简述一种机械封闭功率流联轴器台架试验系统

摘 要 随着中国铁路的发展，近几年高速铁路及轨道交通的快速发展，高铁车辆及城市轨道交通车辆数量随着运营里程的增长而不断增长。而联轴器作为轨道车辆传动部分的一个重要部件也得到越来越多的关注，而轨道车辆联轴器的型式试验是检验联轴器产品性能的关键所在。目前国内市场中研制轨道车辆联轴器的台架试验系统还非常少;因此能满足轨道车辆联轴器型式试验的台架设备也非常少。本文阐述了一种机械封闭功率流的台架试验系统，解决了目前轨道交通联轴器对型式试验存在的一些问题，如试验功率损耗大、试验设备寿命短、试验系统操作复杂、覆盖试件的参数范围低等问题。

关键词 机械封闭功率流;联轴器;扭矩加载器;滑动轴承;变位滑台

引言

聯轴器台架试验系统主要用于检验联轴器的工作性能，疲劳寿命;模拟车辆线路运行中的工作：加减载荷、转速、温度、变位情况。用以考核、检验、测试联轴器的各项性能指标。国内目前的试验台只可对一般运行环境的联轴器进行检测检验，无法实现对高速、重载、大变位以及高低温下的联轴器进行试验并实时监控。本封闭功率流试验台相比目前国内的试验台，具有损耗功率小、试验扭矩大、转速高、覆盖试件尺寸广、轴承座能承受较大径向力和轴向力、滑移平台精度高、高速运转振动小、操作简便等特点。这些性能直接影响了整个台架系统的可靠性和使用寿命。该设备的研发成功，极大地改善了国内轨道交通联轴器型式试验所面临的问题，也为提高国内联轴器台架试验系统的技术水平奠定了一定的基础[1]。

1联轴器台架试验系统的原理、总体机构与分析

1.1 台架试验系统原理

本封闭功率流试验系统采用卧式结构，其工作原理就是扭矩加载器通过前后齿轮箱把扭矩加载在一个封闭的机械机构中，同时该扭矩也作用在联轴器上，当试件和加载器在外部电机的动力驱动下旋转起来时，功率就在一个闭环的结构中循环，电机只需要补充整体机构的能量损失，比如系统摩擦损耗、系统风阻损耗、搅油损耗等。因此该机构如设计合理，既能满足联轴器试验功率范围大的需求，又能以非常小的能耗进行试验。

1.2 台架试验系统总体机构及参数

1.控制系统 2.主机系统 3.润滑冷却系统 4.液压系统

5.测温系统 6.测噪音系统 7.环境箱

联轴器台架试验系统（图1）主要由主机系统、控制系统、液压系统，辅助润滑系统，冷却系统，测温系统，测噪音系统和环境箱系统等主要部分组成。试验系统达到的主要参数如下：试样轴最高转速：6049r/min（可调），转速精度±1%FS;试样轴扭矩加载范围：±4000N.m;扭矩测量精度：±1%FS;试件尺寸：最大外径500mm，最大轴向长度500mm;允许试件最大径向位移：±30mm，频率0. 1-2Hz，调节精度0.1mm;最大轴向位移：±30mm，频率0.1-2Hz，调节精度0.1mm;控制方式：转速、扭矩、位移控制方式;红外测温传感器：0-100℃，传感器精度：±1℃;齿轮箱冷却方式：水冷;液压站：100L/min，额度压力21Mpa，功率约37kW，冷却水流量≤32℃，10T/h，水压0.2-0.4Mpa;自动保护功能：扭矩设定保护;转速设定保护;位移设定保护;油温超调保护;液位保护;限位保护[2]。

1.3 台架试验系统主机机构的组成及工作原理

台架试验系统的机械设计部分主要在试验台主机结构的设计，主机各部件的设计以及各个部件的位置布置决定了整个系统的性能好坏。主机主要由工作平台，驱动电机、前后端齿轮箱、位移滑台装置、扭矩加载器及油路分配器、扭矩转速传感器，轴承座，膜片联轴器，波纹管联轴器等组成。其中驱动电机通过电机支架固定在工作台上、前后端齿轮箱、移动滑台装置等布置在工作平台上。不同的试样对应相应的专用夹具，通过更换专用夹具满足不同试样长度等要求。测温系统的测温传感器采用红外温度传感器，传感器固定在试样下端，测头对准试样采集温度。主机的工作原理（图2）：将扭矩加载器，扭矩转速传感器，试样，轴承座等部件通过工作台上的两个齿轮箱串联在一个封闭环中，两端齿轮箱传动比为1：4.28，电机和扭矩加载器安装在低速轴上，试样和扭矩转速传感器安装在高速轴上，最高转速能达到6049 r/min，扭矩能达到4000N.m。设备扭矩加载器施加扭矩通过齿轮箱传递到试样上，再通过变频电机带动其中一个齿轮箱向扭矩相反方向旋转，从而使整个机构运转起来，这样试样即作为整个机构的传动装置又是试验对象，同时通过位移滑台装置来实现试样的轴向和径向位移工况，最终达到试样模拟实际工况的目的。同时整个系统利用齿轮箱将加载功率封闭起来，在传动链中形成寄生功率，电机只是负担整个机械系统的摩擦损耗、搅油损耗、旋转风阻损耗等的损耗功率，从而达到节能目的[3]。

