CN102809492A - 一种电机冷却风道加压状态加载试验方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种电机冷却风道加压状态五向加载试验方法及装置，将电机冷却风道放置于一个模拟动力转向架系统中，再将模拟动力转向架系统安装在试验平台上，通过电机冷却风道将加压装置、垂向偏转加载装置和横向复合加载装置联结在一起；模拟动力转向架系统又分别与一个垂向偏转施力装置和横向复合施力装置相连，其中，所述的垂向偏转施力装置从垂直方向与模拟动力转向架系统相接触，并对模拟动力转向架系统施加垂向和偏转试验力；所述的横向复合施力装置是水平布置的，横向复合施力装置从水平方向与模拟动力转向架系统相接触，采用液压传动与曲柄连杆机构相结合的方式，绕一个支点沿水平方向做弧线运动，对模拟动力转向架系统施加横向纵向扭转复合试验力。

Description

一种电机冷却风道加压状态加载试验方法及装置

技术领域

本发明涉及一种试验技术方法及装置，尤其是指一种电机冷却风道加压状态加载试验方法及装置，该发明可以对电机冷却风道同时进行加压状态下垂向、偏转、横向、纵向、扭转等五个方加载试验，属于试验技术方案、实验装备领域。

背景技术

动车组高速、重载，要求牵引电机功率大，对机组散热要求高，机组散热情形好坏将决定机车的安全运行。牵引电机的冷却通常是通过热固体表面与冷却空气之间的对流来实现。为提高热固体表面与冷却空气之间的放热系数，增强散热能力，在机车底部都装有提供冷却空气的电机冷却风道（简称风道）,可有效提高机组的散热性能。电机冷却风道主要由上法兰盘、橡胶层、钢环、下法兰盘组成，由于牵引电机运行所产生的振动及机车通过曲线时所产生的复合载荷，使风道在承受一定空气压力的工况下，同时承受垂向、偏转、扭转、横向、纵向5个方向复合载荷，因此对风道进行复合加载试验,相应的试验方法和装置已成为该试验技术领域的关键技术难题。

在专利数据库中检索，没有检索到与风道加压状态5向加载相关的试验方法和装置，国内外目前也尚未对风道进行过上述试验，针对上述试验技术难题，因此很有必要发明一种风道加压状态下5向加载试验方法和装置，填补该技术领域的空白。

发明内容

本发明的目的在于针对现有风道产品无法同时进行加压状态下五向加载试验的不足，通过理论计算、设计、试验，提供了一种可以对电机冷却风道产品同时进行加压状态下五向加载试验的试验方法及装置。

根据本发明目的所提出的技术实施方案是：一种电机冷却风道加压状态五向加载试验方法，将电机冷却风道放置于一个模拟动力转向架系统中，再将模拟动力转向架系统安装在试验平台上，通过电机冷却风道将加压装置、垂向偏转加载装置和横向复合加载装置联结在一起；模拟动力转向架系统又分别与一个垂向偏转施力装置和横向复合施力装置相连，其中，所述的垂向偏转施力装置从垂直方向与模拟动力转向架系统相接触，并对模拟动力转向架系统施加垂向和偏转试验力；所述的横向复合施力装置是水平布置的，横向复合施力装置从水平方向与模拟动力转向架系统相接触，采用液压传动与曲柄连杆机构相结合的方式，绕一个支点沿水平方向做弧线运动，对模拟动力转向架系统施加横向纵向扭转复合试验力。所述的加压装置是从侧面与风道接触，并对模拟动力转向架系统施加空气压力；由模拟动力转向架系统、加压装置、垂向偏转加载试验装置和横向复合加载试验装置实现对风道同时进行加压状态下垂向、偏转、横向、纵向、扭转五向加载试验。

根据上述试验方法所提出的试验装置，包括一台由垂向油缸和水平油缸组合形成的二通道组合加载试验机；试验装置分别设有垂向偏转部分、横向纵向扭转部分和通风加压部分。其中： 

