嚴世洪，何新，李凌

（中車大連機車車輛有限公司，遼寧 大連 116022）

引言

隨著鐵路機車車輛運行速度的不斷提高，大功率牽引機車逐步成為我國鐵路干線上的主力，HXD2 型電力機車牽引功率達到10000kW，HXD3 系列電力機車牽引功率達到9600kW，不管是在高速領(lǐng)域還是在重載領(lǐng)域，輪軸驅(qū)動系統(tǒng)都是機車最重要的運動系統(tǒng)，更大功率、更高轉(zhuǎn)速的牽引電機對輪軸驅(qū)動系統(tǒng)牽引齒輪和驅(qū)動軸承的可靠性也提出了更高的要求。因此，機車驅(qū)動例行試驗臺作為檢驗機車驅(qū)動裝置可靠性的重要保障，對它的研究及應(yīng)用，成為改善我國大功率交流傳動機車動力性能的重要一環(huán)。

1 機車驅(qū)動例行試驗臺簡介

機車驅(qū)動裝置例行試驗臺的主要功能是通過測試電力機車的振動速度、溫度的變化，來檢驗輪對裝配、電機懸掛裝置、軸箱裝配的組裝質(zhì)量。國內(nèi)現(xiàn)有的機車驅(qū)動試驗臺通用性差，只能滿足單一品種機車的實驗要求，而且采用高壓驅(qū)動，設(shè)備龐大、成本昂貴、維護困難。

為解決上述問題，項目組研制出一種新型驅(qū)動裝置例行試驗臺。試驗臺主要由控制、信號采集與分析、監(jiān)控管理等部分組成，直接采用低壓驅(qū)動，可同時滿足兩臺不同型號機車驅(qū)動的實驗要求，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1-1所示。

圖1 -1 機車驅(qū)動裝置例行試驗臺系統(tǒng)構(gòu)架圖

控制部分，主要通過變頻器來控制電機的啟、停，并以一定的速度斜率控制電機的轉(zhuǎn)速；信號采集部分，由溫度傳感器采集齒輪箱油的溫度信號和由振動速度傳感器檢測并提取X、Y、Z 軸的振動信號；監(jiān)控管理部分，實現(xiàn)對采集到的信號進行分析、報警、儲存、打印、人機對話、參數(shù)設(shè)定，以及實時動態(tài)測量曲線的顯示等功能。試驗臺主要結(jié)構(gòu)包括工控機、PLC、LCD 顯示器、打印機、振動信號分析儀、變頻器、電源轉(zhuǎn)換開關(guān)、驅(qū)動裝置支架等，具體工作平臺如圖1-2 所示。

圖1 -2 工作平臺實物圖

2 實用創(chuàng)新點

（1）直接采用低電壓驅(qū)動，免去了原有實驗平臺需要一個升壓變壓器，將變頻器輸出脈沖電壓升至額定電壓后才能供給機車驅(qū)動裝置的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，采用低壓驅(qū)動提高了系統(tǒng)的安全性，也降低了維護難度。

（2）本系統(tǒng)中，變頻器選用法國施耐德公司的ATV71EXC2C16N4 柜式工程變頻器，由此變頻器驅(qū)動并控制電機的速度，并通過通訊端口（PROFIBUS 總線）與PLC 進行數(shù)據(jù)通訊，調(diào)控電機的轉(zhuǎn)速，并獲取變頻器運行過程中的參數(shù)。變頻器的起、停、正、反轉(zhuǎn)由控制柜控制面板上的操控按鍵進行控制。同時控制器選用了先進的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式，具有簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能，不需要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計算，它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學(xué)模型。

（3）本系統(tǒng)設(shè)有接地控制開關(guān)，當(dāng)某個機車驅(qū)動裝置試驗完，需人工操作響應(yīng)的接地按鈕，接地轉(zhuǎn)換開關(guān)動作，將對應(yīng)機車驅(qū)動裝置的電線和變頻器輸出線斷開，并將驅(qū)動裝置電線接地，大大加強了系統(tǒng)的安全性能，有效避免意外事故發(fā)生傷及試驗人員的人身安全。

