一种抑制车载风机共振的方法和系统与流程

本发明涉及铁路机车技术领域，更具体地，涉及一种抑制车载风机共振的方法和系统。

背景技术：

铁路机车车体上需安装风机为牵引电机、变流器、变压器等设备提供冷却用风，并且由机车变流器提供交流电源，当机车运行时，风机工作，为相关设备通风冷却。

机车上安装的风机，通过地面测试合格后装车使用。然而，由于机车运行的速度经常变化，风机在设计、试验时无法避免与机车车体振动频率匹配。在机车以不同速度运行的过程中，当机车车体振动频率与正在运行的风机振动频率接近时容易产生共振，共振发生后，风机轴承工作状态恶化，长时间运行会导致轴承故障甚至烧损。

因此，如何抑制车载风机共振的现象是现有技术中急需解决的技术问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种抑制车载风机共振的方法和系统，以便在产生共振时适时地调整风机频率，消除共振。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种抑制车载风机共振的方法，包括以下步骤：

根据所述风机的实际振动值和预设振动值的差异判定所述风机与机车车体是否产生共振；

如果所述风机与所述机车车体产生共振，则调整所述风机的输出频率，以消除所述风机与所述机车车体的共振。

进一步地，如果所述风机的所述实际振动值大于所述预设振动值，则判定所述风机与所述机车车体产生共振。

进一步地，所述调整所述风机的输出频率包括：如果所述风机处于额定最低输出频率，则升高所述风机的输出频率。

进一步地，所述调整所述风机的输出频率包括：如果所述风机处于额定最低输出频率和额定最高输出频率之间，则升高或降低所述风机的输出频率。

进一步地，当降低所述风机的输出频率达第一预定时间后，检测冷却部件的温度；

若冷却部件的温度处于正常范围，则使所述风机保持在当前的输出频率；

若冷却部件的温度超出正常范围，则升高所述风机的输出频率。

进一步地，所述调整所述风机的输出频率包括：如果所述风机处于额定最高输出频率，则降低所述风机的输出频率至第一输出频率。

进一步地，所述调整所述风机的输出频率还包括：降低所述风机的输出频率至所述第一输出频率达第二预定时间后，检测冷却部件的温度，

若冷却部件的温度超出正常范围，则周期性调整所述风机的输出频率。

进一步地，所述周期性调整所述风机的输出频率包括：

s1恢复所述风机的输出频率至所述额定最高输出频率，并且运行第三预定时间；

s2在所述第三预定时间后，降低所述风机的输出频率至所述第一输出频率达所述第四预定时间；

s3在所述第四预定时间后，检测所述冷却部件的温度；

s4若所述冷却部件的温度处于正常范围，则维持所述风机在所述第一输出频率，并持续检测所述冷却部件的温度，

若所述冷却部件的温度不在正常范围，则进行s5；

s5恢复所述风机的输出频率至所述额定最高输出频率，并且运行第三预定时间后，降低所述风机的输出频率至所述第一输出频率，并且运行第四预定时间后，重复s3-s5。

进一步地，所述预设振动值为机车静态时所述风机运行时的振动值与所述机车正常运行时的车体的振动值之和。

本发明提供一种抑制车载风机共振的系统，包括：

振动值检测模块，其用于获取预设振动值检，以及检测所述风机的实际振动值；

状态判定模块，其根据所述风机的实际振动值和预设振动值的差异判定所述风机与机车车体是否产生共振；

控制模块，其用于在所述风机与所述机车车体产生共振时，调整所述风机的输出频率。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：本发明基于建立机车速度、风机转速、风机外桶振动频率、被冷却部件温度等参数的匹配关系，根据风机的实际振动值和预设振动值的差异判定风机共振趋势，通过主动调整风机输出频率，例如周期性调整风机输出频率的方式，实现消除风机与机车车体的共振的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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为本发明的抑制车载风机共振的方法的流程图；

图2为hxd3c机车(曲线1)与hxd3d机车(曲线2)牵引通风机振动随机车速度、风机运行频率的变化趋势图；

图3为机车车体振动与风机振动趋势图；

图4为调整风机频率后的机车车体振动与风机振动趋势图，

图5为本发明的抑制车载风机共振的系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

本发明提供了一种抑制车载风机共振的方法，包括：

根据风机的实际振动值和预设振动值的差异判定风机与机车车体是否产生共振，如果风机的实际振动值大于预设振动值，则判定风机与机车车体产生共振，此时可以调整风机的输出频率，以消除风机与机车车体的共振。

风机的预设振动值z包含两个部分：(1)机车风机单体运行时的振动值f，也就是在机车处于静止状态，由风机风筒外壁上设置的传感器检测到的风机工作时的振动值f，风机的振动值随着风机转速升高而逐渐增加，但风机的运行频率及对应频率的振动值f在一定范围内，并且该振动值f针对某一型号风机为特定范围，可由地面试验台测得。(2)机车在线路运行时机车车体的振动值f，通常情况也在一定限制范围内，可根据试验样车测得。因此，机车风机的预设振动值z＝f+f，在任意工况下的机车风机的实际振动值z’＝f’+f’。

如果风机振动值f因风机部件差异及制造因素有所偏差，以及如果在机车组装后运行时，机车振动值f因机车速度、线路运行条件时刻变化等因素而使得机车车体振动频率发生变化，受外部环境振动与风机振动叠加的影响，如果机车车体振动频率和风机振动频率相近产生共振，则此时风机实际振动值z’将显著波动并且高于风机的预设振动值z。

