專利名稱：動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)方法及裝置，特別涉及動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)方法及裝置。
背景技術(shù)：
動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)一般由散熱器、離心式冷卻風(fēng)扇、電機(jī)、箱體、連接器等組成。冷卻系統(tǒng)吊裝在客車地板之下。動(dòng)車組對(duì)冷卻系統(tǒng)可靠性要求極高。這是因?yàn)橐坏├鋮s系統(tǒng)發(fā)生可靠性方面的問題，不僅對(duì)冷卻系統(tǒng)自身更會(huì)對(duì)整個(gè)動(dòng)車組的安全產(chǎn)生重大影響。動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壽命一般要求為20年。為確保冷卻系統(tǒng)可靠性，一般會(huì)對(duì)散熱器進(jìn)行爆裂試驗(yàn)、冷卻風(fēng)扇進(jìn)行超速試驗(yàn)、冷卻系統(tǒng)進(jìn)行沖擊振動(dòng)試驗(yàn)等。爆裂試驗(yàn)和超速試驗(yàn)只是驗(yàn)證冷卻系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)裕度，而沖擊振動(dòng)試驗(yàn)雖然為長(zhǎng)壽命模擬試驗(yàn)，但該試驗(yàn)僅驗(yàn)證了外界沖擊振動(dòng)對(duì)冷卻系統(tǒng)可靠性的影響，并無法驗(yàn)證冷卻系統(tǒng)本身的使用壽命。為確保冷卻系統(tǒng)噪音符合要求，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定當(dāng)動(dòng)車組速度大于60km/h時(shí)，冷卻系統(tǒng)在高速檔下運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行速度小于60km/h時(shí)，冷卻系統(tǒng)在低速檔下運(yùn)行。這也就意味著在動(dòng)車進(jìn)站或減速時(shí)，冷卻系統(tǒng)將在低速檔下運(yùn)行，一旦出站加速運(yùn)行到60km/h時(shí)，冷卻系統(tǒng)將在高速檔下運(yùn)行。在整個(gè)動(dòng)車組運(yùn)行區(qū)間內(nèi)，冷卻系統(tǒng)將在低速和高速擋下交變運(yùn)行。冷卻系統(tǒng)在高低速檔轉(zhuǎn)換時(shí)，風(fēng)扇和電機(jī)并不能完全同步，風(fēng)扇葉輪軸孔，特別是軸孔鍵槽處將會(huì)受到明顯的沖擊。另外電機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，電機(jī)起動(dòng)電流也會(huì)對(duì)電機(jī)產(chǎn)生明顯的沖擊，沖擊力將作用在電機(jī)安裝座上，從而導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生低周疲勞破壞。而這些瞬時(shí)沖擊影響無法通過常規(guī)有限元計(jì)算來真實(shí)模擬。為此，尋找一種冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)方法，提前確定其是否滿足設(shè)計(jì)壽命的要求，是否滿足動(dòng)車組對(duì)其可靠性指標(biāo)的要求，變得非常迫切和必要了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)方法及裝置。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)方法， 包括以下步驟步驟一根據(jù)動(dòng)車組每天運(yùn)行區(qū)間和所需要停靠的站段，統(tǒng)計(jì)出整個(gè)壽命期間經(jīng)受低速(Ο-nl)和高速(ril-M)兩種載荷的循環(huán)次數(shù)m和N2 ；步驟二 對(duì)冷卻系統(tǒng)按實(shí)際載荷譜，在轉(zhuǎn)速為Ο-nl條件下，進(jìn)行循環(huán)次數(shù)為m的交變?cè)囼?yàn)，并在轉(zhuǎn)速為nl-n2條件下進(jìn)行循環(huán)次數(shù)為Ν2的交變?cè)囼?yàn)。或在轉(zhuǎn)速為0-π2條件下進(jìn)行循環(huán)次數(shù)為Ν3的交變?cè)囼?yàn)。步驟三利用變頻器和變頻電機(jī)，將冷卻系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)速提高到轉(zhuǎn)速η2的b倍，其中 b的取值范圍為1-c，c為冷卻風(fēng)扇允許運(yùn)轉(zhuǎn)的最大安全系數(shù)，在轉(zhuǎn)速為Ο-bnl和bnl-bn2條件進(jìn)行10lgN1/&2 +10lgN2/fe2次交變?cè)囼?yàn)或在轉(zhuǎn)速為0_bn2條件下進(jìn)行l(wèi)0lgN3/&2次交變?cè)囼?yàn)根據(jù)Miller線性損傷累計(jì)理論，結(jié)構(gòu)疲勞至于載荷加載的次數(shù)和幅值大小有關(guān)，而于加載的次序和持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短無關(guān)。因此按照以上步驟可以模擬動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)在整個(gè)工作期間的疲勞壽命。若在規(guī)定次數(shù)內(nèi)完成試驗(yàn)，冷卻系統(tǒng)無損壞，則說明滿足設(shè)計(jì)要求，若試驗(yàn)中出現(xiàn)損壞，則說明不能滿足設(shè)計(jì)要求，需要改進(jìn)。