机车永磁直驱系统动态测试装置的制作方法

1.本公开涉及机车技术领域，具体而言，涉及一种机车永磁直驱系统动态测试装置。


背景技术：

2.近年来，由于永磁直驱技术在轨道交通领域的不断深入研究及应用，永磁直驱系统技术正在迅速发展，其市场应用前景广泛，引领未来机车车辆的技术发展方向。
3.目前，国内外永磁直驱技术主要应用在小功率的地铁和城际车等领域，功率从120kw到720kw不等。随着永磁材料技术的不断发展，大功率永磁直驱技术的应用逐渐成为了可能，本发明针对的机车为我公司研发的新型大功率、大扭矩机车，最大功率可达到2000kw。
4.然而，市场尚没有该大功率、大扭矩永磁机车的相关研究文献记录，更没有该大功率、大扭矩机车直驱系统测试装置。
5.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

6.本公开的目的在于提供一种机车永磁直驱系统动态测试装置，能够满足大功率、大扭矩永磁直驱技术驱动系统及零部件的试验验证需求。
7.根据本公开的一个方面，提供了一种机车永磁直驱系统动态测试装置，该机车永磁直驱系统动态测试装置包括：
8.加载动力组件，包括模拟轨道装置、模拟轨道装置固定座、动力轴万向连接装置、第一动力轴联轴节、变载传动机构、变载传动机构散热装置、第二动力轴联轴节和动力驱动电机，所述模拟轨道装置设于所述模拟轨道装置固定座上，所述模拟轨道装置的转轴与所述动力轴万向连接装置，所述动力轴万向连接装置通过所述第一动力轴联轴节与所述变载传动机构连接，所述变载传动机构通过所述第二动力轴联轴节与所述动力驱动电机连接；
9.测试组件，包括施加垂向载荷装置、驱动系统模拟构架、横向激振装置、纵向固定装置、永磁直驱电机输入电源设备、测试系统和数据采集处理系统，驱动系统模拟构架通过所述施加垂向载荷装置固定设置，所述横向激振装置与所述驱动系统模拟构架抵接，所述纵向固定装置与所述驱动系统模拟构架连接，待测永磁直驱系统设于所述驱动系统模拟构架上，所述待测永磁直驱系统的车轮位于所述模拟轨道装置的轨道轮上，所述动力驱动电机能够驱动所述轨道轮转动，以带动所述待测永磁直驱系统的车轮的转动；所述测试系统控制所述垂向载荷装置和所述横向激振装置。
10.在本公开的一种示例性实施例中，所述模拟轨道装置包含支撑座、轴承座、模拟轨道轮、轨道轮联动轴，所述轴承座设于所述支撑座上，所述模拟轨道轮与轨道轮联动轴过盈配合连接为一体，所述轨道轮联动轴的两端分别位于轴承座上。
11.在本公开的一种示例性实施例中，所述支撑座和轴承座上设有模拟轨道轮垂向激
振装置。
12.在本公开的一种示例性实施例中，所述模拟轨道轮为非偏心轮。
13.在本公开的一种示例性实施例中，所述变载传动机构包括机体、滚轴轴承和变速齿轮。
14.在本公开的一种示例性实施例中，所述永磁直驱电机输入电源设备为变流系统电源设备。
15.在本公开的一种示例性实施例中，所述驱动系统模拟构架呈矩形，所述施加垂向载荷装置设有四个，分别位于所述驱动系统模拟构架的边角位置。
16.在本公开的一种示例性实施例中，所述纵向固定装置包括纵向固定座和纵向固定杆，所述纵向固定杆与所述驱动系统模拟构架连接。
17.在本公开的一种示例性实施例中，所述测试装置还包括：
18.无线传感器，用于设在所述待测永磁直驱系统的目标部件上，用于获取所述目标部件的温升、振动及变位数据。
19.在本公开的一种示例性实施例中，设有多个所述横向激振装置，多个所述横向激振装置施加不同大小的横向激振。
