新型機車負荷試驗臺的設計

姚庚夫

（武漢局集團有限公司襄陽機務段，湖北襄陽 441058）

0 引言

目前，機務段的內燃機車是調車及短途貨運機車的主車型，內燃機車因其不受牽引供電的影響，仍然是機務段不可或缺的車型。內燃機車大修、中修完畢以后，必須按照工藝以最大功率完成機車負荷試驗，以確定內燃機車的質量是否符合機車運用的要求。目前，內燃機車負荷試驗的水阻試驗臺因為結構龐大復雜，設備的極板長期泡在含有強腐蝕性的鹽水中，銹蝕較快，污染環境，試驗的電阻靠人工估算，誤差較大；設備維修時更換極板、滑輪困難，且存在較大安全風險因素。機車負載試驗時必須調車，兩個部門的溝通協調造成工作程序麻煩。另外，電力機車直供電（直供電是機車通過聯接電纜給旅客列車車輛照明、空調等電器供電）試驗是各型客運機車小修、中修檢修完畢后必須完成的對客車車輛供電的負荷試驗。對此，本文提出一種內燃機車負荷試驗與電力機車直供電試驗的一體化設計方案，同時解決兩種車型負荷試驗的問題。

1 負載電路設計

試驗臺通過改變電阻的大小來調節機車負荷試驗電流的大小，繪制并顯示試驗功率變化曲線。負載電阻采用若干鎳鉻合金電阻帶串、并聯，并通過各路的開關改變總電阻大小，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而成。試驗過程中，通過依次閉合K1、KA1，K2，K3、KA3，K4 改變總電路的阻值大小，以達到各檔試驗功率、電阻帶通風冷卻的目的。電路配有電壓表和電流傳感器，便于數據采集和顯示。電壓表、電流表、功率表建議采用電子屏數字顯示方式。試驗數據表見表1。

表1 試驗數據

圖1 主電路

2 電阻帶散熱風機設計

由于電阻帶的發熱量太大，就DF4型機車而言，平均每個支路的發熱功率在200 kW 以上，需要使用通風機給電阻帶強制冷卻。實際生產中應該采用的是22 kW 并勵直流電機，將其與某一電阻并聯，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。但是負載試驗中，電壓在不斷地變化，為了穩定電機的轉速，采用先進的PWM 脈寬閉環調制技術。風機電機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工作電流，并反饋到PWM 控制電路中。大功率開關元件IGBT 對電機進行PWM 斬波恒流調速控制，使風機電機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轉，而不至于損壞電機，見圖1 中的KA1、M1 和KA3、M2 兩條支路。

3 電路聯鎖設計

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

4 控制電路的設計要求

根據使用機務段（機車檢修段）的試驗工藝和技術要求，試驗臺采用兩種控制方式。一種為手動控制，主要在調試及維修時候使用；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據處理、分析等技能。自動控制為智能操作，試驗數據是由人工記錄及相關儀表顯示。

5 設備外觀簡圖及尺寸

試驗臺的主體由電阻柜、兩個通風機、控制系統組成，如圖2 所示。

圖2 試驗臺主體

為了方便試驗臺在多個機車試驗地點使用，還須設計相應的場內機動車來承載試驗臺的電阻柜、控制柜。而根據場內機動車的一般外形尺寸，制造該試驗臺時，電阻柜長4.5 m，寬1.5 m，高1.7 m；整個試驗車長6 m，寬1.6 m，高2.5 m，根據設備內部電器的布局，可以適當延長車身長，整體如圖3 所示。制造該試驗臺時，電阻柜、控制柜、司機室均應防雨、防水、防漏電。驅動方式為三元鋰電池，給永磁同步電機供電，電壓60 V，蓄電池總功率60 kW，軸距3.5 m；充電器設計的輸入電壓為AC 220 V，輸出DC 60 V。

圖3 場內機動車整體

6 結束語

本試驗臺的設計有足夠的電流安全冗余，機車滿負荷試驗時，每個支路的最大電流為380 A，遠低于600 A，試驗臺安全可靠。同時，試驗臺設計生產后，應制定合理的操作規程。建議電力機車直供電試驗分為兩檔，每檔試驗時間為10 min；內燃機車負荷試驗分為兩檔，每檔試驗時間設置為10 min；電路聯鎖充分考慮人為、客觀本體可能的聯鎖失效出現設備事故和故障。該新型機車負荷試驗臺能滿足內燃機車負荷試驗與電力機車直供電試驗，必將在鐵路系統得到應用并取得很好的效益。