嚴(yán)世洪，何新，李凌

（中車大連機(jī)車車輛有限公司，遼寧 大連 116022）

引言

隨著鐵路機(jī)車車輛運(yùn)行速度的不斷提高，大功率牽引機(jī)車逐步成為我國鐵路干線上的主力，HXD2 型電力機(jī)車牽引功率達(dá)到10000kW，HXD3 系列電力機(jī)車牽引功率達(dá)到9600kW，不管是在高速領(lǐng)域還是在重載領(lǐng)域，輪軸驅(qū)動系統(tǒng)都是機(jī)車最重要的運(yùn)動系統(tǒng)，更大功率、更高轉(zhuǎn)速的牽引電機(jī)對輪軸驅(qū)動系統(tǒng)牽引齒輪和驅(qū)動軸承的可靠性也提出了更高的要求。因此，機(jī)車驅(qū)動例行試驗(yàn)臺作為檢驗(yàn)機(jī)車驅(qū)動裝置可靠性的重要保障，對它的研究及應(yīng)用，成為改善我國大功率交流傳動機(jī)車動力性能的重要一環(huán)。

1 機(jī)車驅(qū)動例行試驗(yàn)臺簡介

機(jī)車驅(qū)動裝置例行試驗(yàn)臺的主要功能是通過測試電力機(jī)車的振動速度、溫度的變化，來檢驗(yàn)輪對裝配、電機(jī)懸掛裝置、軸箱裝配的組裝質(zhì)量。國內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)車驅(qū)動試驗(yàn)臺通用性差，只能滿足單一品種機(jī)車的實(shí)驗(yàn)要求，而且采用高壓驅(qū)動，設(shè)備龐大、成本昂貴、維護(hù)困難。

為解決上述問題，項(xiàng)目組研制出一種新型驅(qū)動裝置例行試驗(yàn)臺。試驗(yàn)臺主要由控制、信號采集與分析、監(jiān)控管理等部分組成，直接采用低壓驅(qū)動，可同時滿足兩臺不同型號機(jī)車驅(qū)動的實(shí)驗(yàn)要求，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1-1所示。

圖1 -1 機(jī)車驅(qū)動裝置例行試驗(yàn)臺系統(tǒng)構(gòu)架圖

控制部分，主要通過變頻器來控制電機(jī)的啟、停，并以一定的速度斜率控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速；信號采集部分，由溫度傳感器采集齒輪箱油的溫度信號和由振動速度傳感器檢測并提取X、Y、Z 軸的振動信號；監(jiān)控管理部分，實(shí)現(xiàn)對采集到的信號進(jìn)行分析、報警、儲存、打印、人機(jī)對話、參數(shù)設(shè)定，以及實(shí)時動態(tài)測量曲線的顯示等功能。試驗(yàn)臺主要結(jié)構(gòu)包括工控機(jī)、PLC、LCD 顯示器、打印機(jī)、振動信號分析儀、變頻器、電源轉(zhuǎn)換開關(guān)、驅(qū)動裝置支架等，具體工作平臺如圖1-2 所示。

圖1 -2 工作平臺實(shí)物圖

2 實(shí)用創(chuàng)新點(diǎn)

（1）直接采用低電壓驅(qū)動，免去了原有實(shí)驗(yàn)平臺需要一個升壓變壓器，將變頻器輸出脈沖電壓升至額定電壓后才能供給機(jī)車驅(qū)動裝置的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，采用低壓驅(qū)動提高了系統(tǒng)的安全性，也降低了維護(hù)難度。

（2）本系統(tǒng)中，變頻器選用法國施耐德公司的ATV71EXC2C16N4 柜式工程變頻器，由此變頻器驅(qū)動并控制電機(jī)的速度，并通過通訊端口（PROFIBUS 總線）與PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，調(diào)控電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并獲取變頻器運(yùn)行過程中的參數(shù)。變頻器的起、停、正、反轉(zhuǎn)由控制柜控制面板上的操控按鍵進(jìn)行控制。同時控制器選用了先進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式，具有簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能，不需要將交流電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算，它不需要模仿直流電動機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。

（3）本系統(tǒng)設(shè)有接地控制開關(guān)，當(dāng)某個機(jī)車驅(qū)動裝置試驗(yàn)完，需人工操作響應(yīng)的接地按鈕，接地轉(zhuǎn)換開關(guān)動作，將對應(yīng)機(jī)車驅(qū)動裝置的電線和變頻器輸出線斷開，并將驅(qū)動裝置電線接地，大大加強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性能，有效避免意外事故發(fā)生傷及試驗(yàn)人員的人身安全。

