宋自帥 馬玉強(qiáng) 林新海

(南車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

大功率機(jī)車輪軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)的研制

宋自帥 馬玉強(qiáng) 林新海

(南車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

依據(jù)大功率機(jī)車輪軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)的激振要求，對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能夠滿足對(duì)機(jī)車輪軸的動(dòng)態(tài)加載要求。

激振；作動(dòng)器；液壓泵站；分油器；液壓系統(tǒng)

機(jī)車輪軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)車車輛的重要部件，為整個(gè)車輛的行駛提供驅(qū)動(dòng)力并將扭矩平穩(wěn)輸出到車軸上，在傳遞動(dòng)力的同時(shí)還直接承受來自軌道和車輪的不平順振動(dòng)及各種載荷，其運(yùn)行品質(zhì)的好壞直接影響機(jī)車車輛的性能，并關(guān)系到車輛行車安全。大功率機(jī)車輪軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)加載，包括1個(gè)位置的水平激振和4個(gè)位置的垂向激振，用于水平激振和垂直激振加載強(qiáng)度等試驗(yàn)，并且可以根據(jù)需要進(jìn)行組合模式試驗(yàn)，模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在滾動(dòng)振動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

1 液壓系統(tǒng)激振要求

1.1 液壓作動(dòng)器安裝位置及控制點(diǎn)位置

液壓作動(dòng)器及控制點(diǎn)位置如圖1所示，垂向作動(dòng)器安裝位置：A、B、C、D；水平作動(dòng)器安裝位置：E；控制點(diǎn)：M、N。作動(dòng)器主要技術(shù)參數(shù)為：垂向最大動(dòng)態(tài)載荷為±50kN(單只作動(dòng)器)；橫向最大動(dòng)態(tài)載荷±100kN(單只作動(dòng)器)；橫向、垂向最大振幅為±10mm;橫向、垂向最大速度為0.33m/s；橫向、垂向激擾最高頻率為10Hz；橫向、垂向最大加速度時(shí)頻率為2.6Hz。

圖1 液壓作動(dòng)器及控制點(diǎn)位置圖

1.2 具有載荷控制和位移控制模式

液壓作動(dòng)器通過模擬轉(zhuǎn)向架對(duì)輪軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行作用，提供模擬試驗(yàn)中所需要的動(dòng)態(tài)載荷和動(dòng)態(tài)位移，因此液壓系統(tǒng)需要包含載荷控制和位移控制2種模式，以便在不同試驗(yàn)要求下調(diào)換控制模式。液壓作動(dòng)器上具有力傳感器和位移傳感器，通過控制系統(tǒng)計(jì)算發(fā)給控制器數(shù)字命令，由伺服閥將其變?yōu)殡娏餍盘?hào)，從而改變油的流量，進(jìn)而決定作動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)，液壓系統(tǒng)通過力和位移傳感器的反饋，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的載荷和位移閉環(huán)控制。

2 液壓系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)計(jì)算

2.1 供油壓力PS的選擇

供油壓力PS的選擇非常重要，關(guān)系到液壓動(dòng)力元件的動(dòng)、靜態(tài)參數(shù)和液壓裝置的尺寸，也關(guān)系到動(dòng)力元件與負(fù)載的匹配是否合理[1]。常用的液壓系統(tǒng)供油壓力推薦如下：磨床為(0.8～2.0)MPa；組合機(jī)床不超過6.3MPa；車床、銑床、鏜床為(2～4)MPa；研磨機(jī)床為(2～5)MPa；拉床、龍門刨床不超過10MPa；農(nóng)業(yè)機(jī)械為(10～16)MPa；船用系統(tǒng)為(14～25)MPa；工程機(jī)械、重型機(jī)械、液壓機(jī)等為(16～32)MPa。

根據(jù)本試驗(yàn)臺(tái)的具體工作情況，參考現(xiàn)有同類試驗(yàn)臺(tái)的供油壓力，選擇供油壓力PS=21MPa。

2.2 作動(dòng)器主要參數(shù)確定

根據(jù)載荷控制系統(tǒng)的特性，使系統(tǒng)在供油壓力的80%狀態(tài)下工作[2]，即負(fù)載壓力PL=0.8PS=16.8MPa。

2.2.1 垂向作動(dòng)器

最大動(dòng)態(tài)載荷為FLmax=50kN，因此，

圓整取實(shí)際活塞直徑D垂=100 mm，實(shí)際活塞桿直徑d垂=80 mm。

2.2.2 橫向作動(dòng)器

最大動(dòng)態(tài)載荷為FLmax=100 kN，因此：

圓整取實(shí)際活塞直徑D橫=120mm，則實(shí)際活塞桿直徑d橫=80mm。

2.3 伺服閥的選型

根據(jù)技術(shù)參數(shù)，作動(dòng)器最大速度Vmax=0.33 mm/s，垂向作動(dòng)器最大負(fù)載流量為Q垂max=A垂Vmax=60 L/min；橫向作動(dòng)器最大負(fù)載流量為Q橫max=A橫Vmax=124 L/min。

