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传动机及电机悬挂装置的结构与性能分析比较学生姓名杨泽兴学号专业班级指导教师摘要悬挂装置中应合理配置油压减振器来衰减振动通常在一系和二系的垂向、二系的横向要配置油压减振器对于二系很硬的货运机车,二系的动挠度很小,设置垂向减振器的效果很小,在二系可不设垂向减振器为控制转向架的蛇行振动,在快速及高速机车上,广泛采用抗蛇行油压减振器,置于二系悬挂中,沿纵向布置于转向架中部两侧悬挂装置最重要的特性是垂向总静挠度以及在两系中的分配,它影响机车垂向运行平稳性货运机车速度较低,悬挂装置垂向总静挠度可以小些,而且主要分配在一系悬挂,即通常所说的一系软、工系硬二系硬可使机车轴重转移小些,不易空转,这是货运机车所要求的客运机车速度较高,悬挂装置垂向总静挠度应该大些,而且总挠度的70%左右应分配在二系悬挂,亦即通常所说的一系硬、二系软二系软使车体垂向振动加速度减小,平稳性好快速客运机车大都采用轮对空心轴式牵引电动机全悬挂,车轴与包在其外面的空心轴的间隙较小,不宜采用静挠度较大的一系悬挂,以免高速运行时一系较大的动挠度引起车轴与空心轴相碰撞关键词空心轴相悬挂装置总静挠度垂向减振器抗蛇行油压减振器目录TOC\o1-3\h\z\u摘要I引言1综述21原理基础
21.1 车辆垂向悬挂系统的辨识建模
31.2 控制系统的结构
41.3 控制算法的建立
41.4 车辆现场实测响应的实时跟踪再现62机车调控齿轮齿牙擦伤原因分析
72.1 分析与检验
72.
1.1 宏观分析
72.
1.2 微观检验
72.
1.3 金相检验
72.2 讨论
102.3 调控齿轮的失效为严重擦伤所致103牵引电机的悬挂方式
113.1抱轴式半悬挂
113.2轮对空心轴式全悬挂
113.3架承式悬挂
123.
3.1直接联轴节架承全悬挂
123.
3.2电机空轴式架承全悬挂124牵引电机工作条件
134.1机车牵引对电动机的要求
134.2牵引电机的工作特性
144.
2.1较“软”的机械特性
144.
2.2速率特性
154.
2.3转距特性
154.
2.4效率特性165机车总体结构
175.1设备布置
175.2独立通风系统
185.3牵引电传动系统
205.4控制系统
205.5辅助电气系统
215.6空气制动系统
225.7车体
225.8转向架
235.9列车安全、通信和重联控制
235.10主要技术参数236机车性能曲线
246.1模块化设计
246.2可靠性、可维修性设计
246.3全新的标准体系
256.4独特的防腐技术25总结26致谢27参考文献28引言机车设计遵循“模块化、系列化、标准化和信息化的原则,以在欧洲、中东地区得到成熟、广泛运用的PRIMA系列机车为原型在保持原型机车的技术先进性、结构可靠性前提下,按照中国大秦铁路的重载运输要求进行设计机车可单机牵引1万吨重载列车;双机通过远程无线重联可牵引2万吨重载列车“和谐2”型电力机车(以下简称HXD2机车)是中国北车集团大同电力机车有限责任公司联合法国阿尔斯通交通运输股份有限公司为中国大秦铁路牵引2万吨重载货运列车而设计的一种新型重载货运交流传动机车在辨识建模的基础上,应用广义最小方差自校正控制算法实现在滚动振动试验台上进行机车车辆现场实测响应的实时跟踪再现仿真计算结果表明,用实时跟踪控制策略取代现有的离线式控制方式进行波形再现是完全可行的,为在试验台上跟踪现场实测的响应,反推轨道的不平顺提供了一种新的方法综述1原理基础机车悬挂装置(locomotivesuspension)支承机车重量的弹簧装置包括弹性元件和减振器,对机车动力学性能起决定性的影响悬挂装置分一系悬挂和二系悬挂,轴箱与转向架构架之间的弹簧称为一系悬挂;转向架构架与车体之间的弹簧称为二系悬挂悬挂装置最重要的特性是垂向总静挠度以及在两系中的分配,它影响机车垂向运行平稳性货运机车速度较低,悬挂装置垂向总静挠度可以小些,而且主要分配在一系悬挂,即通常所说的一系软、工系硬二系硬可使机车轴重转移