CN104458093A - 电力机车运行阻力的测试方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力机车运行阻力的测试方法包括:在滚动试验台上利用扭矩仪测得被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力;在线路上利用测力车钩测得被试电力机车在各预定速度下的车钩力;根据牵引规程计算得到线路上的坡道附加阻力和曲线附加阻力;根据所述预定运行单位基本阻力公式计算得到被试电力机车在各预定速度下的运行单位基本阻力;通过对各预定速度下的运行单位基本阻力利用最小二乘法进行回归计算,得到被试电力机车单位基本阻力试验公式,并利用该公式得到电力机车运行阻力;该方法能够在较短线路上完成电力机车运行阻力的测试。

Description

电力机车运行阻力的测试方法及装置
技术领域
本发明涉及电力机车领域,特别是涉及一种电力机车运行阻力的测试方法及装置。
背景技术
随着电力机车数量的增加,其中,电力机车是指从外界撷取电力作为能源驱动的铁路机车,电源包括架空电缆、第三轨、电池等。电力机车具有功率大、过载能力强、牵引力大、速度快、整备作业时间短、维修量少、运营费用低、便于实现多机牵引、能采用再生制动以及节约能量等优点。使用电力机车牵引车列,可以提高列车运行速度和承载重量,从而大幅度地提高铁路的运输能力和通过能力。
但是由于电力机车牵引力大、速度快等特点,为了电力机车能够安全运行,需要确定电力机车运行阻力是否正常。目前电力机车运行阻力的测试方法需要很长的试验线路,并且需要重复大量实验才能够测得电力机车的运行阻力。
因此,如何在较短线路上完成电力机车运行阻力的测试,是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种电力机车运行阻力的测试方法,该方法能够在较短线路上完成电力机车运行阻力的测试;本发明的另一目的是提供一种电力机车运行阻力的测试装置。
为解决上述技术问题,本发明提供一种电力机车运行阻力的测试方法包括:
在滚动试验台上利用扭矩仪测得被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力;
在线路上利用测力车钩测得被试电力机车在各预定速度下的车钩力;
根据牵引规程计算得到线路上的坡道附加阻力和曲线附加阻力;
根据预定运行单位基本阻力公式计算得到被试电力机车在各预定速度下的被测机车运行单位基本阻力;
通过对各预定速度下的运行单位基本阻力利用最小二乘法进行回归计算,得到被试电力机车单位基本阻力试验公式,并利用该公式得到电力机车运行阻力。
其中,所述预定单位运行基本阻力公式计算包括:
其中,F实测轮周为各预定速度下的轮周牵引力,F车钩为各预定速度下的车钩力,P为机车的计算整备重量,Wr为曲线附加阻力,Wi为坡道附加阻力,W0为对应各预定速度下的机车运行单位基本阻力。
其中,所述最小二乘法计算公式为:
W0'=A+B*V+C*V2
其中,A、B、C为最小二乘法系数,V为各预定速度,W0'为电力机车运行阻力。
其中,所述在滚动试验台上利用扭矩仪测得被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力包括:
将被试电力机车放置在滚动试验台上,使机车处于牵引工况;
滚动试验台通过制动给被试电力机车施加模拟负载;
通过扭矩仪测得被试电力机车的速度和轮周牵引力,得到被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力。
本发明所提供的一种电力机车运行阻力的测试装置,包括:
扭矩仪,用于在滚动试验台上利用扭矩仪测得被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力;
测力车钩,用于在线路上利用测力车钩测得被试电力机车在各预定速度下的车钩力;
处理器,用于根据牵引规程计算得到线路上的坡道附加阻力和曲线附加阻力,根据预定运行单位基本阻力公式计算得到各预定速度下的机车运行单位基本阻力,通过对各预定速度下的运行单位基本阻力利用最小二乘法进行回归计算,得到电力机车单位基本阻力试验公式,并利用该公式得到电力机车运行阻力。