所述的垂向偏转部分由垂向油缸、上固定装置、下固定装置组成。上固定装置安装在垂向加载油缸中心位置的下面，下固定装置安装在横向纵向扭转部分的滚动导向装置上，被测电机冷却风道被固定在上固定装置与下固定装置之间。上固定装置为一个有偏转角度且具有通风功能的上固定架与紧固件组合装置，被测电机冷却风道的上法兰盘通过紧固件与上固定装置的上固定架偏转风口连接在一起，上固定架冷却空气从上固装置侧面进风口进入，从底部出风口进入风道内。下固装置由下固定底板、紧固件、压条组成，其中下固定底板中间位置设有出风口，电机冷却风道的下法兰盘通过紧固件及压条与下固定装置的出风口连接。通过装配将整个被测电机冷却风道、上固定装置、下固定装置组合一个成具有偏转角度且具有通风功能的连通器。当垂向油缸向上拉伸时，侧支撑装置的上滑条将约束力臂，使其不产生弯曲变形，当垂向油缸向下压缩时，由滚动导向装置承载，从而实现垂向和偏转两向复合加载。

所述的横向纵向扭转部分包括水平油缸、支撑座、侧支撑座、力臂装置、滚动导向装置、滚动台、连杆装置、试验平台；横向纵向扭转部分安装在垂向偏转部分的下固定装置下面，通过滚动导向装置与下固定装置结合在一起，滚动台安装在滚棒上，滚棒固定在试验平台上；力臂装置一端与支撑座的转动杆装置，另一端通过销子与连杆装置装配在一起，形成一个绕支撑座的转动杆中心为支点，沿水平方向做弧线运动的曲柄连杆机构；滚动导向装置安装在一滚动台上，在力臂两侧对称位置安装有侧支撑座，当力臂装置转动时，通过力臂装置的横向固定杆带动滚动导向装置在滚动台的滚棒上来回滚动，侧支撑座主要是起水平导向和防止垂向拉伸时力臂产生弯曲变形的作用，滚动导向装置、滚动台主要是起垂向承载，防止平台侧翻，保持加载稳定性的作用。上述的曲柄连杆机构可实现横向、纵向和扭转向复合加载。

所述的通风加压部分是在上固定装置的上固定架旁设有通风加压部分，所述的通风加压部分由风机固定架、离心风机、硬风管（白铁皮制做）、软风管组成，离心风机安装在风机固定架上，离心风机通过硬风管和软风管与上固定装置的上固定架偏转风口连接。由离心风机产生的具有一定流量和压力的冷却空气，通过硬风管、软风管、上固定装置进行风道内，最后从下固定板上出气口排出，软风管主要起通风和吸收垂向油缸压缩和拉伸时所产生的变形,其中硬风管设计成喇叭形状，可以使冷却空气快速进入风道并产生一定的压力，实现在压力的情况下进行五向试验。

作为本发明的进一步改进，在力臂装置的力臂固定端设有U型槽，可实现半径无级可调，满足不同加载工况的要求。

本发明的优点在于：利用一个模拟动力转向架系统中，再将模拟动力转向架系统安装在试验平台上，通过电机冷却风道将加压装置、垂向偏转加载装置和横向复合加载装置联结在一起，实现电机冷却风道的加压状态下五向加载试验；具有试验的实际模拟性强，试验方法可靠，结构简单等优点，完全具备满足电机冷却风道产品同时进行加压状态下五向加载试验的要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意主视图；

图2是本发明的结构示意左视图；

图3是附图1的A-A剖视示意图。

图中：1-上固定装置；2-下固定装置；3-支撑座；4-侧支撑座；5-力臂装置；6-滚动导向装置；7-滚动台；8-连杆装置；9-横向固定杆；10-试验平台部件；11-风机固定架；12-离心风机；13-硬风管；14-软风管；15-垂向油缸；16-水平油缸。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的描述。

附图给出了本发明一个实施例，通过附图可以看出，本发明涉及一种电机冷却风道加压状态五向加载试验方法，将电机冷却风道放置于一个模拟动力转向架系统中，再将模拟动力转向架系统安装在试验平台上，通过电机冷却风道将加压装置、垂向偏转加载装置和横向复合加载装置联结在一起；模拟动力转向架系统又分别与一个垂向偏转施力装置和横向复合施力装置相连，其中，所述的垂向偏转施力装置从垂直方向与模拟动力转向架系统相接触，并对模拟动力转向架系统施加垂向和偏转试验力；所述的横向复合施力装置是水平布置的，横向复合施力装置从水平方向与模拟动力转向架系统相接触，采用液压传动与曲柄连杆机构相结合的方式，绕一个支点沿水平方向做弧线运动，对模拟动力转向架系统施加横向纵向扭转复合试验力。所述的加压装置是从侧面与风道接触，并对模拟动力转向架系统施加空气压力；由模拟动力转向架系统、加压装置、垂向偏转加载试验装置和横向复合加载试验装置实现对风道同时进行加压状态下垂向、偏转、横向、纵向、扭转五向加载试验。

