專利名稱：異步牽引電動機四維運動綜合試驗方法與試驗臺及用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種試驗方法及裝置，具體說是一種異步牽引電動機試驗方法及綜合試 驗臺，主要用于模擬對牽引電動機在滿負荷的條件下進行相關的動力學的試驗。本發(fā)明 還涉及所述綜合試驗臺的用途。
背景技術：
國際上流行的滾動試驗臺，用模擬的轉向架架在滾動輪進行系統(tǒng)的電氣性能的綜合 試驗和動力學的性能試驗，由于轉向架要在縱向拉在地面的固定架上，用來平衡轉向架 動力輪對產(chǎn)生的牽引力。在試驗過程中每個動力輪對無法單獨施加軸向力，這樣無法在 牽引電動機上在滿負荷的條件下進行相關的軸向動力學的試驗， 一旦軸向相關部件發(fā)生 故障需要在運行考核出了問題后去評估，損失巨大。有些關鍵問題可能涉及到好幾個部 件，無法精確確定是哪個部件出問題，這樣的問題難以評估，嚴重影響牽引電動機結構 可靠性的評定。
以"先鋒"號異步牽引電動機例化了幾年的時間在滾動試驗臺上，在鐵科院的環(huán) 行線上試驗都是好的，但在實際運行中由于線路復雜，導致電動機定位軸承和聯(lián)軸節(jié)都 損壞，這到底是因為電動機的軸承、還是電動機的端蓋、還是球關節(jié)聯(lián)軸節(jié)、還是轉向 架安裝位置出問題，造成系統(tǒng)不能正常工作，至今也不內(nèi)拿出有說服力的定量數(shù)據(jù)，嚴 重影響了我國高速動車的開發(fā)，所以引發(fā)我們的發(fā)明思路。
在滾動試驗臺上在環(huán)行線上牽引電動機的轉矩也不能直接測量。只能估算。要解決 這個問題只能靠電動機的試驗臺了，但在流行的電動機試驗臺上陪試電動機、被試電動 機和轉矩轉速測量儀必須嚴格在一條直線上，否則靠背輪本身，電動機軸和軸承、轉矩 轉速測量儀的軸和軸承會受到損傷。而現(xiàn)在需要在四維高速旋轉時要精確測量轉矩，也 必須丌發(fā)新穎試驗臺。
在進行專利查詢中，尚未發(fā)現(xiàn)有類似的公開文獻，僅查詢到最為接近的中國專利名稱為"電動機試驗裝置"，專利號為00217634.3的專利文獻，但該專利僅通過聯(lián)軸器與 三相異歩電動機相聯(lián)接待測電動機，采用無級調(diào)節(jié)電機負載來測試電動機。并為從多個 受力方向來考慮對待測電動機的影響。
綜上所述，現(xiàn)有的各種試驗裝置均不能滿足在四維運動條件下牽引電動機轉矩轉速 的精確測定，對于準確査找牽引電動機所存在的問題，存在一定的困難，因此很有必要 丌發(fā)或者發(fā)明一種綜合試驗系統(tǒng)，定量分析出與異步牽引電動機相關的子系統(tǒng)，去定量 攝取系統(tǒng)中重要部件在運動過程中的物理量，這些物理量是保證系統(tǒng)可靠工作所必須的 數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有試驗裝置的不足，提出一種能定量分析出與異步牽引電 動機相關的子系統(tǒng)，去定量攝取系統(tǒng)中重要部件在運動過程中的物理量的異歩牽引電動 機多維運動試驗方法及綜合試驗臺。
本發(fā)明的另一目的在于提出上述能完成多維運動的綜合試驗臺的用途。
