机车牵引电机论文的研究方案

摘要：随着近几年我国高速铁路的投入运营和快速发展，人们出行变得方便快捷。动车组安全运用与维修的问题就变得更加突出。结合CRH5型动车组多年的运用经验积累，对CRH5型动车组的牵引传动系统的特点及原理进行深入研究、探讨，为 CRH5型动车组现场作业人员对牵引传动系统的知识学习及应急故障处理提供指导。 关键词：CRH5动车组 牵引 传动系统 1 牵引传动系统原理 CRH5型动车组牵引传动系统简介 牵引传动系统相当于动车组的心脏，将电能从接触网吸收下来，传输到各个电气设备，使之正常工作。如果牵引传动系统故障，列车可能会影响运行速度，旅客服务品质，甚至无法开动，更严重会造成救援等后果。 CRH5型动车组牵引系统使用交-直-交传动方式，主要由受电弓、主断路器、牵引变压器、牵引变流器及牵引电机组成。受电弓通过电网接入25kV的高压交流电，输送给牵引变压器，降压成1770V的交流电。降压后的交流电再输入牵引变流器，逆变成电压和频率均可控制的三相交流电，输送给牵引电机牵引整个列车。 牵引基本动力单元由1台牵引变压器、2台牵引变流器、8台牵引电机构成，1台牵引变流器驱动4台牵引电机。四台牵引电机并联使用。四台牵引电机特性差异控制在±5％以内，以便电流负荷分配均匀。 CRH5型动车组有两个相对独立的主牵引动力单元。正常情况下，两个牵引单元均工作。当设备故障时，M1车和M2车可分别使用。另外，整个基本单元可使用VCB（断路器）切除，不会影响其它单元工作。 型动车组牵引传动系统布置 主牵引系统布置：3、6号车车下各设一台牵引变压器，而1号车、2号车（M1）、4号车（M2）、7号车（M1s）、8号车的车底下均悬挂一台牵引变流器，及车下转向架分别安装4台牵引电机。 其中3号车和6号车车顶均设受电弓、保护接地开关EGS、故障隔离开关一套，3、4号车之间和5、6号车之间的车顶上设置高压电缆连接器，4、5号车之间的车顶上，设置了高压电缆用倾斜型电缆连接器。 型动车组牵引传动系统单元构成 CRH5型动车组牵引传动系统每个动力单元的牵引设备都由下列设备组成： 1．一个高压单元，具有受电设备、保护装置和主变压器，安装在TTP和TTPB车上。 2．一个主变压器，采用强制油冷却，安装在TTP和TTPB车上。 3．第一牵引动力单元具有3个牵引/辅助变流器，第二牵引动力单元具有2个牵引/辅助变流器，每台牵引/辅助变流器驱动2台牵引电机。牵引/辅助变流器获得可调节的直流电压，并驱动异步牵引电机的牵引和再生制动。在过电分相时由于再生制动短时停止工作，过渡的制动电阻器投入使用。每辆动车配置2台异步牵引电动机，底架悬挂，单台电机设计持续功率可达到550kW，并且车轮的直径差（在相同车轴上）接近3mm时也能够提供500kW的负载。 2 牵引传动系统受电弓 受电弓系统的概述及工作原理 压缩空气通过电控阀经过滤器进入精密调压阀,精密调压阀用于调节受电弓接触压力，输出压力恒定的压缩空气，其精度偏差为± Mpa。因为气压每变化(㎡)会使接触压力变化10N。期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆 注:精密调压阀调压阀在工作过程中，为保证输出压力穏定，溢流孔和主排气孔始终有压缩空气间歇性排出，属正常现象。 压力表显示值仅作为参考,应以实测接触压力为准。单向节流阀用于调节升弓时间，单向节流阀用于调节降弓时间。如果精密调压阀出现故障，安全阀会起到保护气路的作用。 注：精密调压阀运用中不得随意改变其调整值，为保证各种控制阀正常使用，应严格防止水和其它杂质渗入。 3 CRH5型动车组牵引变流器 牵引变流器的概述及控制原理 牵引/辅助变流器系阿尔斯通技术引进经国产化后用于CRH5型动车组的变流装置，内部分别有两组四象限整流器（4QC）和逆变器，同时还有一组辅助逆变器，每一组逆变器控制一台568kW 牵引电机，辅助逆变器向车载三相400V/50Hz用电设备供电。