CN104280623A - 一种城市轨道车辆受电弓综合性能试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种城市轨道车辆受电弓综合性能试验系统,包括受电弓垂向激振装置、弓网之形运动模拟装置、弓网间纵向运动模拟装置、车体模拟装置、受电弓底部垂向振动模拟装置、负载供电装置、气动风源和测控装置,所述的受电弓底部垂向振动模拟装置、车体模拟装置、被测受电弓、弓网间纵向运动模拟装置从下至上依次连接,所述的弓网间纵向运动模拟装置分别连接弓网之形运动模拟装置和负载供电装置,所述的气动风源分别连接受电弓垂向激振装置和弓网之形运动模拟装置。与现有技术相比,本发明采用了力学参数测试和供电受流测试相结合的方式,可对受电弓综合性能进行完整测试和评价,具有功能齐全、模拟精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及受电弓性能检测技术领域,尤其是涉及一种城市轨道车辆受电弓综合性能试验系统。
背景技术
随着中国经济的不断发展,城市轨道交通正逐步进入稳定、有序和快速发展阶段,而城市轨道交通的发展离不开试验研究。
受电弓作为电动车辆与接触网交换电能的重要设备,其受流状态的优劣与其和触网的接触状态有着密切的关系。而除了受电弓自身的特性之外,车体的振动、弓网间的振动、弓网间的纵向相对运动、弓网间的之字形相对运动等运动状态均对受电弓与接触网的接触状态有着重大的影响。
在世界范围内,多数的受电弓试验台只是具有测试受电弓静态测试的能力,而生产动态试验台的公司并不多。日本的东洋电机公司是为数不多的开发过受电弓试验台的公司。但它无法模拟真实接触网的弛度;此试验台体积过于庞大,而且其垂向和横向振动部分质量都非常大,因此这样一个试验台的成本是极高的。除日本东洋电机公司研发的受电弓试验台之外,德国铁路技术研究中心也研制了一种弓网相互作用检测试验台,此试验台的缺陷在于无法进行受流试验,不能测试受电弓的电气性能。西南交通大学出于对受电弓滑板材料摩擦磨损性能研究的需要,制作了仅能对滑板进行动态受流试验的受电弓滑板材料摩擦磨损试验台,该试验台不能对受电弓整体进行试验。此外,国内一些铁路机务段还开发了仅能对受电弓进行静态特性试验的受电弓性能检测设备。
目前国内尚未开发出能对受电弓进行动态受流试验的受电弓实验设备。由于车辆运行中受电弓的工况受环境和路况的不同而变化,只能通过受电弓在试验线路或者在线进行测试,这样对于该项研究带来诸多不便。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种功能齐全、模拟精度高的城市轨道车辆受电弓综合性能试验系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种城市轨道车辆受电弓综合性能试验系统,用于对被测受电弓进行综合测试,所述的试验系统包括受电弓垂向激振装置、弓网之形运动模拟装置、弓网间纵向运动模拟装置、车体模拟装置、受电弓底部垂向振动模拟装置、负载供电装置、气动风源和测控装置,所述的受电弓垂向激振装置与被测受电弓连接,所述的受电弓底部垂向振动模拟装置、车体模拟装置、被测受电弓、弓网间纵向运动模拟装置从下至上依次连接,所述的弓网间纵向运动模拟装置分别连接弓网之形运动模拟装置和负载供电装置,所述的气动风源分别连接受电弓垂向激振装置和弓网之形运动模拟装置,所述的测控装置分别连接受电弓垂向激振装置、弓网之形运动模拟装置、弓网间纵向运动模拟装置和受电弓底部垂向振动模拟装置;
受电弓垂向激振装置模拟接触网线及弓头间的弹性接触;受电弓底部垂向振动模拟装置通过车体模拟装置将垂向振动力传递给被测受电弓;弓网间纵向运动模拟装置通过旋转方式模拟车辆与触网之间的相对纵向运动,并通过弓网之形运动模拟装置的驱动做往复运动;负载供电装置通过向弓网间纵向运动模拟装置供电进行受流工况的模拟;气动风源对受电弓垂向激振装置和弓网之形运动模拟装置进行供风;测控装置进行参数采集和运动控制。