根据上述试验方法所提出的试验装置，包括一台由垂向油缸和水平油缸组合形成的二通道组合加载试验机；试验装置分别设有垂向偏转部分、横向纵向扭转部分和通风加压部分。其中：所述的垂向偏转部分由垂向油缸、上固定装置、下固定装置组成。上固定装置安装在垂向加载油缸中心位置的下面，下固定装置安装在横向纵向扭转部分的滚动导向装置上，被测电机冷却风道被固定在上固定装置与下固定装置之间。上固定装置为一个有偏转角度且具有通风功能的上固定架与紧固件组合装置，被测电机冷却风道的上法兰盘通过紧固件与上固定装置的上固定架偏转风口连接在一起，上固定架冷却空气从上固装置侧面进风口进入，从底部出风口进入风道内。下固装置由下固定底板、紧固件、压条组成，其中下固定底板中间位置设有出风口，电机冷却风道的下法兰盘通过紧固件及压条与下固定装置的出风口连接。通过装配将整个被测电机冷却风道、上固定装置、下固定装置组合一个成具有偏转角度且具有通风功能的连通器。当垂向油缸向上拉伸时，侧支撑装置的上滑条将约束力臂，使其不产生弯曲变形，当垂向油缸向下压缩时，由滚动导向装置承载，从而实现垂向和偏转两向复合加载。

所述的横向纵向扭转部分包括水平油缸、支撑座、侧支撑座、力臂装置、滚动导向装置、滚动台、连杆装置、试验平台；横向纵向扭转部分安装在垂向偏转部分的下固定装置下面，通过滚动导向装置与下固定装置结合在一起，滚动台安装在滚棒上，滚棒固定在试验平台上；力臂装置一端与支撑座的转动杆装置，另一端通过销子与连杆装置装配在一起，形成一个绕支撑座的转动杆中心为支点，沿水平方向做弧线运动的曲柄连杆机构；滚动导向装置安装在一滚动台上，在力臂两侧对称位置安装有侧支撑座，当力臂装置转动时，通过力臂装置的横向固定杆带动滚动导向装置在滚动台的滚棒上来回滚动，侧支撑座主要是起水平导向和防止垂向拉伸时力臂产生弯曲变形的作用，滚动导向装置、滚动台主要是起垂向承载，防止平台侧翻，保持加载稳定性的作用。上述的曲柄连杆机构可实现横向、纵向和扭转向复合加载。

所述的通风加压部分是在上固定装置的上固定架旁设有通风加压部分，所述的通风加压部分由风机固定架、离心风机、硬风管（白铁皮制做）、软风管组成，离心风机安装在风机固定架上，离心风机通过硬风管和软风管与上固定装置的上固定架偏转风口连接。由离心风机产生的具有一定流量和压力的冷却空气，通过硬风管、软风管、上固定装置进行风道内，最后从下固定板上出气口排出，软风管主要起通风和吸收垂向油缸压缩和拉伸时所产生的变形,其中硬风管设计成喇叭形状，可以使冷却空气快速进入风道并产生一定的压力，实现在压力的情况下进行五向试验。

作为本发明的进一步改进，在力臂装置的力臂固定端设有U型槽，可实现半径无级可调，满足不同加载工况的要求。

一个具体的试验方法是：

1、根据风道的装车要求，通过实际路况测试，得出风道在动力转向架系统中的受力工况，如图1：垂向V₁:±30mm；偏转C₁:10°保持不变；横向Dy: ±143mm;纵向Dx：3mm; 扭转Drz：±4.2°。