小些,不易空转,这是货运机车所要求的客运机车速度较高,悬挂装置垂向总静挠度应该大些,而且总挠度的70%左右应分配在二系悬挂,亦即通常所说的一系硬、二系软二系软使车体垂向振动加速度减小,平稳性好快速客运机车大都采用轮对空心轴式牵引电动机全悬挂,车轴与包在其外面的空心轴的间隙较小,不宜采用静挠度较大的一系悬挂,以免高速运行时一系较大的动挠度引起车轴与空心轴相碰撞悬挂装置中应合理配置油压减振器来衰减振动通常在一系和二系的垂向、二系的横向要配置油压减振器对于二系很硬的货运机车,二系的动挠度很小,设置垂向减振器的效果很小,在二系可不设垂向减振器为控制转向架的蛇行振动,在快速及高速机车上,广泛采用抗蛇行油压减振器,置于二系悬挂中,沿纵向布置于转向架中部两侧机车车辆滚动振动试验台的建立为在室内进行机车车辆的动态模拟试验提供了全参数的仿真环境在进行模拟试验之前,需通过再现车辆现场实测的响应信号,来反推轨道对车辆系统的随机激扰输入从国外引进的液压伺服激振系统具有离线式波形再现的功能,为解决上述问题提供了一种手段但使用该方法要求被控对象为线性非时变系统所以,对于机车车辆这样的多刚体,强非线性和具有一定时变性的随机系统,如摆式车体、具有主动悬挂装置的高速机车车辆需进行新的控制方法的研究笔者用辨识建模的方法,建立了车辆垂向悬挂系统的参数化模型,并用广义最小方差自校正控制算法,进行了试验台实时跟踪控制器的设计和机车车辆现场实测响应的实时波形跟踪再现的仿真结果表明,用实时跟踪控制算法,进行波形再现可明显缩短再现试验时间和扩充试验台的功能HYPERLINKhttp://www.chinabaike.com/article/sort0525/sort0557/2007/20070803157431_
3.html\t_topINCLUDEPICTUREhttp://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2007-8/
2007839814953.jpg\*MERGEFORMAT
1.1 车辆垂向悬挂系统的辨识建模车辆垂向悬挂系统的模型可以用单变量或多变量的4阶段ARMAX模型来描述因此,其随机差分方程表示为 zk+a1zk-1+a2zk-2+a2zk-3+a4zk-4=b0uk-d+b2uk-d-1+b2uk-d-2+b3k-d-3+wk+c1wd-k-1+c2wk-21其中,z为车体的沉浮位移,μ为轨道的垂向激扰输入,d为悬挂系统的时滞,w显白噪声序列若用两输入两输出的模型来描述车辆垂向悬挂系统,则1式中的各系数项,应变为2×2的系数矩阵从辨识试验的结果得到悬挂系统的时滞d=2对于单变量模型a1=-
1.3288; a2=
0.7613; a3=-
1.0357;a4=
0.7673;b0=
0.0384; b1=
0.0501; b2=
0.0564;b3=
0.0259;c1=
0.5642; c2=-
0.3845对于多变量模型经检验可知,单变量模型的辨识结果是满意和可靠的;对多变量模型的辨识参数进行一定的修正后,也可以得到一个满意和可靠的辨识结果此辨识结果将作为下述实时跟踪控制算法中的被a111=-
1.7927;a112=
0.4289;a113=
0.7317;a114=-
0.3373;a121=-
0.0986;a122=
0.1565;a123=-
0.0220;a124=-
0.0276;a211=-
0.2723;a212=
0.3306;a213=
0.1792;a214=-
0.1761;a221=-
0.6616;a222=-
0.4121;a223=-
0.6135;a224=
0.8135;b110=
0.0086;b111=
0.0080;b112=
0.0054;b113=-
0.0153;b120=
0.0186;b121=
0.0135;b122=-
0.0064;b123=-
0.0005;a210=
0.0361;b211=
0.0456;b212=
0.0469;b213=