变流器的主要功能是将25KV/50Hz的单相交流电压通过牵引变压器降压后，输出单相AC1770V/50Hz的电压，经四象限整流得到3600V的中间直流电压，再经逆变器输出电压频率可调的0～2808V的三相交流电压来控制每台电机；同时辅助逆变器从中间回路输入直流3600V电压经斩波降压逆变后输出三相400V/50Hz的交流电压，为辅助系统的设备供电。变流器由8个组件平台构成，它们分别是两个辅助组件平台，两个牵引模块组件平台，两个用户组件平台，一个冷却系统平台，一个电阻组件平台，8 个平台通过中央线槽连接形成一个整体。 牵引/辅助变流器主要由两组四象限整流器（4QC）、牵引逆变器和一组辅助逆变器组成。每一组牵引逆变器控制一台568KW牵引电机，辅助逆变器向车载三相400V/50HZ用电设备供电。变流器的主要功能是将牵引变压器降压后输出单相AC1770V/50HZ的电压，经四象限整流得到3600V的中间直流电压，再经牵引逆变器输出电压频率可调的0～2808V的三相交流电压来控制每台电机；同时辅助逆变器从中间回路输入直流3600V电压经斩波降压逆变后输出三相400V/50HZ的交流电压，为辅助系统的设备供电。 4 CRH5型动车组牵引电机 牵引电机概述及控制原理 列车上使用的电机是一种三相异步、六电极、强迫通风型电机，带有定子开启式分层，不带机壳。每节动车装有2个牵引电机。每个牵引电机由一个牵引逆变器提供能源8 车编组的每列列车上有1 0个电机。6FJA3257A 牵引电机是一个交流鼠笼式电机，敞开式的并且是强制风冷的。 该电机结构简单，重量轻，性能可靠，故障率低，功率大，符合列车运行对电机的要求型号YJ87A(6 FJA3257 A)，是三相鼠笼式异步电机，六极，采用开放式强迫风冷，通过两台可提供恒定风量的风机冷却，通风装置设在电机两侧。电机安装一套速度检测系统供监控之用，并且在定子线圈上预埋温度传感器用来电机定子温度测量，牵引电机采用弹性吊架吊装于车体底架上，电机通过万向轴与转向架上的齿轮箱连接。 电机与车辆的机械连接是通过带弹性悬挂装置的支架实现的。运动是通过一个适当的万向轴和变速箱向电机轮对传输的。 牵引电机和万向轴之间通过一个安全装置机械性连接，假设在牵引电机两相线圈之间发生短路，安全接头将会保护万向轴和齿轮箱避免过转矩。当过转矩时，安全装置中连接部分滑动，内部油压增大, 剪切阀的顶部被打开，这时在安全装置内释放油压，这个过程在几毫秒内发生，释放后安全装置将会在轴上自由转动。 5 结论 随着高寒动车组的大量投入使用，CRH5型动车组的相关知识、技术和应急处理技能的普及迫在眉睫，对于各个层面都是十分重要的，尤其是CRH5动车组牵引传动系统的知识和应急处理技能尤为重要。本论文结合CRH5型动车组多年的运用经验积累，对CRH5型动车组的牵引传动系统进行深入研究、探讨，希望通过本文的介绍能提高CRH5型动车组现场作业人员对牵引传动系统的学习及应急故障处理的能力，保证CRH5型动车组的运行稳定性。

机车车辆整车可靠性指标的探讨摘要：通过对机车车辆整车的可靠性指标进行探讨，提出了MDBF、MDBFF和上线率作为机车车辆制造企业产品可靠性指标的建议，为制造企业进一步满足用户要求、开展产品可靠性的研究奠定基础。关键词：机车车辆；可靠性指标；平均故障间隔距离；平均功能故障间隔距离；基本可靠性；任务可靠性0引言随着我国国民经济的快速发展，交通、物流与日俱增。铁路运输担负了全国货运总量的70%和客运总量的60%。作为承担铁路运输的装备———机车车辆运用的安全准点，是保证铁路运输的关键因素之一。因此要求机车车辆具有很高的可靠性。最新的国际铁路行业标准IRIS更是明确提出了对RAMS（可靠性、可用性、可维护性和安全性）的要求。因此提高产品的可靠性，已是铁路装备制造企业参与国际竞争的关键因素。由于我国对机车车辆整车可靠性的相关研究还处于初步阶段，目前只能参照其他系统的可靠性标准，凭经验及大致的统计数据来提出可靠性的要求，尚未建立成熟的可靠性指标和验收体系，使得机车车辆整车可靠性管理不尽人意。因此开展机车车辆可靠性要求的研究，建立科学规范的机车车辆可靠性指标和验收体系对于机车车辆制造企业具有深刻的意义。