一种动车组功率单元部件吊装支撑装置及吊装方法与流程

1.本发明涉及轨道交通车辆变流器安装领域，具体为一种动车组功率单元部件吊装支撑装置及吊装方法。


背景技术：

2.轨道交通车辆变流器为车辆系统提供电源及动力，是轨道交通车辆上的重要部件。功率单元作为变流器的核心部件，对轨道交通车辆变流器内输入电压进行功率变换，也得到了广泛应用和快速发展。随着大功率半导体器件igbt的发展和应用，轨道交通车辆辅助功率单元也朝着单元化、高可靠性的方向发展。
3.轨道交通动车组变流器吊装于车厢底部，变流器在车辆行进方向的左右两侧位置掀盖维护检修，左右两侧便于维护检修，但空间有限，其余装置都需吊装于变流器底部，吊装不仅需考虑重力和车辆行进过程中的纵向振动，同时要考虑车辆前进方向加减速的横向受力，这就对吊装装配的装置及其内部部件的装配安全性、性能可靠性提出更高的要求。
4.现有技术中轨道交通动车变流器中风冷功率单元的一种安装方式为立式安装，即风冷散热器在下方作为整个功率单元的结构支撑，其上依次装配igbt、复合母排等部件。但是该种结构仅适用于于机车变流器立式装配的应用条件；对于动车组吊装装配的需求，若将此风冷散热功率单元上下翻转180度，功率器件因下部复合母排等部件的重力及振动等受力，易导致器件机械受损及电气失效，在机械结构和电气性能方面都无法满足要求。
5.现有技术中轨道交通动车变流器中风冷功率单元还有一种安装方式为推拉式安装于变流器内车辆行进方向的左右两侧，该位置在动车变流器底部左右两侧便于掀盖维护检修，一般用于装配故障率高的部件。该种安装方式所存在的缺陷为：
①
多用于水冷散热功率单元，功率单元立式安装于变流器侧面掀盖检修位置，且需占据较大空间；
②
随着功率单元控制保护技术的成熟，辅助功率单元的故障率低却仍占据检修便利位置；
③
推拉式功率单元要求功率单元安装位置在变流器内车辆行进方向的左右两侧，在此限定条件下，当变流器为风冷散热时，不利于风机、风道、各散热部件的最优布局设计。