其中,所述处理器包括:第一计算模块,第二计算模块,第三计算模块,其中,
第一计算模块,用于根据牵引规程计算得到线路上的坡道附加阻力和曲线附加阻力;
第二计算模块,用于根据预定运行单位基本阻力公式计算得到各预定速度下的机车运行单位基本阻力;
第三计算模块,用于通过对各预定速度下的运行单位基本阻力利用最小二乘法进行回归计算,得到电力机车单位基本阻力试验公式,并利用该公式得到电力机车运行阻力。
其中,所述第二计算模块包括:第二计算单元,用于利用公式计算被试电力机车在各预定速度下的运行单位基本阻力;
其中,F实测轮周为各预定速度下的轮周牵引力,F车钩为各预定速度下的车钩力,P为机车的计算整备重量,Wr为曲线附加阻力,Wi为坡道附加阻力,W0为对应各预定速度下的机车运行单位基本阻力。
其中,所述第三计算模块包括:第三计算单元,用于利用公式W0'=A+B*V+C*V2计算得到被试电力机车运行单位基本阻力,并利用该公式得到电力机车运行阻力;
其中,A、B、C为最小二乘法系数,V为各预定速度,W0'为电力机车运行单位基本阻力。
基于上述技术方案,本发明所提供的电力机车运行阻力的测试方法,在滚动试验台上利用扭矩仪测得被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力;在线路上利用测力车钩测得被试电力机车在各预定速度下的车钩力;根据牵引规程计算得到线路上的坡道附加阻力和曲线附加阻力;根据预定运行单位基本阻力公式计算得到被试电力机车在各预定速度下的运行单位基本阻力;通过对各预定速度下的运行单位基本阻力利用最小二乘法进行回归计算,得到被试电力机车单位基本阻力试验公式,并利用该公式得到电力机车运行阻力;通过在对机车进行牵引力特性试验的过程中,得到在各预定速度下的轮周牵引力,车钩力等实验数据,并将这些数据带入到预定运行单位基本阻力公式中得到每一个预定速度下的运行单位基本阻力。利用各个预定速度以及每一个预定速度下的机车运行单位基本阻力,通过最小二乘法对得到的各个预定速度以及相对应的被测机车运行基本阻力进行回归计算得到被试电力机车单位基本阻力试验公式,通过该公式可以计算得到每一速度下机车的运行阻力。且该方法不用重新在线路上进行单独试验来测试机车的运行阻力。该方法能够在较短线路上完成电力机车运行阻力的测试。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的电力机车运行阻力的测试方法的流程图;
图2为本发明获得的HXD1B型电力机车运行单位基本阻力试验结果示意图;
图3为利用溜放法获得的HXD1B型电力机车运行单位基本阻力试验结果示意图;
图4为本发明实施例提供的滚动试验台上利用扭矩仪测得被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力的流程图;
图5为本发明实施例提供的电力机车运行阻力的测试装置的结构框图;
图6为本发明实施例提供的处理器的结构框图;
图7为本发明实施例提供的第二计算模块的结构框图;
图8为本发明实施例提供的第三计算模块的结构框图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种电力机车运行阻力的测试方法,该方法能够在较短线路上完成电力机车运行阻力的测试;本发明的另一目的是提供一种电力机车运行阻力的测试装置。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
目前的无论是利用机车推送发还是利用单车溜放法在进行电力机车运行阻力的测试的过程中,都需要较长的试验线路,即使分为不同速度段进行试验,在处于速度比较高的速度段时,仍然是需要较长的试验线路。而且还需要在线路上进行大量的试验。目前的运行阻力试验需要的最大线路长度=机车从0km/h牵引至最大运行速度的距离+推送或惰行的距离+机车制动至0km/h的距离+机车和试验车的总长度+安全距离,需要在线路上以不同试验速度段反复进行大量的试验。