由于机车车辆整车的可靠性指标及其验证方法极为复杂，本文仅对其可靠性指标的建立进行探讨，并提出建议。1机车车辆整车可靠性指标现状目前从机车车辆整车的技术文件中可以看到，涉及到的可靠性指标基本上为机破率、临修率和碎修率。然而，在具体使用机破率、临修率和碎修率来考核机车车辆整车的可靠性时将存在着一些问题。根据IEC60050（191）的定义，可靠性是“产品在规定的条件下和规定的时间区间（t1，t）2内完成规定功能的能力”，它的定量化指标———可靠度，就是“产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定的功能的概率”。因此，实际上讨论可靠性就是讨论故障概率。机车车辆机破率，是以在用机车车辆总运行公里数除以从时间t=0至时间t=t1的累计机破故障数量而得到的比率。机车车辆临修率，是以在用机车车辆总运行公里数除以从时间t=0至时间t=t1的累计机车非修程入库检修的故障数量而得到的比率。机车车辆碎修率，是以在用机车车辆总运行公里数除以从时间t=0至时间t=t1的累计机车非修程不入库检修的故障数量而得到的比率。这都是一种累积故障概率（F（）t）。首先，由于这种累积故障概率考核的是所有在用的特定机型的机车车辆，那么在用的机车车辆的运行公里数的大小对累积故障概率的影响很大。运行公里数越大，累积故障概率越小。同时由于每一台（批）机车车辆投入运用的时间不同，按照产品故障浴盆曲线的原理，出现的故障类型和概率是不同的。而我们就特定时间统计所有机车车辆的运用，就可能出现故障类型和概率的偏差。其次，可靠性分为固有可靠性和使用可靠性，也可分为基本可靠性和任务可靠性。机破率、临修率和碎修率，考核的是固有可靠性、基本可靠性，还是考核使用可靠性、任务可靠性，必须加以说明，否则容易对可靠性产生不同的理解，从而采取不同的可靠性保证方案。第三，机破率的统计，以导致任一列车晚点5 min（以京广线为例）的设备故障为机破故障。然而，在实际运行中，当设备故障后，影响列车晚点的因素是多方面的，它不仅与故障类型、系统的可维修性有关，还与司乘人员的技术水平、产品设计的冗余等有密切关系。如：机车运行途中硅机组因电容击穿显示主接地故障，司乘人员隔离部分电机维持运行，正点到达，未造成机破，但实际上产品出现了故障；有时，也可能因培训不到位，司乘人员对产品不熟悉，可能操作不当，使得列车晚点而导致机破，但产品本身却未出现故障。从上述分析可以看出，机破率、临修率和碎修率难以真实、全面的反映产品的可靠性，对推动制造企业提高产品可靠性的作用有限。因此，有必要对机车车辆整车的可靠性指标加以研究与探讨。2机车车辆整车可靠性指标国际电工委员会（IEC）、欧洲标准（EN）均针对轨道交通制定了可靠性要求，即IEC 62278、EN 50126、EN50128、EN 50129等。但这些标准仅给出了轨道交通适用的可靠性典型参数示例，不具有实际的操作指导意义。通过对比IEEE有关标准和机车车辆实际运行经验，在考虑机车车辆整车可靠性指标时，建议使用平均功能故障间隔距离（Mean Distance Between Functional Failure，MDBFF）、平均故障间隔距离（Mean Distance Between Fail-ure，MDBF）以及机车车辆上线率（On Line Service Rate）三个指标来综合衡量机车车辆整车的可靠性。MDBF作为机车车辆整车基本可靠性的特征量，可以反映出整车运用对维修人员、维修时间、维修费用、备品备件需求的要求。一个系统基本可靠度低，即使能够满足任务可靠度的要求，也会导致系统维护成本高。或者说通过设备冗余的保证，虽然能够满足任务可靠度，但其后发生的维修成本也是不可忽视的，由此带来的系统复杂程度增加，系统基本可靠性也会降低。从国际轨道交通装备制造企业设立的质量指标来看，有6项指标属于MDBF要衡量的范围。具体如下：1）零公里故障：产品到段尚未正式投入运用阶段出现的故障。2）早期故障：产品投入运用至定义的最短修程阶段出现的故障。3）运行故障：产品在正常运行中出现故障但能到达目的地。