CN113392515A

CN113392515A - 一种牵引电机的寿命评估方法、系统、设备及轨道车辆

Info

Publication number: CN113392515A
Application number: CN202110608385.XA
Authority: CN
Inventors: 于勇; 张安; 徐广伟
Original assignee: CRRC Qingdao Sifang Co Ltd
Current assignee: CRRC Qingdao Sifang Co Ltd
Priority date: 2021-06-01
Filing date: 2021-06-01
Publication date: 2021-09-14
Anticipated expiration: 2041-06-01
Also published as: CN113392515B

Abstract

本发明公开了一种牵引电机的寿命评估方法、系统、设备及轨道车辆，包括以下步骤：获取牵引电机特性曲线，得出牵引电机的性能参数，进而得到牵引电机在模拟线路运行时的损耗值；根据损耗值，进行线路温升计算，得出运行过程中牵引电机的线路温升曲线；由牵引电机线路温升曲线，得到模拟线路运行的老化速度系数，进而得出牵引电机的绝缘寿命。

Description

一种牵引电机的寿命评估方法、系统、设备及轨道车辆

技术领域

本发明属于电机寿命评估技术领域，具体涉及一种牵引电机的寿命评估方法、系统、设备及轨道车辆。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

轨道车辆使用的牵引电机是高速铁路牵引系统中最为重要的核心部件。在保证其具有良好工作特性的前提下，牵引电机的使用寿命决定了轨道车辆产品的使用年限，是其质量的重要考量因素之一。因此，需要对牵引电机进行寿命评估，验证牵引电机修程修制延长的维修需求的可行性和准确性。

发明人发现，目前对牵引电机寿命进行评估没有任何标准和核算评估方法，这对牵引电机的使用时间就无法进行量化，无法及时更换存在老化现象的牵引电机，而这对轨道车辆的安全运行极为不利。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种牵引电机的寿命评估方法、系统、设备及轨道车辆，该方法可以对成熟平台车型在不同需求的线路条件下对使用的牵引电机寿命进行评估，可以规避牵引电机寿命的设计和检修风险。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种牵引电机的寿命评估方法，包括以下步骤：

获取牵引电机特性曲线，得出牵引电机的性能参数，进而得到牵引电机在模拟线路运行时的损耗值；

根据损耗值，进行线路温升计算，得出运行过程中牵引电机的线路温升曲线；

由牵引电机线路温升曲线，得到模拟线路运行的老化速度系数，进而得出牵引电机的绝缘寿命。

作为进一步的技术方案，牵引电机特性曲线的获取过程为：

根据运行线路数据、轨道车辆运行数据、轨道车辆参数，对轨道车辆在模拟线路运行进行仿真，将轨道车辆特性转换为牵引电机的特性，进而得到牵引电机特性曲线。

作为进一步的技术方案，所述运行线路数据包括线路各站距离、坡度、曲线半径；轨道车辆运行数据包括停站时间、折返时间、最大运行速度；轨道车辆参数包括列车总重量M1、旋转质量M2、轮径D、传动比μ、传动效率η、电机数量m、常用制动减速度。

作为进一步的技术方案，牵引电机性能参数的得出过程为：

将牵引电机运行的模拟线路划分成多个离散点，在每个离散点，对牵引电机特性曲线进行插值求得牵引电机的扭矩、转速，进而计算出牵引电机的各性能参数。

作为进一步的技术方案，牵引电机的性能参数包括电流、电压、功率，由牵引电机的性能参数计算得出牵引电机运行至每个离散点时的损耗值。

作为进一步的技术方案，牵引电机的损耗值包括铜耗、铁耗、杂散损耗，其中，铜耗与电流的平方成正比；铁耗跟电压的n次方成正比，其中，1<n<2；杂散损耗跟功率成正比。

作为进一步的技术方案，模拟线路运行的老化速度系数的得出过程为：

将牵引电机线路温升曲线划分为多个温度区间，得到各温度区间对应的时间占总时间的比例，由该比例乘以该温度区间对应的老化速度系数，将相乘的结果进行求和，所求之和即为模拟线路的老化速度系数。