20.本技术提供的这种面向大功率、大扭矩永磁直驱技术机车关键系统及零部件动态试验的试验装置，尤其适用于带有弹性钢片式联轴器的大功率、大扭矩永磁直驱系统的试验研究。本技术解决目前国内及本公司试验装置资源不能满足大功率、大扭矩永磁直驱技术驱动系统及零部件的试验验证需求的问题。本技术所述试验装置可以满足不同功率、不同轴重、不同速度等级、不同直驱结构的单个永磁直驱系统关键零部件动态试验验证，以充分验证新研发产品的可靠性，同时积累重要技术数据和测试经验，为后续进一步探索研究永磁直驱技术奠定坚实的基础，也可为完善永磁直驱系统试验验证技术体系建立良好的平台。本技术所述试验装置为试验验证单个永磁直驱系统关键零部件，该试验装置的应用对今后探索和研究永磁直驱技术做好铺垫，可在一定程度上起引导作用，提高了研发效率和可行性的同时，可有效节约研发及试验成本。
21.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
22.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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。
23.图1为本公开的一种实施例提供的机车永磁直驱系统动态测试装置的示意图；
24.图2为本公开的一种实施例提供的机车永磁直驱系统动态测试装置的示意图；
25.图3为本公开的一种实施例提供的模拟轨道装置的示意图。
26.附图标记说明：
27.1、模拟轨道装置；2、模拟轨道装置固定座；3、动力轴万向连接装置；4、第一动力轴联轴节；5、变载传动机构；6、变载传动机构散热装置；7、第二动力轴联轴节；8、动力驱动电
机；9、u型槽连接板；10、垂向载荷连接器座；11、施加垂向载荷装置；12、安装轨道；13、驱动系统模拟构架；14、待测永磁直驱系统；15、横向激振装置；16、永磁直驱电机输入电源设备；17、横向固定座；18、纵向固定杆；19、纵向固定座；20、工作地面。
具体实施方式
28.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
29.虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
30.用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
31.经调研研究，国内现有针对非永磁直驱技术机车轮对驱动系统和整车测试试验台，但缺点是不满足永磁直驱技术机车试验要求，另外本发明机车轴重达到35t，现有试验设备仅能达25t，不满足要求。
32.为此，针对大功率、大扭矩机车永磁直驱系统急需适宜的测试装置，通过试验获取大量的基础数据，为后续持续研发永磁直驱技术机车创造有利条件和有效数据支持，最终对永磁直驱系统安全及可靠性得以充分的验证。
33.本发明实施方式提供了一种机车永磁直驱系统动态测试装置，如图1-图3所示，被测试系统试验速度0～350km/h，轴重20t～35t，轨距1050mm～1600mm，轴数1，每轴最大试验轮周功率2000kw。本发明测试对象为单个具有弹性钢片式联轴器+永磁直驱结构的驱动系统，该系统为轨道交通领域目前正在逐步推广应用的永磁直驱电力机车转向架关键部件，也是机车能在轨道上运行的动力之源。
34.本发明的动态测试装置是针对电力机车单个永磁直驱系统进行动态测试装置，该装置按布置空间及功能主要分为工作地面上、下两部分。工作地面下面部分为加载动力系统，即包括加载动力组件，工作地面上面部分主要为被测试系，即包括测试组件。
35.其中，加载动力组件包括模拟轨道装置1、模拟轨道装置固定座2、动力轴万向连接装置3、第一动力轴联轴节4、变载传动机构5、变载传动机构散热装置6、第二动力轴联轴节7和动力驱动电机8，模拟轨道装置1设于模拟轨道装置固定座2上，模拟轨道装置1的转轴与动力轴万向连接装置3，动力轴万向连接装置3通过第一动力轴联轴节4与变载传动机构5连接，变载传动机构5通过第二动力轴联轴节7与动力驱动电机8连接。
36.其中，测试组件包括施加垂向载荷装置11、驱动系统模拟构架13、横向激振装置
