制动器试验台的控制方法分析
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关键词
制动器；试验台；控制；转动惯量
（1）问题一：设车辆单个前轮的滚 动半径为 0.286 m，制动时承受的载荷为
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6230 N，求等效的转动惯量。 （2）问题二：飞轮组由 3 个外直径
1m、内直径 0.2m 的环形钢制飞轮组成， 厚度分别为 0.0392m、0.0784m、0.1568m，
2. 问题二的求解 钢材密度为 7810kg/m3，基础惯量为 10kg 由于飞轮具有一定厚度，故认为飞 ·m2，问可以组成哪些机械惯量？设电 轮是一圆柱体，但在计算圆柱体对中心 动机能补偿的能量相应的惯量的范围为 轴转动惯量时，可按均质薄圆板计算， [-30,30]kg·m2，对于问题 1 中得到的等 结论一致。 效的转动惯量，需要用电动机补偿多大 设 圆 板 的 半 径 为 R， 质 量 为 m。 将 的惯量？ 圆板分成无数同心的细圆环，任一圆环 1. 问题一的求解 的半径为 r，宽度为 d1, 则圆环的质量为 路试车辆的指定车轮在制动时承受 dm 2π ri di ⋅ ρ 载荷，将这一载荷在车辆平动时具有的 = m 能量（忽略车轮自身转动具有的能量） 式中 ρ = π R 2 ，是均质圆板的单位面 等效地转化为试验台上飞轮和主轴等机 积的质量。 构转动时具有的能量，与此能量相应的 则圆板对中心轴的转动惯量为 R 转动惯量称为等效的转动惯量。对于平 R4 m R4 1 ( 2π r ρ d r ) ⋅ r 2 = = = mR 2 J= 2πρ ⋅ π⋅ 2⋅ ∫0 4 π R 2 2 动的车辆，动能为其质量与速度的乘积 1 式，而对于制动器实验台上的飞轮组的 即飞轮对轮轴的转动惯量 J = 2 mR 动能，是转动惯量与角速度的乘积式。 将 飞 轮 视 作 直 径 分 别 为 1m 和 0.2m 实验所要达到的目标是路试和实验台试 的两个小轮组合而成 1 1 A = π d = π ×1 = 0.7854 验时能量的相同，另根据假设中的汽车 m2 4 4 2 1 1 平动时车轮外径线速度与汽车速度相等 A2 = π d 2 2 = π × 0.22 =0.0314 m 4 4 和转动刚体线速度与角速度的关系，联 立推到出等效转动惯量的计算表达式。 对于飞轮 1： V1a = A1 ⋅ D1 = 0.7854 × 0.0392 = 0.03078768 m3 V1b = A2 ⋅ D1 = 0.0314 × 0.0392 = 0.00123088 m3 = 对于飞轮 2： V2 a = A1 ⋅ D2 =0.7854 × 0.0784 =0.06157536 m3 V2b = A2 ⋅ D2 = 0.0314 × 0.0784 = 0.00246176 m3 对于飞轮 3： 6230 G V3a = A1 ⋅ D3 = 0.7854 × 0.1568 = 0.12315072 m3 × 0.2862 = 52 kg·m2 另由 m = g 得 J = 9.8 V3b = A2 ⋅ D3 = 0.0314 × 0.1568 = 0.00492353 m3 即车辆单个前轮的等效转动惯量为 飞轮 1 的质量： m1a = V1a ⋅ ρ = 0.03078768 × 7810 = 240.4517808 kg 52kg·m2。 m1b = V1b ⋅ ρ = 0.00123088 × 7810 = 9.6131728 kg 从计算中观察发现，等效转动惯量 时一个只与质量和车轮半径有关的量， 飞轮 2 的质量： m2 a = V2 a ⋅ ρ = 0.06157536 × 7810 = 480.9027806 kg 而与速度无关，即车辆在减速的全过程 m2b = V2b ⋅ ρ = 0.00246176 × 7810 = 19.2263456 kg 中，等效转动惯量不改变。
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kg·m2 2 = 1 1 1 1 m2 a d1 − m2b d 2 = 60.112847575 − 0.09613728 = 60 2 2 2 2