为了克服现有的电力机车运行阻力试验方法中需要较长试验线路,且需在线路上进行大量试验的缺点,本发明基于滚动试验台提出一种电力机车运行阻力的测试方法,该测试方法能不但能测出电力机车的运行阻力,而且还不需要进行推送或惰行,仅需要在相对较短的试验线路上(长度足够进行电力机车牵引力特性试验的试验线路)进行数次试验即可完成。
请参照图1,图1为本发明实施例提供的电力机车运行阻力的测试方法的流程图;该方法可以包括:
步骤s100、在滚动试验台上利用扭矩仪测得被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力;
其中,由于在电力机车研制完成后,一般会在滚动试验台上进行整车牵引力特性联调试验,然后在线路上进行整车牵引力特性型式试验。具体的,在滚动试验台上进行整车牵引力特性联调试验时,根据轮周力产生的机理,可得以下公式:
其中:F实测轮周为实测的轮周牵引力,单位为千牛(kN),可以用滚动试验台的扭矩仪测得;
Pi为实测的牵引电机有功功率,单位为千瓦(kW),可以用功率分析仪测得;
v为实测的电力机车速度,单位为千米每小时(km/h),可以用滚动试验台的扭矩仪测得;
ηi为电机效率,与电机功率和转速等有关;
ηe为机械传动效率,其数值基本恒定不变;
n为电力机车牵引电机数量,可以直接获得。
因此可以看到在滚动试验台上进行整车牵引力特性联调试验时,可以通过扭矩仪得到实测的机车速度以及该速度下实测的轮周牵引力;因此在滚动试验台上可以利用扭矩仪测得被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力;
该预定速度可以是测试前进行规定的,也可以是扭矩仪在测得各个实测的轮周牵引力的时候,并记录下该实测的轮周牵引力的对应的速度是多少。可以得到速度和轮周牵引力以及他们之间的对应关系。
步骤s110、在线路上利用测力车钩测得被试电力机车在各预定速度下的车钩力;
其中,在线路上进行整车牵引力特性型式试验时,对电力机车进行受力分析,可得:
F车钩=F轮周-P×9.81×(W0'+Wr+Wi)
其中,F车钩为实测的车钩力,单位为千牛(kN),可以用测力车钩测得;
P为电力机车的计算整备重量,单位为吨(t);
Wi和Wr分别为坡道附加阻力和曲线附加阻力,可以根据实际线路情况,通过牵引规程规定的计算方法获得;
其中,电力机车的轮周牵引力F轮周仍然可由下式获得:
其中,Pi和v分别为牵引电机有功功率和机车速度,可以通过功率分析仪和速度传感器分别测得。
步骤s120、根据牵引规程计算得到线路上的坡道附加阻力和曲线附加阻力;
步骤s130、根据预定运行单位基本阻力公式计算得到被试电力机车在各预定速度下的运行单位基本阻力;
其中,由于电力机车控制程序不变,在利用滚动试验台进行的整车牵引力特性联调试验和在线路上进行的线路牵引制动试验过程中,当同一牵引电机的有功功率基本相同和速度基本相同时,其效率也基本相同,即F实测轮周和F轮周计算公式中的Pi、ηi、ηe和v基本相同,因此滚动试验台上测得的轮周牵引力与机车在线路上进行牵引力特性试验时的轮周牵引力基本相同,F轮周≈F实测轮周,此时,根据公式F车钩=F轮周-P×9.81×(W0'+Wr+Wi)可得出电力机车在预定速度点的运行单位基本阻力为:
其中,W0为预定速度点对应的电力机车运行单位基本阻力,单位为牛每千牛(N/kN)
F实测轮周为电力机车在滚动试验台进行牵引力特性试验时实测的轮周牵引力,单位为千牛(kN),当牵引电机在滚动试验台上和在线路上的功率及速度基本相同时采用;
F轮周为电力机车进行线路牵引力特性试验时的实测车钩力,单位为千牛(kN),可以用测力车钩测得;
P为机车的计算整备重量,单位为吨(t);
Wi和Wr分别为坡道附加阻力和曲线附加阻力,根据实际线路情况,可以通过牵引规程规定的计算方法获得。
步骤s140、通过对各预定速度下的运行单位基本阻力利用最小二乘法进行回归计算,得到被试电力机车单位基本阻力试验公式,并利用该公式得到电力机车运行阻力。
其中,在得到了不同预定速度,以及不同预定速度下的被测机车运行单位基本阻力,利用W0'=A+B*V+C*V2进行最小二乘法进行回归计算,通过计算得到A、B、C为最小二乘法系数的数值。最终得到被试电力机车单位基本阻力试验公式,并可以利用该公式得到各个速度下的电力机车运行阻力。