15、纵向固定装置、永磁直驱电机输入电源设备16、测试系统和数据采集处理系统，驱动系统模拟构架13通过施加垂向载荷装置11固定设置，横向激振装置15与驱动系统模拟构架13抵接，纵向固定装置与驱动系统模拟构架13连接，待测永磁直驱系统14设于驱动系统模拟构架13上，待测永磁直驱系统14的车轮位于模拟轨道装置1的轨道轮上，动力驱动电机8能够驱动轨道轮转动，以带动待测永磁直驱系统14的车轮的转动；测试系统控制垂向载荷装置和横向激振装置15。
37.具体地，模拟轨道装置1动力来自动力驱动电机8，其中模拟轨道装置1与动力驱动电机8之间设置有变载传动机构5，变载传动机构5主要有机体、滚轴轴承、变速齿轮组成，主要功能类同机械变速箱，按齿轮组传动比比例将驱动电机扭矩传递至模拟轨道装置1；动力驱动电机8、变载传动机构5和模拟轨道装置1之间设置有动力轴联轴节，在传递扭矩的同时，补偿各动力轴轴向链接变位量，以确保扭矩的正常传递。
38.具体地，如图3所示，模拟轨道装置1包含支撑座21、轴承座22、模拟轨道轮110、轨道轮联动轴120，轴承座22设于支撑座21上，模拟轨道轮110与轨道轮联动轴120过盈配合连接为一体，轨道轮联动轴120的两端分别位于轴承座22上。其中，支撑座21和轴承座22上设有模拟轨道轮垂向激振装置130。
39.被测试单个永磁直驱系统车轮踏面与模拟轨道轮是利用接触面间摩擦力，由模拟轨道轮驱动待测永磁直驱系统14车轮，将载荷传递至待测永磁直驱系统14。根据被测试系统轮对内测距尺寸，选用不同对应内测距尺寸的轨道轮和轨道轮联动轴。支撑座及垂向激振台和轴承座及垂向激振台除了具有支撑轨道轮、轨道轮联动轴功能外，还具有施加垂向激振功能，模拟机车在线运行时因轨道的不平顺给车轮施加的垂向载荷，以验证被测永磁直驱系统各部件抗振能力及疲劳性能。
40.其中，模拟轨道装置1中模拟轨道轮可采取偏心轮结构，对被测试的永磁直驱系统施加垂向激振。当然，模拟轨道轮也可采取非偏心轮结构。
41.具体地，如图2所示，驱动系统模拟构架13呈矩形，施加垂向载荷装置11设有四个，分别位于驱动系统模拟构架13的边角位置，施加垂向载荷装置11通过垂向载荷连接器座10设在u型槽连接板9，以实现在纵向上的整体位移。施加垂向载荷装置11既具有固定驱动系统模拟构架13的基本功能外，还具有施加垂向载荷功能，其施加垂向载荷能力可被分别控制，以模拟测试产品实际装车后受重力、载荷、加速度等的上下沉浮情况。
42.通过在模拟轨道装置1两侧设置有垂向激振台，对被测试的永磁直驱系统施加垂向激振，模拟永磁直驱系统在动态带载状态下的动态受力情况，并通过传感器实时传递和控制激振参数。
43.具体地，设有多个横向激振装置15，多个横向激振装置15施加不同大小的横向激振。如图2所示，横向激振装置15通过横向固定座17设在工作底面20上；设有两个横向激振装置15，两个横向激振装置15施加不同大小的横向激振，充分验证被测试驱动系统实际运用动态受力情况。两个横向激振装置15以模拟测试产品实际装车后，机车因过弯道、横向振动所产生的力，前后两个横向激振装置15可由控制系统分别控制，以模拟测试产品实际运用状态。
44.具体地，纵向固定装置包括纵向固定座19和纵向固定杆18，纵向固定杆18与驱动系统模拟构架13连接，从而对待测永磁直驱系统14在纵向、横向和竖直方向上的控制。
45.具体地，永磁直驱电机输入电源设备16、测试系统和数据采集处理系统是该动态测试装置关键输入和输出控制系统。因测试产品采用的是大功率永磁电机，当试验某阶段结束时，控制系统输入停止命令后，电机定子受惯性作用还会继续转动，此时电机定子会切割磁力线，此时电机变成了发电机，若使用常规电源设备，会发生烧损故障，为此本发明了采用实用大功率永磁电机的新型技术变流系统电源设备，以满足该测试装置的使用要求。
