一種帶能量回饋的液壓牽引試驗系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶能量回饋的液壓牽引試驗系統，包括驅動單元、機械傳動單元、加載及能量回饋單元和測控模塊，所述驅動單元的輸入端和被試液壓牽引系統的輸入軸相連，所述機械傳動單元的輸入端和被試液壓牽引系統的輸出軸相連，所述機械傳動單元的輸出端和加載及能量回饋單元相連，且所述加載及能量回饋單元的輸出端和驅動單元并聯形成閉合回路，所述驅動單元、加載及能量回饋單元分別與測控模塊相連。本實用新型能夠實現試驗電能在內部形成循環、電源能量需求低、對供電電網污染低、設備成本及試驗成本低、設備簡單且占地面積小。
【專利說明】
一種帶能量回饋的液壓牽引試驗系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及液壓牽引試驗設備，具體涉及一種帶能量回饋的液壓牽引試驗系統。
【背景技術】
[0002]帶能量回饋的液壓牽引試驗系統用于檢測被試液壓牽引系統中電控液壓栗、電控液壓馬達的壓力、流量、泄漏量等參數，檢測閉式液壓牽引系統是否滿足實際車型的牽引動力，檢測栗和馬達的容積效率、栗和馬達的變量特性、牽引特性、栗和馬達的總效率，調定栗和馬達的參數。但是，由于被試液壓牽引系統的功耗較大，因此帶能量回饋的液壓牽引試驗系統存在電源能量消耗大的缺點，會引起電網波動污染電網。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型要解決的技術問題:針對現有技術的上述問題，提供一種能夠實現試驗電能在內部形成循環、電源能量需求低、對供電電網污染低、設備成本及試驗成本低、設備簡單且占地面積小的帶能量回饋的液壓牽引試驗系統。
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為:
[0005]—種帶能量回饋的液壓牽引試驗系統，包括驅動單元、機械傳動單元、加載及能量回饋單元和測控模塊，所述驅動單元的輸入端和被試液壓牽引系統的輸入軸相連，所述機械傳動單元的輸入端和被試液壓牽引系統的輸出軸相連，所述機械傳動單元的輸出端和加載及能量回饋單元相連，且所述加載及能量回饋單元的輸出端和驅動單元并聯形成閉合回路，所述驅動單元、加載及能量回饋單元分別與測控模塊相連。
[0006]優選地，所述驅動單元包括依次相連的變壓器、整流器、第一逆變器和變頻電機，所述變頻電機的輸出軸通過聯軸器和被試液壓牽引系統的輸入軸相連，所述第一逆變器和變頻電機的控制端分別與測控模塊相連。
[0007]優選地，所述加載及能量回饋單元包括至少一條能量回饋加載支路，所述能量回饋加載支路包括制動器、變頻發電機和第二逆變器，所述機械傳動單元的輸出端通過聯軸器和制動器的輸入軸相連，所述制動器的輸出軸通過聯軸器和變頻發電機的輸入軸相連，所述變頻發電機的輸出端通過第二逆變器和第一逆變器的輸入端并聯連接;所述變頻發電機、第二逆變器分別和測控模塊相連。
[0008]優選地，所述變頻電機的輸出軸和被試液壓牽引系統的輸入軸之間裝設有第一轉速轉矩傳感器，所述第一轉速轉矩傳感器的輸出端和測控模塊相連。
[0009]優選地，所述變頻電機包含兩個以上輸出軸，所述變頻電機的每一個輸出軸分別通過聯軸器和一個被試液壓牽引系統的輸入軸相連。
[0010]優選地，所述機械傳動單元包括齒輪箱，所述齒輪箱的輸入軸通過聯軸器和被試液壓牽引系統的輸出軸相連，所述齒輪箱的輸出軸和加載及能量回饋單元相連。