技术实现要素：

6.本发明一是解决现有技术中受传统功率单元安装于变流器内车辆行进方向两侧的位置限制，二是解决吊装装配时结构不稳定、机械应力使焊接点开裂、igbt器件失效、以及散热部件得不到最优布局的问题，提供了一种动车组功率单元部件吊装支撑装置及吊装方法。
7.本发明是通过如下技术方案来实现的：一种动车组功率单元部件吊装支撑装置，包括绝缘双向支撑柱、支架与支架固定板；所述绝缘双向支撑柱设有若干个；所述绝缘双向支撑柱呈柱形，内部为金属柱体，所述金属柱体外部为绝缘铸体，这两个特征是为了保证机械强度和绝缘性能，所述金属柱体的首端固定连接有金属螺柱，所述金属柱体的尾端内部为中空螺纹孔，而且尾端还固定设置有螺帽，金属螺柱和中空螺纹孔是用于双向连接进行
支撑，为了增加受力面，中空螺纹孔用于将复合母排通过螺栓固定于绝缘双向支撑柱上，金属螺柱与散热器底部连接增加机械强度。为在固定吸收电容的同时保证整个吊装结构的机械强度，在吸收电容底部安装支架提供托力，支架呈长方形板状，所述支架的中部开有多个用于固定吸收电容端子的腰形孔，用于固定吸收电容端子，采用腰形孔的设计可避免因部件自身加工误差和组件安装误差而导致装配尺寸不合适的问题；所述支架的左右端也各开有一个腰形孔a，所述腰形孔a用于连接支架与支架固定板，使支架通过支架固定板安装于功率单元框架上。所述支架固定板包括固定连接的水平部和竖直部，所述水平部上设有一至两个螺栓孔，所述竖直部上设有两个螺栓孔，所述支架通过水平部的螺栓孔与支架固定板连接，所述支架固定板的竖直部通过两个螺栓安装于功率单元框架上。
8.优选的，所述支架固定板的水平部和竖直部之间为双折弯连接结构。
9.一种动车组功率单元部件吊装方法，所述吊装方法采用上述部件来实现，适用多种安装环境的具体吊装步骤如下：
①
首先选取绝缘双向支撑柱的安装点：根据吊装部件的重心进行安装点选取，各安装点总拉力保证复合母排组件的纵向受力平衡；若吊装部件为对称结构，则对称选择安装点，若吊装部件非对称，则需通过仿真确定其重心，根据重心选择安装点进行吊装固定；安装点需同时满足产品电气间隙和爬电距离要求；
②
选取支撑柱规格及数量：根据吊装部件的重量来确定全部支撑柱的总受力，支撑柱数量的选取一是根据安装空间条件，二是通过单个既定规格螺栓可承受的重量进行总受力分配来确定：f
×
n=fnf 为单个支撑柱螺栓承力；n 为支撑柱数量；f
n 为所有支撑柱的总承力；支撑柱的总承力值fn大于吊装部件的总重量；
③
功率单元的小型化设计，设计要求为：最大限度的利用现有空间进行剩余部件的装配，根据实际需要在吊装部件底部增加额外的部件；
④
支架的开孔：根据吊装部件端子来确定开孔数量，开孔选用腰形孔以避免因部件加工误差和组件安装误差而导致装配尺寸不合适的问题；
⑤
支架固定板的安装：支架固定板用于将支架固定于功率单元框架之上，托起吊装部件起支撑作用，避免车辆在运行过程的纵向受力；
⑥
上拉：在功率模块吊装结构中，利用安装间隔空间装配绝缘双向支撑柱上拉复合母排，避免吊装于igbt下方的复合母排因重力使igbt受到纵向机械应力，导致igbt端子变形和电气失效；
⑦
下托：用支架托起吊装部件，在功率单元既有框架上选取固定点通过支架固定板连接支架，通过支架固定板的折弯高度、宽度及折弯数量进行安装尺寸匹配和机械加强。
10.上述步骤中，优选的，所述支架固定板通过双折弯结构增加强度，同时调整高度和左右间距。
11.与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种动车组功率单元部件吊装支撑装置及吊装方法，解决了如下问题：1）功率单元吊装装配时，母排装配于igbt下方，使用吊装支撑装置可避免母排对
igbt端子的纵向拉力，避免由于机械应力导致igbt端子与dbc焊接点开裂，进而导致igbt器件失效；2）根据母排重心选择的支撑柱安装点，保证母排纵向受力均匀，同时保证吊装结构的稳定性；3）在减少igbt纵向应力的同时，利用现有空间安装吸收电容，完成igbt关断过电压吸收；4）将复合母排、吸收电容等吊装部件组装为一个组件之后进行装配，便于后期拆装维护，提高功率单元可维护性；5）安装于散热器和母排之间的支撑柱，与吸收电容下方的支架，共同形成上拉下托的机械支撑结构，保证吊装结构的稳定性；6）吊装不受变流器内安装位置的限制，便于变流器的结构优化设计，也有利于变流器内风机、风道、各散热部件的最优布局设计；7）突破传统功率单元安装于变流器内车辆行进方向两侧掀盖维修口的位置限制，使整个变流器的设计更加灵活，更好地适应动车组变流器部件的吊装需求；8）该吊装装置和方法可用于变流器内其他部件的机械安装固定，可灵活应用于动车组吊装装配条件，也可应用于其他领域吊装部件装配。
