CN108663223A - 牵引试验台 - Google Patents

Abstract

一种牵引试验台，用于测试列车牵引系统，包括被试电机，以及用于测试所述被试电机转速、转矩的第一传感器，包括负载计算单元、负载模拟单元和负载控制单元，所述负载计算单元包括线路设定模块、位置计算模块、阻力转矩计算模块、加速度计算模块、惯量转矩计算模块、模拟转矩计算模块，所述负载模拟单元包括飞轮组和陪试电机，实现列车线路运行时的仿真模拟。通过第一传感器和负载计算单元的设置，有效的实现了列车实际路线中各种状态下的转矩的计算；通过负载模拟单元和负载控制单元的设置，使牵引试验台可以根据运行状态实时的模拟转矩，从而可以模拟列车实际运行路线中的状态，从而可以测得接近实际状态下的牵引系统的各个参数。

Description

牵引试验台

技术领域

本发明涉及牵引系统测试领域，尤其涉及一种牵引试验台。

背景技术

随着轨道车辆交流传动技术的不断成熟，我国轨道交通牵引技术的自主化程度不断深入，节能减排理念的不断倡导，针对城轨车辆牵引系统研究和开发，对其牵引系统和关键部件试验技术的研究，利用一个功能完善、先进高效的牵引系统试验台对其进行研究、试验、检测和鉴定有着至关重要的意义。

在牵引变流器设计初期，往往根据用户需求借助牵引计算软件对列车进行牵引特性设计，并根据实际的运行线路的纵断面图进行线路仿真验证。变流器产品设计完成后，往往只能在牵引试验台上进行标准型式试验和组合试验，而当牵引变流器产品装车后才能进行线路试验直至最终载客运营。因此，列车加速度性能评估、旅行速度评估，全程电机RMS电流评估等参数除了设计初期进行的牵引计算可以得到理论计算值后，实际数据均需在装有被试牵引系统的列车上及实际线路上进行试验，这样导致试验成本高、试验周期长等问题。在此过程中，由于线路条件复杂，列车工况转换频繁，若牵引变流器产品设计存在缺陷导致故障发生，往往难以立刻安排试验查找故障，而是需要较长的协调时间安排在实际线路上重现故障并解决，耗费时间长，效率低，对调试人员提出了更高的要求。

因此，一种可以模拟列车整个实际运行路线的牵引试验台是本领域技术人员迫切需要的。

发明内容

针对现有牵引试验台不能模拟测试整个实际运行线路的问题，本发明提出一种可以模拟整个实际运行线路的牵引试验台。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种牵引试验台，用于测试列车牵引系统，包括被试电机、用于测试所述被试电机转速的第一传感器以及负载计算单元，所述负载计算单元包括：

线路设定模块：用于设定列车运行线路信息；

位置计算模块：分别与所述第一传感器及所述线路设定模块电性连接，根据所述第一传感器测定的转速，实时计算列车运行的速度及距离，根据线路设定模块中设定的运行线路信息，计算出列车对应的运行线路中的位置；

阻力转矩计算模块：与所述位置计算模块电性连接，根据所述位置计算模块计算出的列车对应的运行线路中的位置，计算当前位置下的附加阻力，根据所述位置计算模块计算的列车运行的速度，计算列车的基本阻力，并根据基本阻力和附加阻力计算当前列车的阻力所对应的阻力转矩值。

作为优选，所述负载计算单元还包括：

加速度计算模块：与所述第一传感器电性连接，用于计算被试电机的角加速度；

惯量转矩计算模块：根据所述被试电机的角加速度计算相应的惯量转矩值。

作为优选，所述惯量转矩计算模块：根据列车动轴数、传动效率、车轮半径、齿轮传动比计算单轴等效转动惯量，并根据所述单轴等效转动惯量计算所述被试电机的角加速度对应的惯量转矩值。

作为优选，所述负载计算单元还包括模拟转矩计算模块：与所述阻力转矩计算模块和惯量转矩计算模块电性连接，用于计算需要模拟的负载转矩值。

作为优选，还包括负载模拟单元和负载控制单元，所述负载模拟单元包括与所述被试电机连接的陪试电机，

所述负载控制单元：与所述陪试电机和负载计算单元电性连接以接收所述负载计算单元计算的需要模拟的负载转矩值，并控制所述陪试电机以使所述被试电机输出侧加载的转矩等于所述负载转矩值。