[0011]優選地，所述齒輪箱的輸入軸和被試液壓牽引系統之間裝設有用于檢測齒輪箱輸出軸的轉速及轉矩的第二轉速轉矩傳感器，所述第二轉速轉矩傳感器的輸出端和測控模塊相連。
[0012]優選地，所述齒輪箱的輸出軸和加載及能量回饋單元之間裝設有用于檢測齒輪箱輸出軸的轉速及轉矩的第三轉速轉矩傳感器，所述第三轉速轉矩傳感器的輸出端和測控模塊相連。
[0013]優選地，所述齒輪箱為同步齒輪箱或離合齒輪箱，所述齒輪箱包括兩個以上的輸入軸，所述機械傳動單元的每一個輸入軸分別通過聯軸器和一個被試液壓牽引系統的輸出軸相連。
[0014]優選地，所述齒輪箱包含兩個以上的輸出軸，所述齒輪箱的每一個輸出軸對應一條能量回饋加載支路，所述齒輪箱的每一個輸出軸通過聯軸器和對應能量回饋加載支路相連。
[0015]本實用新型的帶能量回饋的液壓牽引試驗系統具有下述優點:本實用新型包括驅動單元、機械傳動單元、加載及能量回饋單元和測控模塊，驅動單元的輸入端和被試液壓牽引系統的輸入軸相連，機械傳動單元的輸入端和被試液壓牽引系統的輸出軸相連，機械傳動單元的輸出端和加載及能量回饋單元相連，且加載及能量回饋單元的輸出端和驅動單元并聯形成閉合回路，驅動單元、加載及能量回饋單元分別與測控模塊相連，從而形成了一個完整的閉合回路系統，采用共直流母線形式，加載及能量回饋單元的輸出端和驅動單元并接，使試驗時能量能夠在試驗電傳動系統內部形成循環，即使試驗發揮全功率，從供電電網處所需的電源能量也是很小的，僅為陪試系統損耗及被試傳動系統的損耗，約為試驗功率的20%，大大節約了能源，降低了對供電電網的污染，設備簡單占地面積小，能自動完成液壓系統的考核試驗，具有能夠實現試驗電能在內部形成循環、電源能量需求低、對供電電網污染低、設備成本及試驗成本低、設備簡單且占地面積小的優點。
【附圖說明】

[0016]圖1為本實用新型實施例的結構示意圖。
[0017]圖例說明:1、驅動單元；11、變壓器；12、整流器；13、第一逆變器；14、變頻電機；141、第一轉速轉矩傳感器;2、機械傳動單元;20、齒輪箱;21、第二轉速轉矩傳感器;22、第三轉速轉矩傳感器;3、加載及能量回饋單元;31、制動器;32、變頻發電機;33、第二逆變器;4、測控模塊。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，本實施例的帶能量回饋的液壓牽引試驗系統包括驅動單元1、機械傳動單元2、加載及能量回饋單元3和測控模塊4，驅動單元I的輸入端和被試液壓牽引系統的輸入軸相連，機械傳動單元2的輸入端和被試液壓牽引系統的輸出軸相連，機械傳動單元2的輸出端和加載及能量回饋單元3相連，且加載及能量回饋單元3的輸出端和驅動單元I并聯形成閉合回路，驅動單元1、加載及能量回饋單元3分別與測控模塊4相連。從而形成了一個完整的閉合回路系統，采用共直流母線形式，加載及能量回饋單元3的輸出端和驅動單元I并接，使試驗時能量能夠在試驗電傳動系統內部形成循環，即使試驗發揮全功率，從供電電網處所需的電源能量也是很小的，僅為陪試系統損耗及被試傳動系統的損耗，約為試驗功率的20%，大大節約了能源，降低了對供電電網的污染，設備簡單占地面積小，能自動完成液壓系統的考核試驗，具有能夠實現試驗電能在內部形成循環、電源能量需求低、對供電電網污染低、設備成本及試驗成本低、設備簡單且占地面積小的優點。
