高速動(dòng)車(chē)組受電弓性能和檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)研究

姚 斌 曾側(cè)倫

南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司，山東青島 266000

高速動(dòng)車(chē)組受電弓性能和檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)研究

姚 斌 曾側(cè)倫

南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司，山東青島 266000

本研究主要以目前國(guó)內(nèi)高速動(dòng)車(chē)組和地鐵車(chē)輛常用高壓受流設(shè)備件受電弓為對(duì)象，依據(jù)最新的受電弓性能和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，展開(kāi)對(duì)車(chē)輛受電弓的各功能參數(shù)和檢測(cè)各功能參數(shù)的設(shè)備進(jìn)行研究，最終試制出受電弓地面模擬試驗(yàn)臺(tái)，并通過(guò)受電弓地面模擬試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)得到受電弓性能檢測(cè)參數(shù)報(bào)告。

高速動(dòng)車(chē)組；受電弓；性能試驗(yàn)方法；模擬試驗(yàn)臺(tái)

引言

隨著人們生活水平的提高和國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)對(duì)軌道交通事業(yè)的依賴(lài)，使得我國(guó)高速動(dòng)車(chē)組和城市地鐵車(chē)輛快速發(fā)展。為保證車(chē)輛設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的良好運(yùn)用以及整體車(chē)輛的安全、平穩(wěn)運(yùn)營(yíng)，研究車(chē)輛主要設(shè)備件的性能特征成為確保車(chē)輛各設(shè)備件在運(yùn)營(yíng)過(guò)程發(fā)揮更加良好狀態(tài)的一個(gè)必要環(huán)節(jié)。

動(dòng)車(chē)組及地鐵受電弓是整個(gè)車(chē)輛高電壓受流的重要部件，如出現(xiàn)故障整個(gè)車(chē)輛將失去動(dòng)力。為提前解決動(dòng)車(chē)組和城市地鐵車(chē)輛運(yùn)行中暴露出的問(wèn)題，通過(guò)搭建受電弓試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行地面模擬試驗(yàn)，研究測(cè)試掌握受電弓設(shè)備件的各種性能參數(shù)，以確保車(chē)輛的安全運(yùn)營(yíng)。

1 理論依據(jù)和目標(biāo)

以目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的不同類(lèi)型動(dòng)車(chē)組和地鐵用受電弓主要參數(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合機(jī)車(chē)車(chē)輛受電弓特性和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)際/國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）為理論依據(jù)，以受電弓特性和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中例行試驗(yàn)各項(xiàng)目為基礎(chǔ)，結(jié)合各類(lèi)型受電弓本身特性，以達(dá)到對(duì)受電弓基本性能參數(shù)檢測(cè)為目的，研究形成受電弓地面模擬試驗(yàn)臺(tái)，滿足不同類(lèi)型受電弓的裝配和試驗(yàn)檢測(cè)的通用要求和自動(dòng)采集測(cè)量并記錄動(dòng)車(chē)組或地鐵用受電弓各性能參數(shù)等各項(xiàng)功能。

2 研究?jī)?nèi)容

根據(jù)受電弓特性和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中例行試驗(yàn)項(xiàng)目為主體，結(jié)合研究目標(biāo)對(duì)受電弓試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行研究，其中受電弓特性和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)例行試驗(yàn)項(xiàng)目主要有目測(cè)檢查，集電頭長(zhǎng)度、高度、外形，受電弓升工高度、時(shí)間，靜態(tài)工作壓力，ADD功能檢測(cè)，垂向振動(dòng)，橫向振動(dòng)，氣密性試驗(yàn)，接觸壓力，溫升試驗(yàn)等試驗(yàn)內(nèi)容。

根據(jù)以上受電弓例行試驗(yàn)項(xiàng)目，形成以下研究主要內(nèi)容：

1）受電弓性能檢測(cè)數(shù)據(jù)參數(shù)自動(dòng)化采集

利用數(shù)據(jù)采集硬件及編寫(xiě)控制軟件程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)受電弓性能檢測(cè)全過(guò)程數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化，優(yōu)化目前對(duì)受電弓性能檢測(cè)手段的弊端。

2）受電弓氣密性功能檢測(cè)

在環(huán)境溫度下對(duì)試驗(yàn)受電弓裝置氣路充以標(biāo)稱(chēng)工作氣壓進(jìn)行檢測(cè)的整個(gè)氣路密封性。氣密性檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：保壓時(shí)間10min后，氣壓壓力下降不超過(guò)初始?jí)毫Φ?%。

3）受電弓靜態(tài)升降過(guò)程壓力檢測(cè)