0.0124;b220=
0.0098;b221=
0.0209;b222=
0.0168;b223=
0.0007;c11=
0.5335;c12=-
0.4502;c21=
1.3350;c22=
0.3520 控对象的理论模型
1.2 控制系统的结构以现有计算机控制系统为基础,建立实时跟踪控制系统,其结果如图1所示该系统由两个控制回路组成,控制回路Ⅰ由伺服控制器S-59和激振器构成,采用现有控制系统的数字PID调节算法,保证激振器的输出信号与控制信号一致;控制回路Ⅱ由过程控制器PROCO、S-
59、激振器及被控对象组成,采用广义最小方差自校正控制,使响应信号Z尽可能地跟踪再现期望的响应信号Yr
1.3 控制算法的建立对于由式1所描述的被控系统,由于控制作用存在d步延滞,现时的控制作用ut要经过d个采样周期后,才能对输出产生影响为了用ut补偿随机扰动在t+d时刻对输出的影响,必须对输出量提前d步进行预测,根据预测值来计算适应的控制作用ut,以便获得输出误差的方差最小只有通过这样连续不断地进行预测和控制,才能始终保持输出量的稳态方差为最小但最小方差调节不能用于非逆稳定非最小相位系统;且控制算法没有考虑控制量变化的影响,使计算得出的控制量超出容许的范围为了克服这些缺点,Clarke和Gawthrop提出了广义最小方差自校正控制器,使其应用范围扩大设受控系统的模型由式1描述假定1受控系统延滞时间d以及q-1多项式A、B、C的阶次和系数都是已知的;2C为稳定多项式,即它的所有零点都位于q平面单位园内;3{wt}是均值为零,方差为σ2的独立随机变量序列取指标准函数为J=E{〔Pq-1zt+d-Rq-1yrt〕2+〔∧q-1ut〕2}2其中,yrt是伺服输入期望响应信号,Pq-1为首一化的q-1多项式;Rq-
1、∧q-1也分别为q-1的多项式控制器设计问题的提法是选择一种控制规律ut,使式2的描述函数取得极小Clarke证明,当ut取如下控制规律时,目标函数J极小3式中,F、G均为q-1多项式,其表达式如下45而F和G多项式的各项系数,由Diophantine方程给出,即6 对于多变量模型,可得到类似的结果 广义最小方差自校正控制算法的步骤如下 1由辨识程序得到模型参数的估计值θ; 2读取新输出zk和指令输入yrk; 3由Diophantine方程求解控制器参数F、G; 4计算控制信号u; 5用扩充最小二乘法递推计算参数估计值θ; 6返回2 在算法实现中,系统输出的权因子P取为1或I;R则取如下值R=B-1A∧+PB7以保证系统的静态增益为1;输入控制信号的加权因子∧取为常数,但应根据实际模型的情况进行调整,以达到最佳跟踪控制效果对上述辨识结果进行检验可知,满足应用广义最小方差自校正控制的适用条件
1.4 车辆现场实测响应的实时跟踪再现建立实时跟踪控制系统的目的是通过在试验台上再现车辆现场实测响应,来反推出轨道对车辆系统的激扰输入由实时跟踪控制算法得到的控制信号u,即为轨道对车辆系统激扰输入的近似表示在得到控制信号u后,就可生成整车试验所需的激扰驱动信号我们用试验车以60km/h速度运行,于平直道上测得的车体垂向振动响应信号作为被跟踪再现的目标信号,说明实时跟踪控制算法的仿真结果加速度信号经两次积分,高通滤波等处理后得到的位移振动信号在数字仿真中,以车体的垂向位移信号作为被跟踪再现的目标信号2机车调控齿轮齿牙擦伤原因分析用宏观、微观分析、金相检验等手段,对机车调控齿轮出现擦伤的原因进行了探讨认为装配不当,致使齿轮偏载是导致擦伤的主要原因另外,由于氮化层中存在着脆性相网状ε氮化物,使齿轮在冲击或弯曲载荷作用下,出现沿脆性相开裂乃至剥落现象某厂生产的机车柴油机经36h试验后,出现调控齿轮严重擦伤现象本文对出现这种现象的原因进行了分析
2.1 分析与检验
2.
1.1 宏观分析用肉眼观察调控齿轮的擦伤部位,发现主动齿轮牙齿长方凸面小端一侧严重擦伤,同时存在顶角剥落现象齿长方向凹面靠近大端处也存在擦伤,擦伤程度比小端轻些从动齿轮的擦伤情况与主动齿轮基本相同,不同之处是齿牙的凸凹面相反
2.