[0019]驅動單元I的作用相當于大型養路機械中驅動液壓變量栗的柴油機，它驅動液壓系統的變量栗，將電能轉換為液壓能。本實施例中，驅動單元I包括依次相連的變壓器U、整流器12、第一逆變器13和變頻電機14，變頻電機14的輸出軸通過聯軸器和被試液壓牽引系統的輸入軸相連，第一逆變器13和變頻電機14的控制端分別與測控模塊4相連。
[0020]本實施例中，變頻電機14的輸出軸和被試液壓牽弓I系統的輸入軸之間裝設有第一轉速轉矩傳感器141，第一轉速轉矩傳感器141的輸出端和測控模塊4相連，通過第一轉速轉矩傳感器141能夠檢測變頻電機14輸出給被試液壓牽引系統的轉速和轉矩作為被試液壓牽引系統的輸入，以便完成被試液壓牽引系統的試驗。
[0021 ]本實施例中，變頻電機14包含兩個輸出軸，變頻電機14的每一個輸出軸分別通過聯軸器(聯軸器#1)和一個被試液壓牽引系統的輸入軸相連，此外變頻電機14也可以根據需要采用更多輸出軸的變頻電機，從而可以實現同步驅動多個被試液壓牽引系統。參見圖1可知，本實施例中的被試液壓牽引系統包括通過管路串聯變量栗和變量馬達，變量栗的輸入軸處設有聯軸器#2，聯軸器#2和聯軸器#1相連，變量馬達的輸出軸處設有聯軸器#3，用于和機械傳動單元2相連。需要說明的是，被試液壓牽引系統作為被試驗對象，本實施例的帶能量回饋的液壓牽引試驗系統僅僅為示例性說明，其具體結構可以根據需要進行變化。
[0022]機械傳動單元2用于實現被試液壓牽引系統和加載及能量回饋單元3之間的機械能傳遞。本實施例中，機械傳動單元2包括齒輪箱20，齒輪箱20的輸入軸通過聯軸器(聯軸器#4)和被試液壓牽引系統的輸出軸(聯軸器#3)相連，齒輪箱20的輸出軸和加載及能量回饋單元3相連。除了采用齒輪箱20的齒輪傳動方式，還可以根據需要采用其他類型的傳動方式，例如皮帶傳動、鏈條傳動等方式，同樣也可以實現將被試液壓牽引系統的輸出軸輸出的動能轉換成機械能。
[0023]本實施例中，齒輪箱20的輸入軸和被試液壓牽引系統之間裝設有用于檢測齒輪箱20輸出軸的轉速及轉矩的第二轉速轉矩傳感器21，第二轉速轉矩傳感器21的輸出端和測控模塊4相連，通過第二轉速轉矩傳感器21能夠檢測被試液壓牽引系統的輸出，以便完成被試液壓牽引系統的試驗;本實施例中，齒輪箱20的輸出軸和加載及能量回饋單元3之間裝設有用于檢測齒輪箱20輸出軸的轉速及轉矩的第三轉速轉矩傳感器22，第三轉速轉矩傳感器22的輸出端和測控模塊4相連，通過第二轉速轉矩傳感器21能夠檢測齒輪箱20的輸出軸的輸出，以便完成被試液壓牽引系統的試驗。
[0024]本實施例中，齒輪箱20為同步齒輪箱或離合齒輪箱，同步/離合齒輪箱相當于鋼軌的作用，強迫兩個被試液壓牽引系統同步旋轉，齒輪箱20包括兩個的輸入軸，機械傳動單元2的每一個輸入軸分別通過聯軸器(聯軸器#4)和一個被試液壓牽引系統的輸出軸(聯軸器#3)相連，從而能夠將兩個被試液壓牽引系統的輸出旋轉機械能同步傳遞;此外，如果包含多個被試液壓牽引系統時，齒輪箱20則可以根據需要采用更多的輸出軸，以提高系統的集成度，減少系統體積。
[0025]本實施例中，齒輪箱20包含兩個的輸出軸，齒輪箱20的每一個輸出軸對應一條能量回饋加載支路，齒輪箱20的每一個輸出軸通過聯軸器(聯軸器#5)和對應能量回饋加載支路相連，通過上述結構實現將齒輪箱20傳遞的旋轉機械能通過兩條能量回饋加載支路進行加載回饋到驅動單元I，實現功率回收。
