航空剎車裝置動力試驗臺電氣傳動系統(tǒng)的特點

劉 鵬 王 釗 董豐收 李衛(wèi)東

(中國重型機械研究院股份公司，陜西 710032)

北京北摩高科摩擦材料有限責任公司主要研制生產(chǎn)航空剎車系統(tǒng)、機輪、剎車裝置和各類摩擦材料及其制品。為提升其產(chǎn)品試驗檢測及新產(chǎn)品開發(fā)能力，該公司投資建設(shè)了數(shù)字化航空輪胎剎車動力試驗臺。本文主要對該試驗臺電氣傳動系統(tǒng)的傳動方案、控制方式及實現(xiàn)方法進行介紹和探討。

1 剎車試驗臺設(shè)備組成

圖1 飛機輪胎剎車試驗臺設(shè)備組成Figure 1 Components of aircraft tire brake test station

飛機航空輪胎剎車試驗臺主要由主鼓輪、機械加載系統(tǒng)、拖動電機、飛機機輪、機輪剎車裝置、液壓加載系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、電機扭矩傳感器、剎車扭矩傳感器、加載拉壓傳感器、鼓輪速度傳感器、機輪速度傳感器、剎車裝置溫度傳感器等組成。設(shè)備組成如圖1 所示。

2 電機、傳動裝置技術(shù)參數(shù)

電機型號:哈爾濱電機廠Z800-1P 直流電動機

額定功率:1 800 kW

電樞額定電壓:830 V

電樞額定電流:2 296 A 兩倍過載

轉(zhuǎn)速:額定670 r/min～最高871 r/min

勵磁:他勵310 V 25 A

額定轉(zhuǎn)矩:25.66 kN·m

效率:94.3%

傳動裝置型號:西門子公司6RA7095-4LV62直流調(diào)速裝置(4Q)

功率:1 663 kW

電壓:AC 830 V/DC 875 V

電流:1 900 A

勵磁:最大375 V 40 A

3 電氣傳動系統(tǒng)配置及技術(shù)特點

該試驗臺一期工程的電氣傳動系統(tǒng)是用一臺1 800 kW 直流電動機拖動，2 臺SIEMENS 6RA70直流調(diào)速裝置雙機并聯(lián)實現(xiàn)四象限12 脈沖可逆控制。12 脈沖運行時，2 臺SIMOREG 裝置的電壓產(chǎn)生30°的相位差，能夠有效的抑制高次諧波。每個SIMOREG 裝置承受1/2 總電流，其中一個SIMOREG 裝置承擔轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)(有完整的速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器)，稱為主傳動裝置，另外一個承擔電流調(diào)節(jié)(只有電流調(diào)節(jié)器)，稱為從傳動裝置。經(jīng)裝置對裝置的點到點通訊方式實現(xiàn)由主傳動裝置向從傳動裝置施加電流給定值。

一期工程于2008 年完成安裝調(diào)試投入使用，試驗效果良好。但隨著國家大運飛機、四代機等一批新機型的上馬，原剎車動力試驗臺拖動電機的功率、輸出扭矩、最大加速度等指標已不能滿足新機型機輪的剎車動力試驗要求，為此對該試驗臺電氣傳動系統(tǒng)在2012 年進行了二期增容改造。在原系統(tǒng)增設(shè)一臺1 800 kW 直流電動機及相應的調(diào)速控制系統(tǒng)，兩臺電機之間通過專門設(shè)計制造的彈性膜片聯(lián)軸器串聯(lián)連接.原有電機(1#電機)與新增電機(2#電機)采用主從控制方式，1#電機在速度環(huán)狀態(tài)工作，2#電機在轉(zhuǎn)矩環(huán)狀態(tài)工作，從動系統(tǒng)通過裝置對裝置的連接方式接收從主動系統(tǒng)發(fā)送來的轉(zhuǎn)矩給定值和速度實際值。電氣傳動系統(tǒng)如圖2 所示，裝置對裝置串行鏈接如圖3 所示。傳動裝置主要參數(shù)設(shè)置及功能見表1。

