专利名称：动车组用牵引变压器冷却系统疲劳试验方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及冷却系统疲劳试验方法及装置，特别涉及动车组用牵引变压器冷却系统疲劳试验方法及装置。
背景技术：
动车组用牵引变压器冷却系统一般由散热器、离心式冷却风扇、电机、箱体、连接器等组成。冷却系统吊装在客车地板之下。动车组对冷却系统可靠性要求极高。这是因为一旦冷却系统发生可靠性方面的问题，不仅对冷却系统自身更会对整个动车组的安全产生重大影响。动车组用牵引变压器冷却系统的设计寿命一般要求为20年。为确保冷却系统可靠性，一般会对散热器进行爆裂试验、冷却风扇进行超速试验、冷却系统进行冲击振动试验等。爆裂试验和超速试验只是验证冷却系统的安全设计裕度，而冲击振动试验虽然为长寿命模拟试验，但该试验仅验证了外界冲击振动对冷却系统可靠性的影响，并无法验证冷却系统本身的使用寿命。为确保冷却系统噪音符合要求，设计规范规定当动车组速度大于60km/h时，冷却系统在高速档下运行，当运行速度小于60km/h时，冷却系统在低速档下运行。这也就意味着在动车进站或减速时，冷却系统将在低速档下运行，一旦出站加速运行到60km/h时，冷却系统将在高速档下运行。在整个动车组运行区间内，冷却系统将在低速和高速挡下交变运行。冷却系统在高低速档转换时，风扇和电机并不能完全同步，风扇叶轮轴孔，特别是轴孔键槽处将会受到明显的冲击。另外电机转速变化时，电机起动电流也会对电机产生明显的冲击，冲击力将作用在电机安装座上，从而导致冷却系统产生低周疲劳破坏。而这些瞬时冲击影响无法通过常规有限元计算来真实模拟。为此，寻找一种冷却系统疲劳试验方法，提前确定其是否满足设计寿命的要求，是否满足动车组对其可靠性指标的要求，变得非常迫切和必要了。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种动车组用牵引变压器冷却系统疲劳试验方法及装置。本发明通过以下技术方案来实现动车组用牵引变压器冷却系统疲劳试验方法， 包括以下步骤步骤一根据动车组每天运行区间和所需要停靠的站段，统计出整个寿命期间经受低速(Ο-nl)和高速(ril-M)两种载荷的循环次数m和N2 ；步骤二 对冷却系统按实际载荷谱，在转速为Ο-nl条件下，进行循环次数为m的交变试验，并在转速为nl-n2条件下进行循环次数为Ν2的交变试验。或在转速为0-π2条件下进行循环次数为Ν3的交变试验。步骤三利用变频器和变频电机，将冷却系统电机转速提高到转速η2的b倍，其中 b的取值范围为1-c，c为冷却风扇允许运转的最大安全系数，在转速为Ο-bnl和bnl-bn2条件进行10lgN1/&2 +10lgN2/fe2次交变试验或在转速为0_bn2条件下进行l0lgN3/&2次交变试验根据Miller线性损伤累计理论，结构疲劳至于载荷加载的次数和幅值大小有关，而于加载的次序和持续的时间长短无关。因此按照以上步骤可以模拟动车组用牵引变压器冷却系统在整个工作期间的疲劳寿命。若在规定次数内完成试验，冷却系统无损坏，则说明满足设计要求，若试验中出现损坏，则说明不能满足设计要求，需要改进。步骤一中转速nl = 0. 5n2。对新设计动车组上的冷却系统，步骤二中按技术条件进行估算，动车组每小时交变10次，每天运行M小时，每年365天，利用率96%，整个冷却系统寿命期间的总循环次数N3为1. 68e6次。由于冷却系统从一个转速到另一个转速稳定运行，至少需要30s的时间，若按 1. 68e6次循环试验，至少需要不间断进行1年半的时间，试验周期过长。假设b取1. 3，只需要在0 1. 3n2转速下进行4拟6次交变循环，即可等效在0 n2转速下交变循环1. 68e6次的寿命，但试验时间缩短了 348倍，节省了时间，具有较强的可实施性。动车组用牵引变压器冷却系统疲劳试验装置，由以下部件组成调压器将380V 电源变压，制动单元将电机所产生的再生电能通过制动电阻转化为热能，可编程控制器PLC 控制变频器启动和停止，变频器控制电机频率，每台电机都设有空气开关，并设有总的空气开关，温度传感器贴片式钼电阻，用来测量电机轴承温度，转速传感器采集转速信号，振动传感器测量电机、箱体部位的振动位移、速度或加速度信号，巡检仪对温度、转速和振动参数巡回检测。此装置可以对对冷却系统疲劳试验时的振动速度和电机温升进行实时监控，以确保及时发现异常，及时终止试验。


图1为本发明动车组用牵引变压器冷却系统疲劳试验装置组成示意图。
