李政達(dá)，周文祥，王 穎

（西南交通大學(xué)牽引動力國家重點實驗室，四川成都 610031）

0 引言

機車車輛轉(zhuǎn)向架起著支撐車體并引導(dǎo)車輛運行的作用，因此轉(zhuǎn)向架的許多涉及安全性能的測試試驗必須在軸重靜態(tài)加載的條件下進(jìn)行。常用砝碼裝載框加載，吊裝50 噸砝碼至少需2 小時，耗時太久，因此在廣州地鐵1、2號線使用的轉(zhuǎn)向架靜壓試驗臺，通過伺服控制液壓加載缸及龍門架進(jìn)行靜態(tài)加載。但是，在實際使用中液壓油容易泄露，造成車間環(huán)境較差[1-2]。

對轉(zhuǎn)向架靜態(tài)加載常使一、二系彈簧壓縮量達(dá)到150 mm。加載特點是采用的兩點加載，低速要求加載力大，在加載過程中要求兩個加載臂同步加載不能超偏，以免影響測試結(jié)果；在微調(diào)過程中要求可單點加載，與起重機的點動過程類似。

本文根據(jù)轉(zhuǎn)向架靜態(tài)加載系統(tǒng)的特點，嘗試采用更先進(jìn)安全的電動螺桿加載代替液壓加載。

1 加載系統(tǒng)方案研究

1.1 電軸同步控制研究

轉(zhuǎn)向架靜態(tài)加載系統(tǒng)如圖1，通過電機帶動螺桿升降機，利用龍門架橫梁進(jìn)行兩點加載，其電氣控制柜就近安裝于升降機兩側(cè)；通過行程開關(guān)、位移傳感器、壓力傳感器、電壓/電流表來監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀況。在電控柜1、2上分別設(shè)置急停按鈕，在遇到緊急情況下均可緊急停止保證安全。

起重機在吊裝較長重物時，需保證兩吊鉤升降同步，否則傾斜會造成安全事故，在完成吊裝時又需要兩吊鉤單獨微調(diào)完成配合，其通過加裝帶公共電阻的電軸系統(tǒng)徹底解決了無機械聯(lián)系的兩吊鉤的同步升降問題[3]。針對轉(zhuǎn)向架靜態(tài)加載裝置與起重機起吊重物的類似性，本文設(shè)計了以公共電阻電軸電路為核心的螺桿升降機電氣傳動系統(tǒng)，電氣原理如圖2所示。

圖1 龍門架垂向電動加載系統(tǒng)工藝圖

圖2 龍門架電動加載電軸電氣原理圖

兩臺繞線式異步電機定子接于電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子電路并聯(lián)接在公共電阻器上。其中，KM1/KM2通過調(diào)節(jié)電機定子側(cè)相序來控制龍門架加載裝置的升降；KM3 控制渦流制動器是否啟動；KM4/KM5 控制兩臺電機單獨升降，實現(xiàn)微調(diào)偏載；KM6 實現(xiàn)帶公共電阻的電軸同步系統(tǒng)，實現(xiàn)同步加載。同步運行原理為：當(dāng)兩臺電動機的負(fù)載相等時，它們同步運行，轉(zhuǎn)子軸線之間沒有位差角，轉(zhuǎn)子內(nèi)只有各自流過公共電阻的工作電流。當(dāng)兩臺電機負(fù)載不同時，轉(zhuǎn)子電路中除有流過公共電阻的工作電流外，還會產(chǎn)生只在兩轉(zhuǎn)子中流動的平衡電流，保證兩臺電機同步運行[4]。由于龍門架下落直至接觸到轉(zhuǎn)向架的過程中電機負(fù)載很輕，而帶公共電阻的電軸系統(tǒng)在負(fù)載較輕的時候最易失去同步能力[5]，因此選用了帶渦流制動器的繞線式異步電機，在負(fù)載輕的時候通過渦流制動提供負(fù)載，避免失步。

系統(tǒng)在單獨加載時采用的是電機定子接于電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子串電阻短接的方式，使得每一臺電機都可以單獨運行，方便微調(diào)加載力。

1.2 電軸控制系統(tǒng)的整步

電軸系統(tǒng)在起動時，必須先對兩臺電機整步，因為在上一次停機時，兩軸的阻力等不一樣，造成兩電機之間存在位差角，如果不整步可能造成系統(tǒng)失步，合閘沖擊電流大，容易產(chǎn)生跳閘。