作为进一步的技术方案，牵引电机的绝缘寿命的得出过程为：将单位时间的老化速度系数除以在模拟线路运行的老化速度系数。

作为进一步的技术方案，由牵引电机的绝缘寿命，结合轨道车辆运行的时间及次数，得出牵引电机的的工况寿命为：绝缘寿命/(每次往返时间×每天往返次数×每年运行天数)。

第二方面，本发明实施例还提供了一种牵引电机的寿命评估系统，包括：

第一模块，用以获取牵引电机特性曲线，得出牵引电机的性能参数，进而得到牵引电机在模拟线路运行时的损耗值；

第二模块，用以根据损耗值，进行线路温升计算，得出运行过程中牵引电机的线路温升曲线；

第三模块，用以由牵引电机线路温升曲线，得到模拟线路运行的老化速度系数，进而得出牵引电机的绝缘寿命。

第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行如上所述的牵引电机的寿命评估方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如上所述的牵引电机的寿命评估方法。

第五方面，本发明实施例还提供了一种轨道车辆，执行如上所述的牵引电机的寿命评估方法；或，包括如上所述的牵引电机的寿命评估系统；或，包括如上所述的计算机可读存储介质；或，包括如上所述的终端设备。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

本发明的方法，在轨道车辆线路仿真的基础上，得到牵引电机损耗值，并进而得出线路温升曲线，结合牵引电机绝缘特性，推算出牵引电机的绝缘寿命，在轨道车车辆设计初期根据需求进行完善和规避由于寿命带来的实际问题。

本发明的方法，其可以对成熟平台车型在不同需求的线路条件下对使用的牵引电机寿命进行评估，在轨道交通设计、投标以及全寿命周期中可以规避牵引电机寿命的设计和检修风险。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的牵引电机寿命评估方法的基本流程图；

图2是牵引电机各损耗值的变化曲线图；

图3是牵引电机线路温升曲线图；

图4是基于H62C浸渍树脂有机硅绝缘系统老化寿命曲线图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例1：

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种牵引电机的寿命评估方法，其包括以下步骤过程：

1.线路仿真：

根据运行线路数据、轨道车辆运行数据、轨道车辆参数，得到模拟线路运行时的牵引电机特性曲线，计算出牵引电机的性能参数，得到牵引电机在线路运行时的电机损耗值。

其中，运行线路是指轨道车辆的运行线路。

运行线路数据包括线路各站距离、坡度、曲线半径；轨道车辆运行数据包括停站时间、折返时间、最大运行速度；轨道车辆参数包括列车总重量M1、旋转质量M2、轮径D、传动比μ、传动效率η、电机数量m、基本阻力公式、常用制动减速度。

该步骤中，根据以上数据参数，结合轨道车辆牵引和制动特性，采用轨道车辆特性的外包络线运行时，通过系统仿真将轨道车辆特性转换为牵引电机的特性，进而得到牵引电机特性曲线。

本过程中，采用外包络线运行是为了在牵引动力没有损失的情况下进行相应仿真过程。系统仿真是采用现有软件对列车运行进行仿真，进而通过运行线路数据和轨道车辆参数得到牵引电机的特性。

线路仿真得到牵引电机特性曲线后，得出模拟线路运行时的牵引电机性能参数的步骤过程为：

将模拟运行线路根据仿真步长，划分形成离散点；轨道车辆运行至每个单点时，对牵引电机特性曲线进行插值求得牵引电机的扭矩、转速等参数，通过调用电机电磁计算程序，计算出牵引电机的各性能参数，如电流、电压、功率等。

由牵引电机的性能参数，计算得出牵引电机运行至该点时的损耗值，得到牵引电机在整条运行线路上运行时各点的电机损耗值，至此，已得到电机温度计算所需的输入参数，牵引电机的各损耗值的变化曲线如图2所示。

牵引电机的损耗值包括铜耗、铁耗、杂散损耗，其中，铜耗跟电流相关，铁耗跟电压相关，杂散损耗跟功率相关；具体的，铜耗与电流的平方成正比；铁耗跟电压的n次方成正比，其中，1<n<2；杂散损耗跟功率成正比。

2.线路温升计算：

根据线路仿真得到的电机各损耗值，利用Motor CAD软件进行线路温升计算，得到牵引电机在的模拟线路运行设定周期的仿真温度，进而得出运行过程中牵引电机线路温升曲线。