（4）信號采集部分，本系統(tǒng)通過獲取機車驅(qū)動裝置（驅(qū)動電機）實時的振動、溫度等信號，對驅(qū)動裝置的運行狀態(tài)進行判斷，并對異常情況做出報警。最大數(shù)據(jù)采集配置為32 個振動速度點，10 個溫度點，兩個環(huán)境溫度點，并采用三線制接線法，低通濾波，頻域變換等方式，提高溫度、震動等信號的測量精度，以目前機車上應(yīng)用較廣的龐巴迪電機為例，信號檢測位置如圖2-1 所示。

圖2 -1 龐巴迪電機信號檢測位置示意圖

（5）本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理部分基于OPC 技術(shù)自主研發(fā)，與PLC 之間通信靈活，可以同時支持2 個試驗臺，分別對兩套電機裝置進行獨立操作，具有自定義曲線運行和內(nèi)置曲線運行兩種方式，最多可設(shè)置12 個控制節(jié)點。并且具有測點實時運行曲線，單點轉(zhuǎn)速振動曲線，和多點轉(zhuǎn)速振動曲線三種顯示模式，三種曲線可以通過單擊下面的選項卡來進行切換，最終測試結(jié)果曲線包含整個測試過程的所有配置測點數(shù)據(jù)，均可通過顯示控制面板對各測點趨勢的顯示進行控制，實時數(shù)據(jù)瀏覽界面如圖2-2 所示。

圖2 -2 實時數(shù)據(jù)瀏覽界面

3 工程應(yīng)用與社會評價

機車驅(qū)動例行試驗臺由中國北車大連機車公司自主設(shè)計研發(fā)，通過了由大連交通大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、鐵道部駐公司驗收室和公司內(nèi)外專家組成的專家組評審，專家評審組一致認為，該機車驅(qū)動裝置例行試驗臺設(shè)計方案，操作簡單，使用方便，功能齊全，檢測結(jié)果準確，工作效率高，適用于各種和諧型機車以及城軌、客運機車的驅(qū)動裝置試驗，在國內(nèi)應(yīng)用上優(yōu)于國際同類產(chǎn)品。

目前該機車驅(qū)動例行實驗臺在大連廠內(nèi)廣泛應(yīng)用于HXD3，HXD3B 等和諧型大功率機車，成為鐵路機車大功率牽引轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)從貨運到客貨通用拓展的重要品質(zhì)保障。自該實驗平臺投入使用以來，累計實驗各品種機車一千余臺，成為檢驗大功率機車動力學(xué)性能的有效手段。得到了社會各界的廣泛認可。

4 結(jié)語

機車驅(qū)動裝置例行試驗臺性能先進，其控制系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)融入多項創(chuàng)新技術(shù)，采用了結(jié)構(gòu)簡單、運行安全的低電壓驅(qū)動，選用了先進的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式，實現(xiàn)了簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能；信號采集實現(xiàn)了32 個振動速度點、10 個溫度點、2 個環(huán)境溫度點的實時數(shù)據(jù)采集，信號處理部分基于OPC 技術(shù)完全自主設(shè)計開發(fā)，達到國內(nèi)現(xiàn)有機車驅(qū)動裝置的實驗平臺的領(lǐng)先水平。

實驗臺有操作性好，適用車型廣的使用優(yōu)勢，可以同時支持2 個試驗臺，分別對2 套電機裝置進行獨立操作，能滿足和諧型不同功率等級的交流傳動機車，以及城軌、200km 客運機車等多種驅(qū)動裝置試驗和生產(chǎn)需要。投入使用以來，完成了一千余臺機車實驗，有效保障了鐵路裝備質(zhì)量，促進國家“一帶一路”戰(zhàn)略發(fā)展。