工程應(yīng)用中常采用的整步方式為單相整步、變頻整步等，單相整步在整步開始時會出現(xiàn)沖擊電流，振動噪聲較大。結(jié)合本系統(tǒng)實際研究了一種基于同步轉(zhuǎn)速控制的整步方式。將兩臺電機單獨采用轉(zhuǎn)子側(cè)串電阻同時啟動，當(dāng)兩臺電機運行至最高速度時，閉合開關(guān)將兩臺電機轉(zhuǎn)子側(cè)并聯(lián)，利用兩臺電機的自然特性，待電機停轉(zhuǎn)時完成整步。

2 加載系統(tǒng)工作步驟

轉(zhuǎn)向架靜態(tài)加載系統(tǒng)控制面板要考慮實際工況及操作簡捷方便，設(shè)置如圖3 所示，其中四個“上限/下限”為警示燈，其余為帶燈按鈕，矩形部分為搖桿。

圖3 龍門架電動加載系統(tǒng)控制面板

轉(zhuǎn)向架靜態(tài)參數(shù)測試臺工作步驟：

（1）將轉(zhuǎn)向架通過軌道推行到試驗工位上，對其進(jìn)行橫向、縱向的定位，使轉(zhuǎn)向架處于標(biāo)準(zhǔn)的試驗位置，同時處于自由狀態(tài)；

（2）在準(zhǔn)備工作完畢后，首先打開“電鎖”開關(guān)，按下“自檢”按鈕，龍門架在下降50～80 mm過程中完成兩臺電機整步工作；

（3）將搖桿下拉，此時進(jìn)行垂向預(yù)加載，工作人員通過觀察左右位移表、壓力表判斷預(yù)加載完成時，將搖桿松開；

（4）對左右的加載力進(jìn)行獨立調(diào)整，通過按左/右載荷的?/?按鈕；

（5）在垂向加載試驗完畢后，將搖桿上推，此時龍門架返回到初始位置，完成一次轉(zhuǎn)向架靜態(tài)垂向加載。

3 實驗驗證

實驗中所用電機為5.5 kW 冶金用繞線式異步電機YZR160M1-6，其參數(shù)如表1所示。

實驗一，通過搭建電路，驗證新的電軸整步方法。

測試方法：將兩臺電機分別串相同阻值的電阻進(jìn)行啟動，當(dāng)兩臺電機達(dá)到最高轉(zhuǎn)速的時候，通過投切開關(guān)將兩臺電機的轉(zhuǎn)子側(cè)進(jìn)行并聯(lián)，觀察電機停下時是否整步完成。測試環(huán)境如圖5所示。

表1 YZR160M1-6電機參數(shù)

測試結(jié)果：當(dāng)電機停轉(zhuǎn)時通過手動轉(zhuǎn)動電機軸端，觀察到兩臺電機是同步旋轉(zhuǎn)的，可以證明兩臺電機在此過程中完成了整步。整步過程中轉(zhuǎn)子電流波形如圖4所示，電機整步震蕩時間為2 s。

圖4 電機整步過程轉(zhuǎn)子電流震蕩波形

圖5 電機電軸整步實驗

實驗二，根據(jù)電軸電氣原理圖來搭建電機電軸電路，驗證電軸系統(tǒng)是否可以滿足龍門架同步加載的要求，測試環(huán)境如圖5和圖6所示。

圖6 電機電軸同步試驗

測試方法：在電機整步完成之后通過在其軸上貼上白色標(biāo)簽，通過閉合KM1，當(dāng)電機轉(zhuǎn)動5分鐘后斷開KM1 觀察兩電機標(biāo)簽是否在同一位置。

測試結(jié)果：當(dāng)電機停轉(zhuǎn)時，觀察電機軸上標(biāo)簽位置在同一位置，證明兩臺電機在旋轉(zhuǎn)過程中始終保持同步，可以滿足龍門架同步加載的要求。

4 結(jié)論

本文針對轉(zhuǎn)向架靜態(tài)加載設(shè)備的特點，研究了以公共電阻電軸電路為核心的螺桿升降機電氣傳動系統(tǒng)，具有自鎖、管線布置簡單、避免環(huán)境污染同時保證加載性能指標(biāo)不變的特點。結(jié)合裝置運行過程，研究了一種基于同步轉(zhuǎn)速控制的整步方式，實驗驗證效果良好。

［1］孫磊.軌道車輛轉(zhuǎn)向架剛度試驗臺液壓伺服加載系統(tǒng)研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2007.

［2］曹勇.地鐵車輛轉(zhuǎn)向架靜壓試驗臺［J］.機車電傳動，2007（6）：51-55.

［3］何報杏.雙小車起重機加裝電氣同步升降裝置［J］.設(shè)備管理與維修，1993（9）：19-20.

［4］周岳南.龍門起重機的公共變阻器電軸同步系統(tǒng)［J］.起重運輸機械，1993（2）：6-8.

［5］顧谷繩.電機及拖動基礎(chǔ)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1983.