1.2 微观检验采用S-100扫描电镜对调控齿轮进行微观检验,发现主动齿轮牙小端齿角剥落处呈脆性断口,断口形态为河流状解理花样图1在擦伤处的扫描电镜图像中,能看到有开裂的沟槽,在沟槽内存在着大小不一的球形颗粒,这是典型擦伤痕迹的电子图像,见图2从动齿轮面擦伤处与主动齿轮相同,也呈典型的擦伤特征图
32.
1.3 金相检验调控齿轮的材质为38CrMoA钢,热处理工艺为调质+氮化处理用HV-5型小负荷维氏硬度计对氮化层硬度梯度进行测定,测定所用负荷为
4.9N,结果如表1所示 图1 齿角断口的扫描电镜图像 图2 主动齿轮擦伤处的扫描电镜图像165× 25kV WD31mm 189× 25kV WD3lmm 图3 从动齿轮擦伤处的扫描电镜图像 图4 渗氮层金相组织354× 25kVWD27mm 4%硝酸酒精,100×经硬度梯度测定,在负荷为
4.9N时,主、从动齿轮的氮化层深度都为
0.25mm用光学显微镜观察氮化层的金相组织,发现在氮化层中存在着脉状e相在受力部位的氮化层内存在着沿脉状或网状相扩散的微裂纹,见图4从动齿轮的金相组织与主动齿轮相同,但齿根处的裂纹较主动齿轮多图
5、图6为氮化层裂纹处的扫描电镜照片,从照片中可明显地观察到沿脉状和网状£相扩散的裂纹 图5 氮化层中的裂纹 图6 氮化层中的裂纹686×,25kV,WD5mm l.20K×,25kV,WD5mm
2.2 讨论从调控齿轮的擦伤部位来看,主、从动齿轮的擦伤主要分布在齿顶,这说明齿轮存在着严重的偏载现象,出现偏载的原因可能是由于装配不当而造成的 从金相组织上看,在氮化层内存在着脉状和网状ε相,这种氮化物一般出现在渗氮浓度特高的氮化层中,在零件尖角处更易形形,加剧晶界的脆性,使得零件在承受冲击或较大弯曲载荷时,沿脆性相处容易出现开裂乃至剥落的现象在氮化层的金相组织中出现脉状和网状£相的原因是由于氮化工艺控制不当,或氨气中含水量过高而造成的
2.3 调控齿轮的失效为严重擦伤所致根据各项分析造成擦伤的原因主要是1由于装配不当造成调控齿轮存在严重偏载现象;2氮化质量较差,使得氮化层的金相组织内存在着波纹状和网状£相,致使氮化层脆性增大,在冲击或较大弯曲载荷作用下,出现擦伤和表层脆性剥落现象3牵引电机的悬挂方式个别传动中,牵引电机的悬挂方式通常有三种抱轴式、轮对空轴式、架悬式
3.1抱轴式半悬挂牵引电机的一侧通过滑动的或滚动的抱轴承支承在轮轴上另一侧,通过悬挂装置悬挂在转向架的横梁上牵引电机的重量直接由轮轴和横梁分担这种悬挂方式,通过牵引电机轴头上安装的小齿轮,直接驱动大齿轮和机车动轮抱轴式悬挂的优点结构简单、检修维护方便、悬挂装置成本也比较低抱轴式悬挂的缺点牵引电机的重量约有一半是直接压在机车的轮轴上增加了机车对轨道的动力作用,当机车通过铁轨接缝和道岔时,产生的冲击力也直接传到电机上,直接影响牵引电机的运行此外,这种悬挂方式的牵引电机,外形尺寸受到机车动轮直径和轨距的限制不利于提高机车的速度和功率,悬挂方式适用于构造速度不超过120KM/H和每台牵引电机不超过1000KW的机车
3.2轮对空心轴式全悬挂这种悬挂方式同抱轴式悬挂的区别是,它的抱轴承(一般为滚动轴承)是抱在动轮的空心轴上空心轴与两侧的斜齿轮组成一体,两侧斜齿轮伸出的六个爪子经过弓形橡皮块由动轮弹性支撑,牵引电机的另一侧仍弹性悬挂在转向架的横梁上这种悬挂方式的牵引电机两侧都通过弹性支承悬挂动轮的振动冲击传递给牵引电机,所造成的影响有所减小但也会受到机车动轮直径及轨距的限制这种悬挂方式适用于结构速度不超过160KM/H及单台牵引电机功率不超过1000KW的机车
3.3架承式悬挂架承式悬挂又称独立悬挂或全悬挂它是将牵引电机完全弹性悬挂在转向架横梁上避免了抱轴式和空轴式的一些缺点,很大程度的改善了线路对牵引电机的动力作用
3.