4）非定期检修：不在规定的修程时间所进行入库检修和不入库检修。5）停机故障：产品在运行中突然停机，但因重联或连挂的原因能够被牵引到达目的地。6）使命故障：产品在运行中故障而不能到达目的地。MDBFF作为机车车辆整车任务可靠性的特征量，可以反映出整车在规定的时间段内或任务段内完成规定功能的能力。这个特征量与我们现行通用的机破率有近似之处，但量纲不同。作为制造企业，为了保证整车的任务可靠，不得不在整车设计中考虑一定的设备冗余，同时又得兼顾系统的简化，这是一对矛盾。MDBF和MDBFF两项可靠性指标反映的是机车车辆在承担运输任务过程中的质量状况，它们均不能反映机车车辆不承担运输任务时的质量状况。有时，上线运行的机车车辆质量状况良好，没有出现故障，但在段备用的机车车辆质量状况却不佳，甚至不能上线运行。虽然MDBF和MDBFF两项可靠性指标能满足要求，但备用机车车辆的质量状况却无法满足用户的要求。因此，国际铁路行业引入了上线率这一指标。机车车辆上线率的定义是上线运行的机车车辆数与良好的备用机车车辆数之和除以总机车车辆数。上线率指标客观地反映了制造企业的服务质量、产品的可维护性和可用性水平，也影响了用户运输的可靠性，是用户目前关注的焦点之一。因此，机车车辆整车上线率也应当作为可靠性的指标。综上所述，可以将MDBF作为基本可靠性指标，衡量机车车辆整车对维修人员、维修时间、维修费用、备品备件需求的要求。将MDBFF作为任务可靠性指标，衡量机车车辆整车完成规定功能的能力。上线率作为整车可靠性的关联指标。3 MDBF和MDBFF的测算由于机车车辆是大型机电产品，不能简单以电子零部件或机械零部件来测算可靠性数据。虽然零部件本身故障模式的种类并不多，但成为整机产品后，需考虑的因素就比较多了，如各零部件所具有的故障模式的组合，由于零部件的组合而组成的（不是来自零部件的故障）故障模式的复合。因此从整机来看，形成大量近似函数的复合，其形式变得复杂。实际测算中，可以用威布尔概率纸测算故障概率直线的斜率，以获得形状参数m来确定故障的性质（m=1，偶然性故障；m>1，耗损性故障）。用指数分布来概算故障率λs，系统的每个单元都服从指数分布，则单元可靠度R（i）t=e-λit系统可靠度R（st）=e-λ1te-λ2te-λ3t……e-λnt=e-λst系统故障率λs=λi平均故障间隔时间MTBF=1/λs考虑到传统上机车车辆故障是按照运行公里数进行统计，加之机车车辆在段备用的时间对平均故障间隔时间将产生影响，因此建议采用平均无故障间隔距离（MDBF）来代替平均故障间隔时间进行可靠性的概算，仍然要统计1/λs。以配属三个机务段的某车型某年十月份的故障统计，来测算该车的MDBF和MDBFF，可以看出其与机破、临修的差异，如表1和表2所示。通时，RC回路中的冲击电流过大（为电容器最大工作电流的倍），使电容器加速老化，出现降级或损坏。电阻的功率为最大工作功率的倍，不能满足电阻的工作要求。2）采用改造后参数（R=Ω，C=18μF），在整流桥90°开放，晶闸管导通时，电容的放电电流的峰值只为改造前取值的1/3，电阻的功率也比改造前参数取值下降100 W左右。晶闸管关断时，电容器的放电电流峰值为改造前的1/2，更好地改善了整流元件的工作条件。3）改造后，在整流桥90°导通时，电容器的极限工作电流值只为最大工作电流的倍，电阻的极限工作功率为最大工作功率的倍。考虑到整流桥90°换向为瞬时发热，电阻有一定的散热时间，电阻出现烧损的可能性较小。4结语2007年底在新乡机务段和准格尔机务段，按照上述改造方案各试改了5台SS4改型机车，运行至今没有再次出现RC回路电阻和电容烧损击穿问题。说明该改造方案能解决SS4改型机车RC回路电阻和电容烧损击穿故障。并且该改造方案简单，改造成本低，适合在其他SS4改型机车进行批量改造。参考文献：[1]张有松，朱龙驹.韶山4型电力机车[M].北京：中国铁道出版社，[2]2001.[2]蒋家久.电力机车牵引绕组阻尼电路参数匹配对设备安全的影响[2][J].铁道机车车辆，2005（4）.

车体底架上5型动车组牵引电机固定车体底架上面。