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飞轮 3 的转动惯量： kg·m2 因此， 3 个飞轮各自的转动惯量为： 30kg·m2、60kg·m2 和 120kg·m2，另由于基 础惯量为 10kg·m2，则按照排列组合可以 组成： 10，40，70，100，130，160， 190，220kg·m2 共 8 种数值的机械惯量。 如果电动机能补偿的能量相应的惯 量的范围为 [-30, 30]kg·m2，对于问题 1 中得到的等效转动惯量 52kg·m2，有以 下两种方式： 方法一：使用转动惯量为 30kg·m2 的 飞轮，基础惯量为 10kg·m2，电动机补偿 惯量 12kg·m2。 方法二：使用转动惯量为 60kg·m2 的 飞轮，基础惯量为 10kg·m2，电动机补偿 惯量为 -18kg·m2。此时需要将电源阴阳 极交换，使电流转向。
1 1 1 1 120.225904 − 0.1922638465 = 120 J 3 = m3a d1 − m3b d 2 = 2 2 2 2
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参考文献： [1] 李 心 宏 等 . 理 论 力 学（ 第 三 版）. 大连理工大学出版社，2004.8 [2] 孙 训 芳， 方 孝 淑， 关 来 泰 . 材 料力学（第四版）. 高等教育出版社， 2002.8
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飞轮 3 的质量：
m3a = V3a ⋅ ρ = 0.12315072 × 7810 = 961.807232
kg
m3b = V3b ⋅ ρ = 0.00492353 × 7810 = 38.4527693 kg
则飞轮 1 的转动惯量：
1 1 1 1 30.0564726 − 0.048065864 = 30 J1 = m1a d1 − m1b d 2 = 2 2 2 2
的准备主要包括两个方面，一是由专业 设计部门对配电设备安装进行设计，二 是施工人员在配电设备安装之前需要对 设备、施工环境与施工要求进行了解。 1.1 施工前配电设备安装设计图纸的 审阅 为了明确施工的要求，电力施工人 员必须在施工前对配电设备的安装设计 图纸进行审阅，并严格按照图纸设计要 求对相应配电设备的安装原理与布线进 行检查，并对配电所的建筑布局进行勘 察并制定配电设备结构图，确定安装顺 序、布线走向和管线的安全距离。同时， 还需要检查配电设备是否合格，准备齐 全安装调试工具。 1.2 检查配电所设备安装环境 为了确保配电设备能够在安装环境 下安全运行，施工人员需要在施工前对 配电所设备安装环境进行全面和仔细的 检查。 2. 机车车辆试验专线配电设备的安 装调试技术 2.1 母线的安装调试技术 2.1.1 母线的调整安装技术 由于母线从生产到运送到施工现场的 过程中可能发生弯曲和变形，因此，安装 前需要采用校正机对母线进行校正。在对 母线进行校正时，将弯曲变形的母线放到 校正机上，利用千斤顶的压力对母线进行 校正。当需要使用弯曲母线时，也可采用 母线平弯机使母线弯曲，通过在辊轴上的 校正可以达到适合的弯曲程度。弯曲时应 避免用力过大造成母线裂纹。 2.1.2 母线的调试技术 母线调整安装完成后，施工人员应 再次对母线的完整性进行检查，保证母 线的光滑无损伤；对母线的涂漆层与示 温片颜色进行检查，确保无变色现象， 并在通电一段时间后检测母线接头是否 过热等。尤其是高电流母线的检测，通
2.3 隔离开关的安装调试技术 2.3.1 隔离开关的安装技术 隔离开关的安装需要注意以下两个 问题。一是应消除隔离开关操作把手与 联杆传动机构间运动过程中的间隙，并 用锥度销连接；二是应注意确保隔离开 关操作机构的安装时各支撑轴承位置尺 寸的准确性，从而防止外力对隔离开关 操作机构与联杆的运动产生阻碍。 2.3.2 隔离开关的调试技术 隔离开关安装结束后的调试，首次 操作隔离开关分、合闸需要缓慢，合闸 时若发现触刀存在侧向撞击，应及时改 变触刀触头的位置，保证触刀片准确插 入触头，而插入深度应大于触刀宽度的 90% 左右。通常触刀与触头底闸应保持 3 ∼ 5mm 的间隙以便对触刀插入的深度进 行调节，或者对开关轴上的制动螺丝进 行调节改变轴旋转角度来调节深度。调 试时还需要对直连接头与联杆的长度卡 进行调节，并调整触刀两侧弹簧的压力。 通 常 可 采 用 塞 尺（0.05ram×10ram） 塞 入进行检查，若能够塞进则表示宽度过 大，当面接触的塞入深度在接触面宽度 小 于 50ram 时， 深 度 应 小 于 4mm， 大 于 60ram 时，深度应小于 6mm。 3. 结束语 本文针对机车车辆试验专线配电设 备安装调试进行了技术讲解，希望对配 电设备的安全运行提供技术参考，并为 铁路客运专线的运行提供一定的安全保 障。 参考文献： [1] 薛 庆 勇 . 浅 谈 铁 路 客 运 专 线 10kV 配 电 所 设 备 的 安 装 调 试 技 术 措 施 [J]. 民营科技，2014，(1) [2] 肖 永 明， 马 刚 .10kV 配 电 设 备 的 安 装 调 试 措 施 分 析 [J]. 机 电 信 息， 2013，(15)
