大功率機車輪軸驅動系統(tǒng)試驗臺液壓系統(tǒng)的研制

宋自帥 馬玉強 林新海

(南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

大功率機車輪軸驅動系統(tǒng)試驗臺液壓系統(tǒng)的研制

宋自帥 馬玉強 林新海

(南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

依據(jù)大功率機車輪軸驅動系統(tǒng)試驗臺液壓系統(tǒng)的激振要求，對系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)進行了計算，實際應用表明，該系統(tǒng)能夠滿足對機車輪軸的動態(tài)加載要求。

激振；作動器；液壓泵站；分油器；液壓系統(tǒng)

機車輪軸驅動系統(tǒng)是機車車輛的重要部件，為整個車輛的行駛提供驅動力并將扭矩平穩(wěn)輸出到車軸上，在傳遞動力的同時還直接承受來自軌道和車輪的不平順振動及各種載荷，其運行品質的好壞直接影響機車車輛的性能，并關系到車輛行車安全。大功率機車輪軸驅動系統(tǒng)試驗臺液壓系統(tǒng)可實現(xiàn)對被測產品的動態(tài)加載，包括1個位置的水平激振和4個位置的垂向激振，用于水平激振和垂直激振加載強度等試驗，并且可以根據(jù)需要進行組合模式試驗，模擬驅動系統(tǒng)在滾動振動下的運動狀態(tài)。

1 液壓系統(tǒng)激振要求

1.1 液壓作動器安裝位置及控制點位置

液壓作動器及控制點位置如圖1所示，垂向作動器安裝位置：A、B、C、D；水平作動器安裝位置：E；控制點：M、N。作動器主要技術參數(shù)為：垂向最大動態(tài)載荷為±50kN(單只作動器)；橫向最大動態(tài)載荷±100kN(單只作動器)；橫向、垂向最大振幅為±10mm;橫向、垂向最大速度為0.33m/s；橫向、垂向激擾最高頻率為10Hz；橫向、垂向最大加速度時頻率為2.6Hz。

圖1 液壓作動器及控制點位置圖

1.2 具有載荷控制和位移控制模式

液壓作動器通過模擬轉向架對輪軸驅動系統(tǒng)進行作用，提供模擬試驗中所需要的動態(tài)載荷和動態(tài)位移，因此液壓系統(tǒng)需要包含載荷控制和位移控制2種模式，以便在不同試驗要求下調換控制模式。液壓作動器上具有力傳感器和位移傳感器，通過控制系統(tǒng)計算發(fā)給控制器數(shù)字命令，由伺服閥將其變?yōu)殡娏餍盘?，從而改變油的流量，進而決定作動器的運動，液壓系統(tǒng)通過力和位移傳感器的反饋，實現(xiàn)系統(tǒng)的載荷和位移閉環(huán)控制。

2 液壓系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)計算

2.1 供油壓力PS的選擇

供油壓力PS的選擇非常重要，關系到液壓動力元件的動、靜態(tài)參數(shù)和液壓裝置的尺寸，也關系到動力元件與負載的匹配是否合理[1]。常用的液壓系統(tǒng)供油壓力推薦如下：磨床為(0.8～2.0)MPa；組合機床不超過6.3MPa；車床、銑床、鏜床為(2～4)MPa；研磨機床為(2～5)MPa；拉床、龍門刨床不超過10MPa；農業(yè)機械為(10～16)MPa；船用系統(tǒng)為(14～25)MPa；工程機械、重型機械、液壓機等為(16～32)MPa。

根據(jù)本試驗臺的具體工作情況，參考現(xiàn)有同類試驗臺的供油壓力，選擇供油壓力PS=21MPa。

2.2 作動器主要參數(shù)確定

根據(jù)載荷控制系統(tǒng)的特性，使系統(tǒng)在供油壓力的80%狀態(tài)下工作[2]，即負載壓力PL=0.8PS=16.8MPa。

2.2.1 垂向作動器

最大動態(tài)載荷為FLmax=50kN，因此，

圓整取實際活塞直徑D垂=100 mm，實際活塞桿直徑d垂=80 mm。

2.2.2 橫向作動器

最大動態(tài)載荷為FLmax=100 kN，因此：

圓整取實際活塞直徑D橫=120mm，則實際活塞桿直徑d橫=80mm。

2.3 伺服閥的選型

根據(jù)技術參數(shù)，作動器最大速度Vmax=0.33 mm/s，垂向作動器最大負載流量為Q垂max=A垂Vmax=60 L/min；橫向作動器最大負載流量為Q橫max=A橫Vmax=124 L/min。