根據(jù)本發(fā)明的目的所提出的技術實施方案是根據(jù)異歩牽引電動機在實際運行的工 況條件，提出一種四維運動方式的試驗方式，所述的四維運動方式為采用兩套能夠自 由進行三維空間加旋轉運動的四維運動的電動機安裝平臺對異歩牽引電動機進行試驗； 其中一套牽引、 一套制動，其能量在直流環(huán)節(jié)反饋。將兩臺電動機分別安裝這兩個平臺 上，兩臺電動機一臺為陪試電動機，另一臺為被試電動機，陪試電動機和被試電動機均 由同一電源供電。通過兩套能夠自由進行三維空間加旋轉運動的四維運動的電動機安裝 平臺對被試電動機進行相當于動車縱向、軸向和垂向振動的三維運動，以及輪隊在轉 彎時產(chǎn)生的旋轉運動工況下的各種性能試驗。
根據(jù)本發(fā)明的方法所提出的試驗臺為一種四維運動異步牽引電動機綜合試驗臺，包 括被試電動機、測試平臺、連接器和信號檢測系統(tǒng)。其特征在于測試平臺為兩個能完 成相當于動車縱向、軸向和垂向振動的三維運動，而且還能完成相當于輪隊在轉彎時產(chǎn) 生的旋轉運動的電機平臺，兩個電機平臺上各有一個電動機， 一個為陪試電動機， 一個 為被試電動機，陪試電動機與被試電動機通過兩個連接器接在一起，信號檢測系統(tǒng)安裝在兩個連接器之間。在兩個電機平臺上均設有四個油缸或氣缸，其中包括一個X方向的 油缸或氣缸、 一個Y方向的油缸或氣缸、 一個Z方向的油缸或氣缸和一個旋轉油缸或 氣缸。每個平臺的每維運動都是由相應的液壓油缸或者氣缸去單獨執(zhí)行，其中X方向的 油缸或氣缸和Y方向的油缸或氣缸均安裝在平臺旁邊的徑向方向上，而旋轉油缸或氣缸 安裝在電機座的下面切向方向。
兩個電機平臺的平臺機座分為四層，最上一層為第四層，是產(chǎn)生Z方向的上下偏移 的Z層。Z方向的油缸或氣缸安裝在每個平臺的中心位置，上端用球形關節(jié)頂住第四層 平臺。下端用球形關節(jié)固定在電機座的下面。第三層為使平臺產(chǎn)生旋轉的旋轉平臺，旋 轉油缸或氣缸在旋轉平臺旁邊的切向方向上，旋轉油缸或氣缸一端與旋轉平臺連接在一 起，另一端固定在X向平臺上；第二層平臺為產(chǎn)生X方向既電動機軸向偏移的X層， X方向的油缸或氣缸一端安裝在X向平臺上，另一端固定在試驗臺外的X方向的地面 上；底層的平臺為產(chǎn)生Y方向偏移的平臺，底層分兩層，下面一層固定在地面上，沿Y 方向移動的上層平臺采用平面軸承的結構在下層平臺上滑動，油缸或氣缸安裝在最底層 外的徑向方向上， 一端安裝在Y向平臺上，另一端固定在試驗臺外的Y方向的地面上。
在試驗臺內(nèi)有一套用于控制液壓油缸或者氣缸的液壓站或者壓縮空氣站；還有一套 用于定量控制運動的幅值位置的傳感器；試驗臺內(nèi)的電子繼電器模塊由計算機去進行頻 率控制或者程序控制；還設有用于測量轉矩、轉速和軸向力的轉矩轉速測量儀。兩個平 臺可以單獨由計算機進行實時控制，也可以按規(guī)定程序進行控制。被試電動機和陪試電
動機可以直接安裝在平臺上，也可以通過構架間接安裝在平臺上。兩電動機之間安裝轉 矩轉速測量儀，其高度由它的安裝架調(diào)整。電動機與轉矩轉速測量儀的轉軸由球關節(jié)聯(lián) 軸節(jié)耦合。電動機的牽引和制動轉矩由球關節(jié)聯(lián)軸節(jié)傳遞，轉矩、轉速和軸向力由轉矩 轉速測量儀測量。電動機的電壓、電流和功率的基波、諧波和真有效值由交流傳動系統(tǒng) 測試儀測量。
陪試電動機和被試電動機由轉矩控制變頻電源也可以由矢量控制的變頻電源供電， 一套牽引、 一套制動、其能量在直流環(huán)節(jié)反饋，試驗用的牽引和制動能量在直流環(huán)節(jié)上 平衡抵消了，試驗時只需要輸入提供兩臺電機和兩套逆變器的損耗，所以可節(jié)電90%以上。