附图说明
12.图1为绝缘双向支撑柱的结构示意图。
13.图2为支架的结构示意图。
14.图3为支架固定板的结构示意图。
15.图4为功率单元部件吊装支撑其中一个角度示意图。
16.图5为功率单元部件吊装支撑另一个角度示意图。
17.图中标记如下：1-绝缘双向支撑柱，101-金属柱体，102-绝缘铸体，103-金属螺柱，104-中空螺纹孔，105-螺帽，2-支架，201-腰形孔，202-腰形孔a，3-支架固定板，4-吸收电容，5-折弯复合母排，6-绝缘双向支撑柱母排固定点。
具体实施方式
18.以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
19.一种动车组功率单元部件吊装支撑装置，如图1~图3所示：包括绝缘双向支撑柱1、支架2与支架固定板3；所述绝缘双向支撑柱1设有若干个；所述绝缘双向支撑柱1呈柱形，内部为金属柱体101，所述金属柱体101外部为绝缘铸体102，所述金属柱体101的首端固定连接有金属螺柱103，所述金属柱体101的尾端内部为中空螺纹孔104，而且尾端还固定设置有螺帽105；所述支架2呈长方形板状，所述支架2的中部开有多个用于固定吸收电容端子的腰形孔201，所述支架2的左右端也各开有一个腰形孔a202，所述腰形孔a202用于连接支架2与支架固定板3；所述支架固定板3包括固定连接的水平部和竖直部，所述水平部上设有一至两个螺栓孔，所述竖直部上设有两个螺栓孔，所述支架2通过水平部的螺栓孔连接于支架固定板3上，所述支架固定板3的竖直部通过两个螺栓安装于功率单元框架上。
20.本实施例中采用了优选方案：所述支架固定板3的水平部和竖直部之间为双折弯
连接结构。
21.一种动车组功率单元部件吊装方法，所述吊装方法采用上述吊装支撑装置来实现，以下方法适用于多数吊装环境，具体吊装步骤如下：
①
首先选取绝缘双向支撑柱的安装点：根据吊装部件的重心进行安装点选取，各安装点总拉力保证复合母排组件的纵向受力平衡；若吊装部件为对称结构，则对称选择安装点，若吊装部件非对称，则需通过仿真确定其重心，根据重心选择安装点进行吊装固定；安装点需同时满足产品电气间隙和爬电距离要求；
②
选取支撑柱规格及数量：根据吊装部件的重量来确定全部支撑柱的总受力，支撑柱数量的选取一是根据安装空间条件，二是通过单个既定规格螺栓可承受的重量进行总受力分配来确定：f
×
n=fnf 为单个支撑柱螺栓承力；n 为支撑柱数量；f
n 为所有支撑柱的总承力；支撑柱的总承力值fn大于吊装部件的总重量；
③
功率单元的小型化设计，设计要求为：最大限度的利用现有空间进行剩余部件的装配，采用根据实际需要在吊装部件底部增加额外的部件；
④
支架2的开孔：根据吊装部件端子来确定开孔数量，开孔选用腰形孔以避免因部件加工误差和组件安装误差而导致装配尺寸不合适的问题；
⑤
支架固定板的安装：支架固定板用于将支架固定于功率单元框架之上，托起吊装部件起支撑作用，避免车辆在运行过程的纵向受力；
⑥
上拉：在功率模块吊装结构中，利用安装间隔空间装配绝缘双向支撑柱上拉复合母排，避免吊装于igbt下方的复合母排因重力使igbt受到纵向机械应力，导致igbt端子变形和电气失效；
⑦
下托：用支架2托起吊装部件，在功率单元既有框架上选取固定点通过支架固定板连接支架2，通过支架固定板3的折弯高度、宽度及折弯数量进行安装尺寸匹配和机械加强，支架固定板3通过双折弯增加强度，同时调整高度和左右间距。
22.本实施例在折弯复合母排结构不对称的情况下进行吊装，如图4和图5所示，吊装方法步骤如下：
①
将包括igbt在内的功率器件紧贴散热器装配；
②
将4个绝缘双向支撑柱通过其螺栓一端和散热器表面螺纹孔按力矩固定于散热器上，根据重心仿真结果确定4个绝缘双向支撑柱的位置在散热器上整体偏后；
③
在装配于功率单元之前，将3个吸收电容固定于复合母排安装孔上，吸收电容和复合母排共同组成复合母排组件，便于后期安装维护；
④
复合母排组件装配固定于功率器件之上；
⑤
螺栓穿过复合母排安装孔，之后穿入绝缘双向支撑柱螺孔并按力矩旋紧，将复合母排与绝缘双向支撑柱固定连接；
⑥
将支架2置于吸收电容之上，吸收电容的三个端子穿过腰形孔，暂不进行紧固，以防因误差导致后续支架固定板3与框架连接出现尺寸匹配问题；
⑦
将支架2两侧通过支架固定板3固定于功率单元框架之上；
⑧
将支架2中间三个腰形孔与吸收电容端子用螺母拧紧固定；
⑨
完成功率单元全部部件装配之后，将其翻转180
°
，使散热器在上，吊装装入变流器中。
23.本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。