步驟一中轉(zhuǎn)速nl = 0. 5n2。對(duì)新設(shè)計(jì)動(dòng)車組上的冷卻系統(tǒng)，步驟二中按技術(shù)條件進(jìn)行估算，動(dòng)車組每小時(shí)交變10次，每天運(yùn)行M小時(shí)，每年365天，利用率96%，整個(gè)冷卻系統(tǒng)壽命期間的總循環(huán)次數(shù)N3為1. 68e6次。由于冷卻系統(tǒng)從一個(gè)轉(zhuǎn)速到另一個(gè)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行，至少需要30s的時(shí)間，若按 1. 68e6次循環(huán)試驗(yàn)，至少需要不間斷進(jìn)行1年半的時(shí)間，試驗(yàn)周期過長(zhǎng)。假設(shè)b取1. 3，只需要在0 1. 3n2轉(zhuǎn)速下進(jìn)行4擬6次交變循環(huán)，即可等效在0 n2轉(zhuǎn)速下交變循環(huán)1. 68e6次的壽命，但試驗(yàn)時(shí)間縮短了 348倍，節(jié)省了時(shí)間，具有較強(qiáng)的可實(shí)施性。動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)裝置，由以下部件組成調(diào)壓器將380V 電源變壓，制動(dòng)單元將電機(jī)所產(chǎn)生的再生電能通過制動(dòng)電阻轉(zhuǎn)化為熱能，可編程控制器PLC 控制變頻器啟動(dòng)和停止，變頻器控制電機(jī)頻率，每臺(tái)電機(jī)都設(shè)有空氣開關(guān)，并設(shè)有總的空氣開關(guān)，溫度傳感器貼片式鉬電阻，用來測(cè)量電機(jī)軸承溫度，轉(zhuǎn)速傳感器采集轉(zhuǎn)速信號(hào)，振動(dòng)傳感器測(cè)量電機(jī)、箱體部位的振動(dòng)位移、速度或加速度信號(hào)，巡檢儀對(duì)溫度、轉(zhuǎn)速和振動(dòng)參數(shù)巡回檢測(cè)。此裝置可以對(duì)對(duì)冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)時(shí)的振動(dòng)速度和電機(jī)溫升進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)終止試驗(yàn)。


圖1為本發(fā)明動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)裝置組成示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)方法，包括以下步驟步驟一根據(jù)動(dòng)車組每天運(yùn)行區(qū)間和所需要?？康恼径?，統(tǒng)計(jì)出整個(gè)壽命期間經(jīng)受低速(Ο-nl)和高速(ril-M)兩種載荷的循環(huán)次數(shù)m和N2 ；步驟二 對(duì)冷卻系統(tǒng)按實(shí)際載荷譜，在轉(zhuǎn)速為Ο-nl條件下，進(jìn)行循環(huán)次數(shù)為m的交變?cè)囼?yàn)，并在轉(zhuǎn)速為nl-n2條件下進(jìn)行循環(huán)次數(shù)為Ν2的交變?cè)囼?yàn)。或在轉(zhuǎn)速為0-π2條件下進(jìn)行循環(huán)次數(shù)為Ν3的交變?cè)囼?yàn)。步驟三利用變頻器和變頻電機(jī)，將冷卻系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)速提高到轉(zhuǎn)速η2的b倍，其中 b的取值范圍為1-c，c為冷卻風(fēng)扇允許運(yùn)轉(zhuǎn)的最大安全系數(shù)，在轉(zhuǎn)速為Ο-bnl和bnl-bn2條件進(jìn)行10lgN1/&2 +10lgN2/fe2次交變?cè)囼?yàn)或在轉(zhuǎn)速為0_bn2條件下進(jìn)行10lgN3/&2次交變?cè)囼?yàn)。按照以上步驟可以對(duì)動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)確定是否滿足設(shè)計(jì)壽命的要求，進(jìn)而滿足動(dòng)車組對(duì)其可靠性指標(biāo)的要求。步驟一中轉(zhuǎn)速nl = 0. 5n2。對(duì)新設(shè)計(jì)動(dòng)車組上的冷卻系統(tǒng)，步驟二中按技術(shù)條件進(jìn)行估算，動(dòng)車組每小時(shí)交變10次，每天運(yùn)行M小時(shí)，每年365天，利用率96%，整個(gè)冷卻系統(tǒng)壽命期間的總循環(huán)次數(shù)N3為1. 68e6次。由于冷卻系統(tǒng)從一個(gè)轉(zhuǎn)速到另一個(gè)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行，至少需要30s的時(shí)間，若按 1. 68e6次循環(huán)試驗(yàn)，至少需要不間斷進(jìn)行1年半的時(shí)間，試驗(yàn)周期過長(zhǎng)。假設(shè)b取1. 3，只需要在0 1. 3n2轉(zhuǎn)速下進(jìn)行4擬6次交變循環(huán)，即可等效在0 n2轉(zhuǎn)速下交變循環(huán)1. 68e6次的壽命，試驗(yàn)時(shí)間縮短了 348倍，縮短了試驗(yàn)周期，節(jié)省了時(shí)間，具有較強(qiáng)的可實(shí)施性。動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)裝置，由以下部件組成調(diào)壓器9將380V 電源10變壓，制動(dòng)單元7將電機(jī)所產(chǎn)生的再生電能通過制動(dòng)電阻8轉(zhuǎn)化為熱能，可編程控制器PLC5控制變頻器6啟動(dòng)和停止，變頻器6控制電機(jī)頻率，每臺(tái)電機(jī)都設(shè)有空氣開關(guān)2、 3，并設(shè)有總的空氣開關(guān)4，溫度傳感器11測(cè)量電機(jī)軸承溫度，轉(zhuǎn)速傳感器12采集轉(zhuǎn)速信號(hào)， 振動(dòng)傳感器13測(cè)量電機(jī)、箱體部位的振動(dòng)位移、速度或加速度信號(hào)，巡檢儀14對(duì)溫度、轉(zhuǎn)速和振動(dòng)參數(shù)巡回檢測(cè)。此裝置可以對(duì)對(duì)冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)時(shí)的振動(dòng)速度和電機(jī)溫升進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)終止試驗(yàn)。
