一种带能量回馈的液压牵引试验系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种带能量回馈的液压牵引试验系统，包括驱动单元、机械传动单元、加载及能量回馈单元和测控模块，所述驱动单元的输入端和被试液压牵引系统的输入轴相连，所述机械传动单元的输入端和被试液压牵引系统的输出轴相连，所述机械传动单元的输出端和加载及能量回馈单元相连，且所述加载及能量回馈单元的输出端和驱动单元并联形成闭合回路，所述驱动单元、加载及能量回馈单元分别与测控模块相连。本实用新型能够实现试验电能在内部形成循环、电源能量需求低、对供电电网污染低、设备成本及试验成本低、设备简单且占地面积小。
【专利说明】
一种带能量回馈的液压牵引试验系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及液压牵引试验设备，具体涉及一种带能量回馈的液压牵引试验系统。
【背景技术】
[0002]带能量回馈的液压牵引试验系统用于检测被试液压牵引系统中电控液压栗、电控液压马达的压力、流量、泄漏量等参数，检测闭式液压牵引系统是否满足实际车型的牵引动力，检测栗和马达的容积效率、栗和马达的变量特性、牵引特性、栗和马达的总效率，调定栗和马达的参数。但是，由于被试液压牵引系统的功耗较大，因此带能量回馈的液压牵引试验系统存在电源能量消耗大的缺点，会引起电网波动污染电网。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题:针对现有技术的上述问题，提供一种能够实现试验电能在内部形成循环、电源能量需求低、对供电电网污染低、设备成本及试验成本低、设备简单且占地面积小的带能量回馈的液压牵引试验系统。
[0004]为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:
[0005]—种带能量回馈的液压牵引试验系统，包括驱动单元、机械传动单元、加载及能量回馈单元和测控模块，所述驱动单元的输入端和被试液压牵引系统的输入轴相连，所述机械传动单元的输入端和被试液压牵引系统的输出轴相连，所述机械传动单元的输出端和加载及能量回馈单元相连，且所述加载及能量回馈单元的输出端和驱动单元并联形成闭合回路，所述驱动单元、加载及能量回馈单元分别与测控模块相连。
[0006]优选地，所述驱动单元包括依次相连的变压器、整流器、第一逆变器和变频电机，所述变频电机的输出轴通过联轴器和被试液压牵引系统的输入轴相连，所述第一逆变器和变频电机的控制端分别与测控模块相连。
[0007]优选地，所述加载及能量回馈单元包括至少一条能量回馈加载支路，所述能量回馈加载支路包括制动器、变频发电机和第二逆变器，所述机械传动单元的输出端通过联轴器和制动器的输入轴相连，所述制动器的输出轴通过联轴器和变频发电机的输入轴相连，所述变频发电机的输出端通过第二逆变器和第一逆变器的输入端并联连接;所述变频发电机、第二逆变器分别和测控模块相连。
[0008]优选地，所述变频电机的输出轴和被试液压牵引系统的输入轴之间装设有第一转速转矩传感器，所述第一转速转矩传感器的输出端和测控模块相连。
[0009]优选地，所述变频电机包含两个以上输出轴，所述变频电机的每一个输出轴分别通过联轴器和一个被试液压牵引系统的输入轴相连。
[0010]优选地，所述机械传动单元包括齿轮箱，所述齿轮箱的输入轴通过联轴器和被试液压牵引系统的输出轴相连，所述齿轮箱的输出轴和加载及能量回馈单元相连。
[0011]优选地，所述齿轮箱的输入轴和被试液压牵引系统之间装设有用于检测齿轮箱输出轴的转速及转矩的第二转速转矩传感器，所述第二转速转矩传感器的输出端和测控模块相连。
[0012]优选地，所述齿轮箱的输出轴和加载及能量回馈单元之间装设有用于检测齿轮箱输出轴的转速及转矩的第三转速转矩传感器，所述第三转速转矩传感器的输出端和测控模块相连。
[0013]优选地，所述齿轮箱为同步齿轮箱或离合齿轮箱，所述齿轮箱包括两个以上的输入轴，所述机械传动单元的每一个输入轴分别通过联轴器和一个被试液压牵引系统的输出轴相连。
[0014]优选地，所述齿轮箱包含两个以上的输出轴，所述齿轮箱的每一个输出轴对应一条能量回馈加载支路，所述齿轮箱的每一个输出轴通过联轴器和对应能量回馈加载支路相连。