常采用红外线测温仪对该母线接头处的 温度进行检测，正常情况下的最高温度 要求为：接头处 70℃、银盖层 95℃、接 触面锡盖层 85℃。当检测温度高于该最 高温度， 则必须降低负荷， 或者停运调整。 2.2 调压器的安装调试技术 2.2.1 调压器的安装技术 在 调 压 器 安 装 前， 首 先 应 对 高 压 线包进行检查，查看高压线包是否存在 损坏和移位，查看高压绝缘子是否存在 缺损和碰擦；检查变迁器上温度显示仪 表的湿柱装置，查看其是否完整等。其 次，对调压器进行就位，在安装过程中 需要认准高、低压侧的方向，并将调压 器水平设置（水平误差 <0.2%，垂直误差 <0.1%），在就位后安装调压器的隔震装 置。然后，安装调压器的附属装置，包 括有载调压器、测温装置与控制箱等。 需要注意的是，安装时需要调压器的出 厂文件，并做好安装时的防护工作，避 免调压器桶内落入其他物体。调压器箱 体与铁芯必须可靠接地，其工作接地截 面应大于配电所接地干线截面。在安装 完成后，还应对所有紧固件、连接件进 行检查，确保安装的牢固，并按照说明 书对设备进行调整。 2.2.2 调压器的调试技术 调压器安装完成后的调试首先需要 对绕组的直流电阻进行测量，并在调试 中观察各个分接头的变压比，检查其是 否与厂家铭牌的制造数一致，是否存在 明显差别等。通常在对三相调压器进行 调试时，其三相结线组别应符合设计要 求与铭牌标记；根据标准要求，直流电 阻的测试每一相的测值之间的差值应小 于平均值的 2%，线间的测值之差应小于 平均值的 1%。同时，测量绕组的绝缘电 阻值应不小于规定值的 70%，而绝缘电阻 吸收比应与出厂值无大的差异，常温下 不小于 13。
制动器；试验台；控制；转动惯量
（1）问题一：设车辆单个前轮的滚 动半径为 0.286 m，制动时承受的载荷为
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6230 N，求等效的转动惯量。 （2）问题二：飞轮组由 3 个外直径
1m、内直径 0.2m 的环形钢制飞轮组成， 厚度分别为 0.0392m、0.0784m、0.1568m，
2. 问题二的求解 钢材密度为 7810kg/m3，基础惯量为 10kg 由于飞轮具有一定厚度，故认为飞 ·m2，问可以组成哪些机械惯量？设电 轮是一圆柱体，但在计算圆柱体对中心 动机能补偿的能量相应的惯量的范围为 轴转动惯量时，可按均质薄圆板计算， [-30,30]kg·m2，对于问题 1 中得到的等 结论一致。 效的转动惯量，需要用电动机补偿多大 设 圆 板 的 半 径 为 R， 质 量 为 m。 将 的惯量？ 圆板分成无数同心的细圆环，任一圆环 1. 问题一的求解 的半径为 r，宽度为 d1, 则圆环的质量为 路试车辆的指定车轮在制动时承受 dm 2π ri di ⋅ ρ 载荷，将这一载荷在车辆平动时具有的 = m 能量（忽略车轮自身转动具有的能量） 式中 ρ = π R 2 ，是均质圆板的单位面 等效地转化为试验台上飞轮和主轴等机 积的质量。 构转动时具有的能量，与此能量相应的 则圆板对中心轴的转动惯量为 R 转动惯量称为等效的转动惯量。对于平 R4 m R4 1 ( 2π r ρ d r ) ⋅ r 2 = = = mR 2 J= 2πρ ⋅ π⋅ 2⋅ ∫0 4 π R 2 2 动的车辆，动能为其质量与速度的乘积 1 式，而对于制动器实验台上的飞轮组的 即飞轮对轮轴的转动惯量 J = 2 mR 动能，是转动惯量与角速度的乘积式。 将 飞 轮 视 作 直 径 分 别 为 1m 和 0.2m 实验所要达到的目标是路试和实验台试 的两个小轮组合而成 1 1 A = π d = π ×1 = 0.7854 验时能量的相同，另根据假设中的汽车 m2 4 4 2 1 1 平动时车轮外径线速度与汽车速度相等 A2 = π d 2 2 = π × 0.22 =0.0314 m 4 4 和转动刚体线速度与角速度的关系，联 立推到出等效转动惯量的计算表达式。 