3.1直接联轴节架承全悬挂牵引电机机座一侧的上方伸出两个悬臂,下方有一支承均用螺钉弹性的固定在转向架的横梁上,呈三点式悬挂,结构比较简单电机转轴的传动端和小齿轮转轴之间采用联轴节来传动,其缺点是,联轴节占用了一定的空间,牵引电机的轴向尺寸受到限制,因此,大功率干线机车一般不采用这种悬挂方式,此种悬挂方式在我国地铁上被广泛采用
3.
3.2电机空轴式架承全悬挂电机通过三点悬挂在转向架的横梁上,牵引电机的轴做成空心的电枢产生的电磁转距借助于传动端的联轴节,驱动穿过空心轴的扭距,然后,位经于前端的橡胶联轴节将转距传给小齿轮和动轮此种方式的优点是利用了转轴空心这个空间,节省了联轴节所占的位置这种悬挂方式适用于大功率高速机车4牵引电机工作条件
1、牵引电机是悬挂在机车转向架上的,因此结构上必须考虑传动和悬挂两方面的问题
2、牵引电机的外形尺寸受到限制,轴向尺寸受轨距限制,径向尺寸收到机车动轮直径的限制即要求牵引电机结构必须紧凑
3、牵引电机承受很大的冲击和震动机车在运行中产生冲击和震动(钢轨接缝、道岔等),都传给牵引电机特别是采用抱轴式悬挂的牵引电机因此,牵引电机必须拥有足够的机械强度,以保证各部件在运行中的可靠
4、牵引电机使用环境恶劣牵引电机悬挂在机车下方,非常容易受潮,受污我国疆域辽阔,机车长交路运行时,牵引电机受温度、湿度变化的影响较大,因此要求牵引电机有较高的绝缘强度和很好的防尘、防潮能力,并且要求牵引电机有良好的通风、散热条件
5、直流牵引电机换向条件恶劣直流牵引电机的换向条件比普通直流电机要恶劣的多直流牵引电机在换向过程中,直接收到机械冲击和振动,电机经常在起动、过载、制动、磁场削弱的条件下运行,因而换向条件非常恶劣很容易造成“环火”牵引电机在必须在结构和设计上对换向问题给予特别注意,以保证,牵引电机在高电压、大电流、高转速的条件下换向可靠
6、脉流牵引电机的换向和发热比比直流供电下更为困难,脉流牵引电机的结构要求比普通的直流牵引电机更高环火电机正负电刷之间被强烈的电弧所短路,同时还会发出巨大的响声俗称“放炮”
4.1机车牵引对电动机的要求为保证牵引电机在上述条件下可靠运行,能适应机车运行的要求作为牵引电机必须达到一些基本要求
1、良好的起动、调速性能,拥有较强的过载能力在正、反两个方向旋转运行时,必须具有相同的特性
2、牵引电机的各个部件必须拥有足够的机械强度,以保证牵引电机在恶劣的运行环境中可靠运行
3、牵引电机的绝缘必须具有很高的电气强度及良好的耐潮性、耐热性、耐腐蚀能力
4、大电流、高电压、高转速条件下运行时,有可靠的换向能力
5、尽量减轻牵引电机单位容量的重量
4.2牵引电机的工作特性
4.
2.1较“软”的机械特性直流牵引电机中,广泛采用串励电机(励磁绕组和电枢绕组为串联)串励电机拥有“软特性“,自调节性能好,起动牵引力也大串励电机在负载变化很大时,转速变化也很大,这种特性叫“软特性”当负载转距增加,电动机的电磁转距增大,电枢电流上升,转速自动下降输出功率则基本不变反之,负载转距减小、电枢电流下降、电机转速升高仍然保持输出功率基本不变,保证不因负载转距增大而使牵引电机过载,如果采用并励电机,当机车上坡时,负载转距增大,转速则下降不多输出功率几乎按比例增大,容易造成牵引电机过载烧毁串励牵引电机中,励磁绕组与电枢是串联的牵引电机的励磁电流就是电枢电流故牵引电机的磁通随电枢电流而变化,也就是说随负载而变化
4.
