齿轮箱与联轴节试验台.docx
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齿轮箱与联轴节试验台
重庆地铁六号支线
齿轮箱与联轴节试验台
技术协议
周聚天下管理
湖南·株洲
本试验台用于城轨车辆动车转向架驱动单元（车轮、车轴、轴箱和齿轮箱）空转例行磨合试验，一次对一台城轨车辆驱动单元进行空转磨合试验。
本试验台具有计算机自动控制和手动控制两种试验运行操作方式，自动控制采用计算机软件自动控制，手动控制时通过操作面板的控制按钮及仪表显示实现。
1环境及动力要求
工作制：
24小时连续运行
电源：
三相交流（380±15%）V，（50±1）Hz，80KVA
单相交流（220±15%）V，（50±1）Hz，10KVA
设备接地电阻：
≤10Ω
控制接地电阻：
≤4Ω
环境温、湿度：
－10℃～45℃
相对湿度：
45％～90％（25℃）
运行噪声：
5米外≤75db
2试验台组成及功能描述
本试验台主要由试验安装平台、被试品安装工装、变频驱动装置、检测仪表、逻辑控制器、工业计算机及相应传感器组成。
本试验台针对城轨车辆驱动单元中齿轮箱、车轴装配后的外形和安装特性进行设计，采用变频电机驱动轮轴与轮对旋转，同时测量轮对的转速、齿轮箱与轴箱的温度，主要试验功能描述如下：
轴箱外表温升测量位置点，光电式；
齿轮箱两侧大轴承温升测量位置点，光电式；
齿轮箱两侧小轴承温升测量位置点，光电式；
齿轮箱箱体外表温升测量位置点，光电式；
环境温度测量位置点，铂电阻式；
温度测量预留位置点；
轮对转速测量位置点，光电式；
轴箱轴承振动测量测量点，磁吸式；
齿轮箱大、小轴承振动测量测量点，磁吸式；
辅助功能包括环境温度测量，输入输出电压、电流、频率监测，输出过载保护。
试验台总体布置如下图所示：
总体布置图
2.1被试品安装工装
本试验台试验安装工装主要由试验安装平台、轴箱支撑、齿轮箱支撑、通用联轴节、联轴节防护装置及传感器支架等组成。
2.1.1试验安装平台
本试验台的安装平台采用铸铁平台。
如下图所示，铸铁平台作为被试品安装基础。
平台上设计有加强筋，用调整垫铁和地脚螺栓固定在地坑中，经一次调平后，再进行二次灌浆，且平台的安装基础设计有隔振沟，使得其具有足够的强度、稳定度和抗震能力。
试验安装平台平台安装截面示意图
2.1.2轴箱支撑组成
轴箱支撑工装由立柱、压板等组成，它的作用是在试验时支撑、定位并固定轴箱，在支撑与轴箱体之间用缓冲垫防振。
轴箱支撑采用T型螺栓固定在平台上T型槽中，方便调节两个轴箱支撑的距离。
2.1.3齿轮箱悬挂支撑
驱动装置齿轮箱支撑利用齿轮箱上的吊杆来悬挂支撑，吊杆用螺栓固定在悬挂支撑上。
悬挂支撑固定在平台上，位置可调，同时支撑高度设计成可调。
2.1.4传感器支架
传感器支架用于固定红外温度传感器和光电转速传感器，本试验台采用开关式磁吸座形式的传感器支架，可自由调节高度和位置并加以固定，适用于不同转向架驱动单元空转磨合试验固定传感器，所下图所示。
传感器支架
2.1.5联轴节
联轴节由装车用联轴节（半边）与另一半联轴节连接而成，通过增加法兰盘适用于不同转向架驱动单元联轴节连接。
当联轴器在高速旋转时，为防止螺栓脱落造成意外事故致使机器受损或人员伤亡，特设计联轴节防护罩用于安全防护。
2.2变频驱动装置
变频驱动装置由两套驱动电机、变频器、制动电阻及相应的电机固定工装、传动与防护装置组成，其中驱动电机具有两种不同型式可供选择。
2.2.1变频电机
变频电机选用工业变频电机，变频电机支撑采用安装座支撑方式，螺栓固定的形式在平台上固定，通过调节电机支撑距离来实现对驱动单元轮轴轴心与联轴节中心距离的偏差调整。
电机与齿轮箱的驱动连接采用联轴节对接，驱动单元的联轴节与电机上的联轴节连接，并采用防护外罩对整个传动装置进行保护。
2.2.2变频器
本试验台选用先进工业变频器。
该变频器调试简单，采用模块化设计，具有可编程功能，因而其配置具有最大的灵活性。
且具有完善的变频器和电机保护功能。
带有基本操作面板，操作简单，数值的大小和单位在面板上显示。
2.2.3变频调速运行控制
变频器运行控制为本装备的核心控制。
选用M440变频器，具有操作面板，可进行参数设置、启停控制或运行参数监测；同时具有端子硬线控制和485总线通讯控制。
设计采用手动控制和计算机自动控制。