对于飞轮 1： V1a = A1 ⋅ D1 = 0.7854 × 0.0392 = 0.03078768 m3 V1b = A2 ⋅ D1 = 0.0314 × 0.0392 = 0.00123088 m3 = 对于飞轮 2： V2 a = A1 ⋅ D2 =0.7854 × 0.0784 =0.06157536 m3 V2b = A2 ⋅ D2 = 0.0314 × 0.0784 = 0.00246176 m3 对于飞轮 3： 6230 G V3a = A1 ⋅ D3 = 0.7854 × 0.1568 = 0.12315072 m3 × 0.2862 = 52 kg·m2 另由 m = g 得 J = 9.8 V3b = A2 ⋅ D3 = 0.0314 × 0.1568 = 0.00492353 m3 即车辆单个前轮的等效转动惯量为 飞轮 1 的质量： m1a = V1a ⋅ ρ = 0.03078768 × 7810 = 240.4517808 kg 52kg·m2。 m1b = V1b ⋅ ρ = 0.00123088 × 7810 = 9.6131728 kg 从计算中观察发现，等效转动惯量 时一个只与质量和车轮半径有关的量， 飞轮 2 的质量： m2 a = V2 a ⋅ ρ = 0.06157536 × 7810 = 480.9027806 kg 而与速度无关，即车辆在减速的全过程 m2b = V2b ⋅ ρ = 0.00246176 × 7810 = 19.2263456 kg 中，等效转动惯量不改变。
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kg·m2 2 = 1 1 1 1 m2 a d1 − m2b d 2 = 60.112847575 − 0.09613728 = 60 2 2 2 2
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飞轮 3 的转动惯量： kg·m2 因此， 3 个飞轮各自的转动惯量为： 30kg·m2、60kg·m2 和 120kg·m2，另由于基 础惯量为 10kg·m2，则按照排列组合可以 组成： 10，40，70，100，130，160， 190，220kg·m2 共 8 种数值的机械惯量。 如果电动机能补偿的能量相应的惯 量的范围为 [-30, 30]kg·m2，对于问题 1 中得到的等效转动惯量 52kg·m2，有以 下两种方式： 方法一：使用转动惯量为 30kg·m2 的 飞轮，基础惯量为 10kg·m2，电动机补偿 惯量 12kg·m2。 方法二：使用转动惯量为 60kg·m2 的 飞轮，基础惯量为 10kg·m2，电动机补偿 惯量为 -18kg·m2。此时需要将电源阴阳 极交换，使电流转向。
1 1 1 1 120.225904 − 0.1922638465 = 120 J 3 = m3a d1 − m3b d 2 = 2 2 2 2
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参考文献： [1] 李 心 宏 等 . 理 论 力 学（ 第 三 版）. 大连理工大学出版社，2004.8 [2] 孙 训 芳， 方 孝 淑， 关 来 泰 . 材 料力学（第四版）. 高等教育出版社， 2002.8
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飞轮 3 的质量：
m3a = V3a ⋅ ρ = 0.12315072 × 7810 = 961.807232
kg
m3b = V3b ⋅ ρ = 0.00492353 × 7810 = 38.4527693 kg
则飞轮 1 的转动惯量：
1 1 1 1 30.0564726 − 0.048065864 = 30 J1 = m1a d1 − m1b d 2 = 2 2 2 2