權(quán)利要求
1.動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)方法，包括以下步驟步驟一根據(jù)動(dòng)車組每天運(yùn)行區(qū)間和所需要?？康恼径危y(tǒng)計(jì)出整個(gè)壽命期間經(jīng)受低速(o-nl)和高速(nl-n2)兩種載荷的循環(huán)次數(shù)Nl和N2 ；步驟二 對(duì)冷卻系統(tǒng)按實(shí)際載荷譜，在轉(zhuǎn)速為O-nl條件下，進(jìn)行循環(huán)次數(shù)為m的交變?cè)囼?yàn)，并在轉(zhuǎn)速為nl-n2條件下進(jìn)行循環(huán)次數(shù)為Ν2的交變?cè)囼?yàn)。或在轉(zhuǎn)速為0-π2條件下進(jìn)行循環(huán)次數(shù)為Ν3的交變?cè)囼?yàn)。步驟三利用變頻器和變頻電機(jī)，將冷卻系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)速提高到轉(zhuǎn)速η2的b倍，其中b的取值范圍為1-c，c為冷卻風(fēng)扇允許運(yùn)轉(zhuǎn)的最大安全系數(shù)，在轉(zhuǎn)速為Ο-bnl和bnl-bn2條件進(jìn)行10igN1 +1次交變?cè)囼?yàn)或在轉(zhuǎn)速為0-bn2條件下進(jìn)行10lgN3M2次交變?cè)囼?yàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)方法，其特征在于 所述步驟一中轉(zhuǎn)速nl = 0. 5n2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)方法，其特征在于 所述步驟一中按技術(shù)條件進(jìn)行估算，動(dòng)車組每小時(shí)交變10次，每天運(yùn)行M小時(shí)，每年365 天，利用率96%，整個(gè)冷卻系統(tǒng)壽命期間的總循環(huán)次數(shù)N3為1. 68e6次。
4.動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于調(diào)壓器(9)將380V電源 (10)變壓，制動(dòng)單元(7)將電機(jī)所產(chǎn)生的再生電能通過制動(dòng)電阻(8)轉(zhuǎn)化為熱能，可編程控制器PLC 控制變頻器(6)啟動(dòng)和停止，變頻器(6)控制電機(jī)頻率，每臺(tái)電機(jī)都設(shè)有空氣開關(guān)0、3)，并設(shè)有總的空氣開關(guān)G)，溫度傳感器(11)測(cè)量電機(jī)軸承溫度，轉(zhuǎn)速傳感器 (12)采集轉(zhuǎn)速信號(hào)，振動(dòng)傳感器(1 測(cè)量電機(jī)、箱體部位的振動(dòng)位移、速度或加速度信號(hào)， 巡檢儀(14)對(duì)溫度、轉(zhuǎn)速和振動(dòng)參數(shù)巡回檢測(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于 溫度傳感器(11)為貼片式鉬電阻。
全文摘要
動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)方法及裝置，確定冷卻系統(tǒng)確定實(shí)際載荷譜，根據(jù)動(dòng)車組每天運(yùn)行區(qū)間和所需要?？康恼径?，統(tǒng)計(jì)出整個(gè)壽命期間經(jīng)受兩種載荷的循環(huán)次數(shù)，對(duì)冷卻系統(tǒng)按實(shí)際載荷譜，進(jìn)行交變?cè)囼?yàn)。通過引入載荷強(qiáng)化系數(shù)b，縮短試驗(yàn)周期。確定冷卻系統(tǒng)是否滿足設(shè)計(jì)壽命的要求。按照以上步驟可以對(duì)動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)確定是否滿足設(shè)計(jì)壽命的要求，進(jìn)而滿足動(dòng)車組對(duì)其可靠性指標(biāo)的要求。動(dòng)車組用牽引變壓器冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)裝置可以對(duì)對(duì)冷卻系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)時(shí)的振動(dòng)速度和電機(jī)溫升進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)終止試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01M99/00GK102435457SQ20111039081
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者喬巍, 張博, 李瑜, 王本義 申請(qǐng)人:中國(guó)北車集團(tuán)大連機(jī)車研究所有限公司