一種模擬機車運行工況的無級可調慣量模擬控制裝置的製作方法

2023-05-19 20:34:56

專利名稱：一種模擬機車運行工況的無級可調慣量模擬控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可調慣量控制裝置，尤其涉及一種模擬機車運行工況的無級可調慣量模擬控制裝置。
背景技術：
目前，機車在滾動試驗臺上進行試驗時，機車在剛開始啟動時，通常都沒有負載，即機車只有在變頻電機轉動一段時間並且具有一定轉速後才可以給機車加載，因此，不能真是的模擬機車運行時的工況，機車試驗也不具有很大的可靠性。 最近研究出了一種飛輪裝置，此飛輪安裝於試驗臺上，機車一開始轉動時，即可給機車加載，較真是的模擬了機車的啟動狀況。但是飛輪裝置也存在一些不足之處，由於飛輪裝置的轉動慣量為固定不變的值，所以給機車所加的負載也是固定不變的，因此只能模擬固定負載，不能模擬變負載。但是機車啟動運行時，所加的負載不是固定不變的，所以需要一種能改變機車負載的裝置，也就是負載慣量可以改變，來實現負載慣量的無級可調，以此來更真實的模擬機車啟動時的狀況。

發明內容
本發明的目的在於提供一種模擬機車運行工況的無級可調慣量模擬控制裝置，在機車啟動時，採用該裝置可以改變負載變量，實現負載慣量的無級可調。為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案一種模擬機車運行工況的無級可調慣量模擬控制裝置，包括試驗臺、機車、接觸電網；試驗臺上一端設有機車運行的軌道，軌道邊緣安裝有試驗臺軌道輪，另一端依次設置有萬向軸、扭矩傳感器、同步增速齒輪箱、變頻電機和飛輪，所述變頻電機的輸出端和飛輪的輸入端相連，並在試驗臺上端架設接觸電網，用於提供電能，所述機車內部安裝有牽弓I電機和機車輪對，試驗時運行在試驗臺的軌道上，一端和接觸電網接觸，一端和試驗臺上的試驗臺軌道輪接觸；其特徵為，試驗臺上還設置有參數輸入裝置、資料庫、變頻器CPU，參數輸入裝置用於輸入參數，資料庫中存放有不同慣量對應的加速時間，變頻器CPU中安裝有根據給定的加速時間控制輸出轉矩的程序，根據從參數裝置中輸入的帶模擬的牽引負載和最終速度，即可自動的從資料庫中選擇加速時間，並把時間參數傳遞給變頻器CPU，變頻器CPU根據給定的加速時間控制輸出轉矩，控制變頻電機的角加速度，來改變負載慣量J。作為優選，所述變頻器CPU中安裝的程序的控制方式為根據給定的加速時間線性控制輸出轉矩。作為優選，所述接觸電網架設於試驗臺上機車運行一端的斜上方。作為優選，所述接觸電網提供的電能為25kv單相交流電。本發明的有益效果為，由於在試驗臺上的變頻電機後面設計了具有相當轉動慣量的飛輪裝置，即將列車在線路上的直線運動慣量等效成飛輪的轉動慣量，在機車開始啟動時飛輪裝置即可給機車加載，而不是必須等到牽引電機轉動後並具有一定的轉速後才給機車加載，真實的模擬了機車帶載啟動的實際工作情況。還設置有資料庫、變頻器CPU，資料庫中存放有不同慣量對應的加速時間，變頻器CPU中安裝有根據給定的加速時間控制輸出轉矩的程序，根據輸入的帶模擬的牽引負載和最終速度，即可自動的從資料庫中選擇加速時間，並把時間參數傳遞給變頻器CPU，變頻器CPU根據給定的加速時間控制輸出轉矩，控制變頻電機的角加速度，來改變負載慣量J，所以可以給機車加載可變負載，實現負載慣量的無級可調。


