CN102680256B - 电力机车试验台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力机车试验台，由固定支承机车的机械系统、地面交流传动驱动和测功系统、试验参数测试系统、试验台辅助系统和试验台安装基础组成；能够满足900～1676mm之间不同轨距、1600～3000mm之间不同轴距自动调节、四轴和六轴交流传动电力机车的试验要求；与现有电力机车试验台的直流测功电阻耗功相比，可节省电能70%。本发明是一种试验功率大、能耗低且适应多种车型的电力机车试验台。

Description

电力机车试验台
技术领域
本发明属于试验装备，具体涉及一种用于交流传动电力机车性能试验和出厂试验的电力机车试验台。
背景技术
随着全国铁路数千台大功率交流传动电力机车陆续投入运用，以及首批技术引进机车检修周期的到来，急需研制用于大功率交流传动电力机车性能试验和检修后出厂试验的试验台，以解决迫在眉睫的国产化后新造大功率交流传动电力机车的性能试验和检修机车的出厂试验等问题。但是目前国内现有的机车性能试验台多采用直流牵引电动机作为负载测功、电阻耗功方式，功率小，能耗大，难以满足新造和检修技术引进交流传动电力机车大功率、多品种、高密度的试验要求。
发明内容
为解决上述现有机车性能试验台功率小、能耗大等问题，本发明的目的即是提供一种试验功率大、能耗低且适应多种车型的电力机车试验台。
本发明的技术方案如下，电力机车试验台，由固定支承机车的机械系统、地面交流传动驱动和测功系统、试验参数测试系统、试验台辅助系统和试验台安装基础组成；牵引性能试验时，电网向被试电力机车供电，由被试电力机车车轮带动机械系统中轨道轮对旋转，驱动机械系统中交流测功电机发电，在完成机车牵引功率和性能测试的同时，通过地面交流传动驱动和测功系统，将电能反馈回电网；制动性能试验时，电网向地面交流传动驱动和测功系统供电，由机械系统中交流测功电机驱动轨道轮对旋转，带动被试机车轮对旋转，被试机车交流牵引电机发电，在完成机车制动功率和性能测试的同时，通过被试机车上电能反馈系统，将电能反馈回电网。
固定支承机车的机械系统包括轨道轮对系统、测功台架系统、机车上台系统、轴距调节系统和牵引车钩系统；轨道轮对系统与测功台架系统之间通过万向轴连接，与机车上台系统一起设置于试验台安装基础的地坑内安装基础平台上，轴距调节系统固定于轨道轮对系统和测功台架系统底架上，牵引车钩系统设置于试验台安装基础的牵引车钩系统安装基础平台上。
轨道轮对系统包括用于模拟两条无限长钢轨的轨道轮对、轴箱、上底架、下底架、导轨、引导梁支架，共6组；轨道轮与轴之间采用过盈配合，轴箱的轴承采用双列圆柱球面向心轴承，上底架与下底架之间可绕中心销转动，支承机车上台系统中引导梁的引导梁支架可沿导轨平移。
采用上述技术方案后，本发明结构合理，能够满足900～1676mm之间不同轨距、1600～3000mm之间不同轴距自动调节、四轴和六轴交流传动电力机车的试验要求；与现有电力机车试验台的直流测功电阻耗功相比，可节省电能70%。因此本发明具有试验功率大、适应多种车型、节能减排降耗等诸多优点。
附图说明
图1是本发明中机械系统结构示意图。
图2是本发明中轨道轮对系统结构示意图。
图3是本发明中测功台架系统结构示意图。
图4和图5是本发明中机车上台系统结构示意图。
图6是本发明中轴距调节系统结构示意图。
图7是本发明中牵引车钩系统结构示意图。
图8是本发明中地面交流传动驱动和测功系统原理示意图。
图9是本发明中试验参数测试系统原理示意图。
图10是本发明中辅助系统原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