作为优选，还包括飞轮组，所述被试电机与所述陪试电机通过所述飞轮组连接，所述模拟转矩计算模块：根据所述飞轮组的机械惯量、惯量转矩计算模块及阻力转矩计算模块计算需要所述陪试电机输出的陪试电机转矩值。

作为优选，所述第一传感器可测所述被试电机的转矩，所述负载控制单元与所述第一传感器电性连接，

所述负载控制单元还包括：接收所述第一传感器检测的转矩并与所述负载转矩值作比较，根据比较结果，控制所述陪试电机以使所述被试电机输出侧加载的转矩与所述负载转矩值相同。

作为优选，所述线路设定模块还包括设定运行路线中坡道、弯道、隧道的参数信息。

作为优选，所述线路设定模块还包括设定停站信息、制动减速度、限速信息。

作为优选，所述阻力转矩计算模块：可以根据运行线路信息计算对应的线路附加阻力表，根据运行线路中的位置及线路附加阻力表计算附加阻力。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

通过第一传感器和负载计算单元中线路设定模块、位置计算模块、阻力转矩计算模块的设置，有效的实现了列车实际路线中各种位置及状态下的阻力转矩的计算；通过加速度计算模块和惯量转矩计算模块的设置，可以实现实时惯量转矩值的计算；通过负载模拟单元的设置，使牵引试验台可以根据计算的负载转矩值实时的进行负载转矩的模拟，从而可以模拟列车实际运行路线中的负载；通过第一传感器和负载控制单元的设置，实现闭环控制，从而确保被试电机输出侧加载的转矩等于负载转矩值；通过这种牵引试验台模拟整个运行路线，可以得到较为接近实际的加速度性能评估、旅行速度评估，全程电机RMS电流评估数据，有效地降低了线路调试试验成本，并提高了效率。

附图说明

图1为本发明牵引试验台的原理图；

图2为本发明所述牵引试验台的部分结构示意图；

图3为本发明所述牵引试验台的电路示意图。

以上各图中，1、被试电机；2、第一传感器；3、负载计算单元；31、线路设定模块；32、位置计算模块；33、阻力转矩计算模块；34、加速度计算模块；35、惯量转矩计算模块；36模拟转矩计算模块；4、负载模拟单元；41、飞轮组；42、陪试电机；5、负载控制单元；6、陪试变频器。7、被试控制单元；8、被试变流器

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参考图1，本发明提出一种牵引试验台，用于测试列车牵引系统，包括被试电机1、用于测试所述被试电机转速的第一传感器2以及负载计算单元3，所述负载计算单元3包括：

线路设定模块31：用于设定列车运行线路信息；

位置计算模块32：分别与所述第一传感器2及所述线路设定模块31电性连接，根据所述第一传感器测定的转速，实时计算列车运行的速度及距离，根据线路设定模块中设定的运行路线，计算出列车对应的运行线路中的位置；

阻力转矩计算模块33：与所述位置计算模块32电性连接，根据所述位置计算模块32计算出的列车对应的运行线路中的位置，计算当前位置下的附加阻力，根据所述位置计算模块32计算的列车运行的速度，计算列车的基本阻力，并根据基本阻力和附加阻力计算当前列车所受总阻力所对应的阻力转矩值。

本发明通过所述第一传感器2对所述被试电机1转速进行实时测试，通过所述负载计算单元3中线路设定模块31、位置计算模块32和阻力转矩计算模块33的设置，有效的实现了列车实际路线中各种位置及状态下的阻力转矩值的计算。

所述牵引试验台包括被试电机1和负载模拟单元4，所述负载模拟单元4包括飞轮组41和陪试电机42，所述被试电机1、飞轮组41、陪试电机42采用“背靠背”的连接方式，均安装于铸铁平台上，所述飞轮组41为高速飞轮组，用于模拟部分列车车重带来的惯量，稳定系统转速，提高了系统在列车速度突变瞬间的电惯量模拟的响应速度。所述陪试电机42特性覆盖范围广，因采用高速飞轮组，故无需加装齿轮箱，所述飞轮组41可与陪试电机42直接连接方式，降低了系统的故障率。所述陪试电机42与所述飞轮组41间连接相对固定，采用金属叠片挠性联轴器进行连接，而所述被试电机1与所述飞轮组42的连接选择球笼式万向联轴器，带有一定的轴向伸缩量，方便经常更换所述被试电机1。所述第一传感器2设置在所述被试电机1与所述飞轮组42之间，所述第一传感器2可以测量扭矩和转速。