[0015]本实用新型的带能量回馈的液压牵引试验系统具有下述优点:本实用新型包括驱动单元、机械传动单元、加载及能量回馈单元和测控模块，驱动单元的输入端和被试液压牵引系统的输入轴相连，机械传动单元的输入端和被试液压牵引系统的输出轴相连，机械传动单元的输出端和加载及能量回馈单元相连，且加载及能量回馈单元的输出端和驱动单元并联形成闭合回路，驱动单元、加载及能量回馈单元分别与测控模块相连，从而形成了一个完整的闭合回路系统，采用共直流母线形式，加载及能量回馈单元的输出端和驱动单元并接，使试验时能量能够在试验电传动系统内部形成循环，即使试验发挥全功率，从供电电网处所需的电源能量也是很小的，仅为陪试系统损耗及被试传动系统的损耗，约为试验功率的20%，大大节约了能源，降低了对供电电网的污染，设备简单占地面积小，能自动完成液压系统的考核试验，具有能够实现试验电能在内部形成循环、电源能量需求低、对供电电网污染低、设备成本及试验成本低、设备简单且占地面积小的优点。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型实施例的结构示意图。
[0017]图例说明:1、驱动单元；11、变压器；12、整流器；13、第一逆变器；14、变频电机；141、第一转速转矩传感器;2、机械传动单元;20、齿轮箱;21、第二转速转矩传感器;22、第三转速转矩传感器;3、加载及能量回馈单元;31、制动器;32、变频发电机;33、第二逆变器;4、测控模块。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，本实施例的带能量回馈的液压牵引试验系统包括驱动单元1、机械传动单元2、加载及能量回馈单元3和测控模块4，驱动单元I的输入端和被试液压牵引系统的输入轴相连，机械传动单元2的输入端和被试液压牵引系统的输出轴相连，机械传动单元2的输出端和加载及能量回馈单元3相连，且加载及能量回馈单元3的输出端和驱动单元I并联形成闭合回路，驱动单元1、加载及能量回馈单元3分别与测控模块4相连。从而形成了一个完整的闭合回路系统，采用共直流母线形式，加载及能量回馈单元3的输出端和驱动单元I并接，使试验时能量能够在试验电传动系统内部形成循环，即使试验发挥全功率，从供电电网处所需的电源能量也是很小的，仅为陪试系统损耗及被试传动系统的损耗，约为试验功率的20%，大大节约了能源，降低了对供电电网的污染，设备简单占地面积小，能自动完成液压系统的考核试验，具有能够实现试验电能在内部形成循环、电源能量需求低、对供电电网污染低、设备成本及试验成本低、设备简单且占地面积小的优点。
[0019]驱动单元I的作用相当于大型养路机械中驱动液压变量栗的柴油机，它驱动液压系统的变量栗，将电能转换为液压能。本实施例中，驱动单元I包括依次相连的变压器U、整流器12、第一逆变器13和变频电机14，变频电机14的输出轴通过联轴器和被试液压牵引系统的输入轴相连，第一逆变器13和变频电机14的控制端分别与测控模块4相连。
[0020]本实施例中，变频电机14的输出轴和被试液压牵弓I系统的输入轴之间装设有第一转速转矩传感器141，第一转速转矩传感器141的输出端和测控模块4相连，通过第一转速转矩传感器141能够检测变频电机14输出给被试液压牵引系统的转速和转矩作为被试液压牵引系统的输入，以便完成被试液压牵引系统的试验。
[0021 ]本实施例中，变频电机14包含两个输出轴，变频电机14的每一个输出轴分别通过联轴器(联轴器#1)和一个被试液压牵引系统的输入轴相连，此外变频电机14也可以根据需要采用更多输出轴的变频电机，从而可以实现同步驱动多个被试液压牵引系统。参见图1可知，本实施例中的被试液压牵引系统包括通过管路串联变量栗和变量马达，变量栗的输入轴处设有联轴器#2，联轴器#2和联轴器#1相连，变量马达的输出轴处设有联轴器#3，用于和机械传动单元2相连。需要说明的是，被试液压牵引系统作为被试验对象，本实施例的带能量回馈的液压牵引试验系统仅仅为示例性说明，其具体结构可以根据需要进行变化。