例如,以HXD1B型电力机车为例,通过本发明的HXD1B型电力机车运行阻力试验试验方法获得的运行单位基本阻力公式为:W0'=1.246602+0.007236V+0.000225V2,请参照图2,图2为本发明获得的HXD1B型电力机车运行单位基本阻力试验结果示意图,其结果与利用溜放法测得的运行单位基本阻力公式基本一致,请参照图3,图3为利用溜放法获得的HXD1B型电力机车运行单位基本阻力试验结果示意图。通过上述两个实验结果的对比,可以验证本发明中电力机车运行阻力的测试方法的可行性。
请参考图4,图4为本发明实施例提供的滚动试验台上利用扭矩仪测得被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力的流程图;该方法可以包括:
步骤s200、将被试电力机车放置在滚动试验台上,使机车处于牵引工况;
步骤s210、滚动试验台通过制动给被试电力机车施加模拟负载;
步骤s220、通过扭矩仪测得被试电力机车的速度和轮周牵引力,得到被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力。
基于上述技术方案,本发明实施例提供的电力机车运行阻力的测试方法,通过在对机车进行牵引力特性试验的过程中,得到在各预定速度下的轮周牵引力,车钩力等实验数据,并将这些数据带入到预定运行单位基本阻力公式中得到每一个预定速度下的运行单位基本阻力。利用各个预定速度以及每一个预定速度下的机车运行单位基本阻力,通过最小二乘法对得到的各个预定速度以及相对应的运行单位基本阻力进行回归计算得到被试电力机车单位基本阻力试验公式,并利用该公式得到电力机车运行阻力,通过该公式可以计算得到每一速度下机车的运行阻力。且该方法不用额外的在线路上进行单独试验来测试机车的运行阻力可以直接利用机车牵引力试验的过程中得到电力机车运行阻力;减少测试次数,充分利用现有的资源进行。该方法能够在较短线路上完成电力机车运行阻力的测试。
本发明所提供的电力机车运行阻力的测试方法,可以通过上述方法能够在较短线路上完成电力机车运行阻力的测试。
下面对本发明实施例提供的电力机车运行阻力的测试装置进行介绍,下文描述的电力机车运行阻力的测试装置与上文描述的电力机车运行阻力的测试方法可相互对应参照。
请参考图5,图5为本发明实施例提供的电力机车运行阻力的测试装置的结构框图;该装置可以包括:
扭矩仪100,用于在滚动试验台上利用扭矩仪测得被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力;
测力车钩200,用于在线路上利用测力车钩测得被试电力机车在各预定速度下的车钩力;
处理器300,用于根据牵引规程计算得到线路上的坡道附加阻力和曲线附加阻力,根据预定运行单位基本阻力公式计算得到各预定速度下的机车运行单位基本阻力,通过对各预定速度下的运行单位基本阻力利用最小二乘法进行回归计算,得到被试电力机车单位基本阻力试验公式,并利用该公式得到电力机车运行阻力。
可选的,请参照图6,图6为本发明实施例提供的处理器的结构框图;该处理器300可以包括:第一计算模块310,第二计算模块320,第三计算模块330,其中,
第一计算模块310,用于根据牵引规程计算得到线路上的坡道附加阻力和曲线附加阻力;
第二计算模块320,用于根据预定运行单位基本阻力公式计算得到各预定速度下的机车运行单位基本阻力;
第三计算模块330,用于通过对各预定速度下的运行单位基本阻力利用最小二乘法进行回归计算,得到电力机车单位基本阻力试验公式,并利用该公式得到电力机车运行阻力。
可选的,请参考图7,图7为本发明实施例提供的第二计算模块320的结构框图;该模块可以包括:
第二计算单元321,用于利用公式计算被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力;
其中,F实测轮周为各预定速度下的轮周牵引力,F车钩为各预定速度下的车钩力,P为机车的计算整备重量,Wr为曲线附加阻力,Wi为坡道附加阻力,W0为对应各预定速度下的机车运行单位基本阻力。
可选的,请参照图8,图8为本发明实施例提供的第三计算模块330的结构框图;该模块可以包括:
