自行式钢轨焊接车电传动系统研究

代佳宁1， 叶超2

（1.中车戚墅堰机车有限公司新产业发展部，江苏常州213011；2.广州地铁集团公司运营事业总部，广州510380）

摘 要：自行式钢轨焊接车（以下简称焊轨车）是一款采用交流电传动的车型，其自走行功能能够确保焊轨车在需要时快速到达作业场地进行钢轨焊接作业。文中着重介绍了焊轨车电传动系统设计原理及组成部分。

关键词：焊轨车；电传动系统；自走行

0 引言

现阶段国内企业生产的焊轨车不具备自走行功能或者驱动方式为液力传动。这就带来了以下弊病：1）不具备自走行功能，只能在被牵引的状态下到达作业区域，这样一来，用户又得购买一台轨道牵引车配套，增加使用、维护成本，严重降低了作业效率；2）采用液力传动的机车，速度慢，占用天窗检修时间；3）液力传动机车效率极低，没有电传动效率高；4）液传机车检修十分麻烦，电传动机车检修相对简单。焊轨车总体方案布置图如图1所示。

图1 焊轨车总体方案布置图

1 液力传动与电传动的区别

液力变扭器作为液力传动系统中最关键的零部件，由于原材料以及制造工艺、装配等诸多因素，其最大功率也只不过在2000 hp以下。而采用电传动驱动方式的内燃机车通过主发电机输出的三相交流电经过整流或者整流后逆变的方式，驱动直流或交流牵引电动机，实现机车牵引功率的传递，功率与液力传动机车相比要大出很多。

效率也是机电能量转换中的一项关键影响元素，电传动在此方面比液力传动优势明显。电传动系统虽然结构复杂，经过机械能到电能再到机械能的转换，但是效率依然高于液力传动机车。电传动机车与液力传动机车传动系统框图如图2和图3所示。

图2 电传动系统框图

图3 液力传动系统框图

2 机车电传动系统设计

2.1 牵引负载计算

焊轨车为2只转向架，共装有4只牵引电动机。根据机车牵引计算，要求焊轨车自走行能够达到最高时速80 km/h的最高速度，同时在33‰坡道上能够进行坡停、坡起且不溜车，计算出大致电动机功率，计算过程如下：

电动机转速×减速箱速比×轮径×60=机车速度，即

式中：v为牵引电动机转速；

为轮对减速箱变比；0.84为机车轮径，m。计算得电动机转速v最小为3152 r/min，故选用牵引电动机最高转速要高于3152 r/min，最终选用南车电动机YQ-105-5。

整理得整车牵引时所用功率为：

2.2 焊接负载计算

焊轨车选用LR1200闪光接触焊机，LR1200闪光接触焊机功率参数如下：额定输入电压380±38 V；额定功率（50%暂载率）210 kVA；额定初级电流（50%暂载率）540 A。

整理得：焊轨车进行焊接作业时负载为420 kVA（100%满载率）。

3 发电机组参数选择

由于焊轨车负载与其他工程机械有较大的差异，在于焊轨车主回路为2相380 V电源模式，之所以采取该模式是因焊机供电需要。故在发电机选择上，焊轨车的发电机具有很鲜明的特点：即双绕组输出。焊轨车采用广州三业公司生产的HG-400/400/80型柴油机发电机组作为主动力设备。柴油机为CAT-C15型柴油机，柴油机额定转速1500 r/min。发电机为SY-DS4-450型主辅发一体式交流发电机。

4 机车牵引计算

焊轨车使用柴油发电机组作为机车动力单元，柴油发电机组集成了柴油机、发电机、冷却风扇、散热水箱、机组控制器、断路器及其相关辅助设备等，其中发电机具备2套输出绕组，发电动机的主绕组向焊轨设备或牵引装置供电，辅助绕组向各辅助用电设备供电。

机车主要参数如表1。选用的牵引电动机（YQ-105-5）参数如表2，牵引计算结果如表3所示。

4.1 机车运行牵引力计算

我国《牵引计算规程》中规定：机车牵引力为轮周牵引力为计算标准，即轮周牵引力的大小决定了机车牵引力的大小。

表1 机车主要参数表

表2 牵引电动机参数表

表3 牵引计算

式中：Fμ为计算黏着牵引力；Pμ为计算黏着质量，55 t；重力加速度g为9.81 m/s2；μj为计算黏着系数，焊轨车计算黏着系数以DF11机车为例，约为0.31。

在牵引计算中，不光要考虑机车牵引力，同时还要考虑机车运行中存在的阻力，例如风阻、轮轨、轮缘间的摩擦阻力等等因素。

机车运行单位基本阻力：

货车运行单位基本阻力：

式中，V为列车速度，km/h。

机车运行基本阻力：Wo′=P×(ω′o+i)×9.80665×10-3;

货车运行基本阻力：Wo″=G×(ωo″+i)×9.80665×10-3。

式中：i为线路坡度。

综上，列车运行基本阻力W=Wo′+Wo'。

4.2 机车牵引特性曲线

列车牵引特性曲线如图5所示。

通过进行机车重量预估、牵引力计算、绘制牵引特性曲线，从侧面验证了机车的牵引性能满足设计要求。从机车牵引特性曲线中可以看出，当机车速度大于等于80 km/h时，机车仍然留有一部分牵引力，大约为13 kN，预示着焊轨车能够满足80 km/h的速度要求；同时在40‰坡道上，焊轨车能够顺利起车且不溜车。

图5 机车牵引特性曲线

5 结 论

本文首先介绍了目前主流的机车传动方式，重点介绍了交流电传动的优势并且明确了在焊轨车上采用交流传动模式。通过预估机车总体质量，进行机车黏着力、机车运行阻力、机车牵引力的计算及分析，绘制机车牵引计算曲线，从侧面证明机车的功率等级能够满足设计需求。

[参考文献]

[1]朱建昌.内燃机车电传动[M].北京:中国铁道出版社,2009.

[2]胡汉春.机车电传动与控制[M].北京:中国铁道出版社,2012.

[3]冯晓云.电力牵引交流传动及其控制系统[M].北京:高等教育出版社,2009.

（编辑 昊 天）

中图分类号：U 262.33

文献标志码：A

文章编号：1002－2333（2017）07－0124－02

作者简介：代佳宁（1986—），男，工程硕士，工程师，主要从事轨道交通工程装备开发工作。

收稿日期：2016-12-26