結合Moog伺服閥的型號，50 kN作動器配置1只G761-3005B伺服閥，100 kN作動器配置2只G761-3005B伺服閥。

3 液壓系統(tǒng)的組成

大功率機車輪軸驅動系統(tǒng)試驗臺液壓系統(tǒng)由液壓泵站、作動器、分油器、控制器、控制站計算機和管線等組成。

3.1 液壓泵站

液壓泵站額定工作壓力：21 MPa；額定流量：230 L/min；液壓油過濾標準：ISO 12/10 或更好(NAS 4級)。液壓泵站采用遠程和本地控制可以切換的方式，在本地控制臺上分別單獨啟動和停止電機，轉矩平滑，無爬升現(xiàn)象；可以通過手動操作或可編程控制器PLC軟件操作來完成邏輯切換、壓力調節(jié)和狀態(tài)監(jiān)控功能；具有遠程控制、顯示和調節(jié)功能，如有危及設備安全的故障，油源具有自動關機的功能；可以在本地和遠程控制臺面板上進行液位、壓力、油溫等參數(shù)的設置。

3.2 分油器

配置2套分油器, 共帶有5組獨立液壓輸出端口,實現(xiàn)系統(tǒng)的高/低壓控制,并達到最多進行5個獨立測試的目的。每套分油器都配有 High/Low/Off 高、低壓控制。為了盡量減少壓力接入時對伺服系統(tǒng)和被試件的沖擊，采用帶電磁閥控制系統(tǒng)，可以調節(jié)壓力接入的時間。

3.3 50 kN作動器和100 kN作動器

均采用雙活塞桿雙作用式液壓缸，額定工作壓力為21 MPa，額定動態(tài)力為50 kN(100 kN作動器為100 kN)，靜態(tài)出力可達60 kN(100 kN作動器為131 kN)，配置精度均為0.5%的一體式內置LVDT位移傳感器和Interface 疲勞級力傳感器，配置1只(100 kN作動器配置2只)G761-3005B伺服閥(16.5GPM)，液壓缸兩端球鉸及鎖緊墊圈，通過外部夾具可實現(xiàn)液壓缸固定。

3.4 控制器

Test Controller是一個輕型、可完全獨立運行的完整測試控制器，機柜帶有顯示屏幕和鍵盤,可以直接完成測試操作；菜單結構易于使用；可配置1～32路伺服測試通道(模塊配置)；帶“阻尼”功能控制算法實現(xiàn)閉環(huán)控制，易調整參數(shù)和運行；可以完成力、位移和加速度控制。

Test Controller Unit 是一塊高性能的伺服控制卡，可以獨立完成對力、位移、加速度等多個參量的閉環(huán)伺服控制，其本身已經包含了傳感器預放調理、伺服閉環(huán)控制、伺服閥驅動等多種功能，附帶額外的一路模擬輸入和兩路模擬輸出、BNC接頭，可用于數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。

3.5 控制站計算機

控制站的計算機配置主要包括Dell PC 64位英特爾酷睿TM 2雙核i7處理器(2.66 GHz)，24英寸LED 平板顯示器，鼠標鍵盤及標準附件。

4 結束語

目前該液壓系統(tǒng)已完成與大功率機車輪軸驅動系統(tǒng)試驗臺的聯(lián)機調試，實現(xiàn)了搖擺、點頭、垂直動作時橫向作動器進行加載及隨機信號迭代試驗，各項參數(shù)滿足系統(tǒng)的技術要求，能夠實現(xiàn)對輪軸驅動系統(tǒng)進行橫向動態(tài)加載，模擬驅動系統(tǒng)在滾動振動下的運動狀態(tài)。

[1] 郝明金. 百噸級阻尼器液壓振動試驗臺及其控制系統(tǒng)的研制[D]. 浙江：浙江大學,2012.

[2] 萬 園. 高鐵軌道路基動力測試液壓激振系統(tǒng)研究[D]. 武漢：武漢科技大學,2012.□

(編輯：繆 媚)

2095-5251(2016)01-0012-02

2014-12-24

宋自帥(1981-)，男，本科學歷，高級工程師，從事液壓系統(tǒng)的設計和研制。

中國鐵路總公司(原鐵道部)科技研究開發(fā)計劃項目(2012J010-F)資助。

U260.14+

B