所述的受电弓垂向激振装置包括受电弓实验平台、伺服电动机、旋转-直线位移转换器、主振弹簧和隔振弹簧,所述的伺服电动机通过旋转-直线位移转换器与受电弓实验平台连接,所述的受电弓实验平台依次通过主振弹簧、隔振弹簧设在地面上,所述的被测受电弓设在受电弓实验平台上;
伺服电动机通过旋转-直线位移转换器将旋转运动转换为直线运动从而为受电弓实验平台提供垂向振动激励,主振弹簧直接支撑受电弓实验平台,并通过隔振弹簧减少受电弓实验平台对地面的振动冲击。
所述的弓网间纵向运动模拟装置包括主圆盘、导线环、直线轴承、电动机、中心轴和输电模块,所述的输电模块、电动机、中心轴依次连接,所述的中心轴与主圆盘连接,所述的主圆盘通过直线轴承与导线环连接;
电动机通过中心轴将转矩传递给主圆盘,主圆盘旋转,并通过直线轴承向导线环传递圆周力,使导线环跟随主圆盘一同转动,导线环持续转动模拟出弓网间纵向运动。
所述的直线轴承上设有弹簧。
所述的弓网之形运动模拟装置包括气动执行模块和直线导轨,所述的气动执行模块与弓网间纵向运动模拟装置连接,所述的弓网间纵向运动模拟装置通过托板设在直线导轨上,气动执行模块带动弓网间纵向运动模拟装置在直线导轨上做往复运动,从而模拟接触网的之字形运动。
所述的气动执行模块包括依次连接的空气压缩机、电磁换向阀、调速阀和气缸;空气压缩机的压缩空气依次通过电磁换向阀、调速阀进入气缸,调速阀用于调节气缸活塞的左行和右行速度。
所述的负载供电装置包括隔离变压器、整流器和电阻箱,所述的整流器的输入端与隔离变压器,所述的电阻箱和被试受电弓串联后与整流器的输出端连接。
所述的测控装置包括相连接的数据采集卡和工业控制机,所述的数据采集卡分别连接受电弓垂向激振装置、弓网之形运动模拟装置、弓网间纵向运动模拟装置和受电弓底部垂向振动模拟装置。
与现有技术相比,本发明采用了力学参数测试和供电受流测试相结合的方式,可以动态模拟受电弓的垂向、纵向和之字形的综合运动工况,从而可以对弓网接触的综合性能进行完整的测试和评价,具体优点如下:
1)本发明克服了目前在受电弓实验研究方面功能单一等缺点,不仅能准确的模拟接触网线的垂向刚度、之字形运动、弓网纵向相对运动,更好的进行动态受流试验,并且可以检测受电弓的电气特性;
2)本发明的受电弓垂向激振装置由于使用了伺服控制方法,克服了机械振动台振幅难以调节的缺点,但保持了载荷和工作台面较大的优点;
3)本发明弓网间纵向运动模拟装置中导向环的结构使得进行垂向振动器件的质量大为降低,同时在直线轴承上的光轴上加装了弹簧,以模拟真实线路的垂向刚度;
4)本发明能模拟受电弓运行条件,可用于对于受电弓研发、选型、或受电弓检修后对其性能所进行的综合评价。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的数据流图;
图3为本发明弓网间纵向运动模拟装置的结构示意图;
图4为本发明受电弓垂向激振装置的结构示意图;
图5为本发明弓网之形运动模拟装置的气动执行模块原理示意图;
图6为本发明负载供电装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示,一种城市轨道车辆受电弓综合性能试验系统,用于对被测受电弓4进行综合测试,所述的试验系统包括受电弓垂向激振装置5、弓网之形运动模拟装置2、弓网间纵向运动模拟装置3、导向柱6、车体模拟装置7、受电弓底部垂向振动模拟装置8、负载供电装置9、气动风源和测控装置。以伺服电动机驱动系统作为激振源实现了对受电弓底部垂向振动的模拟;以较大直径的旋转圆盘模拟弓网纵向相对运动;以受电弓垂向激振装置模拟接触网线及弓头间的弹性接触系统;以气动往复运动系统驱动圆盘,同旋转圆盘一道模拟弓网间的之字形运动。