圖I是本發明提供的模擬機車運行工況的結構示意圖；圖2是本發明提供的模擬機車運行工況的無級可調慣量模擬控制裝置的流程圖。圖中I、接觸電網，2、機車，21、機車輪對，3、試驗臺，31、試驗臺滾道輪，32、萬向軸，33、 扭矩傳感器，34、同步增速齒輪箱，35、變頻電機，36、飛輪，37、參數輸入裝置，38、資料庫，39、變頻器CPU。
具體實施例方式下面結合附圖並通過具體實施方式
來進一步說明本發明的技術方案。如圖I所示，於本實施例中，整個系統包括接觸電網I、機車2、試驗臺3，試驗臺3上一端設有機車2運行的軌道，軌道邊緣安裝有試驗臺軌道輪31，另一端依次設置有萬向軸32、扭矩傳感器33、同步增速齒輪箱34、變頻電機35和飛輪36，所述變頻電機35的輸出端和飛輪36的輸入端相連，機車2啟動時，飛輪36用來給機車2加載固定負載。在試驗臺3上端架設接觸電網1，用來給機車提供能量，所述接觸電網I優選為設置在試驗臺3斜上方。機車2內部安裝有牽引電機和機車輪對21，一端與接觸電網I相連接，另一端通過機車輪對21與試驗臺軌道輪31相接觸。試驗臺3上還設置有參數輸入裝置37、資料庫38、變頻器CPU39，參數輸入裝置37用於預先輸入參數，所輸入的參數為待模擬的牽引負載和變頻電機35的最終的終速度，資料庫38中存放有不同慣量對應的加速時間，變頻器CPU39中安裝有根據給定的加速時間控制輸出轉矩的程序，根據從參數裝置37中輸入的帶模擬的牽引負載和最終速度，即可自動的從資料庫38中選擇加速時間，並把時間參數傳遞給變頻器CPU39，變頻器CPU39根據給定的加速時間控制輸出轉矩，控制變頻電機35的角加速度，來改變負載慣量J，實現負載慣量的無級可調。其中根據時間控制輸出轉矩的方式優選為線性控制，工作時，機車2從接觸電網I中獲取電能通過牽引電機轉化為機械能傳遞到機車輪對21上，機車輪對即可轉動，通過機車輪對21與試驗臺滾道輪31之間的摩擦力，機車輪對21帶動試驗臺滾道輪31轉動，進而依次帶動萬向軸32、扭矩傳感器33、同步增速齒輪箱34、變頻電機35和飛輪36的轉動，機車2啟動時，飛輪36給啟動的機車2加固定負載，與此同時，無級可調慣量模擬控制裝置也為機車2添加可變負載。如圖2所示，此流程圖為無級可調慣量模擬控制裝置為機車2添加負載的流程，為機車2所加負載為可變負載，其大小可以通過以下方式控制，事先從參數輸入裝置37上輸入帶模擬的牽引負載和最終終速度，根據輸入的帶模擬的牽引負載和最終終速度，即可自動的從資料庫38中選擇加速時間，把時間參數傳遞給變頻器CPU39，變頻器CPU39根據給定的加速時間控制輸出轉矩，此控制優選為線性控制，控制變頻電機35的角加速度。變頻電機35從初始零速度加速到最終轉速W，其具有的動能是E=l/2*J*W2，P=dE/dt=J*W*a，J=P/(W*a)，其中E :動能，J :轉動慣量，W 電機中轉速，P :功率，a :角加速度。即變頻電機35能夠模擬的轉動慣量與電機功率、角速度、角加速度有關，只要控制變頻電機35的輸出轉矩，控制其從初始速度Wl加速到終角速度W2的時間即控制角加速度a，即相當于于改變了負載慣量，真實的模擬了慣量J，實現負載慣量的無級可調。作為一種優選的實施方案，所述接觸電網I提供的電能為25kv單相交流電。無級可調慣量模擬控制裝置給機車2加載時，步驟如下第一步，首先從參數加載裝置37中輸入待模擬的牽引負載和電機轉動的最終的終速度；第二步，根據輸入的不同待模擬的牽引負載和電機轉動的最終終速度，從資料庫 38中查找出對應的加速時間；第三步，把從資料庫38中查找到的加速時間傳給變頻器CPU39，變頻器CPU39根據給定的加速時間線性控制輸出轉矩；第四步，變頻器CPU39輸出的轉矩傳給變頻電機35，由於轉矩不同角加速度也不同，所以通過控制時間即可控制輸出轉矩，進而控制角加速度，角加速度不同慣量J也不同，因此實現了負載慣量的無級可調。