具体实施例方式现结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。动车组用牵引变压器冷却系统疲劳试验方法，包括以下步骤步骤一根据动车组每天运行区间和所需要停靠的站段，统计出整个寿命期间经受低速(Ο-nl)和高速(ril-M)两种载荷的循环次数m和N2 ；步骤二 对冷却系统按实际载荷谱，在转速为Ο-nl条件下，进行循环次数为m的交变试验，并在转速为nl-n2条件下进行循环次数为Ν2的交变试验。或在转速为0-π2条件下进行循环次数为Ν3的交变试验。步骤三利用变频器和变频电机，将冷却系统电机转速提高到转速η2的b倍，其中 b的取值范围为1-c，c为冷却风扇允许运转的最大安全系数，在转速为Ο-bnl和bnl-bn2条件进行10lgN1/&2 +10lgN2/fe2次交变试验或在转速为0_bn2条件下进行10lgN3/&2次交变试验。按照以上步骤可以对动车组用牵引变压器冷却系统进行疲劳试验确定是否满足设计寿命的要求，进而满足动车组对其可靠性指标的要求。步骤一中转速nl = 0. 5n2。对新设计动车组上的冷却系统，步骤二中按技术条件进行估算，动车组每小时交变10次，每天运行M小时，每年365天，利用率96%，整个冷却系统寿命期间的总循环次数N3为1. 68e6次。由于冷却系统从一个转速到另一个转速稳定运行，至少需要30s的时间，若按 1. 68e6次循环试验，至少需要不间断进行1年半的时间，试验周期过长。假设b取1. 3，只需要在0 1. 3n2转速下进行4拟6次交变循环，即可等效在0 n2转速下交变循环1. 68e6次的寿命，试验时间缩短了 348倍，缩短了试验周期，节省了时间，具有较强的可实施性。动车组用牵引变压器冷却系统疲劳试验装置，由以下部件组成调压器9将380V 电源10变压，制动单元7将电机所产生的再生电能通过制动电阻8转化为热能，可编程控制器PLC5控制变频器6启动和停止，变频器6控制电机频率，每台电机都设有空气开关2、 3，并设有总的空气开关4，温度传感器11测量电机轴承温度，转速传感器12采集转速信号， 振动传感器13测量电机、箱体部位的振动位移、速度或加速度信号，巡检仪14对温度、转速和振动参数巡回检测。此装置可以对对冷却系统疲劳试验时的振动速度和电机温升进行实时监控，以确保及时发现异常，及时终止试验。
权利要求
1.动车组用牵引变压器冷却系统疲劳试验方法，包括以下步骤步骤一根据动车组每天运行区间和所需要停靠的站段，统计出整个寿命期间经受低速(o-nl)和高速(nl-n2)两种载荷的循环次数Nl和N2 ；步骤二 对冷却系统按实际载荷谱，在转速为O-nl条件下，进行循环次数为m的交变试验，并在转速为nl-n2条件下进行循环次数为Ν2的交变试验。或在转速为0-π2条件下进行循环次数为Ν3的交变试验。步骤三利用变频器和变频电机，将冷却系统电机转速提高到转速η2的b倍，其中b的取值范围为1-c，c为冷却风扇允许运转的最大安全系数，在转速为Ο-bnl和bnl-bn2条件进行10igN1 +1次交变试验或在转速为0-bn2条件下进行10lgN3M2次交变试验。
2.根据权利要求1所述的动车组用牵引变压器冷却系统疲劳试验方法，其特征在于 所述步骤一中转速nl = 0. 5n2。
3.根据权利要求1所述的动车组用牵引变压器冷却系统疲劳试验方法，其特征在于 所述步骤一中按技术条件进行估算，动车组每小时交变10次，每天运行M小时，每年365 天，利用率96%，整个冷却系统寿命期间的总循环次数N3为1. 68e6次。
4.动车组用牵引变压器冷却系统疲劳试验装置，其特征在于调压器(9)将380V电源 (10)变压，制动单元(7)将电机所产生的再生电能通过制动电阻(8)转化为热能，可编程控制器PLC 控制变频器(6)启动和停止，变频器(6)控制电机频率，每台电机都设有空气开关0、3)，并设有总的空气开关G)，温度传感器(11)测量电机轴承温度，转速传感器 (12)采集转速信号，振动传感器(1 测量电机、箱体部位的振动位移、速度或加速度信号， 巡检仪(14)对温度、转速和振动参数巡回检测。
5.根据权利要求4所述的动车组用牵引变压器冷却系统疲劳试验装置，其特征在于 温度传感器(11)为贴片式钼电阻。
全文摘要
动车组用牵引变压器冷却系统疲劳试验方法及装置，确定冷却系统确定实际载荷谱，根据动车组每天运行区间和所需要停靠的站段，统计出整个寿命期间经受两种载荷的循环次数，对冷却系统按实际载荷谱，进行交变试验。通过引入载荷强化系数b，缩短试验周期。确定冷却系统是否满足设计寿命的要求。按照以上步骤可以对动车组用牵引变压器冷却系统进行疲劳试验确定是否满足设计寿命的要求，进而满足动车组对其可靠性指标的要求。动车组用牵引变压器冷却系统疲劳试验装置可以对对冷却系统疲劳试验时的振动速度和电机温升进行实时监控，以确保及时发现异常，及时终止试验。
文档编号G01M99/00GK102435457SQ20111039081
公开日2012年5月2日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者乔巍, 张博, 李瑜, 王本义 申请人:中国北车集团大连机车研究所有限公司