1.4 台架试验系统的技术特点

系统中设置了3个滑动轴承座，安装在高速轴系Ⅰ中。滑动轴承座采用的是轴瓦技术，通过循环润滑油给轴瓦润滑和散热;采用这种技术解决了试件在做变位运动时产生较大径向推力和轴向推力的问题，能大范围的满足各种联轴器进行变位试验。这项技术的运用使得台架系统能测试联轴器的参数范围得以很大提升，这也是目前国内试验台所不具有的特点。

系统结构中采用了波纹管联轴器和膜片联轴器，解决了两轴系同轴度和安装困难的问题。该技术运用使得试验平台在调节同轴度的难度上大大降低，因此试验安装过程的效率得到提升。

系统结构中采用了X、Y方向的滑移平台，解决了联轴器径向和轴向的偏摆工况。滑移平台的位移行程为±30mm，工作频率为0.1-2Hz，调节精度为0.1mm，X、Y方向的推力最大为30KN;且能实现X、Y方向的多种波形组合运动方式。该技术解决了轨道交通联轴器实际运动的多工况需求。

该系统配备了环境箱，能给试验的联轴器提供各种极限环境的温度。环境箱的参数：可控温度范围：-50℃～+50℃（可设定任意温度点）;升温速率：3℃～5℃/min ;降温速率：0.7℃～1℃/ min;恒温后温度波动度：±2℃（100℃范围内）。该技术在台架试验系统的运用打破了目前国内所有联轴器试验系统都不具备高低温试验的困境[4]。

1.5 台架系统数字伺服控制器工作原理

从液压源输出的高压油流经滤油器、蓄能器进入电液伺服阀，同时由电控系统给定的电信号与从扭矩传感器或位移传感器输出的反馈信号相比较，将此差值信号放大后送至电液伺服阀，把电信号转变为油的流量，高压油交变地输入到动作器的动作腔，驱动活塞高速往复运动和摆动，活塞杆与试件、工装、传感器相连，因此使试件上即扭矩传感器产生的扭矩值与电控系统给定的设定信号有相同的变化，这时作用于试件上的扭矩、位移值由扭矩传感器和位移传感器测出，从而构成闭环系统进行工作。

1.6 台架系统安全保护功能

轨道交通联轴器型式试验都是长时间运转，工作过程在规定要求内允许无人看守，所以要求设备具有完备的保护功能。根据保护的形式可以分硬保护和软保护;硬保护有电机缺相保护、油温互锁保护，滤芯堵塞保护，急停保护等，当上述任何一项保护发生时，系统都会自动停机，同时伴有报警提示。该台架系统保护功能有：扭矩设定保护; 转速设定保护;位移设定保护;油温超调保护;液位保护;限位保护[5]。

2结束语

机械功率封闭流联轴器台架试验系统的成功研制，改善了目前轨道交通联轴器的试验条件;不仅能测试轨道交通各系列的联轴器，也能以更加符合实际的工况去模拟联轴器的运转情况。这为轨道交通联轴器的国产化进程也起到了重要作用。

参考文献

[1] 许红平.机械传动系统多功能试验台的设计研究[J].机电工程， 2002（3）：10-12.

[2] 徐龙祥.高速旋转机械轴系动力学设计[M].北京：国防工业出版社，1994：109.

[3] 孔祥莹.封闭齿轮传动效率的试验研究[J].山西机械，2002（1）：52-53，56.

[4] 吴立言.机械传动系统可靠性分析[J].机械传动，2003（2）：18-20.

[5] 孙桓.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2001：73.

作者简介

谢磊（1986-），男，北京人;毕业院校：湖南科技大学，学历：本科;现就职单位：康为同创集团有限公司，研究方向：轨道交通车辆的传动系统。