在拆下阻尼器情況下，在一個(gè)持續(xù)的升降周期內(nèi)，受電弓升降速度預(yù)設(shè)定為（0.05±0.005）m/s的情況下，在受電弓弓頭懸掛件下直接測(cè)量靜態(tài)力，包括載荷量測(cè)量、信號(hào)處理和數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)等，準(zhǔn)確度應(yīng)不低于3%。

4）受電弓升、降弓時(shí)間檢測(cè)

升弓時(shí)間規(guī)定從受電弓開(kāi)始上升時(shí)刻算起，升至最高工作高度的上升時(shí)間。上升時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)不超過(guò)10秒。

降弓時(shí)間規(guī)定從受電弓最高工作高度下降時(shí)刻算起，降至最低工作高度的下降時(shí)間。

5）受電弓氣壓可連續(xù)性控制

采用氣壓比例閥，軟件控制氣壓比例閥從0kPa至1MPa之間任意調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)受電弓給定氣壓的連續(xù)性控制。

6）受電弓ADD功能試驗(yàn)

在受電弓升至落弓位置以上工作范圍的20%時(shí)（或最大工作高度），模擬ADD功能故障，受電弓ADD因氣路故障而降弓，測(cè)量從信號(hào)產(chǎn)生至降到最低工作高度（考核高度以下20cm處）的反應(yīng)時(shí)間，應(yīng)≤1s，且ADD動(dòng)作正常。

7）受電弓動(dòng)作特性曲線實(shí)時(shí)顯示

編寫(xiě)受電弓動(dòng)作特性檢測(cè)軟件，實(shí)時(shí)顯示受電弓動(dòng)作壓力和高度關(guān)系曲線。

8）受電弓動(dòng)作特性及數(shù)據(jù)參數(shù)存儲(chǔ)和打印

編寫(xiě)受電弓動(dòng)作特性數(shù)據(jù)采集軟件，同時(shí)可根據(jù)需要記錄儲(chǔ)存數(shù)據(jù)參數(shù)和打印輸出試驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告。

3 研究方法

3.1 動(dòng)作過(guò)程的研究方法

受電弓動(dòng)作過(guò)程包括受電弓的上升及下降動(dòng)作過(guò)程，連接外部風(fēng)源通過(guò)受電弓閥板給測(cè)試用受電弓供風(fēng)，在提供設(shè)定的風(fēng)壓情況下，用軟件控制受電弓升弓電磁閥進(jìn)行通斷，使受電弓氣囊充氣，受電弓上升；用軟件控制受電弓降弓電磁閥進(jìn)行通斷，使受電弓氣囊排氣，受電弓下降；

ADD功能模擬動(dòng)作過(guò)程，由于試驗(yàn)受電弓未出現(xiàn)有本身漏氣，為模擬受電弓ADD功能試驗(yàn)，在氣壓保壓箱內(nèi)加設(shè)一個(gè)ADD泄氣電磁閥，通過(guò)控制泄氣電磁閥的通斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)受電弓ADD功能模擬動(dòng)作。

3.2 數(shù)據(jù)檢測(cè)、采集的研究方法

受電弓試驗(yàn)臺(tái)對(duì)受電弓檢測(cè)的基本參數(shù)是：風(fēng)壓，受電弓動(dòng)作靜態(tài)力，受電弓升降高度。速度的控制和采集、受電弓動(dòng)作時(shí)間的采集，都可以通過(guò)硬件對(duì)變量的采集記錄和模擬計(jì)算獲得。

·風(fēng)壓檢測(cè)和采集：通過(guò)安裝在風(fēng)管路的壓力傳感器獲得，并直接傳給控制軟件顯示。

·受電弓動(dòng)作靜態(tài)力采集：通過(guò)設(shè)置在控制箱內(nèi)的拉力傳感器、滑輪、鋼絲繩和伺服電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)共同構(gòu)成靜態(tài)力檢測(cè)系統(tǒng)；在受電弓靜止時(shí)，靜態(tài)力=測(cè)量力/2+掛件重量+鋼絲繩重量。儀表顯示的數(shù)值為實(shí)際傳感器測(cè)得的力量的一半，同時(shí)反饋給控制軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和曲線的繪制。

·受電弓升降行程和高度數(shù)據(jù)采集：通過(guò)記錄伺服電機(jī)編碼器脈沖數(shù)獲得受電弓的動(dòng)作行程，同時(shí)記錄兩個(gè)位置點(diǎn)，通過(guò)編碼器計(jì)算得出受電弓升降高度，同時(shí)將計(jì)算得出的數(shù)據(jù)直接反饋給控制軟件并顯示。

·受電弓升降時(shí)間數(shù)據(jù)采集：通過(guò)對(duì)光電開(kāi)關(guān)和限位開(kāi)關(guān)，對(duì)受電弓動(dòng)作開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束的時(shí)間間隔,PLC記錄所得。