（4）信號采集部分，本系統(tǒng)通過獲取機(jī)車驅(qū)動裝置（驅(qū)動電機(jī)）實(shí)時的振動、溫度等信號，對驅(qū)動裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，并對異常情況做出報警。最大數(shù)據(jù)采集配置為32 個振動速度點(diǎn)，10 個溫度點(diǎn)，兩個環(huán)境溫度點(diǎn)，并采用三線制接線法，低通濾波，頻域變換等方式，提高溫度、震動等信號的測量精度，以目前機(jī)車上應(yīng)用較廣的龐巴迪電機(jī)為例，信號檢測位置如圖2-1 所示。

圖2 -1 龐巴迪電機(jī)信號檢測位置示意圖

（5）本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理部分基于OPC 技術(shù)自主研發(fā)，與PLC 之間通信靈活，可以同時支持2 個試驗(yàn)臺，分別對兩套電機(jī)裝置進(jìn)行獨(dú)立操作，具有自定義曲線運(yùn)行和內(nèi)置曲線運(yùn)行兩種方式，最多可設(shè)置12 個控制節(jié)點(diǎn)。并且具有測點(diǎn)實(shí)時運(yùn)行曲線，單點(diǎn)轉(zhuǎn)速振動曲線，和多點(diǎn)轉(zhuǎn)速振動曲線三種顯示模式，三種曲線可以通過單擊下面的選項(xiàng)卡來進(jìn)行切換，最終測試結(jié)果曲線包含整個測試過程的所有配置測點(diǎn)數(shù)據(jù)，均可通過顯示控制面板對各測點(diǎn)趨勢的顯示進(jìn)行控制，實(shí)時數(shù)據(jù)瀏覽界面如圖2-2 所示。

圖2 -2 實(shí)時數(shù)據(jù)瀏覽界面

3 工程應(yīng)用與社會評價

機(jī)車驅(qū)動例行試驗(yàn)臺由中國北車大連機(jī)車公司自主設(shè)計(jì)研發(fā)，通過了由大連交通大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、鐵道部駐公司驗(yàn)收室和公司內(nèi)外專家組成的專家組評審，專家評審組一致認(rèn)為，該機(jī)車驅(qū)動裝置例行試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)方案，操作簡單，使用方便，功能齊全，檢測結(jié)果準(zhǔn)確，工作效率高，適用于各種和諧型機(jī)車以及城軌、客運(yùn)機(jī)車的驅(qū)動裝置試驗(yàn)，在國內(nèi)應(yīng)用上優(yōu)于國際同類產(chǎn)品。

目前該機(jī)車驅(qū)動例行實(shí)驗(yàn)臺在大連廠內(nèi)廣泛應(yīng)用于HXD3，HXD3B 等和諧型大功率機(jī)車，成為鐵路機(jī)車大功率牽引轉(zhuǎn)型升級，實(shí)現(xiàn)從貨運(yùn)到客貨通用拓展的重要品質(zhì)保障。自該實(shí)驗(yàn)平臺投入使用以來，累計(jì)實(shí)驗(yàn)各品種機(jī)車一千余臺，成為檢驗(yàn)大功率機(jī)車動力學(xué)性能的有效手段。得到了社會各界的廣泛認(rèn)可。

4 結(jié)語

機(jī)車驅(qū)動裝置例行試驗(yàn)臺性能先進(jìn)，其控制系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)融入多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，采用了結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行安全的低電壓驅(qū)動，選用了先進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式，實(shí)現(xiàn)了簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能；信號采集實(shí)現(xiàn)了32 個振動速度點(diǎn)、10 個溫度點(diǎn)、2 個環(huán)境溫度點(diǎn)的實(shí)時數(shù)據(jù)采集，信號處理部分基于OPC 技術(shù)完全自主設(shè)計(jì)開發(fā)，達(dá)到國內(nèi)現(xiàn)有機(jī)車驅(qū)動裝置的實(shí)驗(yàn)平臺的領(lǐng)先水平。

實(shí)驗(yàn)臺有操作性好，適用車型廣的使用優(yōu)勢，可以同時支持2 個試驗(yàn)臺，分別對2 套電機(jī)裝置進(jìn)行獨(dú)立操作，能滿足和諧型不同功率等級的交流傳動機(jī)車，以及城軌、200km 客運(yùn)機(jī)車等多種驅(qū)動裝置試驗(yàn)和生產(chǎn)需要。投入使用以來，完成了一千余臺機(jī)車實(shí)驗(yàn)，有效保障了鐵路裝備質(zhì)量，促進(jìn)國家“一帶一路”戰(zhàn)略發(fā)展。