水阻试验台资料.docx

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水阻试验台资料

水阻试验台

系

别：

机电与自动化学院

专业

班：

**

姓

名：

**

学

号：

**

指导教师：

**

水阻试验台

Waterresistanceexperimentbench

摘要

在机务段内经过大修或架修的内燃机都要经过水阻试验验证合格后方可上路。

内燃机车水阻试验台用于电传动内燃机车出厂或经过厂修，段修后的负载试验。

水阻试验台以水电阻作为负载，模拟机车的各种工况，检查组装后的机车是否满足设计要求，检验柴油机的各项热工参数和机械摩擦副的磨合情况，并对机车牵引发电机外特性及有关参数进行调整，以确保机车的组装良好，运行安全可靠，使机车达到最佳运用状态。

本文在实地调研和资料分析的基础上，对所研制的武汉铁路局武昌南机务段进行详细的分析和讨论，基于电气机车的动力检验要求而提出的试验台结构设计，以满足铁路机务段的生产需求。

本课题针对铁道机车的动力要求，拟定实验台的实现方式，总体布局。

机械部分包括动极板装置，静极板装置，升降装置，用以改变水电阻和传递机车电流。

水阻装置结构简单，调节电阻值方便，易于散热，可消耗较大功率的电能，因此，水阻试验台普遍应用于中国的内燃机车负载试验中。

本结构实时性好，操作简单，提高了水阻实验的自动化程度，降低了工人的劳动强度，具有较高的实用和推广价值。

关键词:

水阻试验机械部分总体结构实现方式

Abstract

Inlocomotivedepot,therepaireddiesellocomotivescanbeusedonlyaftertakingwaterresistanceexperiment.TheWaterresistancetestofdiesellocomotivesisusedtoprocessloadtestafterithasbeenmanufactured,overhauledorrepaired.Thewaterresistancetestistosimulatevariousworkingconditionofthelocomotivewithresistanceasloadandtochecktheassembledlocomotiveformeetingthedesignrequirementaccordingtotheresults,andtochecktheparameterofthedieselandtherunning-inconditionofthemechanicalwearresistance,andtoadjustmentrelevantparametersofthelocomotiveandtomakesurecorrectassembly,reliablemovementaswellasoperatingsafety.

OnbasisofverificationanddataanalysistothestylewaterresistancetestplatforminWunanlocomotivedepot,somedeepanalysisanddiscussiontotheproject.Thestructuraldesignofthetestbedbasedonthedynamictestrequirementtheelectriclocomotivetomeettheproductionneedsoftherailwaydepot.

Thesubjectforrailwaylocomotivepowerrequirement,thedevelopmentofexperimentalunitstoachievetheoveralllayout.Themechanicalpartsofthefixedplatedevice,thestaticplatedeviceslifting,intendedtochangethecurrentofwaterresistanceandtransmissionlocomotive.

Waterresistancedeviceofsimplestructure,convenienttoadjusttheresistancevalue,easytoheat,consumehighpowerelectricalenergy,resistancetest-bedgenerallyusedindiesellocomotiveloadtest.Thissystemhastheadvantagesofhighmeasuringaccuracy,goodreal-timeproperty,andsimpleoperation.Thissystemhasbetterapplicationandpromotedvalue.

Keywords:

thewaterresistanceexperimentthemechanicalpartstheoverallstructurethewaytoachieve

摘要I

AbstractII

绪论1

1水阻试验的现状和发展趋势2

1.1水阻的国内外研究现状2

1.2研究的目标和主要内容3

1.3本章小结4

2水阻试验的原理及内容5

2.1水阻试验的原理5

2.2水阻试验的内容6

2.3本章小结7

3水阻试验方案设计8

3.1概述8

3.2方案设计8

3.3本章小结9

4水阻试验台机械装置设计10

4.1机械装置总体构思10

4.2水阻池和动、静极板设计10

4.2.1动、静极板设计11

4.2.2水阻池设计11

4.3升降机构及导向装置设计11

4.4本章小结12

总结13

致谢14

参考文献15

进年来，为了更好地推动国民经济的快速发展，铁路系统进行了数次的规模提速，火车车辆的运行速度得到了极大的提高。

然而，在提高了铁路的效率的同时，内燃机的负荷也明显加重，机车的故障率也有所上升，这对于时间，路线控制要求非常严格的铁路运行系统来说是极大的威胁。

数次提速对于内燃机车的动力性能要求越来越高，作为内燃机车核心部分的柴油机一主发电机动力系统不但要发出更大的效率，而且运行环境也随着机车速度的提升而更加的恶劣，机车的

