大功率机车轮轴驱动系统试验台液压系统的研制

宋自帅 马玉强 林新海

(南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 江苏 常州 213011)

大功率机车轮轴驱动系统试验台液压系统的研制

宋自帅 马玉强 林新海

(南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 江苏 常州 213011)

依据大功率机车轮轴驱动系统试验台液压系统的激振要求，对系统静态参数进行了计算，实际应用表明，该系统能够满足对机车轮轴的动态加载要求。

激振；作动器；液压泵站；分油器；液压系统

机车轮轴驱动系统是机车车辆的重要部件，为整个车辆的行驶提供驱动力并将扭矩平稳输出到车轴上，在传递动力的同时还直接承受来自轨道和车轮的不平顺振动及各种载荷，其运行品质的好坏直接影响机车车辆的性能，并关系到车辆行车安全。大功率机车轮轴驱动系统试验台液压系统可实现对被测产品的动态加载，包括1个位置的水平激振和4个位置的垂向激振，用于水平激振和垂直激振加载强度等试验，并且可以根据需要进行组合模式试验，模拟驱动系统在滚动振动下的运动状态。

1 液压系统激振要求

1.1 液压作动器安装位置及控制点位置

液压作动器及控制点位置如图1所示，垂向作动器安装位置：A、B、C、D；水平作动器安装位置：E；控制点：M、N。作动器主要技术参数为：垂向最大动态载荷为±50kN(单只作动器)；横向最大动态载荷±100kN(单只作动器)；横向、垂向最大振幅为±10mm;横向、垂向最大速度为0.33m/s；横向、垂向激扰最高频率为10Hz；横向、垂向最大加速度时频率为2.6Hz。

图1 液压作动器及控制点位置图

1.2 具有载荷控制和位移控制模式

液压作动器通过模拟转向架对轮轴驱动系统进行作用，提供模拟试验中所需要的动态载荷和动态位移，因此液压系统需要包含载荷控制和位移控制2种模式，以便在不同试验要求下调换控制模式。液压作动器上具有力传感器和位移传感器，通过控制系统计算发给控制器数字命令，由伺服阀将其变为电流信号，从而改变油的流量，进而决定作动器的运动，液压系统通过力和位移传感器的反馈，实现系统的载荷和位移闭环控制。

2 液压系统静态参数计算

2.1 供油压力PS的选择

供油压力PS的选择非常重要，关系到液压动力元件的动、静态参数和液压装置的尺寸，也关系到动力元件与负载的匹配是否合理[1]。常用的液压系统供油压力推荐如下：磨床为(0.8～2.0)MPa；组合机床不超过6.3MPa；车床、铣床、镗床为(2～4)MPa；研磨机床为(2～5)MPa；拉床、龙门刨床不超过10MPa；农业机械为(10～16)MPa；船用系统为(14～25)MPa；工程机械、重型机械、液压机等为(16～32)MPa。

根据本试验台的具体工作情况，参考现有同类试验台的供油压力，选择供油压力PS=21MPa。

2.2 作动器主要参数确定

根据载荷控制系统的特性，使系统在供油压力的80%状态下工作[2]，即负载压力PL=0.8PS=16.8MPa。

2.2.1 垂向作动器

最大动态载荷为FLmax=50kN，因此，

圆整取实际活塞直径D垂=100 mm，实际活塞杆直径d垂=80 mm。

2.2.2 横向作动器

最大动态载荷为FLmax=100 kN，因此：

圆整取实际活塞直径D横=120mm，则实际活塞杆直径d横=80mm。

2.3 伺服阀的选型

根据技术参数，作动器最大速度Vmax=0.33 mm/s，垂向作动器最大负载流量为Q垂max=A垂Vmax=60 L/min；横向作动器最大负载流量为Q横max=A横Vmax=124 L/min。

结合Moog伺服阀的型号，50 kN作动器配置1只G761-3005B伺服阀，100 kN作动器配置2只G761-3005B伺服阀。

3 液压系统的组成

大功率机车轮轴驱动系统试验台液压系统由液压泵站、作动器、分油器、控制器、控制站计算机和管线等组成。

3.1 液压泵站

液压泵站额定工作压力：21 MPa；额定流量：230 L/min；液压油过滤标准：ISO 12/10 或更好(NAS 4级)。液压泵站采用远程和本地控制可以切换的方式，在本地控制台上分别单独启动和停止电机，转矩平滑，无爬升现象；可以通过手动操作或可编程控制器PLC软件操作来完成逻辑切换、压力调节和状态监控功能；具有远程控制、显示和调节功能，如有危及设备安全的故障，油源具有自动关机的功能；可以在本地和远程控制台面板上进行液位、压力、油温等参数的设置。

3.2 分油器

配置2套分油器, 共带有5组独立液压输出端口,实现系统的高/低压控制,并达到最多进行5个独立测试的目的。每套分油器都配有 High/Low/Off 高、低压控制。为了尽量减少压力接入时对伺服系统和被试件的冲击，采用带电磁阀控制系统，可以调节压力接入的时间。

3.3 50 kN作动器和100 kN作动器

均采用双活塞杆双作用式液压缸，额定工作压力为21 MPa，额定动态力为50 kN(100 kN作动器为100 kN)，静态出力可达60 kN(100 kN作动器为131 kN)，配置精度均为0.5%的一体式内置LVDT位移传感器和Interface 疲劳级力传感器，配置1只(100 kN作动器配置2只)G761-3005B伺服阀(16.5GPM)，液压缸两端球铰及锁紧垫圈，通过外部夹具可实现液压缸固定。

3.4 控制器

Test Controller是一个轻型、可完全独立运行的完整测试控制器，机柜带有显示屏幕和键盘,可以直接完成测试操作；菜单结构易于使用；可配置1～32路伺服测试通道(模块配置)；带“阻尼”功能控制算法实现闭环控制，易调整参数和运行；可以完成力、位移和加速度控制。

Test Controller Unit 是一块高性能的伺服控制卡，可以独立完成对力、位移、加速度等多个参量的闭环伺服控制，其本身已经包含了传感器预放调理、伺服闭环控制、伺服阀驱动等多种功能，附带额外的一路模拟输入和两路模拟输出、BNC接头，可用于数据采集和监控。

3.5 控制站计算机

控制站的计算机配置主要包括Dell PC 64位英特尔酷睿TM 2双核i7处理器(2.66 GHz)，24英寸LED 平板显示器，鼠标键盘及标准附件。

4 结束语

目前该液压系统已完成与大功率机车轮轴驱动系统试验台的联机调试，实现了摇摆、点头、垂直动作时横向作动器进行加载及随机信号迭代试验，各项参数满足系统的技术要求，能够实现对轮轴驱动系统进行横向动态加载，模拟驱动系统在滚动振动下的运动状态。

[1] 郝明金. 百吨级阻尼器液压振动试验台及其控制系统的研制[D]. 浙江：浙江大学,2012.

[2] 万 园. 高铁轨道路基动力测试液压激振系统研究[D]. 武汉：武汉科技大学,2012.□

(编辑：缪 媚)

2095-5251(2016)01-0012-02

2014-12-24

宋自帅(1981-)，男，本科学历，高级工程师，从事液压系统的设计和研制。

中国铁路总公司(原铁道部)科技研究开发计划项目(2012J010-F)资助。

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