[发明专利]动车组用牵引变压器冷却系统疲劳试验方法及装置

说明书

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(0-n1)和高速(n1-n2)两种载荷的循环次数N1和N2；

步骤二：对冷却系统按实际载荷谱，在转速为0-n1条件下，进行循环次数为N1的交变试验，并在转速为n1-n2条件下进行循环次数为N2的交变试验。或在转速为0-n2条件下进行循环次数为N3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n2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0-bn1和bn1-bn2条件进行次交变试验或在转速为0-bn2条件下进行次交变试验根据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n1＝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24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4826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，温度传感器贴片式铂电阻，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。

附图说明

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。

具体实施方式

现结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。