本发明的电力机车试验台，用于交流传动电力机车牵引性能试验、电力制动性能试验和出厂试验。它由固定支承机车的机械系统、地面交流传动驱动和测功系统、试验参数测试系统、试验台辅助系统和试验台安装基础等组成。牵引性能试验时，电网向被试电力机车供电，由被试电力机车车轮带动轨道轮对旋转，驱动交流测功电机发电，在完成机车牵引功率和性能测试的同时，通过地面交流测功电能反馈系统，将电能反馈回电网；制动性能试验时，电网向地面交流传动驱动系统供电，由地面交流测功电机驱动轨道轮对旋转，带动被试机车轮对旋转，被试机车交流牵引电机发电，在完成机车制动功率和性能测试的同时，通过被试机车上电能反馈系统，将电能反馈回电网。
本发明中固定支承机车的机械系统结构如图1所示。机车试验前，根据被试机车轴距、转向架中心距、车钩中心距离，通过轴距调节装置4调节并固定轨道轮对系统1和测功台架系统2的位置，同时调节牵引车钩系统5中车钩装置51的位置。被试机车通过机车上台系统3进入试验台，由牵引车钩系统5调节机车轮对与轨道轮对11对中，并将被试机车固定在试验台上。牵引性能试验时，由被试电力机车车轮带动轨道轮对11旋转，通过万向轴6、增速齿轮箱22驱动交流测功电机21发电；制动性能试验时，交流测功电机21通过增速齿轮箱22、万向轴6驱动轨道轮对11，带动被试机车轮对旋转。
如图2所示，本发明中轨道轮对系统1包括轨道轮对11、轴箱12、上底架13、下底架14、导轨15、引导梁支架16，共6组。轨道轮对11用于机车试验时模拟两条无限长钢轨，轨道轮17与轴18之间采用过盈配合，通过油压膨胀可以在轴上平滑移动，满足900～1676mm之间不同轨距机车试验要求。轴箱12轴承采用双列圆柱球面向心轴承。上底架13与下底架14之间可以绕中心销19转动，满足被试机车轮对与轨道轮对之间冲角调节要求。引导梁支架16用于支承机车上台系统3中引导梁31，可以沿导轨15平移，满足不同轨距调节的要求。
如图3所示，本发明中测功台架系统2由交流测功电机21、增速齿轮箱22、飞轮箱23、安装底架24、转矩转速测量仪25等组成，共6组。交流测功电机21与增速齿轮箱22和飞轮箱23之间分别通过弹性联轴器26连接，安装于同一公共安装底架24上。转矩转速测量仪25安装于增速齿轮箱22输入端，通过万向轴6与轨道轮对系统1连接。交流测功电机21在被试机车牵引试验时作为负载发电机，在被试机车制动试验时作为驱动电动机；增速齿轮箱22用于拓展交流测功电机21功率范围；飞轮箱23用于保证交流测功电机21起动和调速过程平稳可靠；转矩转速测量仪25用于测量被试机车轮周功率。
如图4和图5所示，本发明中机车上台系统3由引导梁31、活动支架32、升降系统33等组成。引导梁31支承在活动支架32和引导梁支架16上，可沿活动支架32导轨和轨道轮对导轨15横向移动，满足不同轨距机车试验上台要求；活动支架32安装在地坑内安装基础平台上，并可沿纵向移动，满足不同轴距机车试验上台支承要求；升降系统33包括油压千斤顶、液压泵站和同步控制系统，油压千斤顶安装于引导梁31与活动支架32和轨道轮对支架16之间，通过高压油管与液压泵站连接，控制引导梁31同步升降，满足被试机车上台要求。
如图6所示，本发明中轴距调节系统4由电机减速机41、传动杆42、蜗轮蜗杆减速机43、固定丝杠44、万向轴45、支架46等组成。电机减速机41和蜗轮蜗杆减速机43固定在轨道轮对下底架14和测功台架系统安装底架24上，电机减速机41与蜗轮蜗杆减速机43之间通过传动杆42连接，轨道轮对下底架14上蜗轮蜗杆减速机43与测功台架系统安装底架24上蜗轮蜗杆减速机43之间通过万向轴45连接，用以补偿安装误差，丝杠44固定安装在位于地坑地面的支架46上。电机减速机41通过传动杆42驱动蜗轮蜗杆减速机43内的蜗轮螺母旋转，从而带动轨道轮对系统1和测功台架系统2同时在地坑内安装基础平台上沿固定丝杠44移动，并通过计算机控制，实现轴距自动调节功能，满足不同轴距机车试验要求。
如图7所示，本发明中牵引车钩系统5由车钩装置51、拉压力传感器52、防脱装置53、丝杠54、螺母55、链条箱56、电机减速机57、支架58等组成，共2组。车钩装置51、拉压力传感器52和丝杠54固定在一起，拉压力传感器52安装防脱装置53，螺母55、链条箱56、电机减速机57安装在支架58上，整个牵引车钩系统5固定安装于地面牵引车钩系统安装基础平台上。电机减速机57通过链条箱56驱动螺母55旋转，从而带动车钩装置51在支架58内轨道上移动，实现机车上台轮对对中功能，同时满足不同车钩中心线机车试验要求。