4 電慣量模擬

剎車試驗臺用于對飛機輪胎、機輪和剎車裝置在接近典型的飛機出擊狀態(tài)下按一定試驗程序進行綜合性試驗，包括滑出、起飛、用或不用剎車的條件下著陸等的狀態(tài)模擬。剎車試驗臺的電機拖動系統(tǒng)就是通過電機拖動鼓輪，使鼓輪轉(zhuǎn)動來模擬多種型號飛機在起飛或降落時的各種狀態(tài)，在不同類型的試驗和試驗的各個階段中，電機拖動系統(tǒng)要根據(jù)試驗要求對鼓輪的能量進行補償。電慣量模擬是指電氣傳動系統(tǒng)在剎車過程中模擬不同的鼓輪慣量進行剎車試驗，其目的為將從剎車開始到剎停鼓輪的過程中所需要補充或吸收的能量均勻地補充到鼓輪系統(tǒng)中。該試驗臺電氣傳動系統(tǒng)選用西門子SIMADYN D 系統(tǒng)T400 工藝模板完成鼓輪的電慣量模擬，根據(jù)試驗要求對鼓輪的運行狀態(tài)和電機輸出能量積累(消耗)進行實時計算和控制，根據(jù)電慣量模擬的數(shù)學模型進行電機補償(回饋)力矩計算和控制。

圖2 電氣傳動系統(tǒng)框圖Figure 2 Block diagram of electric drive system

圖3 裝置對裝置串行鏈接示意圖Figure 3 Illustration of device to device serial linkage

表1 傳動裝置主要參數(shù)設(shè)置及功能Table 1 Main parameters setting and function of drive device

5 T400 工藝模板

SIMADYN D 系統(tǒng)T400 工藝模板是一個32位CPU 板，具有極高的運算能力和強大功能，能夠高速完成各種復雜的驅(qū)動任務(wù)，且性價比非常高。它可以作為一種選件插入直流變流器SIMOREG DC MASTER 中，數(shù)據(jù)由T400 經(jīng)驅(qū)動器的高速雙口RAM 傳送到驅(qū)動器的主控制模塊和通訊模塊中。T400 模塊的最快執(zhí)行周期小于0.8 ms，運算為浮點小數(shù)，并且與主控模塊和通訊模塊同步。T400 的配置和編程使用的是SIMADYN D 系統(tǒng)的編程軟件D7-ES，它由三部分組成:STEP7、CFC(Continuous Function Chart)和 D7-SYS。STEP7 和CFC 是運行于Windows 環(huán)境下的SIMATIC S7 圖形配置、編程軟件;D7-SYS 部分包括SIMADYN D 的數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)軟件。運用D7-ES對T400 進行編程的具體操作程序是在D7-ES 的數(shù)據(jù)庫中選擇所需的功能塊置于CFC 圖頁中，再根據(jù)所要實現(xiàn)的功能把每一功能塊的輸入接點用鼠標置以適當?shù)某?shù)或者與其他功能塊相關(guān)的輸出接點相連接;還可以把功能塊的某些端定義為參數(shù)，以便通過驅(qū)動裝置的控制面板OP1S 或者監(jiān)控程序Drive Monitor 對這些參數(shù)進行監(jiān)視和修改?？刂瞥绦蛲瓿刹⒔?jīng)編譯后可經(jīng)過編程設(shè)備的串行口下載到T400。

6 結(jié)束語

北摩高科航空剎車裝置動力試驗臺于2012年8 月完成二期增容改造，負荷試驗。自投入運行以來，由中國重型機械研究院股份公司設(shè)計的成套電氣傳動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠，能夠滿足新機型的剎車動力試驗要求，取得了良好的效果。

［1］馬艷陽，董豐收.航空剎車裝置動力試驗臺參數(shù)標定［J］.重型機械，2013(2).

［2］李衛(wèi)東，董豐收.鐵路機車車輛用制動動力試驗臺的特點及分析［J］.重型機械，2012(1).