[0022]机械传动单元2用于实现被试液压牵引系统和加载及能量回馈单元3之间的机械能传递。本实施例中，机械传动单元2包括齿轮箱20，齿轮箱20的输入轴通过联轴器(联轴器#4)和被试液压牵引系统的输出轴(联轴器#3)相连，齿轮箱20的输出轴和加载及能量回馈单元3相连。除了采用齿轮箱20的齿轮传动方式，还可以根据需要采用其他类型的传动方式，例如皮带传动、链条传动等方式，同样也可以实现将被试液压牵引系统的输出轴输出的动能转换成机械能。
[0023]本实施例中，齿轮箱20的输入轴和被试液压牵引系统之间装设有用于检测齿轮箱20输出轴的转速及转矩的第二转速转矩传感器21，第二转速转矩传感器21的输出端和测控模块4相连，通过第二转速转矩传感器21能够检测被试液压牵引系统的输出，以便完成被试液压牵引系统的试验;本实施例中，齿轮箱20的输出轴和加载及能量回馈单元3之间装设有用于检测齿轮箱20输出轴的转速及转矩的第三转速转矩传感器22，第三转速转矩传感器22的输出端和测控模块4相连，通过第二转速转矩传感器21能够检测齿轮箱20的输出轴的输出，以便完成被试液压牵引系统的试验。
[0024]本实施例中，齿轮箱20为同步齿轮箱或离合齿轮箱，同步/离合齿轮箱相当于钢轨的作用，强迫两个被试液压牵引系统同步旋转，齿轮箱20包括两个的输入轴，机械传动单元2的每一个输入轴分别通过联轴器(联轴器#4)和一个被试液压牵引系统的输出轴(联轴器#3)相连，从而能够将两个被试液压牵引系统的输出旋转机械能同步传递;此外，如果包含多个被试液压牵引系统时，齿轮箱20则可以根据需要采用更多的输出轴，以提高系统的集成度，减少系统体积。
[0025]本实施例中，齿轮箱20包含两个的输出轴，齿轮箱20的每一个输出轴对应一条能量回馈加载支路，齿轮箱20的每一个输出轴通过联轴器(联轴器#5)和对应能量回馈加载支路相连，通过上述结构实现将齿轮箱20传递的旋转机械能通过两条能量回馈加载支路进行加载回馈到驱动单元I，实现功率回收。
[0026]加载及能量回馈单元3用于模拟车轴负载，采用电能回馈方式将液压马达的旋转机械能再转换成电能，电能再通过变流器回馈给电网。本实施例中，加载及能量回馈单元3包括两条能量回馈加载支路，能量回馈加载支路包括制动器31、变频发电机32和第二逆变器33，制动器31用于模拟液压牵引系统的低速和起动牵引工况，制动器31的加载力通过改变制动力的大小来调节，机械传动单元2的输出端通过联轴器(联轴器#5)和制动器31的输入轴(联轴器#6)相连，制动器31的输出轴(联轴器#7)通过联轴器和变频发电机32的输入轴相连，变频发电机32的输出端通过第二逆变器33和第一逆变器13的输入端并联连接;变频发电机32、第二逆变器33分别和测控模块4相连。此外，实际部署时也可以根据齿轮箱20的输出轴的数量来选择采用更少或更多能量回馈加载支路的具体数量。
[0027]测控模块4负责试验系统的数据(来自第一转速转矩传感器141、第二转速转矩传感器21和第三转速转矩传感器22的数据)采集与分析处理，控制驱动变频电机14的转速、控制被试液压牵引系统(变量液压栗的排量与压力、控制变量马达的排量与压力)、调节加载力(可知变频发电机32)以及协调各部分的工作。本实施例用双输出轴变频电机I模拟柴油机来驱动液压栗、液压马达组成的被试液压牵引系统，当被试液压牵引系统的额定转速或者试验对象(牵引系统)改变时，可以通过改变变频电机I的输出转速来适应。
[0028]本实施例的带能量回馈的液压牵引试验系统采用分布式控制方式(上、下位机结合的控制方式)，测控模块4作为下位机采用主控PLC(Programmable Logic Controller，可编程控制器)为控制核心，上位机监控、操作；上、下位机之间采用工业以太网通讯，采用通用的TCP/IP网络协议;本实施例带能量回馈的液压牵引试验系统作为下位机还进一步扩展有分布式I/O设备、智能从站，分布式I/O设备、智能从站以工业现场总线与本实施例的带能量回馈的液压牵引试验系统的测控模块4连接，采用的是目前应用非常普遍的ProfiBus-DP总线协议，ProfiBus_DP(Profibus- Decentralized Periphery)总线协议是一种高速、低成本通信，专门用于设备级控制系统与分散式I/O的通信，测控模块4负责执行设备、传感器等现场设备直接连接至分布式1/0、智能从站等，这样形成整个控制系统。测控模块4能满足带能量回馈的液压牵引试验系统各项性能试验的试验工艺要求，能够实现对驱动单元1、机械传动单元2、加载及能量回馈单元3以及被试液压牵引系统的控制，能够对运行工况进行监视，具备自动保护功能，能对各种设备故障进行实时显示和记录，并可对历史故障按故障发生时期或故障内容进行查询，为设备检修和维护提供了依据和便利。
