新型機(jī)車負(fù)荷試驗(yàn)臺的設(shè)計

姚庚夫

（武漢局集團(tuán)有限公司襄陽機(jī)務(wù)段，湖北襄陽 441058）

0 引言

目前，機(jī)務(wù)段的內(nèi)燃機(jī)車是調(diào)車及短途貨運(yùn)機(jī)車的主車型，內(nèi)燃機(jī)車因其不受牽引供電的影響，仍然是機(jī)務(wù)段不可或缺的車型。內(nèi)燃機(jī)車大修、中修完畢以后，必須按照工藝以最大功率完成機(jī)車負(fù)荷試驗(yàn)，以確定內(nèi)燃機(jī)車的質(zhì)量是否符合機(jī)車運(yùn)用的要求。目前，內(nèi)燃機(jī)車負(fù)荷試驗(yàn)的水阻試驗(yàn)臺因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜，設(shè)備的極板長期泡在含有強(qiáng)腐蝕性的鹽水中，銹蝕較快，污染環(huán)境，試驗(yàn)的電阻靠人工估算，誤差較大；設(shè)備維修時更換極板、滑輪困難，且存在較大安全風(fēng)險因素。機(jī)車負(fù)載試驗(yàn)時必須調(diào)車，兩個部門的溝通協(xié)調(diào)造成工作程序麻煩。另外，電力機(jī)車直供電（直供電是機(jī)車通過聯(lián)接電纜給旅客列車車輛照明、空調(diào)等電器供電）試驗(yàn)是各型客運(yùn)機(jī)車小修、中修檢修完畢后必須完成的對客車車輛供電的負(fù)荷試驗(yàn)。對此，本文提出一種內(nèi)燃機(jī)車負(fù)荷試驗(yàn)與電力機(jī)車直供電試驗(yàn)的一體化設(shè)計方案，同時解決兩種車型負(fù)荷試驗(yàn)的問題。

1 負(fù)載電路設(shè)計

試驗(yàn)臺通過改變電阻的大小來調(diào)節(jié)機(jī)車負(fù)荷試驗(yàn)電流的大小，繪制并顯示試驗(yàn)功率變化曲線。負(fù)載電阻采用若干鎳鉻合金電阻帶串、并聯(lián)，并通過各路的開關(guān)改變總電阻大小，每一支路的最大電流不能超過電阻帶的額定電流600 A。主電路如圖1所示，電路共有18 條電阻帶，組成6 個支路，每個支路由3 個阻值為0.5 Ω 的鎳鉻合金電阻串聯(lián)而成。試驗(yàn)過程中，通過依次閉合K1、KA1，K2，K3、KA3，K4 改變總電路的阻值大小，以達(dá)到各檔試驗(yàn)功率、電阻帶通風(fēng)冷卻的目的。電路配有電壓表和電流傳感器，便于數(shù)據(jù)采集和顯示。電壓表、電流表、功率表建議采用電子屏數(shù)字顯示方式。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表見表1。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 主電路

2 電阻帶散熱風(fēng)機(jī)設(shè)計

由于電阻帶的發(fā)熱量太大，就DF4型機(jī)車而言，平均每個支路的發(fā)熱功率在200 kW 以上，需要使用通風(fēng)機(jī)給電阻帶強(qiáng)制冷卻。實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該采用的是22 kW 并勵直流電機(jī)，將其與某一電阻并聯(lián)，如圖1 中的R3、R9，不采用市電220 V 或蓄電池供電，不消耗外電路的電能。但是負(fù)載試驗(yàn)中，電壓在不斷地變化，為了穩(wěn)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速，采用先進(jìn)的PWM 脈寬閉環(huán)調(diào)制技術(shù)。風(fēng)機(jī)電機(jī)的電路電源采集如圖1 所示，取自電阻上的分壓，電流傳感器檢測電機(jī)工作電流，并反饋到PWM 控制電路中。大功率開關(guān)元件IGBT 對電機(jī)進(jìn)行PWM 斬波恒流調(diào)速控制，使風(fēng)機(jī)電機(jī)在供電電壓變化波動的工況下仍然能在額定的工作電流下運(yùn)轉(zhuǎn)，而不至于損壞電機(jī)，見圖1 中的KA1、M1 和KA3、M2 兩條支路。

3 電路聯(lián)鎖設(shè)計

當(dāng)KA1 閉合時，K1 才能閉合；當(dāng)KA1、K1 同時閉合時，K2才能閉合；當(dāng)K1、K2、KA1、KA3 閉合時，K3 才能閉合；當(dāng)KA1、KA3、K1、K2、K3 閉合時，K4 才能閉合。

4 控制電路的設(shè)計要求

根據(jù)使用機(jī)務(wù)段（機(jī)車檢修段）的試驗(yàn)工藝和技術(shù)要求，試驗(yàn)臺采用兩種控制方式。一種為手動控制，主要在調(diào)試及維修時候使用；另一種為自動控制，自動控制是采用可編程邏輯控制器（PLC），無需操作人員具備數(shù)據(jù)處理、分析等技能。自動控制為智能操作，試驗(yàn)數(shù)據(jù)是由人工記錄及相關(guān)儀表顯示。

5 設(shè)備外觀簡圖及尺寸

試驗(yàn)臺的主體由電阻柜、兩個通風(fēng)機(jī)、控制系統(tǒng)組成，如圖2 所示。

圖2 試驗(yàn)臺主體

為了方便試驗(yàn)臺在多個機(jī)車試驗(yàn)地點(diǎn)使用，還須設(shè)計相應(yīng)的場內(nèi)機(jī)動車來承載試驗(yàn)臺的電阻柜、控制柜。而根據(jù)場內(nèi)機(jī)動車的一般外形尺寸，制造該試驗(yàn)臺時，電阻柜長4.5 m，寬1.5 m，高1.7 m；整個試驗(yàn)車長6 m，寬1.6 m，高2.5 m，根據(jù)設(shè)備內(nèi)部電器的布局，可以適當(dāng)延長車身長，整體如圖3 所示。制造該試驗(yàn)臺時，電阻柜、控制柜、司機(jī)室均應(yīng)防雨、防水、防漏電。驅(qū)動方式為三元鋰電池，給永磁同步電機(jī)供電，電壓60 V，蓄電池總功率60 kW，軸距3.5 m；充電器設(shè)計的輸入電壓為AC 220 V，輸出DC 60 V。

圖3 場內(nèi)機(jī)動車整體

6 結(jié)束語

本試驗(yàn)臺的設(shè)計有足夠的電流安全冗余，機(jī)車滿負(fù)荷試驗(yàn)時，每個支路的最大電流為380 A，遠(yuǎn)低于600 A，試驗(yàn)臺安全可靠。同時，試驗(yàn)臺設(shè)計生產(chǎn)后，應(yīng)制定合理的操作規(guī)程。建議電力機(jī)車直供電試驗(yàn)分為兩檔，每檔試驗(yàn)時間為10 min；內(nèi)燃機(jī)車負(fù)荷試驗(yàn)分為兩檔，每檔試驗(yàn)時間設(shè)置為10 min；電路聯(lián)鎖充分考慮人為、客觀本體可能的聯(lián)鎖失效出現(xiàn)設(shè)備事故和故障。該新型機(jī)車負(fù)荷試驗(yàn)臺能滿足內(nèi)燃機(jī)車負(fù)荷試驗(yàn)與電力機(jī)車直供電試驗(yàn)，必將在鐵路系統(tǒng)得到應(yīng)用并取得很好的效益。