本发明中地面交流传动驱动和测功系统如图8所示，由高压供电系统、牵引逆变系统、辅助系统和控制系统组成。
高压供电系统由高压断路器、高压开关柜、可移动接触网、控制及互锁系统等组成。高压开关柜分为可移动式接触网供电高压开关柜和地面交流传动驱动和测功系统供电高压开关柜。可移动式接触网控制及互锁系统除控制接触网移动外，还提供可移动式接触网与试验大厅内吊车之间电气互锁。高压供电系统可实现向可移动式接触网和地面交流传动驱动和测功系统供电，以及能量反馈功能，满足机车牵引和制动试验要求。
牵引逆变系统由牵引变压器、牵引变流器、电抗器等组成，共6组。分别向6台交流测功电机21供电，或将其发电反馈至电网。牵引变压器负责向牵引变流器供电。牵引变流器能够实现电源从工频、高压不可控单相交流电源到三相可控变压、变频的交流电源的转化，拖动负载电动机的运转，并实现对负载电动机的运行速度和转矩的控制。电抗器与牵引变流器的中间支路连接，用于二次谐波的吸收。
辅助系统由牵引变流器冷却及控制系统、测功电机冷却及控制系统、试验台通风机供电及控制系统、控制电源系统等组成。辅助系统采用变频控制，通过总线和试验台总控制系统进行连接，实现设备运行工况的监控。控制电源系统负责向整个试验台提供控制电源。
控制系统采用网络控制，由系统总线和设备级总线构成，实现试验台的控制、监视和故障诊断功能。控制系统与被试机车牵引控制系统配合，满足交流传动电力机车牵引性能和制动性能试验要求，同时实现两者之间电能互馈。另外，控制系统还具有保证6台交流测功电机恒转速的功能。
本发明中试验参数测试系统如图9所示，包括测试传感器、数据转换仪以及参数显示监测和报警系统等。其测试参数包括转速、扭矩、牵引力、电流、电压、温度、压力等。数据转换仪通过网线将数据传送至控制室，在总控制台和试验大厅大屏幕显示器上实时显示监测被试机车和试验台设备各参数。
本发明中辅助系统如图10所示，包括冷却润滑系统、通风系统和监视系统等。冷却润滑系统用于轨道轮对11轴箱12轴承、交流测功电机21轴承、增速齿轮箱22、飞轮箱23的润滑和冷却；通风系统分为大厅通风系统和地坑通风系统两组，大厅通风系统用于试验大厅的通风和散热，地坑通风系统用于地坑内设备的通风和散热；监视系统由安装于试验大厅侧墙上的摄像头和分别安装于总控制室侧墙和控制台上的显示屏组成。

Claims (9)

1.电力机车试验台，其特征在于：由固定支承机车的机械系统、地面交流传动驱动和测功系统、试验参数测试系统、试验台辅助系统和试验台安装基础组成；牵引性能试验时，电网向被试电力机车供电，由被试电力机车车轮带动机械系统中轨道轮对旋转，驱动机械系统中交流测功电机发电，在完成机车牵引功率和性能测试的同时，通过地面交流传动驱动和测功系统，将电能反馈回电网；制动性能试验时，电网向地面交流传动驱动和测功系统供电，由机械系统中交流测功电机驱动轨道轮对旋转，带动被试机车轮对旋转，被试机车交流牵引电机发电，在完成机车制动功率和性能测试的同时，通过被试机车上电能反馈系统，将电能反馈回电网；所述的固定支承机车的机械系统包括轨道轮对系统(1)、测功台架系统(2)、机车上台系统(3)、轴距调节系统(4)和牵引车钩系统(5)；轨道轮对系统(1)与测功台架系统(2)之间通过万向轴(6)连接，与机车上台系统(3)一起设置于试验台安装基础的地坑内安装基础平台上，轴距调节系统(4)固定于轨道轮对系统(1)和测功台架系统(2)底架上，牵引车钩系统(5)设置于试验台安装基础的牵引车钩系统安装基础平台上。
2.如权利要求1所述的电力机车试验台，其特征在于：所述的轨道轮对系统(1)包括用于模拟两条无限长钢轨的轨道轮对(11)、轴箱(12)、上底架(13)、下底架(14)、导轨(15)、引导梁支架(16)，共6组；轨道轮(17)与轴(18)之间采用过盈配合，轴箱(12)的轴承采用双列圆柱球面向心轴承，上底架(13)与下底架(14)之间可绕中心销(19)转动，支承机车上台系统(3)中引导梁(31)的引导梁支架(16)可沿导轨(15)平移。