本实施例中，使牵引电机在模拟线路运行3个往返周期(一天按照设计的3个往返进行)，得出的牵引电机线路温升曲线如图3所示。

3.绝缘寿命计算：

本实施例中，牵引电机采用有机硅绝缘结构。由电气绝缘材料的热寿命机理，结合热寿命方程得知，温度越高，材料的寿命损失一半时的温度下的差值越大，如图3为基于H62C浸渍树脂有机硅绝缘系统老化寿命曲线；由于电机在200℃以上属于超温状态，本方案要在电机正常工作的状况下进行相应过程，因此由电机绝缘结构在200℃以下的热寿命，推导出热寿命仿真结果。

牵引电机在模拟运行线路的绝缘寿命，可用单位时间的老化速度系数除以在该线路上运行对应的老化速度系数得到。

单位时间的老化速度系数是由同一线路不同轨道车辆运行的老化速度系数在单位时间内的平均值求得。

由牵引电机线路温升曲线，划分为多个温度区间，得到各温度区间对应的时间占总时间的比例，由该比例乘以该温度区间对应的老化速度系数；再对所有温度区间相乘的结果进行求和，所求之和即为模拟运行线路的老化速度系数。

每一温度区间的老化速度系数是由牵引电机的相应参数根据现有公式计算得出。

由牵引电机的绝缘寿命，结合轨道车辆运行的时间及次数，以模拟线路和运营时间作为边界条件，得出牵引电机的的工况寿命(年)为：绝缘寿命/(每次往返时间×每天往返次数×每年运行天数)。

由此，即可得知牵引电机的使用寿命，在轨道车车辆设计初期根据需求即可进行完善和规避风险。

实施例2：

该实施例提出一种牵引电机的寿命评估系统，包括：

实施例3：

该实施例提出一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行如上所述的牵引电机的寿命评估方法。

实施例4：

该实施例提出一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如上所述的牵引电机的寿命评估方法。

实施例5：

该实施例提出一种轨道车辆，执行如上所述的牵引电机的寿命评估方法；或，包括如上所述的牵引电机的寿命评估系统；或，包括如上所述的计算机可读存储介质；或，包括如上所述的终端设备。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种牵引电机的寿命评估方法，其特征是，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的牵引电机的寿命评估方法，其特征是，牵引电机特性曲线的获取过程为：

3.如权利要求2所述的牵引电机的寿命评估方法，其特征是，所述运行线路数据包括线路各站距离、坡度、曲线半径；轨道车辆运行数据包括停站时间、折返时间、最大运行速度；轨道车辆参数包括列车总重量M1、旋转质量M2、轮径D、传动比μ、传动效率η、电机数量m、常用制动减速度。

4.如权利要求1所述的牵引电机的寿命评估方法，其特征是，牵引电机性能参数的得出过程为：

5.如权利要求4所述的牵引电机的寿命评估方法，其特征是，牵引电机的性能参数包括电流、电压、功率，由牵引电机的性能参数计算得出牵引电机运行至每个离散点时的损耗值。

6.如权利要求5所述的牵引电机的寿命评估方法，其特征是，牵引电机的损耗值包括铜耗、铁耗、杂散损耗，其中，铜耗与电流的平方成正比；铁耗跟电压的n次方成正比，其中，1<n<2；杂散损耗跟功率成正比。

7.如权利要求1所述的牵引电机的寿命评估方法，其特征是，模拟线路运行的老化速度系数的得出过程为：

8.如权利要求1所述的牵引电机的寿命评估方法，其特征是，牵引电机的绝缘寿命的得出过程为：将单位时间的老化速度系数除以在模拟线路运行的老化速度系数。

9.如权利要求1所述的牵引电机的寿命评估方法，其特征是，由牵引电机的绝缘寿命，结合轨道车辆运行的时间及次数，得出牵引电机的的工况寿命为：绝缘寿命/(每次往返时间×每天往返次数×每年运行天数)。

10.一种牵引电机的寿命评估系统，其特征是，包括：

11.一种计算机可读存储介质，其特征是，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行如权利要求1-9任一项所述的牵引电机的寿命评估方法。

12.一种终端设备，其特征是，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求1-9任一项所述的牵引电机的寿命评估方法。

13.一种轨道车辆，其特征是，执行如权利要求1-9任一项所述的牵引电机的寿命评估方法；或，包括如权利要求10所述的牵引电机的寿命评估系统；或，包括如权利要求11所述的计算机可读存储介质；或，包括如权利要求12所述的终端设备。