異步牽引電動機完全可以完成按IEC1377標準規(guī)定的(起動特性、恒功升壓、恒功 恒壓、恒功升壓、自然特性5個區(qū)段進行特性試驗)全部試驗項目。在試驗中可以對轉 矩、轉速、電壓(基波和諧波)、電流(基波和諧波)、功率(基波和諧波)進行精確測
本發(fā)明具有比較寬的用途，不僅可以用來進行異步牽引電動機綜合試驗，還可進行 標準規(guī)定外的電動機的結構件，球關節(jié)聯(lián)軸節(jié)、傳動系統(tǒng)和包括電源及其控制系統(tǒng)在內(nèi) 的研究性、可靠性、耐久性和壽命試驗。
隨著我國高速鐵路、城市軌道交通和地鐵的迅速發(fā)展，動力分散的軌道交通的需求 量越來越大，球關節(jié)聯(lián)軸節(jié)的連接方式極其普遍，電動機的定位軸承受到嚴重的挑戰(zhàn)， 從理論上講這種球關節(jié)聯(lián)軸節(jié)的連接方式對電機不產(chǎn)生軸向力。但實際上國內(nèi)、外這類 電機的軸承均有損傷。日本采用這種結構極為普遍，但6311定位軸承損傷的事故也時 有發(fā)生，廣州地鐵和香港地鐵國外電機定位軸承也同樣時有發(fā)生，所以這種配上球關節(jié) 聯(lián)軸節(jié)的四維運動的試驗綜合試驗不僅對電機的定位軸承，甚至對其它結構件的試驗考 核均有用處。


圖1為本發(fā)明一個實施例的結構圖2為本發(fā)明實施例的結構俯視圖3為本發(fā)明實施例的結構側視圖。
圖中1、被試電動機；2、被試電動機測試平臺；3、球關節(jié)聯(lián)軸器；4、信號檢測 系統(tǒng)；5、陪試電動機測試平臺；6、陪試電動機；7、 X方向的油缸或氣缸；8、 Z方向 的油缸或氣缸；9、 Y方向的油缸或氣缸；10、旋轉油缸或氣缸；11、 Y方向偏移的平臺； 12、 X方向偏移的中間層；13、旋轉層；14、平臺頂層。
具體實施方式
附圖給出了本發(fā)明的一個實施例，下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。 從附圖中可以看出，本發(fā)明是一種異步牽引電動機多維運動的綜合試驗臺，它是根 據(jù)異步牽引電動機在實際運行的工況條件，提出的一種四維運動方式的試驗方式，所述 的四維運動方式為采用兩套能夠自由進行三維空間加旋轉運動的四維運動的電動機安 裝平臺對異歩牽引電動機進行試驗；其中一套牽引、 一套制動，其能量在直流環(huán)節(jié)反饋。 將兩臺電動機分別安裝這兩個平臺上，兩臺電動機一臺為陪試電動機，另一臺為被試電 動機，陪試電動機和被試電動機均由同一電源供電。通過兩套能夠自由進行三維空間加 旋轉運動的四維運動的電動機安裝平臺對被試電動機進行相當于動車縱向、軸向和垂向 振動的三維運動，以及輪隊在轉彎時產(chǎn)生的旋轉運動工況下的各種性能試驗。 . 根據(jù)上述方法所提出的試驗臺為一種四維運動異步牽引電動機綜合試驗臺，包括被 試電動機l、 一個能完成相當于動車縱向、軸向和垂向振動的三維運動，而且還能完成 相當于輪隊在轉彎時產(chǎn)生的旋轉運動的被試電動機測試平臺2、球關節(jié)聯(lián)軸器3、信號 檢測系統(tǒng)4、 一個能完成相當于動車縱向、軸向和垂向振動的三維運動，而且還能完成 相當于輪隊在轉彎時產(chǎn)生的旋轉運動的陪試電動機測試平臺5和陪試電動機6。在被試 電動機測試平臺2和陪試電動機測試平臺5的動力均有設有除能完成相當于動車縱向、 軸向和垂向振動的三維運動外，還能完成相當于輪對在轉彎時產(chǎn)生的旋轉運動的四個油 缸或氣缸，每個平臺的每維運動都是由相應的液壓油缸或者氣缸去執(zhí)行，其中包括一個 X方向的油缸或氣缸7、 一個Y方向的油缸或氣缸9、 一個Z方向的油缸或氣缸8和一 個旋轉油缸或氣缸IO。