在操作台上设置变频器“启停”、“正、反转”、“急停”控制按钮和频率调节电位器进行手动控制；两套变频器同时通过485总线，使用计算机进行变频器运行控制。
2.2.4制动电阻
由于动车转向架驱动装置的试验运行速度较高，转动惯量较大，试验结束时，若让电机自由停车，需要较长的时间，且容易对变频驱动装置造成冲击，本装置设计了制动电阻，进行电阻制动，可使动车转向架驱动装置快速停止运转，反馈能量在电阻上消耗，减少了对变频器的冲击。
制动电阻容量为10kW。
3测控系统
测控系统包括测控计算机、仪表、传感器、按钮等。
采用琴式操作台，在操作台上布置操作按钮、仪表和测控计算机，操作台设计符合人体工学，操作舒适，各项数据观察直观，所有操作可在操作台上完成。
效果图如下：
3.1测控拓扑图
本试验台具有自动测量温度、转速，与安装平台相对应，测量点分两组。
温度采用温度传感器进行测量，通过温度巡检仪上传至电脑，同时在巡检仪上显示测试数据；速度采用速度传感器进行测量，通过智能仪表将数据上传到计算机，并在智能表上显示数据。
同时进行进线电压、电流监测，输出电压、电流、频率监测。
拓扑结构如下：
·
AC380V供电制动电阻交流驱动被试驱动单元温度/转速/振动检测
测控点表如下：
序号
测控点
测控方式
主要参数
1
两个轴箱外表温升
红外
0～200℃±1℃
2
齿轮两侧大轴承温升
红外
0～200℃±1℃
3
齿轮两侧小轴承温升
红外
0～200℃±1℃
4
箱体外表温升
红外
0～200℃±1℃
5
轮对转速测量
光电
0～1000r/min±0.1%
6
两个轴箱轴承振动测量
磁吸
0~3g±2.5%
7
齿轮箱大轴承振动测量
磁吸
0~3g±2.5%
8
齿轮箱小轴承振动测量
磁吸
0~3g±2.5%
9
环境温度
PT100
0～200℃±1℃
10
变频器输入、输出电压
指针电压表
0～500V0.5级
11
变频器输入、输出电流
指针电流表
0～5A0.5级
12
变频器输出频率
POB基本操作板
13
漏油、异响
人工
14
变频器电源合分控制
交流接触器
380V/300A
15
运行状态指示
PLC/指示灯
AC220V
3.2温度测试
温度测量点包括轴箱外表温升（每个轴箱两侧），齿轮箱两侧的大轴承、小轴承及箱体外壳温度。
温度测量采用红外非接触式测量。
红外测温探头安装在万向磁性座上，可根据需要调整探头位置，满足不同位置测量的需求。
输出信号送到温度巡检仪进行显示并送到计算机。
传感器量程为0～300℃，防护等级IP56。
温度巡检仪选用多通道巡检控制仪。
3.3速度测试
轴转速测量采用光电转速传感器，将被测物反射回来的光信号转变为电脉冲信号，与智能表配套使用，转速表采用智能转速表，主要参数如下。
3.4振动测试
振动性能好坏的判断依据之一为振动速度有效值，振动测量的关键是传感器的选择，本试验台选用内装IC压电加速度传感器进行振动测量。
它将传统的压电加速度传感器与电荷放大器集于一体，能直接与记录、显示和采集仪器连接，简化了测试系统，提高了测试精度和可靠性。
另采用双积分信号调理器与加速度传感器配套使用，进行信号调理。
该信号调理器采用分段积分，拓宽了积分频响，提高了积分精度和稳定性，输出振动速度值（单位：
mm/s）。
对于手动试验，则采用手持振动计进行测量，该测振仪由电池供电，方便携带，使振动测量变得简单方便。
3.5其它监测
除温度、转速监测外，本试验台还具有进线电压、电流监测，试验输出电压、电流监测，运行时间监测。
电压、电流检测采用指针表显示，频率采用智能表显示。
3.6保护功能
本试验台具有输出过载保护功能。
4测控软件设计
本设备所有操作与数据采集均由计算机完成，计算机实时测试和显示试验数据并完成试验数据的自动存储及报表打印。
4.1人机操作接口
人机操作接口主要实现操作指令的输入、试验参数的设定、试验状态监视、试验数据的显示及采集。
4.1.1用户权限管理
软件设计管理员、工程师和操作者三个不同等级的用户权限。
不同的权限可进行不同的操作和参数设置。
系统记录用户登录信息。
✧管理员：
具有最高的权限，可修改所有的试验参数，主要用于试验设备调试；
✧工程师：
具有试验工艺参数设定和试验操作权限，可修改试验工艺参数，但不能修改试验设备设定参数；
✧操作者：
只具有试验设备操作权限，必须按照设定的工艺步骤及参数进行操作，不允许进行工艺参数和硬件设置的修改。
4.1.2界面显示内容