该试验系统采用NI公司的PCI-6229多功能数据采集卡与工控机组成DAQ测控装置,如图2所示,利用此系统对受电弓综合性能试验系统进行运动控制和性能参数的采集。为检测受电弓的受流质量,系统设置了一套电源系统和模拟负载为受电弓供电。
弓网间纵向运动模拟装置3由主圆盘11、导线环12、直线轴承13、中心轴10、电动机和输电装置等组成。工作时,电动机通过中心轴10将转矩传递给主圆盘11,主圆盘11与导线环12之间通过直线轴承13相连,主圆盘11通过直线轴承13的轴将圆周力传递给导线环8,从而使导线环12跟随主圆盘11一同转动。此系统正是靠导线环12的持续转动模拟出弓网纵向运动的。这一结构使得进行垂向振动器件的质量大为降低。降低振动部分的质量正是我们希望得到的结果。圆盘与中心轴的结构简图如图3所示。
弓网之形运动模拟装置2主要包括气动执行模块和直线导轨。其中,直线导轨主要起导向的作用,控制的重点落在对气动元件的控制上。
弓网间纵向运动模拟装置3通过一托板安装在直线导轨之上。在工作时,SMC气缸带动弓网纵向相对运动系统在直线导轨上做往复运动,从而模拟接触网的之字形结构。在弓网之字形运动系统的设计中,气缸的选择最为重要,本试验系统选用的气缸缸径为5cm,其表面积为19.625cm2,按每平方厘米承受3kg压力算,本实验系统选用的气缸最大可向负载施加58.875kg的驱动力。
受电弓垂向激振装置5由实验受电弓平台1、伺服电动机14、旋转一直线位移转换装置15、主振弹簧16和隔振弹簧等组成,结构简图如图4所示。所述的被测受电弓设在受电弓实验平台上,伺服电动机通过旋转-直线位移转换器与受电弓实验平台连接,将电动机的旋转运动转换为直线运动从而为受电弓实验平台提供垂向振动激励,所述的受电弓实验平台依次通过主振弹簧、隔振弹簧设在地面上,主振弹簧直接支撑受电弓实验平台,并通过隔振弹簧减少受电弓实验平台对地面的振动冲击。
受电弓垂向激振装置使用了伺服控制,上位机控制器、伺服电机驱动器及伺服电机构成了一个完整的伺服驱动系统。工业控制机通过PCI-6229板卡的AO.0和AO.GND端口向伺服驱动器发出模拟量信号,此模拟量信号的范围是-10V~+10V。用模拟量作为速度指令控制伺服电机的工作状态。伺服电机旋转后,通过内置在机体内部的增量式编码器将电机的运行情况传回伺服驱动器,并传递给NI PCI-6229数据采集卡,采集卡再将信号传给工业控制机进行数据处理,在0~3Hz的频带内,控制住伺服电机的转速和位置就可以控制振动系统按预设的参数值运动。
气动执行模块主要包括:气缸、电磁换向阀、调速阀、过滤器、消音器、气压表、空气压缩机等元件组成。
如图5所示。气动执行模块首先使空气压缩机17将4-8公斤/厘米2的压力空气输送到气路当中,压力空气进入气路后首先通过的是二位五通电磁换向阀18和19。电磁控制换向阀是由电磁铁通电对衔铁产生吸力,利用这个电磁力实现阀的切换以改变气流方向的阀。利用这种阀易于实现电、气联合控制。压力空气通过换向阀后,进入调速阀20和21。调速阀也是流量控制阀,是通过改变阀的通流截面积来实现流量控制的元件。在该气动系统中,控制左行运动和右行运动的速度。在气缸24的外壳上,可以分别安装两个磁性开关22和23,这两个开关可感应出安装在气缸活塞上的磁性环的位置,当气缸活塞与磁性开关进行时,磁性开关迅速反应并输出开关信号,该信号可以驱动电磁换向阀的电磁衔铁动作,从而变换压力空气的流动方向,进而驱动气缸的往复运动。并且通过调整电磁开关的安装位置,也可以控制之字形运动的幅值。另外,在气动控制回路上设置有右行复位按钮、左行按钮,左行、右行保护按钮,用于对之字形运动的控制、复位和保护。
如图6所示,本系统的负载供电装置9,考虑到受电弓是整体带电或局部带电的设备,为保证安全,设计了一套低电压、大电流的供电设备。首先将380V的三相交流电通过一台隔离变压器25变换为低压50V的三相交流电,再通过整流器26将50V交流电整流成直流电输送给被测受电弓4,并利用电阻箱27作为受电弓的模拟负载。