其中Z方向的油缸或氣缸8安裝在每個平臺的中心位置，位于 電機座的下面，Y方向的油缸9和X方向的油缸或氣缸7均安裝在平臺旁邊的徑向方向 上，而旋轉油缸或氣缸9安裝在電機座的下面切向方向。整個平臺機座分為四層，平臺 頂層14為用于使平臺產(chǎn)生Z方向移動。第三層為旋轉的旋轉層13，旋轉油缸或氣缸10 在旋轉層13旁邊的切向方向上，與旋轉層13和X向平臺12連接在一起；平臺的第二 層為用于使平臺產(chǎn)生X方向偏移的中間層12， X方向的油缸7安裝在中間層12外的徑 向方向上， 一端安裝在X向平臺上，另一端固定在試驗臺外的X方向的地面上；平臺 的最底層為用于使平臺產(chǎn)生Y方向偏移的平臺11， Y方向偏移的平臺11分兩層，下面一層固定在地面上，沿Y方向移動的上層平臺采用平面軸承的結構在下層平臺上滑動， Y方向油缸或氣缸7安裝在最底層外的徑向方向上， 一端安裝在Y向平臺11的上層， 另一端囪定在試驗臺外的Y方向的地面上。
如果需要可以增加四維平臺安置在被試電動機測試平臺2和陪試電動機測試平臺5 的之間。把大小齒輪的齒輪箱和輪對轉矩的轉矩轉速測量儀裝在此平臺上進行更復雜的 動力學試驗和耐振試驗和機械壽命試驗。
在試驗臺內(nèi)或外有一套用于控制液壓油缸或者氣缸的液壓站或者壓縮空氣站；還有 一套用于定量控制運動的幅值位置的傳感器；試驗臺內(nèi)的電子繼電器模塊由計算機去進 行頻率和振幅控制或者程序控制；還有用于測量轉矩、轉速和軸向力的轉矩轉速測量儀。 兩個平臺可以單獨由計算機進行實時的精確控制，也可以按規(guī)定程序進行控制。被試電 動機和陪試電動機可以直接安裝在平臺上，也可以通過類似轉向架的固定方式的構架間 接安裝在平臺上。兩電動機之間安裝轉矩轉速測量儀，其高度由它的安裝架調(diào)整。電動 機與轉矩轉速測量儀的轉軸由球關節(jié)聯(lián)軸節(jié)耦合。電動機的牽引和制動轉矩由球關節(jié)聯(lián) 軸節(jié)傳遞，轉矩、轉速和軸向力由轉矩轉速測量儀測量。電動機的電壓、電流和功率的 基波、諧波和真有效值由交流傳動系統(tǒng)測試儀測量。
陪試電動機和被試電動機由兩套電源供電， 一套牽引、 一套制動、其能量在直流環(huán) 節(jié)反饋，主要的牽引和制動能量在直流環(huán)節(jié)上平衡抵消了，試驗時輸入電源只需要提供 兩臺電機和兩套逆變器的損耗，所以可節(jié)電90%以上。
異步牽引電動機完全可以完成按IEC1377標準規(guī)定的(設計的起動特性、恒功升壓、 恒功恒壓、恒功升壓、自然特性5個區(qū)段進行特性試驗)全部試驗項目。在試驗中可以 對轉矩、轉速、電壓(基波和諧波)、電流(基波和諧波)、功率(基波和諧波)進行精
本發(fā)明具有比較寬的用途，不僅可以用來進行異步牽引電動機綜合試驗，還可進行 標準規(guī)定外的電動機的結構件，球關節(jié)聯(lián)軸節(jié)和包括電源及其控制系統(tǒng)在內(nèi)的研究性、 可靠性、耐久性和壽命試驗。
權利要求
1、異步牽引電動機四維運動綜合試驗方法，其特征在于根據(jù)異步牽引電動機在實際運行的工況條件，提出一種四維運動方式的試驗方式，所述的四維運動方式為采用兩套能夠自由進行三維空間加旋轉運動的四維運動的電動機安裝平臺對異步牽引電動機進行試驗；其中一套牽引、一套制動，其能量在直流環(huán)節(jié)反饋；將兩臺電動機分別安裝這兩個平臺上，兩臺電動機一臺為陪試電動機，另一臺為被試電動機，陪試電動機和被試電動機均由同一電源供電；通過兩套能夠自由進行三維空間加旋轉運動的四維運動的電動機安裝平臺對被試電動機進行相當于動車縱向、軸向和垂向振動的三維運動，以及輪隊在轉彎時產(chǎn)生的旋轉運動工況下的各種性能試驗。