2、根据勾股定律：Dy²＋Dx²＝Dxy1²，其中: Dy＝ 143mm，Dx＝ 3mm，得出：水平合成位移Dxy1＝ 143.03mm；根据正弦定律：（Dxy1/2）/R_D＝sin(Drz) ，其中: Dxy1＝ 143.03mm，Drz＝ 4.2°，得出：圆弧半径(臂长)R_D＝ 1592mm，具体计算详见图1和公式1。

3、具体试验参数：将半径为1592mm的力臂于支撑点位置固定，沿风道水平方向施加位移±143.03mm，频率1Hz，垂向施加位移±30mm，频率1Hz，循环加载120万次)。

横向、纵向、扭转变形计算公式：

其中：D_x ²  为横向位移, D_y ² 为纵向位移 ，D_rz为扭转角度，D_xy1 ² 为合成位移即水平油缸输出位移， R_Dxy 为臂长（圆弧半径）。

根据上述试验方法所提出的试验装置，包括一台二通道组合加载试验机（垂向油缸15和水平油缸16），且水平油缸16后端装配套铰链，试验装置主要由上固定装置1、下固定装置2、支撑座3、侧支撑座4、力臂装置5、滚动导向装置6、滚动台7、连杆装置8、横向固定杆9、试验平台部件10、风机固定架11、离心风机12、硬风管13、软风管14组成。分为垂向偏转、横向纵向扭转、无级可调、通风加压四部分。

所述的垂向偏转部分由垂向油缸15、上固定装置1、下固定装置2组成。其上固定装置由加工有10°偏转角度且具有通风功能的上固定架、开槽沉头螺钉M8x40、六角螺母M8组成，冷却空气从上固装置侧面进风口进入，从底部出风口进行风道内。固装置由下固定底板、开槽沉头螺钉M10x40、压条组成，其中下固定底板中位置加工有出风口，电机冷却风道的下法兰盘通过2个开槽沉头螺钉M10x40及压条与下固定装置连接，安装于力臂装置的承载平台上，上法兰盘通过上固定装置安装在垂向加载油缸中心位置，通过装配整个风道、上固定装置、下固定装置组合一个成10°偏转角度且具有通风功能的连通器。当垂向油缸向上拉伸时，侧支撑装置的上滑条将约束力臂，使其不产生弯曲变形，当垂向油缸向下压缩时，由滚动导向装置和下滑条承载，从实现垂向偏转2向复合加载。

所述的横向纵向扭转部分由水平油缸16、支撑座3、侧支撑座4、力臂装置5、滚动导向装置6、滚动台7、连杆装置8、横向固定杆9、试验平台10组成，其中支撑座由下底板、加强胫、转动杆组成；侧支撑座由下固定板、中间板、套筒、上滑条组成，力臂装置由力臂（热扎槽钢）、横梁、承载平台组成；滚动导向装置由导向杆一、导向杆二组成；滚动台由φ28的滚杆、框架一、框架二组成；连杆装置由销子、连杆、开口销组成。其中力臂装置一端与支撑座转动杆装置，另一端通过销子与连杆装配，形成一个绕支点沿水平方向做弧线运动曲柄连杆机构。在力臂两侧对称位置安装侧支撑座，当力臂转动时，通过力臂装置的横梁带动滚动导向装置在滚动台的滚棒上来回滚动，侧支撑座主要是起水平导向和防止垂向拉伸时力臂产生弯曲变形的作用，滚动导向装置、滚动台主要是起垂向承载，防止平台侧翻，保持加载稳定性的作用。上述的曲柄连杆机构可实现横向纵向扭转3向复合加载。

所述的无级可调部分是通过在力臂固定端加工有U型槽，可实现半径无级可调，满足不同加载工况的要求。

所述的通风加压部分由风机固定架11、离心风机12、硬风管（白铁皮制做）13、软风管14组成,由离心风机产生的具有一定流量和压力的冷却空气，通过硬风管、软风管、上固定装置进行风道内，最后从下固定板上出气口排出，软风管主要起通风和吸收垂向油缸压缩和拉伸时所产生的变形,其中硬风管设计成喇叭形状，可以使冷却空气快速进入风道并产生一定的压力。

Claims (9)