所述负载计算单元3用于计算列车在任意车重及载荷状态下、运行路线中各个位置和状态下牵引系统的负载，所述负载计算单元3与所述第一传感器2电性连接，此处优选为采用以太网传输相应信息。所述负载计算单元3包括线路设定模块31、位置计算模块32、阻力转矩计算模块33、加速度计算模块34、惯量转矩计算模块35、模拟转矩计算模块36：

所述线路设定模块路设定模块31：用来设定列车运行线路信息；能够设定路线的长度、坡道、弯道、隧道、站点信息、制动减速度、限速信息等参数，可以根据列车需要行驶的路线设定不同的参数信息，从而测试被试牵引系统在设定的运行线路状况下的性能。

所述位置计算模块32：与所述第一传感器2、所述线路设定模块路设定模块31电性连接，用于测试和计算试验中模拟的列车运行的速度和位于运行路线中的位置；所述位置计算模块32实时采集所述第一传感器2检测到的所述被试电机1的转速，所述位置计算模块32根据预先设定的齿轮传动比、车轮半径等参数计算对应的列车速度，并通过积分计算得到列车运行的距离，根据线路设定模块31设定的参数，对应找到列车所处位置。

所述阻力转矩计算模块33：与所述位置计算模块32电性连接，用于计算列车的阻力所对应的加载在所述被试电机1输出侧的阻力转矩值，列车阻力包括基本阻力和附加阻力：

基本阻力与列车速直接相关，其计算公式为：

R＝A+B*V+C*V^2 (1)

其中：A、B、C为阻力系数；

V为列车速度。

将公式1中相应参数导入所述阻力转矩计算模块33中，以计算基本阻力部分。

附加阻力是由于线路变化带来的阻力，包括坡道、隧道、弯道等因素产生的，根据所述线路设定模块31中设计的列车运行路线信息以及列车的编组重量、车轮半径、齿轮传动比、传动效率、阻力系数等参数，计算各个位置的附加阻力得到附加阻力表并导入所述阻力转矩计算模块33中；

所述阻力转矩计算模块33将附加阻力和基本阻力相加以计算列车的阻力，再根据计算出的列车的阻力计算所对应的阻力转矩值。

所述加速度计算模块34：与所述第一传感器2电性连接，实时接收所述被试电机1的转速并计算其角加速度。

所述惯量转矩计算模块35：与所述加速度计算模块34电性连接，实时接收所述被试电机1的角加速度值，根据列车总重量、动轴数、传动效率得到单轴列车质量，用于将列车线路模拟问题等效为单台电机的负载模拟问题。再根据单轴列车质量、车轮半径、齿轮传动比计算单轴等效转动惯量，并根据计算的单轴等效转动惯量和角加速度值计算其加速度对应的作用于所述被试电机1输出侧的惯量转矩，其中，单轴等效转动惯量的计算公式如下所示：

其中：J”_m为单轴等效转动惯量；

M为单轴列车质量；

R为车轮半径；

i_g为齿轮传动比。

所述惯量转矩的计算公式如下所示：

其中：T_ω为惯量转矩值；

J”_m为单轴等效转动惯量；

ω为被试电机角速度。

所述模拟转矩计算模块36：与所述阻力转矩计算模块33和惯量转矩计算模块35电性连接，用于计算需要模拟的负载转矩值，将阻力转矩值和惯量转矩值相加，即为负载转矩值，其计算公式如下所示：

T_L＝T_ω+f (4)

其中：T_L为负载转矩值；

T_ω为惯量转矩值；

f为阻力转矩值。

此外，因本牵引试验台使用机械惯量和电惯量配合的方式实现模拟负载，因此，所述模拟转矩计算模块36可以通过预先设定所述飞轮组41的机械惯量，然后计算需要所述陪试电机42补充的惯量，从而计算所述陪试电机42对应的转矩值。

所述负载控制单元5分别与所述第一传感器2、负载计算单元3、负载模拟单元4电性连接，所述负载控制单元5用于控制所述陪试电机42使所述被试电机1输出侧加载的转矩值等于负载转矩值。所述负载控制单元5接收所述第一传感器2检测的转矩值，与所述模拟转矩计算模块36计算的负载转矩值作比较，调整所述陪试电机42的转矩，最终确保施加在所述被试电机1输出侧的转矩值等于负载转矩值，此处优选为通过陪试变频器6控制所述陪试电机42。所述被试电机1由被试控制单元7控制，试验时可实现列车各种状态的临时模拟，所述被试控制单元7包括被试变流器8，从而实现试验台对被试牵引系统的线路模拟试验测试。

