转向架静态加载电气同步控制研究

李政达，周文祥，王 颖

（西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都 610031）

0 引言

机车车辆转向架起着支撑车体并引导车辆运行的作用，因此转向架的许多涉及安全性能的测试试验必须在轴重静态加载的条件下进行。常用砝码装载框加载，吊装50 吨砝码至少需2 小时，耗时太久，因此在广州地铁1、2号线使用的转向架静压试验台，通过伺服控制液压加载缸及龙门架进行静态加载。但是，在实际使用中液压油容易泄露，造成车间环境较差[1-2]。

对转向架静态加载常使一、二系弹簧压缩量达到150 mm。加载特点是采用的两点加载，低速要求加载力大，在加载过程中要求两个加载臂同步加载不能超偏，以免影响测试结果；在微调过程中要求可单点加载，与起重机的点动过程类似。

本文根据转向架静态加载系统的特点，尝试采用更先进安全的电动螺杆加载代替液压加载。

1 加载系统方案研究

1.1 电轴同步控制研究

转向架静态加载系统如图1，通过电机带动螺杆升降机，利用龙门架横梁进行两点加载，其电气控制柜就近安装于升降机两侧；通过行程开关、位移传感器、压力传感器、电压/电流表来监视系统的运行状况。在电控柜1、2上分别设置急停按钮，在遇到紧急情况下均可紧急停止保证安全。

起重机在吊装较长重物时，需保证两吊钩升降同步，否则倾斜会造成安全事故，在完成吊装时又需要两吊钩单独微调完成配合，其通过加装带公共电阻的电轴系统彻底解决了无机械联系的两吊钩的同步升降问题[3]。针对转向架静态加载装置与起重机起吊重物的类似性，本文设计了以公共电阻电轴电路为核心的螺杆升降机电气传动系统，电气原理如图2所示。

图1 龙门架垂向电动加载系统工艺图

图2 龙门架电动加载电轴电气原理图

两台绕线式异步电机定子接于电网，转子电路并联接在公共电阻器上。其中，KM1/KM2通过调节电机定子侧相序来控制龙门架加载装置的升降；KM3 控制涡流制动器是否启动；KM4/KM5 控制两台电机单独升降，实现微调偏载；KM6 实现带公共电阻的电轴同步系统，实现同步加载。同步运行原理为：当两台电动机的负载相等时，它们同步运行，转子轴线之间没有位差角，转子内只有各自流过公共电阻的工作电流。当两台电机负载不同时，转子电路中除有流过公共电阻的工作电流外，还会产生只在两转子中流动的平衡电流，保证两台电机同步运行[4]。由于龙门架下落直至接触到转向架的过程中电机负载很轻，而带公共电阻的电轴系统在负载较轻的时候最易失去同步能力[5]，因此选用了带涡流制动器的绕线式异步电机，在负载轻的时候通过涡流制动提供负载，避免失步。

系统在单独加载时采用的是电机定子接于电网，转子串电阻短接的方式，使得每一台电机都可以单独运行，方便微调加载力。

1.2 电轴控制系统的整步

电轴系统在起动时，必须先对两台电机整步，因为在上一次停机时，两轴的阻力等不一样，造成两电机之间存在位差角，如果不整步可能造成系统失步，合闸冲击电流大，容易产生跳闸。

工程应用中常采用的整步方式为单相整步、变频整步等，单相整步在整步开始时会出现冲击电流，振动噪声较大。结合本系统实际研究了一种基于同步转速控制的整步方式。将两台电机单独采用转子侧串电阻同时启动，当两台电机运行至最高速度时，闭合开关将两台电机转子侧并联，利用两台电机的自然特性，待电机停转时完成整步。

2 加载系统工作步骤

转向架静态加载系统控制面板要考虑实际工况及操作简捷方便，设置如图3 所示，其中四个“上限/下限”为警示灯，其余为带灯按钮，矩形部分为摇杆。

图3 龙门架电动加载系统控制面板

转向架静态参数测试台工作步骤：

（1）将转向架通过轨道推行到试验工位上，对其进行横向、纵向的定位，使转向架处于标准的试验位置，同时处于自由状态；

（2）在准备工作完毕后，首先打开“电锁”开关，按下“自检”按钮，龙门架在下降50～80 mm过程中完成两台电机整步工作；

（3）将摇杆下拉，此时进行垂向预加载，工作人员通过观察左右位移表、压力表判断预加载完成时，将摇杆松开；

（4）对左右的加载力进行独立调整，通过按左/右载荷的⇧/⇩按钮；

（5）在垂向加载试验完毕后，将摇杆上推，此时龙门架返回到初始位置，完成一次转向架静态垂向加载。

3 实验验证

实验中所用电机为5.5 kW 冶金用绕线式异步电机YZR160M1-6，其参数如表1所示。

实验一，通过搭建电路，验证新的电轴整步方法。

测试方法：将两台电机分别串相同阻值的电阻进行启动，当两台电机达到最高转速的时候，通过投切开关将两台电机的转子侧进行并联，观察电机停下时是否整步完成。测试环境如图5所示。

表1 YZR160M1-6电机参数

测试结果：当电机停转时通过手动转动电机轴端，观察到两台电机是同步旋转的，可以证明两台电机在此过程中完成了整步。整步过程中转子电流波形如图4所示，电机整步震荡时间为2 s。

图4 电机整步过程转子电流震荡波形

图5 电机电轴整步实验

实验二，根据电轴电气原理图来搭建电机电轴电路，验证电轴系统是否可以满足龙门架同步加载的要求，测试环境如图5和图6所示。

图6 电机电轴同步试验

测试方法：在电机整步完成之后通过在其轴上贴上白色标签，通过闭合KM1，当电机转动5分钟后断开KM1 观察两电机标签是否在同一位置。

测试结果：当电机停转时，观察电机轴上标签位置在同一位置，证明两台电机在旋转过程中始终保持同步，可以满足龙门架同步加载的要求。

4 结论

本文针对转向架静态加载设备的特点，研究了以公共电阻电轴电路为核心的螺杆升降机电气传动系统，具有自锁、管线布置简单、避免环境污染同时保证加载性能指标不变的特点。结合装置运行过程，研究了一种基于同步转速控制的整步方式，实验验证效果良好。

［1］孙磊.轨道车辆转向架刚度试验台液压伺服加载系统研究［D］.长春：吉林大学，2007.

［2］曹勇.地铁车辆转向架静压试验台［J］.机车电传动，2007（6）：51-55.

［3］何报杏.双小车起重机加装电气同步升降装置［J］.设备管理与维修，1993（9）：19-20.

［4］周岳南.龙门起重机的公共变阻器电轴同步系统［J］.起重运输机械，1993（2）：6-8.

［5］顾谷绳.电机及拖动基础［M］.北京：机械工业出版社，1983.