結(jié)合Moog伺服閥的型號(hào)，50 kN作動(dòng)器配置1只G761-3005B伺服閥，100 kN作動(dòng)器配置2只G761-3005B伺服閥。

3 液壓系統(tǒng)的組成

大功率機(jī)車輪軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)由液壓泵站、作動(dòng)器、分油器、控制器、控制站計(jì)算機(jī)和管線等組成。

3.1 液壓泵站

液壓泵站額定工作壓力：21 MPa；額定流量：230 L/min；液壓油過濾標(biāo)準(zhǔn)：ISO 12/10 或更好(NAS 4級(jí))。液壓泵站采用遠(yuǎn)程和本地控制可以切換的方式，在本地控制臺(tái)上分別單獨(dú)啟動(dòng)和停止電機(jī)，轉(zhuǎn)矩平滑，無爬升現(xiàn)象；可以通過手動(dòng)操作或可編程控制器PLC軟件操作來完成邏輯切換、壓力調(diào)節(jié)和狀態(tài)監(jiān)控功能；具有遠(yuǎn)程控制、顯示和調(diào)節(jié)功能，如有危及設(shè)備安全的故障，油源具有自動(dòng)關(guān)機(jī)的功能；可以在本地和遠(yuǎn)程控制臺(tái)面板上進(jìn)行液位、壓力、油溫等參數(shù)的設(shè)置。

3.2 分油器

配置2套分油器, 共帶有5組獨(dú)立液壓輸出端口,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高/低壓控制,并達(dá)到最多進(jìn)行5個(gè)獨(dú)立測試的目的。每套分油器都配有 High/Low/Off 高、低壓控制。為了盡量減少壓力接入時(shí)對(duì)伺服系統(tǒng)和被試件的沖擊，采用帶電磁閥控制系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)壓力接入的時(shí)間。

3.3 50 kN作動(dòng)器和100 kN作動(dòng)器

均采用雙活塞桿雙作用式液壓缸，額定工作壓力為21 MPa，額定動(dòng)態(tài)力為50 kN(100 kN作動(dòng)器為100 kN)，靜態(tài)出力可達(dá)60 kN(100 kN作動(dòng)器為131 kN)，配置精度均為0.5%的一體式內(nèi)置LVDT位移傳感器和Interface 疲勞級(jí)力傳感器，配置1只(100 kN作動(dòng)器配置2只)G761-3005B伺服閥(16.5GPM)，液壓缸兩端球鉸及鎖緊墊圈，通過外部夾具可實(shí)現(xiàn)液壓缸固定。

3.4 控制器

Test Controller是一個(gè)輕型、可完全獨(dú)立運(yùn)行的完整測試控制器，機(jī)柜帶有顯示屏幕和鍵盤,可以直接完成測試操作；菜單結(jié)構(gòu)易于使用；可配置1～32路伺服測試通道(模塊配置)；帶“阻尼”功能控制算法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，易調(diào)整參數(shù)和運(yùn)行；可以完成力、位移和加速度控制。

Test Controller Unit 是一塊高性能的伺服控制卡，可以獨(dú)立完成對(duì)力、位移、加速度等多個(gè)參量的閉環(huán)伺服控制，其本身已經(jīng)包含了傳感器預(yù)放調(diào)理、伺服閉環(huán)控制、伺服閥驅(qū)動(dòng)等多種功能，附帶額外的一路模擬輸入和兩路模擬輸出、BNC接頭，可用于數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。

3.5 控制站計(jì)算機(jī)

控制站的計(jì)算機(jī)配置主要包括Dell PC 64位英特爾酷睿TM 2雙核i7處理器(2.66 GHz)，24英寸LED 平板顯示器，鼠標(biāo)鍵盤及標(biāo)準(zhǔn)附件。

4 結(jié)束語

目前該液壓系統(tǒng)已完成與大功率機(jī)車輪軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了搖擺、點(diǎn)頭、垂直動(dòng)作時(shí)橫向作動(dòng)器進(jìn)行加載及隨機(jī)信號(hào)迭代試驗(yàn)，各項(xiàng)參數(shù)滿足系統(tǒng)的技術(shù)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輪軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行橫向動(dòng)態(tài)加載，模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在滾動(dòng)振動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

[1] 郝明金. 百噸級(jí)阻尼器液壓振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)及其控制系統(tǒng)的研制[D]. 浙江：浙江大學(xué),2012.

[2] 萬 園. 高鐵軌道路基動(dòng)力測試液壓激振系統(tǒng)研究[D]. 武漢：武漢科技大學(xué),2012.□

(編輯：繆 媚)

2095-5251(2016)01-0012-02

2014-12-24

宋自帥(1981-)，男，本科學(xué)歷，高級(jí)工程師，從事液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制。

中國鐵路總公司(原鐵道部)科技研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2012J010-F)資助。

U260.14+

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