本发明所述牵引试验台通过第一传感器2和负载计算单元3中线路设定模块31、位置计算模块32、阻力转矩计算模块33的设置，有效的实现了列车实际路线中各种状态下的阻力转矩值的计算；通过加速度计算模块34和惯量转矩计算模块35的设置，可以实现实时惯量转矩值的计算；通过负载模拟单元4的设置，使牵引试验台可以根据计算的负载转矩值实时的进行负载转矩的模拟，从而可以模拟列车实际运行路线中被试牵引系统的负载；通过第一传感器2和负载控制单元4的设置，实现闭环控制，从而确保施加在被试电机1输出侧的转矩等于负载转矩值，通过这种牵引试验台模拟整个运行路线，可以得到较为接近实际的加速度性能评估、旅行速度评估，全程电机RMS电流评估数据，有效地降低了试验成本，并提高了效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种牵引试验台，用于测试列车牵引系统，包括被试电机，以及用于测试所述被试电机转速的第一传感器，其特征在于：还包括负载计算单元，所述负载计算单元包括：

线路设定模块：用于设定列车运行线路信息；

位置计算模块：分别与所述第一传感器及所述线路设定模块电性连接，根据所述第一传感器测定的转速，实时计算列车运行的速度及距离，根据线路设定模块中设定的运行线路信息，计算出列车对应的运行线路中的位置；

阻力转矩计算模块：与所述位置计算模块电性连接，根据所述位置计算模块计算出的列车对应的运行线路中的位置，计算当前位置下的附加阻力，根据所述位置计算模块计算的列车运行的速度，计算列车的基本阻力，并根据基本阻力和附加阻力计算当前列车的阻力所对应的阻力转矩值。

2.根据权利要求1所述的牵引试验台，其特征在于：所述负载计算单元还包括：

加速度计算模块：与所述第一传感器电性连接，用于计算被试电机的角加速度；

惯量转矩计算模块：根据所述被试电机的角加速度计算相应的惯量转矩值。

3.根据权利要求2所述的牵引试验台，其特征在于：所述惯量转矩计算模块：根据列车动轴数、传动效率、车轮半径、齿轮传动比计算单轴等效转动惯量，并根据所述单轴等效转动惯量计算所述被试电机的角加速度对应的惯量转矩值。

4.根据权利要求2或3任一项所述的牵引试验台，其特征在于：所述负载计算单元还包括模拟转矩计算模块：与所述阻力转矩计算模块和惯量转矩计算模块电性连接，用于计算需要模拟的负载转矩值。

5.根据权利要求4所述的牵引试验台，其特征在于：还包括负载模拟单元和负载控制单元，所述负载模拟单元包括与所述被试电机连接的陪试电机，

所述负载控制单元：与所述陪试电机和负载计算单元电性连接以接收所述负载计算单元计算的需要模拟的负载转矩值，并控制所述陪试电机以使所述被试电机输出侧加载的转矩等于所述负载转矩值。

6.根据权利要求5所述的牵引试验台，其特征在于：还包括飞轮组，所述被试电机与所述陪试电机通过所述飞轮组连接，所述模拟转矩计算模块：根据所述飞轮组的机械惯量、惯量转矩计算模块及阻力转矩计算模块计算需要所述陪试电机输出的陪试电机转矩值。

7.根据权利要求5或6任一项所述牵引试验台，其特征在于：所述第一传感器可测所述被试电机的转矩，所述负载控制单元与所述第一传感器电性连接，

所述负载控制单元还包括：接收所述第一传感器检测的转矩并与所述负载转矩值作比较，根据比较结果，控制所述陪试电机以使所述被试电机的输出侧加载的转矩与所述负载转矩值相同。

8.根据权利要求1所述的牵引试验台，其特征在于：所述线路设定模块还包括设定运行路线中坡道、弯道、隧道的参数信息。

9.根据权利要求8所述的牵引试验台，其特征在于：所述线路设定模块还包括设定停站信息、制动减速度、限速信息。

10.根据权利要求1所述的牵引试验台，其特征在于：所述阻力转矩计算模块：可以根据运行线路信息计算对应的线路附加阻力表，根据运行线路中的位置及线路附加阻力表计算附加阻力。