因此，可以根据风机的实际振动值z’是否大于预设振动值z来判定风机与机车车体是否产生共振。如果产生共振，则调整风机的输出频率，以消除风机与机车车体的共振。在调整风机输出频率时包含以下几种状况：

如果风机处于额定最低输出频率，则升高风机的输出频率，以便消除风机与机车车体的共振。

如果风机处于额定最低输出频率和额定最高输出频率之间，则升高或降低风机的输出频率。此时，如果降低风机的输出频率则更加节能。在降低风机的输出频率达第一预定时间后，检测冷却部件的温度，如果冷却部件的温度处于正常范围，则使风机保持在当前的输出频率；如果冷却部件的温度超出正常范围，则升高风机的输出频率，以便消除风机与机车车体的共振，同时确保满足冷却部件的需求。

如果风机处于额定最高输出频率，则只能通过降低风机的输出频率来消除风机与机车车体的共振。此时，降低风机的输出频率至第一输出频率，在降低风机的输出频率至第一输出频率达第二预定时间后，检测冷却部件的温度，如果冷却部件的温度超出正常范围，为了减少降低风机的输出频率运行造成冷却不足的情况，则周期性调整风机的输出频率。

周期性调整风机的输出频率包括：s1，将风机当前的第一输出频率恢复至额定最高输出频率，并且运行第三预定时间；s2，在第三预定时间后，降低风机的输出频率至第一输出频率达第四预定时间；s3，在第四预定时间后，检测冷却部件的温度；s4，若冷却部件的温度处于正常范围，则维持风机在第一输出频率，并持续检测冷却部件的温度，若冷却部件的温度不在正常范围，则进行s5；s5，恢复风机的输出频率至额定最高输出频率，并且运行第三预定时间后，降低风机的输出频率至第一输出频率，并且运行第四预定时间后，重复s3-s5。周期性调整风机的输出频率既能保证最大限度满足冷却部件需求，又有效消除共振产生的影响。

机车如需提高速度，则机车电机、牵引变压器、变流器的输出功率需提高(如电机功率为0-1200kw变化)。当机车电机、牵引变压器、变流器的输出功率提高后，其发热量会随之增加，此时各部件的冷却需求增加，需要增加冷却风机的转速提升各部件的散热能力。在增加冷却风机转速以提升各部件散热能力时，风机外桶振动随之增加，最终风机输出频率固定运行在某一最大数值，如果在该最大数值时产生共振，则可通过降低风机转速运行，再提升其转速，并按周期升降转速控制风机输出频率的方式，消除共振点的影响，并且同时保证各部件的散热需求。本发明根据建立机车速度、风机转速、风机外桶振动频率、被冷却部件温度等参数的匹配关系，适时消除共振并同时满足散热需求。

另外，还有一种特殊情况，通常机车速度增加时，功率增加会导致冷却部件部件温度升高，冷却需求增加，风机工作频率高。当机车处于下坡区段，虽然系统检测的速度处于较高值，但此时机车实际输出功率较低，冷却需求并不与机车速度成正比，也就是说冷却需求并未增加。

参照图1，详细说明本发明的一个优选实施例，首先，检测风机预设振动值，然后设定该风机预设振动值，风机的预设振动值预先根据不同车型及匹配风机人工输入的正常值范围。其次，根据机车速度、风机转速等参数判断风机实际振动值，并且比较风机实际振动值和风机预设振动值的差异，如果风机实际振动值大于风机预设振动值，则判定风机和机车车体产生共振。如果此时风机处于额定最高输出频率，则降低风机输出频率至第一输出频率，运行例如第二预定时间2分钟，以消除共振。运行第二预定时间后，检测冷却部件的温度，如果冷却部件的温度超出正常范围，则恢复风机的输出频率至额定最高输出频率，运行例如第三预定时间10秒，在第三预定时间后，降低风机的输出频率至第一输出频率达第四预定时间例如10秒，在第四预定时间后，检测冷却部件的温度，若冷却部件的温度处于正常范围，则维持风机在第一输出频率，并持续检测冷却部件的温度；若冷却部件的温度不在正常范围，恢复风机的输出频率至额定最高输出频率，并且运行第三预定时间例如10秒后，降低风机的输出频率至第一输出频率，并且运行第四预定时间例如10秒，以此往复周期性调整风机的输出频率。

本领域技术人员应当了解的是，可由控制模块控制微机系统周期性输出频率，可以根据实际情况设定频率值及间隔时间，例如风机在30hz运行10s，然后提升至50hz运行10s，之后降到30hz运行10s，以此往复周期性输出频率。

如图2所示，示出了hxd3c机车(曲线1)与hxd3d机车(曲线2)牵引通风机振动随机车速度、风机运行频率的变化趋势图。图3为机车车体振动与风机振动趋势图，当机车车体振动与风机振动叠加超过动态限值产生共振时，则根据实际情况，按照上述方法调整风机的输出频率，以消除共振。图4为调整风机频率后的机车车体振动与风机振动趋势图，由图4可以看出调整风机频率后，机车车体振动与风机振动的振动幅值不叠加，因而消除了共振。

如图5所示，本发明还提供一种抑制车载风机共振的系统，包括：

振动值检测模块，例如设置在风机风筒外壁上的传感器，其用于获取预设振动值检，以及检测风机的实际振动值；

状态判定模块，其根据风机的实际振动值和预设振动值的差异判定风机与机车车体是否产生共振；

控制模块，其用于在风机与机车车体产生共振时，调整风机的输出频率。

以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。