的准备主要包括两个方面，一是由专业 设计部门对配电设备安装进行设计，二 是施工人员在配电设备安装之前需要对 设备、施工环境与施工要求进行了解。 1.1 施工前配电设备安装设计图纸的 审阅 为了明确施工的要求，电力施工人 员必须在施工前对配电设备的安装设计 图纸进行审阅，并严格按照图纸设计要 求对相应配电设备的安装原理与布线进 行检查，并对配电所的建筑布局进行勘 察并制定配电设备结构图，确定安装顺 序、布线走向和管线的安全距离。同时， 还需要检查配电设备是否合格，准备齐 全安装调试工具。 1.2 检查配电所设备安装环境 为了确保配电设备能够在安装环境 下安全运行，施工人员需要在施工前对 配电所设备安装环境进行全面和仔细的 检查。 2. 机车车辆试验专线配电设备的安 装调试技术 2.1 母线的安装调试技术 2.1.1 母线的调整安装技术 由于母线从生产到运送到施工现场的 过程中可能发生弯曲和变形，因此，安装 前需要采用校正机对母线进行校正。在对 母线进行校正时，将弯曲变形的母线放到 校正机上，利用千斤顶的压力对母线进行 校正。当需要使用弯曲母线时，也可采用 母线平弯机使母线弯曲，通过在辊轴上的 校正可以达到适合的弯曲程度。弯曲时应 避免用力过大造成母线裂纹。 2.1.2 母线的调试技术 母线调整安装完成后，施工人员应 再次对母线的完整性进行检查，保证母 线的光滑无损伤；对母线的涂漆层与示 温片颜色进行检查，确保无变色现象， 并在通电一段时间后检测母线接头是否 过热等。尤其是高电流母线的检测，通
2.3 隔离开关的安装调试技术 2.3.1 隔离开关的安装技术 隔离开关的安装需要注意以下两个 问题。一是应消除隔离开关操作把手与 联杆传动机构间运动过程中的间隙，并 用锥度销连接；二是应注意确保隔离开 关操作机构的安装时各支撑轴承位置尺 寸的准确性，从而防止外力对隔离开关 操作机构与联杆的运动产生阻碍。 2.3.2 隔离开关的调试技术 隔离开关安装结束后的调试，首次 操作隔离开关分、合闸需要缓慢，合闸 时若发现触刀存在侧向撞击，应及时改 变触刀触头的位置，保证触刀片准确插 入触头，而插入深度应大于触刀宽度的 90% 左右。通常触刀与触头底闸应保持 3 ∼ 5mm 的间隙以便对触刀插入的深度进 行调节，或者对开关轴上的制动螺丝进 行调节改变轴旋转角度来调节深度。调 试时还需要对直连接头与联杆的长度卡 进行调节，并调整触刀两侧弹簧的压力。 通 常 可 采 用 塞 尺（0.05ram×10ram） 塞 入进行检查，若能够塞进则表示宽度过 大，当面接触的塞入深度在接触面宽度 小 于 50ram 时， 深 度 应 小 于 4mm， 大 于 60ram 时，深度应小于 6mm。 3. 结束语 本文针对机车车辆试验专线配电设 备安装调试进行了技术讲解，希望对配 电设备的安全运行提供技术参考，并为 铁路客运专线的运行提供一定的安全保 障。 参考文献： [1] 薛 庆 勇 . 浅 谈 铁 路 客 运 专 线 10kV 配 电 所 设 备 的 安 装 调 试 技 术 措 施 [J]. 民营科技，2014，(1) [2] 肖 永 明， 马 刚 .10kV 配 电 设 备 的 安 装 调 试 措 施 分 析 [J]. 机 电 信 息， 2013，(15)
常采用红外线测温仪对该母线接头处的 温度进行检测，正常情况下的最高温度 要求为：接头处 70℃、银盖层 95℃、接 触面锡盖层 85℃。当检测温度高于该最 高温度， 则必须降低负荷， 或者停运调整。 2.2 调压器的安装调试技术 2.2.1 调压器的安装技术 在 调 压 器 安 装 前， 首 先 应 对 高 压 线包进行检查，查看高压线包是否存在 损坏和移位，查看高压绝缘子是否存在 缺损和碰擦；检查变迁器上温度显示仪 表的湿柱装置，查看其是否完整等。其 次，对调压器进行就位，在安装过程中 需要认准高、低压侧的方向，并将调压 器水平设置（水平误差 <0.2%，垂直误差 <0.1%），在就位后安装调压器的隔震装 置。然后，安装调压器的附属装置，包 括有载调压器、测温装置与控制箱等。 需要注意的是，安装时需要调压器的出 厂文件，并做好安装时的防护工作，避 免调压器桶内落入其他物体。调压器箱 体与铁芯必须可靠接地，其工作接地截 面应大于配电所接地干线截面。在安装 完成后，还应对所有紧固件、连接件进 行检查，确保安装的牢固，并按照说明 书对设备进行调整。 2.2.2 调压器的调试技术 调压器安装完成后的调试首先需要 对绕组的直流电阻进行测量，并在调试 中观察各个分接头的变压比，检查其是 否与厂家铭牌的制造数一致，是否存在 明显差别等。通常在对三相调压器进行 调试时，其三相结线组别应符合设计要 求与铭牌标记；根据标准要求，直流电 阻的测试每一相的测值之间的差值应小 于平均值的 2%，线间的测值之差应小于 平均值的 1%。同时，测量绕组的绝缘电 阻值应不小于规定值的 70%，而绝缘电阻 吸收比应与出厂值无大的差异，常温下 不小于 13。