软件操作界面风格统一，根据不同的功能进行区域划分，分为公共信息区域和变化区域。
公共信息区显示试验项目的试验参数等信息，试验过程中显示内容不变化。
变化区域显示试验时的实时采集的数据。
✧公共信息：
包括被试品信息、试验人员信息、试验项目、操作提示以及试验报警等，不变区域尽量设计在屏幕的上、左、下三个区域。
✧变化区域：
显示信息是实时变化的，根据设备运行状态而变化的信息。
在屏幕的中间偏右，为变化区域。
✧功能界面：
指为某项具体功能设计的软件界面。
试验报表界面，具有报表存储、打印和查询功能；试验数据回放界面，主要用于试验后数据分析，可回放保存在计算机硬盘上的数据，并有曲线显示功能；试验系统调试界面，用于试验系统功能调试与参数校核，可以直接操作和配置硬件设备，并可显示硬件配置等数据。
✧试验系统运行记录：
试验系统软件具有运行信息和故障信息报警和记录功能，方便试验台的故障判断和维护。
4.2试验数据处理
数据处理包括试验过程中的实时数据采集、试验结束后数据计算分析与自动生成的报表。
试验报表可输入被试品的编号、型号、参数以及试验人员等信息，对于部分信息（如时间信息等）计算机会自动填入试验报表，试验结束后自动生成试验报表。
考虑数据安全性和完整性，报表内容写入数据库，查询时数据从数据库中读出。
4.3试验数据查询
测试软件有方便的试验历史数据查询功能。
可按试验时间或试验编号等信息进行查询。
4.4变频器通讯处理
通讯部分主要用于控制变频器运行，对变频器控制器输出指令信号，同时检测通讯反馈信息。
4.5运行信息记录
测试软件自动记录运行信息和运行过程中产生的故障信息，方便设备维护和故障检修。
5安全设计
安全设计内容包括试验人员安全防护和试验设备运行逻辑、故障保护，应首先保障试验操作人员的安全，安全设计依据标准为。
GB5226.1-2002《机械安全机械电气设备第一部分：
通用技术条件》
GB/T4025-2003《人-机界面标志标识的基本和安全规则指示器和操作器的编码规则》
5.1人员安全
在试验区设置声光报警，试验时可警示操作人员注意安全。
具有完善的逻辑动作连锁保护。
在软件设计中，对可能造成人员伤害或设备损坏的操作弹出对话框，提醒操作人员谨慎操作并注意安全。
5.2设备安全
试验设计了短路、过载、过压等硬件保护功能，同时具有完善的软硬件连锁保护功能，可自动完成因被试品缺陷而引起的过流、短路等故障的保护，如发生保护动作，计算机将自动记录，以备检修时使用。
5.3试验台声光报警指示
本装置设计有三色（红、绿、蓝）灯柱指示试验状态，并配备报警蜂鸣器。
指示灯外型如下：
蓝灯：
表示试验停止
蓝灯闪烁：
表示试验正在进行
绿灯闪烁：
试验通过
红灯闪烁：
试验失败
6装配与屏柜布线
本试验台的机械、电气部分的装配及布线符合下述国家标准，在操作及具有危险的地方粘贴警示提示标志，保证装配合理美观，使用安全方便，整机符合中华人民共和国环境保护法规定和国家相关的机械电气安全、电磁兼容与辐射等技术标准的规定，执行标准如下：
GB50054-95《低压配电设计规范》
GB50254～GB50259《电气装置安装工程相关施工及验收规范》
GB50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》
GBJ63-90《电力装置的测量仪表装置设计规范》
《西门子自动化与驱动产品符合电磁兼容规则的安装规范手册》
本试验台的屏柜布线包括操作台、电控箱内部布线和与被试品连接的外部布线。
电缆标志全部采用打印线号。
对于模拟量信号传输，采用屏蔽双绞线。
试验台与被试品的连接电缆全部放置在线槽中，动力电缆与测试控制电缆分开布置，避免信号干扰，提高设备的稳定性。
7技术文件
技术文件主要包括测量器件检定证书、产品合格证书以及设计图纸，使用、维护说明书，相关安装软件光盘等，技术文件编制严格遵循GB/T6988.1-1997《电气技术用文件的编制第一部分：
一般要求》。
试验台使用的零件、仪表、面板指示、报告及全部图纸资料的计量单位全部采用国际单位（SI）。
●设备及其构件的主要装配图；
●机械原理图
●电气布线图
●操作使用手册（说明书和维修技术手册）；
●提供变频器、PLC、仪表、传感器等独立配件技术资料，设备机械、电器等备件手册。
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