[0029]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种带能量回馈的液压牵引试验系统，其特征在于:包括驱动单元(I)、机械传动单元(2)、加载及能量回馈单元(3)和测控模块(4)，所述驱动单元(I)的输入端和被试液压牵引系统的输入轴相连，所述机械传动单元(2)的输入端和被试液压牵引系统的输出轴相连，所述机械传动单元(2)的输出端和加载及能量回馈单元(3)相连，且所述加载及能量回馈单元(3)的输出端和驱动单元(I)并联形成闭合回路，所述驱动单元(1)、加载及能量回馈单元(3)分别与测控模块(4)相连。2.根据权利要求1所述的带能量回馈的液压牵引试验系统，其特征在于:所述驱动单元(I)包括依次相连的变压器(11)、整流器(12)、第一逆变器(13)和变频电机(14)，所述变频电机(14)的输出轴通过联轴器和被试液压牵引系统的输入轴相连，所述第一逆变器(13)和变频电机(14 )的控制端分别与测控模块(4 )相连。3.根据权利要求2所述的带能量回馈的液压牵引试验系统，其特征在于:所述加载及能量回馈单元(3)包括至少一条能量回馈加载支路，所述能量回馈加载支路包括制动器(31)、变频发电机(32)和第二逆变器(33)，所述机械传动单元(2)的输出端通过联轴器和制动器(31)的输入轴相连，所述制动器(31)的输出轴通过联轴器和变频发电机(32)的输入轴相连，所述变频发电机(32)的输出端通过第二逆变器(33)和第一逆变器(13)的输入端并联连接;所述变频发电机(32)、第二逆变器(33)分别和测控模块(4)相连。4.根据权利要求3所述的带能量回馈的液压牵引试验系统，其特征在于:所述变频电机(14)的输出轴和被试液压牵引系统的输入轴之间装设有第一转速转矩传感器(141)，所述第一转速转矩传感器(141)的输出端和测控模块(4)相连。5.根据权利要求4所述的带能量回馈的液压牵引试验系统，其特征在于:所述变频电机(14)包含两个以上输出轴，所述变频电机(14)的每一个输出轴分别通过联轴器和一个被试液压牵引系统的输入轴相连。6.根据权利要求5所述的带能量回馈的液压牵引试验系统，其特征在于:所述机械传动单元(2)包括齿轮箱(20)，所述齿轮箱(20)的输入轴通过联轴器和被试液压牵引系统的输出轴相连，所述齿轮箱(20)的输出轴和加载及能量回馈单元(3)相连。7.根据权利要求6所述的带能量回馈的液压牵引试验系统，其特征在于:所述齿轮箱(20)的输入轴和被试液压牵引系统之间装设有用于检测齿轮箱(20)输出轴的转速及转矩的第二转速转矩传感器(21)，所述第二转速转矩传感器(21)的输出端和测控模块(4)相连。8.根据权利要求7所述的带能量回馈的液压牵引试验系统，其特征在于:所述齿轮箱(20)的输出轴和加载及能量回馈单元(3)之间装设有用于检测齿轮箱(20)输出轴的转速及转矩的第三转速转矩传感器(22)，所述第三转速转矩传感器(22)的输出端和测控模块(4)相连。9.根据权利要求8所述的带能量回馈的液压牵引试验系统，其特征在于:所述齿轮箱(20)为同步齿轮箱或离合齿轮箱，所述齿轮箱(20)包括两个以上的输入轴，所述机械传动单元(2)的每一个输入轴分别通过联轴器和一个被试液压牵引系统的输出轴相连。10.根据权利要求9所述的带能量回馈的液压牵引试验系统，其特征在于:所述齿轮箱(20)包含两个以上的输出轴，所述齿轮箱(20)的每一个输出轴对应一条能量回馈加载支路，所述齿轮箱(20)的每一个输出轴通过联轴器和对应能量回馈加载支路相连。
【文档编号】F15B19/00GK205715068SQ201620592593
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】刘东山, 林杰, 李含林, 熊颉, 伍普照, 范平, 范一平, 杜贵益, 吴志宏, 胡喜斌
【申请人】株洲中车时代装备技术有限公司