检修频率有所增加，因此对于内燃机车的动力系统：

柴油机一主发电机系统的各项参数的检验，调整就更加重要。

目前，水阻试验系统是国内大部分机务段检测内燃机车动力系统的必要设备该系统具有投资小、建设周期短、适用车型多、负载连续可调的优点。

新造或经过大修、中修的电传动内燃机车在总装落成后均要进行水阻试验，其目的是进一

步检查机车各主要部件的制造或修理及安装质量，调整柴油机一牵引发电机组的功率及传动控制、保护系统，确保内燃机车各部件安装正确，动作可靠，性能良好，运行安全，并能发挥设计要求的控制性能和功率特性。

在机车实际运行中，柴油机一牵引发电机组向机车各动轴的牵引电动机提供电能，由牵引电动机驱动机车动轮运转。

而机车水阻试验是定置进行的，不允许向牵引电动机供电，只能将牵引发电机的电能消耗于水电阻中。

由于水阻装置结构简单，调节电阻值方便，易于散热，可消耗较大功率的电能，而普遍应用于中国的内燃机车负载试验中。

因此，研究设计出速度高、稳定性好、结构简单、故障率小等优点，对于满足机务段对内燃机车检修的高标准的水阻试验台，保证内

燃机车的安全运行有着重要的意义。

1水阻试验的现状和发展趋势

1.1水阻的国内外研究现状

随着世界各国经济的发展，内燃机车走过了一条运行速度不断加快、载重量

不断加大的发展道路。

机车牵引吨位达到或者超过了5000吨，最高时速达到140至160Km/h,这些都对内燃机车的性能提出了更高的要求。

世界各国一方面加大研制新型机车动力系统的力度，另一方面，对内燃机车的检测设备的研制也给予了足够的重视。

国外早起对内燃机车动力系统检测非常重视，研制除了多种检测设备。

全俄

铁道运输研究院内燃机研究室研制了供内燃机车及其柴油机进行水阻试验用的自动化计算机系统。

这一系统不仅使测试过程和数据处理完全实现自动化，而且

还能保证搞的测试精度，缩短试验时间并减小试验费用。

但这种测试系统也有其不足的地方，其测试的目标参数过多，实现过程比较复杂，由于研制时间较早，其许多元件性能也较低。

莫斯科铁道学院开发出了一种机务段专用的定制试验台，功能强大，可以对

内燃机的柴油机一主发电机动力系统连同牵引电动机一起进行整套完整的检查性试验而且牵引电动机的加载是最接近于实际运行条件的方法来进行的，应用这

种试验台，不仅能得到一牵引电动机组在试验台状态下非常可靠的技术状态参数，而且还能够得到它直接在内燃机车上使用时的可靠的技术状态参数。

该定制

试验台有着许多优点门心：

（1）可以进行最大限度地接近运行条件的试验；

（2）可以直接在机车上评价每台牵引电机维修后的工作能力；

（3）试验台的电缆固定，安全性高，工人作业方便；

（4）该试验台能对机车进行整套调整工作（包括水阻试验的调整项目），从而获得柴油机的通用特性，将这种特性与主发电机的外特性相匹配，使得以后的调整工作极为方便；

但是，这种专用的试验台存在着造价昂贵自身维护费用高，需要安装在封闭

的厂房内，要求呗检测机车的转向架是经过现在化改造的。

国外一些公司也研制可一些可对机车进行性能检测的专用中小型设备。

同时

由以上的分析不难看出，国外在早期对于机车检修性能的试验设备比较重视，也研制了许多的检测设备，但由于时间较早，使用的一些技术、设备不太适应现在的要求，更主要的是，这些设备要么大而全，价格昂贵，要么是小而精，只检测机车的某一个方面的性能，不太适用国内现阶段的水阻试验的需要。