1.一种电机冷却风道加压状态五向加载试验方法，其特征在于：将电机冷却风道放置于一个模拟动力转向架系统中，再将模拟动力转向架系统安装在试验平台上，通过电机冷却风道将加压装置、垂向偏转加载装置和横向复合加载装置联结在一起；模拟动力转向架系统又分别与一个垂向偏转施力装置和横向复合施力装置相连，其中，所述的垂向偏转施力装置从垂直方向与模拟动力转向架系统相接触，并对模拟动力转向架系统施加垂向和偏转试验力；所述的横向复合施力装置是水平布置的，横向复合施力装置从水平方向与模拟动力转向架系统相接触，采用液压传动与曲柄连杆机构相结合的方式，绕一个支点沿水平方向做弧线运动，对模拟动力转向架系统施加横向纵向扭转复合试验力；所述的加压装置是从侧面与风道接触，并对模拟动力转向架系统施加空气压力；由模拟动力转向架系统、加压装置、垂向偏转加载试验装置和横向复合加载试验装置实现对风道同时进行加压状态下垂向、偏转、横向、纵向、扭转五向加载试验。

2.一种如权利要求1所述电机冷却风道加压状态五向加载试验方法的试验装置，包括一台由垂向油缸和水平油缸组合形成的二通道组合加载试验机；其特征在于：试验装置分别设有垂向偏转部分、横向纵向扭转部分和通风加压部分；其中：所述的垂向偏转部分由垂向油缸、上固定装置、下固定装置组成；

上固定装置安装在垂向加载油缸中心位置的下面，下固定装置安装在横向纵向扭转部分的滚动导向装置上，被测电机冷却风道被固定在上固定装置与下固定装置之间；所述的横向纵向扭转部分包括水平油缸、支撑座、侧支撑座、力臂装置、滚动导向装置、滚动台、连杆装置、试验平台；横向纵向扭转部分安装在垂向偏转部分的下固定装置下面，通过滚动导向装置与下固定装置结合在一起，滚动台安装在滚棒上，滚棒固定在试验平台上；所述的通风加压部分是在上固定装置的上固定架旁设有通风加压部分，所述的通风加压部分由风机固定架、离心风机、硬风管、软风管组成，离心风机安装在风机固定架上，离心风机通过硬风管和软风管与上固定装置的上固定架偏转风口连接。

3.如权利要求2所述的电机冷却风道加压状态五向加载试验装置，其特征在于：上固定装置为一个有偏转角度且具有通风功能的上固定架与紧固件组合装置，被测电机冷却风道的上法兰盘通过紧固件与上固定装置的上固定架偏转风口连接在一起，上固定架冷却空气从上固装置侧面进风口进入，从底部出风口进入风道内。

4.如权利要求2所述的电机冷却风道加压状态五向加载试验装置，其特征在于：下固装置由下固定底板、紧固件、压条组成，其中下固定底板中间位置设有出风口，电机冷却风道的下法兰盘通过紧固件及压条与下固定装置的出风口连接；

通过装配将整个被测电机冷却风道、上固定装置、下固定装置组合一个成具有偏转角度且具有通风功能的连通器。

5.如权利要求2所述的电机冷却风道加压状态五向加载试验装置，其特征在于：力臂装置一端与支撑座的转动杆装置，另一端通过销子与连杆装置装配在一起，形成一个绕支撑座的转动杆中心为支点，沿水平方向做弧线运动的曲柄连杆机构。

6.如权利要求2所述的电机冷却风道加压状态五向加载试验装置，其特征在于：滚动导向装置安装在一滚动台上，在力臂两侧对称位置安装有侧支撑座，当力臂装置转动时，通过力臂装置的横向固定杆带动滚动导向装置在滚动台的滚棒上来回滚动。

7.如权利要求2所述的电机冷却风道加压状态五向加载试验装置，其特征在于：由离心风机产生的具有一定流量和压力的冷却空气，通过硬风管、软风管、上固定装置进行风道内，最后从下固定板上出气口排出，软风管主要起通风和吸收垂向油缸压缩和拉伸时所产生的变形。

8.如权利要求7所述的电机冷却风道加压状态五向加载试验装置，其特征在于：硬风管为喇叭形状。

9.如权利要求1-8所述的电机冷却风道加压状态五向加载试验装置，其特征在于：在力臂装置的力臂固定端设有U型槽。

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