第三计算单元331,用于利用公式W0'=A+B*V+C*V2计算得到被试电力机车运行单位基本阻力,并利用该公式得到电力机车运行阻力;
其中,A、B、C为最小二乘法系数,V为各预定速度,W0'为电力机车运行单位基本阻力。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的电力机车运行阻力的测试方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电力机车运行阻力的测试方法,其特征在于,包括:
在滚动试验台上利用扭矩仪测得被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力;
在线路上利用测力车钩测得被试电力机车在各预定速度下的车钩力;
根据牵引规程计算得到线路上的坡道附加阻力和曲线附加阻力;
根据预定运行单位基本阻力公式计算得到被试电力机车在各预定速度下的被测机车运行单位基本阻力;
通过对各预定速度下的运行单位基本阻力利用最小二乘法进行回归计算,得到被试电力机车单位基本阻力试验公式,并利用该公式得到电力机车运行阻力。
2.如权利要求1所述的测试方法,其特征在于,所述预定运行单位基本阻力公式计算包括:
其中,F实测轮周为各预定速度下的轮周牵引力,F车钩为各预定速度下的车钩力,P为机车的计算整备重量,Wr为曲线附加阻力,Wi为坡道附加阻力,W0为对应各预定速度下的机车运行单位基本阻力。
3.如权利要求1所述的测试方法,其特征在于,所述最小二乘法计算公式为:
W0'=A+B*V+C*V2
其中,A、B、C为最小二乘法系数,V为各预定速度,W0'为电力机车运行单位基本阻力。
4.如权利要求1所述的测试方法,其特征在于,所述在滚动试验台上利用扭矩仪测得被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力包括:
将被试电力机车放置在滚动试验台上,使机车处于牵引工况;
滚动试验台通过制动给被试电力机车施加模拟负载;
通过扭矩仪测得被试电力机车的速度和轮周牵引力,得到被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力。
5.一种电力机车运行阻力的测试装置,其特征在于,包括:
扭矩仪,用于在滚动试验台上利用扭矩仪测得被试电力机车在各预定速度下的轮周牵引力;
测力车钩,用于在线路上利用测力车钩测得被试电力机车在各预定速度下的车钩力;
处理器,用于根据牵引规程计算得到线路上的坡道附加阻力和曲线附加阻力,根据预定运行单位基本阻力公式计算得到各预定速度下的机车运行单位基本阻力,通过对各预定速度下的运行单位基本阻力利用最小二乘法进行回归计算,得到电力机车单位基本阻力试验公式,并利用该公式得到电力机车运行阻力。
6.如权利要求5所述的测试装置,其特征在于,所述处理器包括:第一计算模块,第二计算模块,第三计算模块,其中,
第一计算模块,用于根据牵引规程计算得到线路上的坡道附加阻力和曲线附加阻力;
第二计算模块,用于根据预定运行单位基本阻力公式计算得到各预定速度下的机车运行单位基本阻力;
第三计算模块,用于通过对各预定速度下的运行单位基本阻力利用最小二乘法进行回归计算,得到电力机车单位基本阻力试验公式,并利用该公式得到电力机车运行阻力。
7.如权利要求6所述的测试装置,其特征在于,所述第二计算模块包括:第二计算单元,用于利用公式计算被试电力机车在各预定速度下的运行单位基本阻力;
其中,F实测轮周为各预定速度下的轮周牵引力,F车钩为各预定速度下的车钩力,P为机车的计算整备重量,Wr为曲线附加阻力,Wi为坡道附加阻力,W0为对应各预定速度下的运行单位基本阻力。
8.如权利要求6所述的测试装置,其特征在于,所述第三计算模块包括:第三计算单元,用于利用公式W0'=A+B*V+C*V2计算得到电力机车单位基本阻力试验公式,并利用该公式得到电力机车运行阻力;
其中,A、B、C为最小二乘法系数,V为各预定速度,W0'为电力机车运行单位基本阻力。
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