而且近年来，随着国外电气化列车的快速发展，内燃机车逐步淘汰，使得内燃机车水阻试验系统的历史使命也随之结束。

由于国情不同，在国内，内燃机车仍然在广泛地使用。

国内的机务段对于内燃机车动力系统进行恒功率及主发电机外特性检测的设备主要有水阻试验系统和干电阻试验系统。

干电阻试验就是以干电阻代替水电组来吸收机车输出功率的试验。

国内电传动机车负载试验与柴油机试验所用的干电阻是镍铬合金电阻带。

其优点是环境污染较少，操作简单。

但是由于传统的干电阻试验台采用晶闸管作为电阻主电阻的开关元件，受晶闸管本身的缺陷制约，控制电路复杂，开关额率小，反向关断难，需要反向关断电路。

驱动功率大等，并且成本相对较高，难以推广，目前仅极少数的单位使用。

由于水电阻试验造价较低，主发电机输出电流可以实现连续调节，检测方便，因此，现阶段绝大部分机务段使用的是水阻试验系统。

1.2研究的目标和主要内容

为确保铁路机车的的正常运行机安全，机车一般需定时检修，通过水阻试验台，以判断检修后的机车在正常条件机满足负荷运行是否符合要求。

而该课题是基于电动机车的动力检验而提出的试验台的结构设计，以满足铁路机务段的生产要求。

在查了大量有关水阻试验台的资料后，针对铁道机车的动力要求，拟定试验台的实现方式，总体布局及部件结构设计，完成以下几个方面的工作，要求如下：

（1）根据水阻试验台的工作的对象，分析其对内然机车机的达到检修目的对试验台的运动进行分析；

（2）确定水阻试验台的主要参数，在UG环境下完成水阻试验台的本体结构的虚拟工作，绘制出试验台总体布局图；

⑶利用AutoCAD软件绘制出各部件图，完成水阻试验台结构的详细设计。

1.3本章小结

本章从国外的水阻试验系统发展趋势到我国的内燃机车水阻试验，说明了水族试验台是机车负载试验的重要设备，并对研究设计的内容进行了说明。

2水阻试验的原理及内容

2.1水阻试验的原理

由于铁路运行的特殊性，机车检修后的测试不可能到铁路上动态进行，而只

能在机务段内进行静态的检测，因此，机务段使用水阻试验来模拟机车在实际运行中所出现的各种工况，对机车性能进行检测与调整。

机务段内的水阻试验系统简图如图2-1所示，柴油机作为动力源，带动主发电机发出三相交流电，经过整流后由动极板阻、水、静极板阻将能量消耗在水阻池中。

动、静极板阻之间形成的水电阻成为了机车的负载。

GS同步牵引主发电机1ZL:

主硅整流柜

图2-1水阻试验系统简图

作用与机车在铁路上运行时的外界负载相同。

当由电机、减速机、卷筒组成的升

降机构将动极板组升降或下降时，动极板组与静极板组之间的水接触面积发生变化，水电阻随之改变。

工况模拟有以下两种主要情况：

（1）动极板组下降：

动静极板组之间的水接触面积增大，电流通路变大，

水电阻减小，主发电机电流加大，模拟机车负载加大的工况；

（2）动极板组上市：

动静极板组之间的水接触面积减小，电流通路变小，

水电阻变大，主发电机电流减小，模拟机车负载变小的工况；

机车负荷不论是增大或减小，只要柴油机转速一定，则柴油机与主发电机的输出功率都不会变化。

动极板组的升降改变了水电阻的大小，使得电压电流发生变化。

根据柴油机每挡转速及其实际输出功率就可以绘制出如图2-2所示的机车功率曲线

图中AB曲线为理想功率曲线，图中给出了水组试验测试出的实际功率曲线中两种可能的情况，各自的调整图。

方法如下：

图2-2机车功率曲线图

（1）功率曲线为CD线：

说明在每挡转速下，柴油机与主发电机输出功率都偏大，此时应顺时针调整机车动力伺服杆调整螺栓，使其伸长，在柴油机转速不

变的情况下使油马达向减载方向移动，从而使各转速下柴油机与主发电机输出功率向下平移；

（2）功率曲线为EF线：

与第一条相反，说明柴油机与主发电机输出功率偏

小,此事应反时针调整机车动力伺服杆调整螺栓，使其变短，在柴油机转速不变

的情况下使油马达向加载方向移动，从而使各转速下柴油机与主发电机输出功率向上平移；

综合以上分析可知，水阻试验的原理就是根据机车柴油机各挡转速下输出机车输出的功率的大小。

根据柴油机每挡转速的机车输出功率，从而绘制出机车功率曲线图，作为机车参数调整的依据。

2.2水组试验的内容

为了规范水阻试验过程，保证水阻试验的质量，铁道部门出台了部标推荐标准TB/T2380-1993《内燃机车出厂水组试验方法》。

按照该标准的规定，机车水阻试验的项目有以下几项[19]:

（1）油机起动及空载检查；

1）柴油机启动检查；

2）柴油机空载检查；

3）辅助发动机发电性能试验；

4）空压机试验；

（2）保护装置试验；

1）水温保护试验；

2）油温保护试验；

3）同步主发电机过流保护试验；

4）电阻制动失风保护试验；

5）接地保护试验；

6）油压保护试验；

7）差示压力保护试验；

（3）测试发动机励磁工况下同步主发电机外特性调整；

（4）微机励磁工况下同步主发电机外特性调整；由上可知，水阻试验的主要内容是在每挡转速下，检查柴油机的有效功率是否达到要求，即柴油机各缸的爆发力是否达到规定要求和在每挡转速下，通过调整励磁机励磁电流或测速发电机励磁电流使同步牵引发电机的功率达到要求，即主发电机功率与柴油机功率匹配。

2.3本章小结

这一章对水阻试验台的工作原理，机车水阻试验的内容进行了说明。

水阻试验台运用与电传动机车，确保机车的组装正确、动作可靠、运行安全、使机车能够达到最佳运用状态。

水电阻负载试验研究目标，针对目前机务段的具体应用情况，并保持水阻试验的各种优点。

3水阻试验方案设计

3.1概述

水阻试验系统用于机务段机车运行状态检测与故障维修系统，属于机务段辅助生产设备。

一次水阻试验所消耗的时间长达6。

7个小时，一个机务段一年内经常需要检修数以百台次的机车，水阻试验系统的使用率极高。

因此，水阻试验系统必须具有稳定的性能。

极低的故障率，能做到持续。

稳定的运行。

水阻试验台则要求做到机械结构良好，性能可靠，各部件有较好的通用性和互换性，是的水阻试验台具有良好的可维护性，同时在试验时操作简单，实用，经济适用性能好。

2.2方案设计

水阻装置是由水阻槽，极板，连接极板的铜排和调节极板的拖动装置等组成。

根据水阻试验台的原理，设计方案的原理图如下图下3-1所示：

导轨

图3-1水阻试验台方案设计图

拖动装置主要由三相异步电动机及传动装置（减速器、卷扬轮、钢丝绳和滑轮等）组成。

试验时，只要按动正转或反转控制按钮，使拖动装置带动活动极板上下移动，从而改变活动极板浸入水中面积的大小，即可改变水阻值的大小，达到调节牵引发电机的负载、模拟机车牵引运行工况的目的。

活动极板的升降速度不宜过快，一般为2m/min。

在提升活动极板时，极板不允许全部露出水面，以免造成飞弧；极板下降时，不应使极板触及槽底，以免造成短路。

为此，可通过行程开关来限制活动极板升降的高度。

3.3本章小结本章对水阻试验台的方案设计进行了概述，同时设计出了水阻试验台的方案设计图。

介绍了水阻试验台的设计思路和试验时需要注意的要求。

4水阻试验台机械装置设计

4.1机械装置总体构思

总体结构如图4-1所示，现将各组成部分功能做简要说明：

（1）水阻池：

吸收主发电机发出的电能，以水电阻作为机车模拟负载;

（2）立柱：

主支撑间动极板组的导轨；

（3）配重：

起平衡作用，减小传动机构升降电机的功率；

（4）动极板组：

调节水电阻大小，改变机车负载；

（5）升降机构：

由传动机构带动，调节动极板组上下位置；

（6）顶部横梁：

起连接作用，承受配重动极板组的拉力；

（7）静极板组：

与动极板组一起形成水电组；

（8）传动机构：

升降机构的动力源：

图4-1水阻系统结构布局简图

4.2水阻池和动静极板组设计

水阻池，动极板组静极板组的设计是一体的，三者共同构成了机车主发电机电流的回路，决定了水电阻的极值，从而决定了水组试验台中适用车型的种类。

不同型号的内燃机车，机车最大输出功率不同，最大输出直流电流也不相同，因此进行水阻试验时需要的最小电阻也不尽相同。

水阻试验必须满足各。

型内燃机车对水电阻的最小值的要求。

按照水阻试验工艺规程规定[14]:

东风5型机车水阻试验最小水阻值Rmin0.041

东风7型机车水阻试验最小水阻值Rmin0.041

显然水阻试验系统所能达到的最小水电阻必须在0.027以下。

4.2.1动静极板组设计

在水阻试验中，动极板组连接主硅整流柜1ZL的正极，静极板组连接主硅整流柜1ZL的负极。

本试验台设计动极板共有14块，静极板共有15块，每一相邻动、静极板间形成一条电流通路，因此水阻池中可以形成14X2=28条电流通路。

电阻计算公式按式（4—1）为

RIs（4—1）

式中：

一导体的电阻；

I—导体的长度；

s—导体的面积；

在温度一定的情况下，材料的电阻大小正比于材料的长度，而反比于其面积。

具体到本试验中，是水阻池中加入了工业用盐的水电阻率，I是相邻

两动、静极板形状及间距，s是极板面积之和。

为能获得较小的负载功率，活

动极板的下部一般呈三角形，静极板的上部呈三角形，一般呈120°。

动静极板

形状及间距如下图4-2所示。

由图可以计算出一对动静极板间积s2002002020239200cm2,28条

电流通路相当于总面积是S39200281097600cm，I14cm，按照规程规

定:

（1）当水温为50r时，2000cm2，将、丨、s的值带入计算公式可以得

到R20001410976000.0255-

图4-2动、静极板形状及间距图

（2）当水温为70C时，=1600cm2，将、丨、s的值带入计算公式可

以得到R16001410976000.02；

由以上机计算可以看出，本设计计算出来的水阻值符合要求，动静极板都

采用厚度为10cm.因为动静极板在水阻池中只要求有较好的防腐蚀性，并不考

虑其强度和刚度要求，那么考虑到经济实用性，动静极板的材料选择铁即可。

铁材料的重量计量单位是公斤（Kg）.

其基本计算公式按（4—2）为

WFL1000（4

—2）式中：

W—铁的重量（Kg）；

2

F—铁的面积（m）；

—密度（gcm2）；

所以一块动极板的重量W3.920.017.811000305.76Kg

则14块动极板总重为G143054270Kg

电动机选择：

活动极板运动速度为2mmin，则在电动机带动极板运转时功率P为142KW,由于配重站70%^电动机功率为41KW41所以选择电动机型号为丫28S-6额定功率45Kw,满载转速960mmin同步转速1000mmin。

4.2.2水阻池设计

水阻池可以选择钢筋混凝土结构，水阻池的大小由设计出来的动静静极板可以得出高大约为1.8m左右，宽度大约为1,2m,这样足够使动静极板在水阻池中运动，同时水阻池还设置有入水口出水口，池中的水可以流动的。

试验时，冷水由进水管不断流入槽内，热水不断由溢水管流出，水温应不超过80C，以免

因水的沸腾而影响负载的稳定，达到提高试验的精度作用。

4.3升降机构及导向装置设计

升降机构与动极板连接在一起，升降机构与动极板组由传动机构带动沿立柱导轨上下移动，以改变动静极板组相对面积，进而改变水电阻的大小。

考虑到制造工艺与安装水平的原因，升降机构与导轨间一般留有5-10mm的间距，以确保

升降机构水平升降时不会出现卡死现象。

同时，间距过大会出现升降机构倾斜角度过大使动静极板组接触造成短路的严重事故，间距过小则容易出现升降机构倾斜与导轨卡死，而不能运动的现象。

假设升降机构与导轨的间距为10mm如下

图4-3所示为水阻试验台升降机构与导轨接触部分简图及其出现卡死状态时的分析图。

如图4-3中左图所示，升降机构靠滚轮在导轨上滚动，滚轮起定位及运动的作用，由于升降机构的滚轮与导轨间留10mm间距，当升降机构发生左右水平移动时使滚轮与导轨接触，此时滚轮可以产生定位及导向作用但升降机构两边边框都有提升钢丝绳作用，属于双边传动方式，限于此种传动方式固有的缺陷，不可避免地出现两边传动不同步的现象。

如图4-1中右图所示，当升降机倾斜3度时便会产生卡死现象，此时左右边框的边沿与导轨接触，而4个滚轮都没有和导轨接触，但升降机构两边边框都有提升钢丝绳作用，属于双边传动方式，限于此种传动方式固有的缺陷，不可避免地出现两边传动不同步的现象。

如图4-3中右图所示，当升降机倾斜3度时便会产生卡死现象，此时左右边框的边沿与导轨接触，而4个滚轮都没有和导轨接触

图4-3接触简图及卡死状态分析图

这就是升降机构卡死现象产生的根本原因。

从图4-3中可以看出，要解决卡死现象，可以从下面两个