以上結合具體實施例描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發明保護範圍的限制。基於此處的解釋，本領域的技術人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本發明的其它具體實施方式
，這些方式都將落入本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種模擬機車運行工況的無級可調慣量模擬控制裝置，包括試驗臺(3)、機車(2)、接觸電網(I)； 所述試驗臺(3 )上一端設有機車(2 )運行的軌道，軌道邊緣安裝有試驗臺軌道輪(31)，另一端依次設置有萬向軸(32)、扭矩傳感器(33)、同步增速齒輪箱(34)、變頻電機(35)和飛輪(36)，所述變頻電機(35)的輸出端和飛輪(36)的輸入端相連，並在試驗臺(3)上端架設接觸電網(1)，用於提供電能，所述機車(2)內部安裝有牽引電機和機車輪對(21)，試驗時運行在試驗臺(3)的軌道上，一端和接觸電網(I)接觸，一端和試驗臺(3)上的試驗臺軌道輪(31)接觸； 其特徵在於試驗臺(3)上還設置有參數輸入裝置(37)、資料庫(38)、變頻器CPU(39)， 參數輸入裝置(37)用於輸入參數，資料庫(38)中存放有不同慣量對應的加速時間，變頻器CPU (39)中安裝有根據給定的加速時間控制輸出轉矩的程序，根據從參數裝置(37)中輸入的帶模擬的牽引負載和最終速度，即可自動的從資料庫(38)中選擇加速時間，並把時間參數傳遞給變頻器CPU (39)，變頻器CPU (39)根據給定的加速時間控制輸出轉矩，控制變頻電機(35)的角加速度，來改變負載慣量J。
2.根據權利要求I所述的模擬機車運行工況的無級可調慣量模擬控制裝置，其特徵在於所述變頻器CPU (39)中安裝的程序的控制方式為根據給定的加速時間線性控制輸出轉矩。
3.根據權利要求I或2所述的模擬機車運行工況的無級可調慣量模擬控制裝置，其特徵在於所述接觸電網(I)架設於試驗臺(3)上機車(2)運行一端的斜上方。
4.根據權利要求3所述的模擬機車重載啟動的飛輪裝置，其特徵在於所述接觸電網(I)提供的電能為25kv單相交流電。
全文摘要
本發明公開了一種模擬機車運行工況的無級可調慣量模擬控制裝置，包括試驗臺、機車、接觸電網；所述試驗臺一端設有機車運行的軌道，另一端依次安裝變頻電機和飛輪，機車啟動時，飛輪用於給機車加載；並在試驗臺上端架設接觸電網，所述機車試驗時運行在試驗臺的軌道上，一端和接觸電網接觸；還設置有參數輸入裝置、資料庫、變頻器CPU，資料庫中存放有不同慣量對應的加速時間，變頻器CPU中安裝有根據給定的加速時間控制輸出轉矩的程序。根據輸入的帶模擬的牽引負載和最終速度，即可自動的從資料庫中選擇加速時間，並把時間參數傳遞給變頻器CPU，變頻器CPU根據給定的加速時間控制輸出轉矩，控制變頻電機的角加速度，來改變負載慣量J，以此來模擬變負載。
文檔編號G01M17/08GK102854024SQ20121033578
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月11日 優先權日2012年9月11日
發明者喻貴忠, 劉廣丹, 黎莎, 黎英豪 申請人:北京鐵道工程機電技術研究所有限公司