验项目、技术参数，这些是保证实现试验台功能最重要的部分，所以说编写试验台总体技术要求是一件十分复杂的技术工作，不仅要有多学科的知识，还要有很强的组织能力。1.1技术要求确定的试验项目技术要求确定的试验项目应根据目前在线运用并预测今后研制机车可能出现的功能要求确定，覆盖面越大越好，以保证试验台有较长久的先进性和可用性。试验项目主要有：1）机车的牵引特性试验、电制动特性试验包括不同轮轴牵引力工况下的性能测试；2）机车起动特性、机车效率、变流器效率测试，包括机车起动及加速性能测试、机车总效率测试等；3）电机负荷分配试验；4）变流器中间电压、牵引\再生制动主回路突然断电试验；5）代替整车线路运行考核试验中的功率试验[1]；6）驱动单元跑合试验（包括轮对、电机、轴箱、轴承等转动部件）；利用滚动试验台检验轴承组装质量和密封状态是否符合要求。试验台经过扩展后可进行机车主传动系统地面联调试验，验证主变流器与异步牵引电动机的匹配性，确定主电路结构形式、元件参数、中间电压、电机控制方式等。包括以下方面的内容：（1）主传动系统综合试验与调整，主要部件参数的匹配与优化，控制功能调整与优化；（2）起动与加速过程的研究试验，通过负载电机的加馈方法模拟机车与列车阻力，研究起动过程中力、电流及其与控制的关系；（3）牵弓I力或制动力与速度的关系，包括恒转矩和恒功运行及磁场削弱时的牵弓I力或制动力与速度的关系；（4）牵弓|力或制动力与电机电流转差的关系曲线及与主变压器中间电路电流的关系曲线；（5）主变压器-电动机组合系统及传动系统与效率关系曲线；（6）在整个速度范围内变流器工作时对供电网性能的影响；（7）主变流器过电压保护试验。辅助电气系统检验：机车辅助系统电气参数检测、性能试验、设计验证。测定辅助系统的机组功率，不同网压下起动性能等。具体包括：①辅助变流器在起动、运行、突投负载、停止等工况下，变流器的电气性能检测，电压、电流波形采集、特性分析、稳定性及可靠性验证等；②辅助变流器供电模式下，空气断路器的性能测试和保护参数整定、原始数据采集等；③辅助变流器供电模式下，接触器的电气性能测试、变频运行时对接触器的性能影响等；④辅助变流器供电模式下，辅助系统接地装置的电气性能测试、线路绝缘性能测试；⑤辅助机组功率及效率。1.2技术要求确定试验台的主要技术参数试验台总体技术参数的确定是一件难度较大的技术工作，要求能够最大限度地满足所有机车的试验，又要有它的先进性，所以要通盘考虑。这方面包括：1）轴式：可满足：4轴（Bo-Bo）、6轴（Co-Co-Co）机车的试验；2）轨距：1000mm、1435mm、1520mm、1600mm、1676mm最大限度的满足各种轨距机车的试验要求；3）轴距：1580-3000mm可调；4）机车车辆定距：4000~23000mm；5）最高试验速度：500km/h可满足一般机车和高速机车的试验；6）轴功率：最大1600kW；7）轨道轮直径：1370mm；8）允许最大轴重：35t可满足重载机车的试验；9）最大纵向牵引力：76t;10）牵引试验轮周功率（短时制）：4轴为1600kW/轴；6轴为1600kW/轴；11）制动试验轮周功率：4轴为1600kW/轴；6轴为1600kW/轴。上述技术参数基本上可以满足各种轴距不同轨距的在线运行、在制和预研机车的试验要求。2机车滚动试验台的设备组成和功能机车滚动试验台主要由以下部分组成，图1：1）机械传动系统分成相同的6个单元，每个单元应包括轨道轮组、转矩转速传感器、变速齿轮箱、同步齿轮箱、负载电机、升速齿轮箱、飞轮装置、反力架及安装平台等。2）电气传动系统应是一个多电机的群控系统，主要为负载电机提供可调的电能和逆变反馈电能，通过PLC按照被试对象不同工况切换相应的转换开关，通过通信控制负载电机的励磁电流、电枢电流/电压/转速，按照不同的负载变速齿轮箱变比设定不同进行调节参数，使被试产品系统和滚动试验台系统达到稳定的工作点。模拟机车的线路：牵引一惰行一制动工况［2］。电气传动系统应由高压开关柜、油浸变压器、套整流-逆变装置、平波电抗器、直流开关、直流负载电机、电机励磁装置及上位机等控制部分组成。3）稀油润滑冷却系统采用集中式冷却的稀油润滑系统。使用循环稀油强迫润滑，以满足多点压力油供应的要求。冷却方式：稀油润滑冷却齿轮箱，运用循环水冷却稀油。4）监控系统试验台设置有计算机监控系统。主要对滚动试验台滚动机械部件的轴承温度、振动、扭矩和转速、车钩力进行实时监测，对主要电气部件进行温度、绝缘、开关状态等进行监测，对稀油润滑冷却系统状态进行监测，同时对辅机的启停进行远程控制。监控系统还包括工业摄像、电视监视系统和电子显示屏部分，工业摄像和电视监视系统主要是对试验过程中滚轮和车轮的运动状态进行实时监视，电子显示屏实时显示滚动试验台速度和轨道轮转矩。5）检测系统主要由传感器、二次仪表、数据采集装置和应用软件组成。主电路、辅助电路的电流、电压信号和温度、振动信号由检测机箱检测，通过高速数据总线连接到下位计算机中，下位机与上位控制计算机应用以大网进行通讯。采用网络连接，以使采集数据的下位机与提供操作界面的上位机不受距离限制，从而可以将检测机箱机可能靠近传感器，减少传输过程干扰，提高测试精度，试验时，上位机将配置信息下载到下位机中，启动下位机完成相应的操作，并对下位机上传的试验数据进行显示、处理，试验完成后，将结果存储到数据库中，生成和打印相应的报表。6）牵引供电系统主要是为电力机车提供牵引电源（单相交流25kV）；厂房内应设置高压单相开关柜进行测量和保护作用，采用电动移动式接触网方便试验，设置安全联锁，高压警示等。图1试验台的系统组成图3试验台原理、试验过程与总体功能滚动试验台应采用轨道轮模拟无限长的钢轨；轨道轮距可调模拟不同轨距的轨道；利用直流负载电机的发电工况模拟被试产品的负载加载工况，利用直流负载电机的电动工况为被试产品提供运动惯量，从而达到模拟被试产品线路运行的负载工况。制动试验和牵引试验能量返馈电气传动结构，如图2:1）牵引试验时，电力机车从单相交流25kV电网取电能通过机车变压器一变流器一牵引电机，牵引电机处于电动工况，将电能转换为机械能，机械能通过机车齿轮箱传递给机车轮对，机车轮对带动滚动试验台轨道轮并将机械能传递到滚动台负载电机，滚动台负载电机处于发电工况，将机械能转换为电能，然后电能通过整流逆变装置一变压器回馈10kV电网。或将电能送至风冷电阻柜消耗；2）机车电制动试验时，其能量传递与牵引试验时相反。图2制动试验和牵引试验能量反馈电气传动结构图4结束语机车滚动试验台的建立为电力机车的研制、试验提供了一个非常好的平台，特别是