2.2速率特性当牵引电机的电压为常数时,转速n和电枢电流Ia之间的关系称为电机的速率特性,当牵引电机的端电压恒定时,转速与电枢电流成反比即,电枢电流越大,转速越低电枢电流越小,转速越高
4.
2.3转距特性电机的电压为常数时,电动机的电磁转距M与电枢电流Ia的关系成为电机的转距特性
(1)、电机磁路不饱和时,牵引电机的端电压恒定,直流牵引电机的电磁转距与电枢电流的平方成正比因为电机起动时,起动电流较大,根据其转距特性可知,直流牵引电机在起动时,可以获得很大的电磁转距,使机车能够较快起动由其转距特性还可知,较小的电枢电流变化,可以带来较大的电磁转距变化这样的特性使机车过载能力增强
(2)、电机磁路饱和时牵引电机的端电压恒定,直流牵引电机的电磁转距与电枢电流成正比
4.
2.4效率特性牵引电机运行时,主要有铜损、铁损、机械损、杂散损耗(附加损耗)杂散损耗一般约为电机容量的1%左右铜损耗与电枢电流的平方成正比铁损耗随电枢电流的增加略为增大(与一般直流电机不同)机械损耗随电枢电流的增加略为减少一般额定容量越大,其效率就越高20KW以下其效率约为70%-80%100KW其效率约为85%-90%200KW以上的直流牵引电机,额定效率可以达到91%-95%5机车总体结构
5.1设备布置HXD2机车采用2(B-B)轴式,由双节机车联挂组成,每节机车具有单端司机室,后端采用橡胶风挡及渡板衔接从结构上分,HXD2型电力机车设备布置大致可分为司机室设备布置、机械间设备布置、车顶设备布置、车端设备布置和车下设备布置等部分司机室设备布置包括操纵台设备、司机座椅、语音箱、后视镜和添乘座椅等;操纵台设备按功能环绕司机座椅分区设置,图形化显示,操控方便;车顶设备包括机车网侧电路的高压设备、人孔盖等;车端设备包括走道板及支架、车端管路、标志灯、刮雨器等;车下设备包括牵引变压器、蓄电池柜、底架照明及入库插座等在机车标准配置中,机车整备重量为200t,对应轴重为25t;去掉压车铁轴重可以减少到23t,机车整备重量为184t,以便合理发挥机车的粘着为便于整车的重量均匀分配,机械间设备按照斜对称原则分别布置在车内两侧;中间为贯通式走廊,下部为整体布线与布管排列;在机车的后部,设置了独立的司机生活间,包含压力水冲式卫生间、饮水机、微波炉、卧铺床、衣帽柜、就餐桌椅等生活实施;中间走廊分别与设置在司机室后墙和生活间前部中央的门相通;生活间后部中央门与2节机车之间的活动渡板相通;机械间各设备和布线设计采用基于功能体系的模块化方法,设备的安装、维护和检修更为简便图1为HXD2机车机械间设备布置图图1机械间设备布置图
5.2独立通风系统HXD2型交流传动电力机车通风系统分为6个独立的子系统,分别为牵引电机、主变流柜、辅助变流柜、通用柜、机械间和压缩机等设备通风冷却或补风各部分由侧墙过滤器或车顶百页窗从车外独立引风,经过风道和冷却设备,最后排向车外通用柜通风系统,夏季从车内吸风向外排热,冬季将车内空气循环加热在各风机的入口处分别设有不同级别的过滤器;过滤器的滤水装置原理如图2所示,过滤器的除尘装置结构如图3所示
5.3牵引电传动系统整个牵引电传动系统由网侧电路、牵引变压器主变流器和牵引电机等组成,系统(主变流柜1部分)原理如图4所示单节机车牵引电传动系统由4套独立控制的变频装置及其绕组和牵引电机构成,实行单轴独立控制其功率模块采用1200A/
3.3kV的IGBT元件,冷却管路采用快速接头设计,且具有完善的电气保护功能和防火保护功能牵引变压器为卧式结构,包括一次侧绕组、牵引绕组、二次滤波电抗器和辅助滤波电抗器,与主变流器共用强迫油循环风冷却系统以及多种保护电器其设计、制造技术基于瑞士ABB变压器产品在国际铁路上成熟应用,执行IEC、EN、DIN标准牵引电机为三相六极鼠笼式异步电动机,采用新型导磁材料,全叠片结构设计,强迫轴向通风冷却;定子整体经无溶剂200级硅树脂真空压力浸渍,转子为铜导条结构;库内动车采用地面三相工频电源输入,通过相应的控制实现其功能