2、 一種實現(xiàn)權利1要求所述異步牽引電動機試驗方法的四維運動綜合試驗臺，包 括陪試電動機、兩個測試平臺、聯(lián)軸節(jié)和信號檢測系統(tǒng)，其特征在于在兩個平臺上設 有除能完成相當于動車縱向、軸向和垂向振動的三維運動外，還能完成相當于輪對在轉 彎時產(chǎn)生的旋轉運動的四個油缸或氣缸，其中包括一個X方向的油缸或氣缸、 一個Y 方向的油缸或氣缸、 一個Z方向的油缸或氣缸和一個旋轉油缸或氣缸。
3、 根據(jù)權利2所述的四維運動綜合試驗臺，其特征在于X方向的油缸和Y方向 的油缸均安裝在平臺旁邊的徑向方向上，而旋轉油缸安裝在電機座的下面切向方向。
4、 根據(jù)權利2所述的四維運動綜合試驗臺，其特征在于在試驗臺內(nèi)有一套用于 控制液壓油缸或者氣缸的液壓站或者壓縮空氣站；還有一套用于定量控制運動的幅值位 置的傳感器；試驗臺內(nèi)的電子繼電器模塊由計算機去進行頻率和振幅控制或者程序控 制；還設有用于測量轉矩、轉速和軸向力的轉矩轉速測量儀。
5、 根據(jù)權利2所述的四維運動綜合試驗臺，其特征在于被試電動機和陪試電動機直接安裝在平臺上或通過類似轉向架的固定方式的構架間接安裝在平臺上。
6、 根據(jù)權利2所述的四維運動綜合試驗臺，其特征在于兩電動機之間安裝轉矩轉速測量儀，其高度由它的安裝架調(diào)整。
7、 根據(jù)權利2所述的四維運動綜合試驗臺，其特征在于電動機與轉矩轉速測量 儀的轉軸由球關節(jié)聯(lián)軸節(jié)耦合；電動機的牽引和制動轉矩由球關節(jié)聯(lián)軸節(jié)傳遞，轉矩、轉速和軸向力由轉矩轉速測量儀測量；電動機的電壓、電流和功率的基波、諧波和真有效值由交流傳動系統(tǒng)測試儀測量。
8、 一種如權利2所述的四維運動綜合試驗臺的用途，其特征在于所述的四維運動綜合試驗臺用于進行異步牽引電動機機械振動的動力學試驗。
9、 如權利6所述的四維運動綜合試驗臺的用途，其特征在于所述的四維運動綜合試驗臺用來進行標準規(guī)定外的電動機的結構件、球關節(jié)聯(lián)軸節(jié)、傳動齒輪系統(tǒng)和包括 電源及其控制系統(tǒng)在內(nèi)的研究性、可靠性、耐久性和壽試驗。
全文摘要
一種異步牽引電動機試驗方法與四維運動綜合試驗臺及用途，根據(jù)異步牽引電動機在實際運行的工況條件，提出一種四維運動方式的試驗方式，所述的四維運動方式為采用兩套能夠自由進行三維空間加旋轉運動的四維運動的電動機安裝平臺對異步牽引電動機進行試驗；其中一套牽引、一套制動，其能量在直流環(huán)節(jié)反饋。將兩臺電動機分別安裝這兩個平臺上，兩臺電動機一臺為陪試電動機，另一臺為被試電動機，陪試電動機和被試電動機均由同一電源供電。通過兩套能夠自由進行三維空間加旋轉運動的四維運動的電動機安裝平臺對被試電動機進行相當于動車縱向、軸向和垂向振動的三維運動，以及輪隊在轉彎時產(chǎn)生的旋轉運動工況下的各種性能試驗。
文檔編號G01M99/00GK101206244SQ20071003559
公開日2008年6月25日 申請日期2007年8月21日 優(yōu)先權日2007年8月21日
發(fā)明者周志雄, 高培慶 申請人:周志雄