專利名稱：一種異步牽引電動機四維運動綜合試驗臺的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種試驗裝置，具體說是一種異步牽引電動機綜合試驗臺，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。
技術背景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軸 節都損壞，這到底是因為電動機的軸承、還是電動機的端蓋、還是球關節聯軸節、還 是轉向架安裝位置出問題，造成系統不能正常工作，至今也不內拿出有說服力的定量 數據，嚴重影響了我國高速動車的開發，所以引發我們的實用新型思路。在滾動試驗臺上在環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。而現在需要在四維高速旋轉時要精確測量轉 矩，也必須開發新穎試驗臺。在進行專利查詢中，尚未發現有類似的公開文獻，僅査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，但該專利僅通過聯軸器 與三相異歩電動機相聯接待測電動機，采用無級調節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，對于準確查找牽引電動機所存在的問題，存在一定的困難，因此很有必要開發或者實用新型一種綜合試驗系統，定量分析出與異步牽引電動機相關的子系 統，去定量攝取系統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可靠 工作所必須的數據。 實用新型內容本實用新型的目的在于針對現有試驗裝置的不足，提出一種能定量分析出與異步 牽引電動機相關的子系統，去定量攝取系統中重要部件在運動過程中的物理量的異步 牽引電動機多維運動綜合試驗臺。根據本實用新型的目的所提出的技術實施方案是 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。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，上端用球形關節頂住第四層平臺。下端用球形關節固定在電機座的下面。第三層為使平臺產生旋轉的旋轉平 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整。電動機與轉矩轉速測量儀的轉 軸由球關節聯軸節耦合。電動機的牽引和制動轉矩由球關節聯軸節傳遞，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、其能量在直流環節反饋，試驗用的牽引和制動能量在直流 環節上平衡抵消了，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 電90%以上。異歩牽引電動機完全可以完成按IEC1377標準規定的(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 精確測量。本實用新型具有比較寬的用途，不僅可以用來進行異步牽引電動機綜合試驗，還 可進行標準規定外的電動機的結構件，球關節聯軸節、傳動系統和包括電源及其控制 系統在內的研究性、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展，動力分散的軌道交通的需 求量越來越大，球關節聯軸節的連接方式極其普遍，電動機的定位軸承受到嚴重的挑 戰，從理論上講這種球關節聯軸節的連接方式對電機不產生軸向力。但實際上國內、 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 故也時有發生，廣州地鐵和香港地鐵國外電機定位軸承也同樣時有發生，所以這種配 上球關節聯軸節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為本實用新型一個實施例的結構圖； 圖2為本實用新型實施例的結構俯視圖； 圖3為本實用新型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、球關節聯軸器；4、信號檢測系統；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
附圖給出了本實用新型的一個實施例，下面將結合附圖對本實用新型作進一步的描述。從附圖中可以看出，本實用新型是一種異步牽引電動機多維運動的綜合試驗臺， 它是根據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 直流環節反饋。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生的旋轉運動工況下的各 種性能試驗。根據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生的旋轉運動的被試電動機測試平臺2、球關節聯軸器3、信 號檢測系統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10。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生X方向偏移的中間層12， X方向的油缸或氣缸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生Y方向偏移的平臺11， Y方向 偏移的平臺ll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ll的上層，另一端固定在試驗臺外的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 裝架調整。電動機與轉矩轉速測量儀的轉軸由球關節聯軸節耦合。電動機的牽引和制 動轉矩由球關節聯軸節傳遞，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 環節反饋，主要的牽引和制動能量在直流環節上平衡抵消了，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，所以可節電90%以上。異歩牽引電動機完全可以完成按IEC1377標準規定的(設計的起動特性、恒功升 壓、恒勁恒壓、恒功升壓、自然特性5個區段進行特性試驗)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) 進行精確測量。本實用新型具有比較寬的用途，不僅可以用來進行異步牽引電動機綜合試驗，還 可進行標準規定外的電動機的結構件，球關節聯軸節和包括電源及其控制系統在內的 研究性、可靠性、耐久性和壽命試驗。
權利要求1、一種異步牽引電動機四維運動綜合試驗臺，包括陪試電動機、兩個測試平臺、聯軸節和信號檢測系統，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。
2、 根據權利1所述的四維運動綜合試驗臺，其特征在于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。
3、 根據權利1所述的四維運動綜合試驗臺，其特征在于在試驗臺內有一套用于 控制液壓油缸或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；還設有用于測量轉矩、轉速和軸向力的轉矩轉速測量儀。
4、 根據權利1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。
5、 根據權利1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整。
6、 根據權利1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 儀的轉軸由球關節聯軸節耦合。
專利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，其能量在直流環節反饋。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生的旋轉運動工況下的各種性能試驗。
文檔編號G01R31/34GK201107392SQ20072006421
公開日2008年8月27日 申請日期2007年8月21日 優先權日2007年8月21日
發明者周志雄, 高培慶 申請人:周志雄