[0026]加載及能量回饋單元3用于模擬車軸負載，采用電能回饋方式將液壓馬達的旋轉機械能再轉換成電能，電能再通過變流器回饋給電網。本實施例中，加載及能量回饋單元3包括兩條能量回饋加載支路，能量回饋加載支路包括制動器31、變頻發電機32和第二逆變器33，制動器31用于模擬液壓牽引系統的低速和起動牽引工況，制動器31的加載力通過改變制動力的大小來調節，機械傳動單元2的輸出端通過聯軸器(聯軸器#5)和制動器31的輸入軸(聯軸器#6)相連，制動器31的輸出軸(聯軸器#7)通過聯軸器和變頻發電機32的輸入軸相連，變頻發電機32的輸出端通過第二逆變器33和第一逆變器13的輸入端并聯連接;變頻發電機32、第二逆變器33分別和測控模塊4相連。此外，實際部署時也可以根據齒輪箱20的輸出軸的數量來選擇采用更少或更多能量回饋加載支路的具體數量。
[0027]測控模塊4負責試驗系統的數據(來自第一轉速轉矩傳感器141、第二轉速轉矩傳感器21和第三轉速轉矩傳感器22的數據)采集與分析處理，控制驅動變頻電機14的轉速、控制被試液壓牽引系統(變量液壓栗的排量與壓力、控制變量馬達的排量與壓力)、調節加載力(可知變頻發電機32)以及協調各部分的工作。本實施例用雙輸出軸變頻電機I模擬柴油機來驅動液壓栗、液壓馬達組成的被試液壓牽引系統，當被試液壓牽引系統的額定轉速或者試驗對象(牽引系統)改變時，可以通過改變變頻電機I的輸出轉速來適應。
[0028]本實施例的帶能量回饋的液壓牽引試驗系統采用分布式控制方式(上、下位機結合的控制方式)，測控模塊4作為下位機采用主控PLC(Programmable Logic Controller，可編程控制器)為控制核心，上位機監控、操作；上、下位機之間采用工業以太網通訊，采用通用的TCP/IP網絡協議;本實施例帶能量回饋的液壓牽引試驗系統作為下位機還進一步擴展有分布式I/O設備、智能從站，分布式I/O設備、智能從站以工業現場總線與本實施例的帶能量回饋的液壓牽引試驗系統的測控模塊4連接，采用的是目前應用非常普遍的ProfiBus-DP總線協議，ProfiBus_DP(Profibus- Decentralized Periphery)總線協議是一種高速、低成本通信，專門用于設備級控制系統與分散式I/O的通信，測控模塊4負責執行設備、傳感器等現場設備直接連接至分布式1/0、智能從站等，這樣形成整個控制系統。測控模塊4能滿足帶能量回饋的液壓牽引試驗系統各項性能試驗的試驗工藝要求，能夠實現對驅動單元1、機械傳動單元2、加載及能量回饋單元3以及被試液壓牽引系統的控制，能夠對運行工況進行監視，具備自動保護功能，能對各種設備故障進行實時顯示和記錄，并可對歷史故障按故障發生時期或故障內容進行查詢，為設備檢修和維護提供了依據和便利。
[0029]以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，本實用新型的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術方案均屬于本實用新型的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種帶能量回饋的液壓牽引試驗系統，其特征在于:包括驅動單元(I)、機械傳動單元(2)、加載及能量回饋單元(3)和測控模塊(4)，所述驅動單元(I)的輸入端和被試液壓牽引系統的輸入軸相連，所述機械傳動單元(2)的輸入端和被試液壓牽引系統的輸出軸相連，所述機械傳動單元(2)的輸出端和加載及能量回饋單元(3)相連，且所述加載及能量回饋單元(3)的輸出端和驅動單元(I)并聯形成閉合回路，所述驅動單元(1)、加載及能量回饋單元(3)分別與測控模塊(4)相連。