46.通过应用本发明所述的动态测试装置，验证被测试单个永磁直驱系统在不同试验工况条件下温升、振动、密封、转速、位移、扭矩等性能参数的变化情况，以达到测试产品性能评价和可靠性试验的目标。
47.具体地，为了充分测试产品永磁直驱系统新型挠性板联轴器等运动部件的振动情况，重点测试和收集永磁直驱系统联轴器的温升、振动与变位数据，以及振动衰减特性，因联轴器在测试过程中为高速旋转件，故采用了体积小、重量轻、同步精度高的无线传感器系统，该系统为小体积自组网无线传感器系统，在试验过程中，在无线实时传输的同时，进行内部数据存储，实现数据双重备份，数据稳定更好。将传统工业现场的有线网络无线化，从而减低硬件设备的部署难度，同时还可以有效容纳新增节点，使新节点快速融入网络并参与全局试验工作。该系统所涉及的关键技术有旋转件振动信号检测与传递技术、测试数据分析处理技术。
48.本技术提供的这种面向大功率、大扭矩永磁直驱技术机车关键系统及零部件动态试验的试验装置，尤其适用于带有弹性钢片式联轴器的大功率、大扭矩永磁直驱系统的试验研究。本技术解决目前国内及本公司试验装置资源不能满足大功率、大扭矩永磁直驱技术驱动系统及零部件的试验验证需求的问题。本技术所述试验装置可以满足不同功率、不同轴重、不同速度等级、不同直驱结构的单个永磁直驱系统关键零部件动态试验验证，以充分验证新研发产品的可靠性，同时积累重要技术数据和测试经验，为后续进一步探索研究永磁直驱技术奠定坚实的基础，也可为完善永磁直驱系统试验验证技术体系建立良好的平台。本技术所述试验装置为试验验证单个永磁直驱系统关键零部件，该试验装置的应用对今后探索和研究永磁直驱技术做好铺垫，可在一定程度上起引导作用，提高了研发效率和可行性的同时，可有效节约研发及试验成本。
49.本技术的动态测试装置以新型大功率、大扭矩机车单个永磁直驱系统作为研究对象，为模拟机车运行时轨道给车轮及机车轮轴直驱系统在线状态的施力情况，采取驱动轨道轮方式，为测试的直驱系统传递模拟负载，对单个永磁直驱系统进行驱动，以开展永磁直驱系统的振动特性试验、动力学试验、耐久性试验及研究性试验。另外该测试装置还配备有永磁直驱电机所需的电源设备，以便给直驱系统供电。按照已制定的试验大纲，通过一系列试验，对单个永磁直驱系统综合性能在试制研究阶段得以充分验证，以保证装车后机车运行的安全性和可靠性。
50.通过该测试装置的建立，为机车研发企业对驱动系统的研究验证创造了良好的平台，彻底解决了研发人员无产品实物试验数据的困境。依托该测试装置，通过对单个永磁直驱系统实物产品的测试研究，经对现场实做的试验数据和软件分析数据的对比分析，发现问题可及时调整试验方案、参数及结构等，能够快速响应，可有效节约时间、人力和物力。通过试验可确保单系统可靠性，在提高产品可靠性和降低研制风险的同时，进一步提升了公司及研发人员对驱动系统核心技术的掌握水平。
51.本技术提供的动态测试装置的具体测试流程为：
52.1、测试前需待测永磁直驱系统的模拟构架安装四个悬臂滚轮(配套工装，图中未示出)，滚轮与安装轨道滚动接触。四个悬臂滚轮安装后，该待测永磁直驱系统车轮与安装轨道悬空，依靠四个悬臂滚轮将待测永磁直驱系统按安装轨道方向推至该专利模拟轨道装置上，待连接固定后拆除悬臂滚轮；
53.2、输入电源设备与待测永磁直驱系统电机大线连接；
54.3、启动控制电源开关；
55.4、按照已规定好的程序文件要求，顺次分别启动动力驱动电机和永磁直驱系统电机；
56.5、测试过程中，通过布置在永磁直驱系统部件上的无线振动传感器和无线应变传感器，实时传递数据参数。所测试的数据参数可储存在传感器本身，也可实时通过接受天线传递至主机，再有主机通过4g网络传递云端数据处理器，再有云端数据处理器完成数据的具体分析。
57.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。