5.4控制系统HXD2机车的控制采用基于WorldFIP网络通信技术的微机网络控制系统,具有完善的控制、监测和检修维护功能该系统的网络拓扑结构见图4FIPV网用于单节机车内部设备之间的信息交换,包括主处理单元MPU、远程模块RIOM、牵引控制单元TCU、辅助控制单元ACU、制动控制单元BCU、司机显示单元DDU等FIPT网用于机车内部节间设备或两重联机车之间的信息交换其结构可根据接入的节点数不同而有所变化节点的网址由主控机车的主总线仲裁其分配指定本机车FIPT网最多允许接入8个节点对于部分不接入WorldFIP网络的DC110V(包括DC24V)设备的控制由集中在系统柜、操纵台以及其他设备柜内的DC110V电气控制设备及电路实现
5.5辅助电气系统HXD2机车的辅助电气系统由辅助电源、充电机、辅助负载和相应的控制电路等组成,除辅助负载之外,其余部分都被集成安装在辅助变流柜里辅助电源包括2路辅助变流器输出的三相AC380V电源和1路变压器输出的单相AC220V电源辅助负载有AC380V、AC220V和DC110V共3种辅助电气系统具有完善的电气保护和防火保护功能辅助变流器采用DC-DC-AC的变换模式实现电源的输出其输入电源取自主变流柜的中间直流回路单节机车有2组辅助变流器装置一组为变频变压型(VVVF),一组为定频定压型(CVCF),互为冗余充电机采用DC-AC-DC的变换模式输入电路取自辅助变流器的中间电路整台机车的2个充电机互为冗余;控制系统采用数字控制技术通过WordFIP网络与外设进行数据交换,实现辅助系统的系统控制、状态检测和故障信息的存储传输
5.6空气制动系统HXD2机车制动系统按其功能分为风源系统、控制系统管路、辅助系统管路、制动机系统风源系统由螺杆式空气压缩机、空气干燥器、总风缸及其管路附件等组成;控制系统管路是由辅助空气压缩机、辅助干燥器、辅助风缸、单向阀及其连接管路组成;辅助系统管路由撒砂管路、轮轨润滑装置管路、风笛管路等组成司机室装有1个自动制动控制器,在正常的操纵模式下由电气部件发出的信号通过BCU(制动控制单元)来控制Eurotrol自动制动阀;如果BCU失效,则通过备用模块来控制BCU通过总线连接,由机车通过网络进行控制制动机系统具有常用制动、紧急制动、空电联合制动、直接制动、备用制动、机车阶段缓解与一次缓解选择、列车快速缓解、列车过充、断钩保护、重联、与监控装置配合、与LOCOTROL装置远程配合、无火回送、停放制动等功能
5.7车体车体为整体承载的框架式全钢焊接车体结构具体为底架主梁与台架一体化设计,底架纵向承载以边梁为主中梁为辅;侧墙由波纹板蒙皮和钢板压型件组焊而成封闭立柱组成;可拆卸钢制顶盖;司机室采用框架式钢结构,整体前窗玻璃;设玻璃侧窗和后视镜;带上下推拉式玻璃窗的司机室入口门厚重结实、密封性好;后墙中间走廊门通向机械间;司机室内墙装修采用多孔铝板;中间走廊地板为花纹铝地板车体整体可承受纵向压缩3600kN和拉伸2500kN载荷;采用法国进口的高强度车钩及大容量缓冲器技术,满足机车重载牵引的需要
5.8转向架转向架为B-B轴式,采用细晶粒高强度钢板焊接00而成的“口”字形构架,中间横梁用螺栓与构架联结;异步交流电机鼻式弹性悬挂,全封闭滚动抱轴箱体、承载式齿轮箱改善了部件的应力分布,提高了部件的抗振性能;采用整体辗钢车轮;低位牵引杆保证了高的粘着利用;一系悬挂装置和二系悬挂装置确保安全、快速和运行舒适性;通过一系、二系轴重调整垫实现25t/23t轴重变化;构架、齿轮箱、轴箱、抱轴箱的原材料具有在-40℃环境下良好抗冲击韧性