Claims (8)
1.一种城市轨道车辆受电弓综合性能试验系统,用于对被测受电弓进行综合测试,其特征在于,所述的试验系统包括受电弓垂向激振装置、弓网之形运动模拟装置、弓网间纵向运动模拟装置、车体模拟装置、受电弓底部垂向振动模拟装置、负载供电装置、气动风源和测控装置,所述的受电弓垂向激振装置与被测受电弓连接,所述的受电弓底部垂向振动模拟装置、车体模拟装置、被测受电弓、弓网间纵向运动模拟装置从下至上依次连接,所述的弓网间纵向运动模拟装置分别连接弓网之形运动模拟装置和负载供电装置,所述的气动风源分别连接受电弓垂向激振装置和弓网之形运动模拟装置,所述的测控装置分别连接受电弓垂向激振装置、弓网之形运动模拟装置、弓网间纵向运动模拟装置和受电弓底部垂向振动模拟装置;
受电弓垂向激振装置模拟接触网线及弓头间的弹性接触;受电弓底部垂向振动模拟装置通过车体模拟装置将垂向振动力传递给被测受电弓;弓网间纵向运动模拟装置通过旋转方式模拟车辆与触网之间的相对纵向运动,并通过弓网之形运动模拟装置的驱动做往复运动;负载供电装置通过向弓网间纵向运动模拟装置供电进行受流工况的模拟;气动风源对受电弓垂向激振装置和弓网之形运动模拟装置进行供风;测控装置进行参数采集和运动控制。
2.根据权利要求1所述的一种城市轨道车辆受电弓综合性能试验系统,其特征在于,所述的受电弓垂向激振装置包括受电弓实验平台、伺服电动机、旋转-直线位移转换器、主振弹簧和隔振弹簧,所述的伺服电动机通过旋转-直线位移转换器与受电弓实验平台连接,所述的受电弓实验平台依次通过主振弹簧、隔振弹簧设在地面上,所述的被测受电弓设在受电弓实验平台上;
伺服电动机通过旋转-直线位移转换器将旋转运动转换为直线运动从而为受电弓实验平台提供垂向振动激励,主振弹簧直接支撑受电弓实验平台,并通过隔振弹簧减少受电弓实验平台对地面的振动冲击。
3.根据权利要求1所述的一种城市轨道车辆受电弓综合性能试验系统,其特征在于,所述的弓网间纵向运动模拟装置包括主圆盘、导线环、直线轴承、电动机、中心轴和输电模块,所述的输电模块、电动机、中心轴依次连接,所述的中心轴与主圆盘连接,所述的主圆盘通过直线轴承与导线环连接;
电动机通过中心轴将转矩传递给主圆盘,主圆盘旋转,并通过直线轴承向导线环传递圆周力,使导线环跟随主圆盘一同转动,导线环持续转动模拟出弓网间纵向运动。
4.根据权利要求3所述的一种城市轨道车辆受电弓综合性能试验系统,其特征在于,所述的直线轴承上设有弹簧。
5.根据权利要求1所述的一种城市轨道车辆受电弓综合性能试验系统,其特征在于,所述的弓网之形运动模拟装置包括气动执行模块和直线导轨,所述的气动执行模块与弓网间纵向运动模拟装置连接,所述的弓网间纵向运动模拟装置通过托板设在直线导轨上,气动执行模块带动弓网间纵向运动模拟装置在直线导轨上做往复运动,从而模拟接触网的之字形运动。
6.根据权利要求5所述的一种城市轨道车辆受电弓综合性能试验系统,其特征在于,所述的气动执行模块包括依次连接的空气压缩机、电磁换向阀、调速阀和气缸;空气压缩机的压缩空气依次通过电磁换向阀、调速阀进入气缸,调速阀用于调节气缸活塞的左行和右行速度。
7.根据权利要求1所述的一种城市轨道车辆受电弓综合性能试验系统,其特征在于,所述的负载供电装置包括隔离变压器、整流器和电阻箱,所述的整流器的输入端与隔离变压器,所述的电阻箱和被试受电弓串联后与整流器的输出端连接。
8.根据权利要求1所述的一种城市轨道车辆受电弓综合性能试验系统,其特征在于,所述的测控装置包括相连接的数据采集卡和工业控制机,所述的数据采集卡分别连接受电弓垂向激振装置、弓网之形运动模拟装置、弓网间纵向运动模拟装置和受电弓底部垂向振动模拟装置。
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