3.如权利要求1所述的电力机车试验台，其特征在于：所述的测功台架系统(2)包括交流测功电机(21)、增速齿轮箱(22)、飞轮箱(23)、安装底架(24)、转矩转速测量仪(25)，共6组；交流测功电机(21)与增速齿轮箱(22)和飞轮箱(23)之间分别通过弹性联轴器(26)连接，设置于同一公共安装底架(24)上；转矩转速测量仪(25)设置于增速齿轮箱(22)输入端，通过万向轴(6)与轨道轮对系统(1)连接。
4.如权利要求1所述的电力机车试验台，其特征在于：所述的机车上台系统(3)包括引导梁(31)、活动支架(32)、升降系统(33)；引导梁(31)支承在活动支架(32)和引导梁支架(16)上，可沿活动支架(32)导轨和轨道轮对导轨(15)横向移动；活动支架(32)设置于试验台安装基础的地坑内安装基础平台上，并可沿纵向移动；升降系统(33)包括油压千斤顶、液压泵站和同步控制系统，油压千斤顶置于引导梁(31)与活动支架(32)和引导梁支架(16)之间，通过高压油管与液压泵站连接，控制引导梁(31)同步升降。
5.如权利要求1所述的电力机车试验台，其特征在于：所述的轴距调节系统(4)包括电机减速机(41)、传动杆(42)、蜗轮蜗杆减速机(43)、固定丝杠(44)、万向轴(45)、支架(46)；电机减速机(41)和蜗轮蜗杆减速机(43)固定在轨道轮对下底架(14)和测功台架系统安装底架(24)上，电机减速机(41)与蜗轮蜗杆减速机(43)之间通过传动杆(42)连接，轨道轮对下底架(14)上蜗轮蜗杆减速机(43)与测功台架系统安装底架(24)上蜗轮蜗杆减速机(43)之间通过万向轴(45)连接；丝杠(44)固定在位于试验台安装基础的地坑地面的支架(46)上。
6.如权利要求1所述的电力机车试验台，其特征在于：所述的牵引车钩系统(5)固定安装于地面牵引车钩系统安装基础平台上，包括车钩装置(51)、拉压力传感器(52)、防脱装置(53)、丝杠(54)、螺母(55)、链条箱(56)、电机减速机(57)、支架(58)，共2组；车钩装置(51)、拉压力传感器(52)和丝杠(54)固定在一起，拉压力传感器(52)设置有防脱装置(53)，螺母(55)、链条箱(56)、电机减速机(57)安置于支架(58)上。
7.如权利要求1所述的电力机车试验台，其特征在于：所述的地面交流传动驱动和测功系统包括高压供电系统、牵引逆变系统、辅助供电系统和控制系统；各种电器柜均安置于地面独立空间内。
8.如权利要求7所述的电力机车试验台，其特征在于：所述的高压供电系统包括高压断路器、高压开关柜、可移动接触网；其中高压断路器安置于室外电杆上；高压开关柜分为可移动接触网供电高压开关柜和地面交流传动驱动和测功系统供电高压开关柜；可移动接触网安置于试验台侧墙上，除了控制接触网移动外还提供可移动接触网与试验大厅内吊车之间电气互锁的控制系统，所述的牵引逆变系统包括牵引变压器、牵引变流器、电抗器，共6组，分别牵引6台交流测功电机(21)，所述的辅助系统采用变频控制，通过总线和试验台总控制系统连接，包括牵引变流器冷却供电系统、测功电机冷却供电系统、试验台通风机供电系统、控制电源系统，所述的控制系统采用网络控制系统，由系统总线和设备级总线构成，且与被试机车牵引控制系统配合；控制系统还具有保证6台交流测功电机恒转速的功能。
9.如权利要求1所述的电力机车试验台，其特征在于：所述的试验台辅助系统包括冷却润滑系统、通风系统和监视系统。其冷却润滑系统用于轨道轮对(11)轴箱(12)轴承、交流测功电机(21)轴承、增速齿轮箱(22)、飞轮箱(23)的润滑和冷却；其通风系统分为大厅通风系统和地坑通风系统两组；其监视系统的摄像头安装于试验大厅侧墙上，显示屏分别安装于总控制室侧墙和控制台上。
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