摘要：迄今，国内外己研制设计出形式多样的齿轮传动试验台(一般蜗杆试验台和齿轮试验台通用)。但就其能量传递原理讲，可分为开式和闭式两大类。开式试验台中，输入试验台的功率被传动链和加载装置全部消耗掉。其特点是方案易于实现，建台容易常被小功率试验台采用。闭式齿轮传动实验台由于存在能量反馈和再使用，因此能耗小，对于大中功率试验台有显著的经济意义。目前，封闭试验台中，根据能量转换模式的差异，又研发创制了电封闭式实脸台、液压功率封闭式和机械封闭式试验台，都在相当多的厂家或单位获得高度的赞扬并积极广泛地使用。基于此，本文主要对轨道车辆轮对跑合试验台的研究与开发进行分析。
关键词：轨道车辆；轮对跑合试验台；研究；开发
1、前言
近些年来，随着国内外轨道车、轻轨、地铁和动车组技术的高速发展，作为车体关键部件之一的牵引传动齿轮箱性能的优劣对于转向架性能的优劣起到越来越重要的作用。必须通过综合试验检测手段对组装后的牵引齿轮传动箱的整体性能指标是否达到可靠性要求进行判定。
2、系统总体介绍
2.1总体方案
本系统所设计的轨道车辆轮对跑合试验台，其主要功能是通过测试齿轮箱和轴箱的振动烈度和温度及噪声，来检验轮对装配、电机悬挂、轴箱转配的质量，提前检测出入或者机械原因对轨道交通车辆带来的安全隐患。试验台有手动控制和自动控制两种模式。手动控制状态下可以选择顺时针或逆时针的转向，可以进行加减速：自动控制则按照设定的曲线控制驱动装置的正反转、加减速，在这期间采集振动信号和温度、噪声信号，并对采集的数据进行处理和分析。
该试验台主要由控制部分、信号采集与分析部分、监控和数据管理部分等组成。其主要原理是，PLC通过DP总线控制变频器的启停和加减速，进而控制驱动装置按照一定的工艺曲线运行，如加速、减速和匀速等。同时，在电机运转过程中，由温度传感器采集齿轮箱油和电机轴箱相关点的温升：通过振动速度传感器检测并提取X、Y、Z轴的振动信号。工业PC机用于系统的监视、数据库管理和人机交互，其应用程序主要有基于．net的系统监控程序，OPC通讯程序和SQLServer2000。监控和数据管理部分主要是对采集到的信号进行分析、报警、储存、打印、入机对话和参数设定，并且实时动态显示测量曲线。最终根据这些参数的大小和实时动态曲线来判断被检测轮对质量是否合格。
2.2主要技术指标
2.2.1系统测量参数指标
振动信号的测量范围：0-20mm／s温度信号的测量范围：-20～200℃
2.2.2试验台安装外部条件
电源(三相交流电)：380VAC±10％，50Hz±3％
单相交流电：220VAC±10％，50Hz±3％
气源压力：4～5bar
环境温度：0～40℃
相对湿度：≤80％
图2.1试验台系统结构图
2.3结构组成特点
试验台整体由平台、支架、调频电机和控制系统等组成。控制系统包括工控机、PLC、振动仪表、变频器等。系统结构如图2．1所示；图2.2为控制柜和变频柜。
图2.2控制柜和变频柜
2.4主要技术特征
(1)动车轮对跑合与拖车轮对跑合采用集中式试验，试验台配有两个驱动电机，一个通过传动轴将电机与轮对驱动轴法兰连接，用于驱动动车轮对，一个通过传动轴将电机与轴头连接，用于驱动光轴轮对。
(2)齿轮箱跑合试验台技术采用直联式传动(160公里)，同时配备了80至160公里的传动备案，可以在设定的速度、时间下运转，并具有电阻制动功能。
(3)轴箱跑合试验台采用轴头连接传动，此种方法所需电机功率小、电机转速低。
(4)采用全电脑式操作台，配有操作按钮、仪表和测控计算机，操作台按照人体工学设计，操作感舒适，数据显示直观，采取独立布局，立式结构，可实现准确的各种试样试验信号的采集。
(5)安全性能：试验台安全性符合GB／T18216．1-2000交流1000V和直流1500V以下低压配电系统电气安全防护检测的试验、测量要求。监控设备外壳防护等级符合GB4208—2008外壳防护等级(IP代码)。