5.9列车安全、通信和重联控制为满足大秦线2万吨重载列车的牵引要求,HXD2机车装备有机车综合通信设备、机车对讲电话设备、LOCOTROL分布式动力系统以及由LKJ2000型监控装置、JT1-C型机车信号装置和车号识别系统,实现对从控机车的性能控制另外增加了无人警惕按钮和火灾语音报警装置
5.10主要技术参数机车主要技术参数如下电流制AC25kV,50Hz轨距1435mm轴式2(B-B)00轴重25t/23t机车前后车钩中心距18975mm机车车体宽度2850mm轮周牵引功率(持续制)10MW电制动功率(持续制)10MW启动牵引力(25t/23t)≥760kN/700kN最高运营速度120km/h6机车性能曲线机车牵引与制动特性曲线见图5和图6主要技术特点
6.1模块化设计D机车结构设计的最大特点是基于功能体系的HX2模块化方法,即将合同技术规范的要求系统定义为机车产品的功能模块,将功能模块划分为多个层次的子功能并用形式关系加以表达,从而建立对应的产品体系结构机车结构的模块化设计提高了产品部件的可移植性,拓展了产品种类并加快了新产品的更新速度,有利于提高产品的标准化、系列化程度
6.2可靠性、可维修性设计在D机车的产品技术规范中,均对产品的可靠HX2性、可用性、维修性和安全性、运用综合保障作出明确要求并对供应商满足这些要求的能力通过产品技术规范的逐条响应验证;其次,设计宽维修门,为维787mm修设备的取送提供方便;宽的走廊,增加了所700mm有设备的易接近性;变流模块采用易拆卸技术还带有定位针,防止不同模块的错插;第三,基于车体有限元强度计算结果对车内各柜体安装螺栓强度进行预计,以保证安装螺栓的可靠性通过以上措施,贯彻以维修为导向的设计理念和全寿命周期管理
6.3全新的标准体系D机车的设计基本采用了现行的国际先进标HX2准,主要包括标准等,基ISOIECUICENNFDIN本涵盖了机车设计、工艺、制造的全部领域,搭建了完整的以国际先进标准为体系的标准平台
6.4独特的防腐技术在D机车上有一些独特的防腐措施,如在机车HX2外侧的导电截面处,为了取得长期的良好的导电性能,全部采用了不锈钢的螺栓、螺母和符合法国标准的垫圈和垫圈并使用电接触油脂;司机操纵台骨TrepCS架采用铝合金板料焊接;碳钢类紧固件全部进行表面涂镀;总结本文采用广义最小方差自校正控制算法,在辨识建模的基础上,进行了机车车辆滚动振动试验台实时跟踪控制器的设计和仿真计算结果表明用实时跟踪控制算法取代离线式的波形再现算法,进行波形再现是完全可行的该算法的实施将大大缩短波形再现试验的时间和便于扩充试验台的功能电机通过三点悬挂在转向架的横梁上,牵引电机的轴做成空心的电枢产生的电磁转距借助于传动端的联轴节,驱动穿过空心轴的扭距,然后,位经于前端的橡胶联轴节将转距传给小齿轮和动轮此种方式的优点是利用了转轴空心这个空间,节省了联轴节所占的位置这种悬挂方式适用于大功率高速建立实时跟踪控制系统的目的是通过在试验台上再现车辆现场实测响应,来反推出轨道对车辆系统的激扰输入由实时跟踪控制算法得到的控制信号u,即为轨道对车辆系统激扰输入的近似表示在得到控制信号u后,就可生成整车试验所需的激扰驱动信号致谢本论文的完成主要是参考了许多老师的资料和文献还望老师见谅,再此特别感谢各位老师,特别感谢我的指导老师,在他一遍又一遍帮我差错修改下我才能顺利地完成这次论文,还有不少同学的帮助,如能有此机会自己也会帮助别人的祝各位老师工作顺利身体健康致谢参考文献
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