·受電弓靜態(tài)力檢測(cè)時(shí)升降速度的控制：監(jiān)測(cè)電機(jī)編碼器脈沖數(shù)，速度=單位時(shí)間內(nèi)位移。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，伺服電機(jī)通過(guò)滑輪組將受電弓拉??；以固定速度(0.05±0.005）m/s運(yùn)行，拉力傳感器測(cè)出的拉力代表了受電弓向上的力量，也就是實(shí)際中對(duì)接觸網(wǎng)的壓力。受電弓帶動(dòng)鋼絲繩上升或下降，鋼絲繩的行程即為受電弓的高度。

空氣壓力傳感器檢測(cè)供氣回路氣壓。人工調(diào)節(jié)空氣壓力，或者使用伺服閥控制氣壓，可以獲得不同的受電弓上升靜態(tài)力和高度。

ADD試驗(yàn)和自由升降時(shí)，按設(shè)定的高度用一根軟繩掛住受電弓，通過(guò)行程開(kāi)關(guān)記錄受電弓的下降開(kāi)始和停止，測(cè)得其動(dòng)作時(shí)間。

3.3 地面模擬試驗(yàn)臺(tái)基本構(gòu)成

地面模擬受電弓試驗(yàn)臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)試驗(yàn)臺(tái)）由試驗(yàn)臺(tái)固定底座、受電弓安裝柱、安裝過(guò)渡板、試驗(yàn)控制箱、保壓控制箱、閥板放置工裝、上位機(jī)等七部分組成，下圖1為受電弓地面模擬試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：

圖1

4 研究結(jié)果

通過(guò)研究的內(nèi)容和研究的方法過(guò)程，最終得到檢測(cè)高速動(dòng)車(chē)組及地鐵用受電弓性能的檢測(cè)地面模擬受電弓試驗(yàn)臺(tái)，下圖2為測(cè)試檢測(cè)受電弓數(shù)據(jù)參數(shù)時(shí)的試驗(yàn)過(guò)程流程圖。

4.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

試驗(yàn)臺(tái)安裝過(guò)渡板以多種受電弓類(lèi)型參數(shù)為理論依據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能對(duì)動(dòng)車(chē)組DSA250、DSA380、TSG18、QG-120等多種類(lèi)型受電弓進(jìn)行試驗(yàn)。

4.2 技術(shù)指標(biāo)

·額定輸入電壓：

AC220V(1±10%)

頻率：50HZ±1HZ

·功率：不大于500W

·供壓范圍：0～1MPa

·拉力測(cè)量范圍：(0～150)N

精度：±1N

·最大升弓高度測(cè)量范圍：(0～4000)mm 精度：±10%

·壓力傳感器非線性度：0.5%

·升降弓速度：(0.05±0.005)m/s

·升降弓時(shí)間精度：0.1s

·系統(tǒng)采集、反饋時(shí)間：小于50ms；

·系統(tǒng)測(cè)試精度：2‰

圖2

4.3 軟件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)采用西門(mén)子PLC和WINCC V7軟件設(shè)計(jì)?？刂粕喜捎蒙衔粰C(jī)和紅外線遙控兩種方式操作，其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

·準(zhǔn)確檢測(cè)受電弓氣路的密封性能。

·準(zhǔn)確測(cè)量出受電弓的最大升弓高度。

·準(zhǔn)確測(cè)量出受電弓上所加的靜態(tài)壓力。

·實(shí)時(shí)給出升降弓時(shí)力與高度的靜態(tài)特性曲線。

·實(shí)時(shí)顯示氣壓變化曲線。

·自動(dòng)測(cè)試受電弓升降弓時(shí)間。

·準(zhǔn)確測(cè)量受電弓起始?jí)毫χ怠?/p>

·模擬ADD故障并采集反應(yīng)時(shí)間。

·試驗(yàn)過(guò)程故障查詢。

·測(cè)試結(jié)果存儲(chǔ)、打印輸出。

5 研究結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決了以往試驗(yàn)臺(tái)在地面試驗(yàn)僅針對(duì)一種結(jié)構(gòu)的受電弓弊端，完全兼容目前裝車(chē)使用的動(dòng)車(chē)組和地鐵受電弓，為一綜合試驗(yàn)臺(tái)；控制方式智能化、多樣化、人性化，上位機(jī)操作界面清晰易懂；試驗(yàn)數(shù)據(jù)及測(cè)試曲線自動(dòng)采集，實(shí)時(shí)顯示并打印。

10.3969/j.issn.1001-8972.2013.07.049

姚斌（1982.06-）.男，漢族，本科，現(xiàn)就職于南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司，工程師，從事車(chē)輛高級(jí)檢修工作；

曾側(cè)倫（1983.04-）.男，漢族，本科，現(xiàn)就職于南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司，工程師，從事車(chē)輛調(diào)試工作。