采用红外测温方式，可对轮对滚动轴承及齿轮箱轴承温升进行检测。设有超温报警装置，一旦温度超过标准值时自动报警，并自动停止。使用数字直流驱动电源对车轮进行旋转驱动，并设有速度传感器监控轮对转速。
(6)该试验台采用了先进可靠的西门子可编程序控制器作为整个控制系统的核心，以它为基础来检测各个操作按钮、行程开关的位置，然后根据所设定的程序控制各个接触器的动作，进而控制各个电机的启停，以实现所规定的各个试验动作，操作方式分为手动和自动两种。
3、工程应用
3.1试验情况
城轨车辆轮对跑合试验台在中车某工程机械公司转向架车间竣工。进行整备，并按照试验大纲进行各项型式试验。根据车辆轮对跑合试验大纲要求，编辑完成PLC程序，对试验数据结果做成测试曲线，并列出重点数据。在为期一个月的时间里，对公司生产轮对开始做型式试验，经过一年使用，总计试验500根轮对，试验验证：试验台各项指标均达到最初设计要求。运行到目前，该设备一直处于良好的状态。处于国内该试验台设备技术的先进领先地位。
3.2试验台性能分析
跑合试验台试验投产以来，进行了西安地铁，哈牡铁路，银西铁路，玉屏铁路，蒙内铁路，上海铁路，太原铁路，郑州轨道，宁波地铁，天津地铁，广州地铁，成都轨道等等，相继实现了稳定合格的跑合试验，有力的保障公司轨道工程机械车辆的生产。跑合的车辆轮对达1000多个，测试数据曲线良好。在电机运转过程中，检测出轮对试验噪声参数、相关点的温升参数和齿轮箱内油温的温升参数等均符合车辆运行要求，符合本系统的设计目的。
3.3常见故障
在实验过程中，难免会出现这样或那样的故障错误，从以往试验的经验看，主要有以下一些故障。
(1)温度显示为“32768”，这说明温度传感器断线，检查温度传感器的接线或更换温度传感器；在取温度传感器时，要拿磁铁部分，不要直接拽线，这样会使线断开。
(2)振动参数显示为零。这一现象可能是振动传感器本身已损坏，用另一个好的振动传感器试试；可能是振动传感器的导线断了，换线试试；可能是振动仪表没损害或没给仪表供电，打开控制柜的后门，看看仪表的LCD是否点亮。
(3)手动操控时，不见电机启动或某些按钮不起作用。可能是控制方式处于“自动控制”，而不是“手动控制”。
(4)自动控制不启动。可能是控制方式处于“手动控制”状态。
(5)电机启动不了，变频器没有输出。可能是变频器故障，如通讯故障，查看变频柜正面的小面板，如果有故障显示，说明是变频器故障，如果显示正常，说明变频器正常，再检查其它故障。变频器通讯故障时，打开变频柜的正门，找到故障复位按钮(右侧)，按一下此按钮，可以消除变频器通讯故障报警；如果不能消除通讯故障，打开控制柜的后门，看PLC的CPU模块是否有红灯亮或闪烁，如有，断开PLC的空开给PLC断电，60秒后，再合上PLC的空开，给PLC供电，等Npcc的CPU模块上所有的LED指示灯都变为绿灯后，再去按变频器的故障复位按钮，可以消除通讯故障。
4、结语
本系统已投入运行近二年，使用情况良好，系统稳定可靠，参数测量准确，监控界面灵活方便，得到了使用者的肯定。特别是光轴轮对采用轴头连接直接驱动方式与摩擦轮驱动方式相比，免除更换摩擦轮和准备备件，节约了大量的人力、物力、财力，常年使用其经济效益非常可观。
参考文献：
[1]余博，贾利民，秦勇，等.城轨列车视频数据传输系统的设计与实现[J].物流技术，2014，33（2）：316-319，383.
[2]明瑞利.有轨电车系统安xian全性分析[J].城市交通，2016（4）：59-63，12.
论文作者:刘怀柱
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/4/1
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