2.根據權利要求1所述的帶能量回饋的液壓牽引試驗系統，其特征在于:所述驅動單元(I)包括依次相連的變壓器(11)、整流器(12)、第一逆變器(13)和變頻電機(14)，所述變頻電機(14)的輸出軸通過聯軸器和被試液壓牽引系統的輸入軸相連，所述第一逆變器(13)和變頻電機(14 )的控制端分別與測控模塊(4 )相連。3.根據權利要求2所述的帶能量回饋的液壓牽引試驗系統，其特征在于:所述加載及能量回饋單元(3)包括至少一條能量回饋加載支路，所述能量回饋加載支路包括制動器(31)、變頻發電機(32)和第二逆變器(33)，所述機械傳動單元(2)的輸出端通過聯軸器和制動器(31)的輸入軸相連，所述制動器(31)的輸出軸通過聯軸器和變頻發電機(32)的輸入軸相連，所述變頻發電機(32)的輸出端通過第二逆變器(33)和第一逆變器(13)的輸入端并聯連接;所述變頻發電機(32)、第二逆變器(33)分別和測控模塊(4)相連。4.根據權利要求3所述的帶能量回饋的液壓牽引試驗系統，其特征在于:所述變頻電機(14)的輸出軸和被試液壓牽引系統的輸入軸之間裝設有第一轉速轉矩傳感器(141)，所述第一轉速轉矩傳感器(141)的輸出端和測控模塊(4)相連。5.根據權利要求4所述的帶能量回饋的液壓牽引試驗系統，其特征在于:所述變頻電機(14)包含兩個以上輸出軸，所述變頻電機(14)的每一個輸出軸分別通過聯軸器和一個被試液壓牽引系統的輸入軸相連。6.根據權利要求5所述的帶能量回饋的液壓牽引試驗系統，其特征在于:所述機械傳動單元(2)包括齒輪箱(20)，所述齒輪箱(20)的輸入軸通過聯軸器和被試液壓牽引系統的輸出軸相連，所述齒輪箱(20)的輸出軸和加載及能量回饋單元(3)相連。7.根據權利要求6所述的帶能量回饋的液壓牽引試驗系統，其特征在于:所述齒輪箱(20)的輸入軸和被試液壓牽引系統之間裝設有用于檢測齒輪箱(20)輸出軸的轉速及轉矩的第二轉速轉矩傳感器(21)，所述第二轉速轉矩傳感器(21)的輸出端和測控模塊(4)相連。8.根據權利要求7所述的帶能量回饋的液壓牽引試驗系統，其特征在于:所述齒輪箱(20)的輸出軸和加載及能量回饋單元(3)之間裝設有用于檢測齒輪箱(20)輸出軸的轉速及轉矩的第三轉速轉矩傳感器(22)，所述第三轉速轉矩傳感器(22)的輸出端和測控模塊(4)相連。9.根據權利要求8所述的帶能量回饋的液壓牽引試驗系統，其特征在于:所述齒輪箱(20)為同步齒輪箱或離合齒輪箱，所述齒輪箱(20)包括兩個以上的輸入軸，所述機械傳動單元(2)的每一個輸入軸分別通過聯軸器和一個被試液壓牽引系統的輸出軸相連。10.根據權利要求9所述的帶能量回饋的液壓牽引試驗系統，其特征在于:所述齒輪箱(20)包含兩個以上的輸出軸，所述齒輪箱(20)的每一個輸出軸對應一條能量回饋加載支路，所述齒輪箱(20)的每一個輸出軸通過聯軸器和對應能量回饋加載支路相連。
【文檔編號】F15B19/00GK205715068SQ201620592593
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月17日
【發明人】劉東山, 林杰, 李含林, 熊頡, 伍普照, 范平, 范一平, 杜貴益, 吳志宏, 胡喜斌
【申請人】株洲中車時代裝備技術有限公司