航空刹车装置动力试验台电气传动系统的特点

2013-11-18董丰收李卫东

中国重型装备 2013年4期

刘鹏王钊董丰收李卫东

(中国重型机械研究院股份公司，陕西 710032)

北京北摩高科摩擦材料有限责任公司主要研制生产航空刹车系统、机轮、刹车装置和各类摩擦材料及其制品。为提升其产品试验检测及新产品开发能力，该公司投资建设了数字化航空轮胎刹车动力试验台。本文主要对该试验台电气传动系统的传动方案、控制方式及实现方法进行介绍和探讨。

1 刹车试验台设备组成

图1 飞机轮胎刹车试验台设备组成Figure 1 Components of aircraft tire brake test station

飞机航空轮胎刹车试验台主要由主鼓轮、机械加载系统、拖动电机、飞机机轮、机轮刹车装置、液压加载系统、测控系统、电机扭矩传感器、刹车扭矩传感器、加载拉压传感器、鼓轮速度传感器、机轮速度传感器、刹车装置温度传感器等组成。设备组成如图1 所示。

2 电机、传动装置技术参数

电机型号:哈尔滨电机厂Z800-1P 直流电动机

额定功率:1 800 kW

电枢额定电压:830 V

电枢额定电流:2 296 A 两倍过载

转速:额定670 r/min～最高871 r/min

励磁:他励310 V 25 A

额定转矩:25.66 kN·m

效率:94.3%

传动装置型号:西门子公司6RA7095-4LV62直流调速装置(4Q)

功率:1 663 kW

电压:AC 830 V/DC 875 V

电流:1 900 A

励磁:最大375 V 40 A

3 电气传动系统配置及技术特点

该试验台一期工程的电气传动系统是用一台1 800 kW 直流电动机拖动，2 台SIEMENS 6RA70直流调速装置双机并联实现四象限12 脉冲可逆控制。12 脉冲运行时，2 台SIMOREG 装置的电压产生30°的相位差，能够有效的抑制高次谐波。每个SIMOREG 装置承受1/2 总电流，其中一个SIMOREG 装置承担转速调节(有完整的速度调节器和电流调节器)，称为主传动装置，另外一个承担电流调节(只有电流调节器)，称为从传动装置。经装置对装置的点到点通讯方式实现由主传动装置向从传动装置施加电流给定值。

一期工程于2008 年完成安装调试投入使用，试验效果良好。但随着国家大运飞机、四代机等一批新机型的上马，原刹车动力试验台拖动电机的功率、输出扭矩、最大加速度等指标已不能满足新机型机轮的刹车动力试验要求，为此对该试验台电气传动系统在2012 年进行了二期增容改造。在原系统增设一台1 800 kW 直流电动机及相应的调速控制系统，两台电机之间通过专门设计制造的弹性膜片联轴器串联连接.原有电机(1#电机)与新增电机(2#电机)采用主从控制方式，1#电机在速度环状态工作，2#电机在转矩环状态工作，从动系统通过装置对装置的连接方式接收从主动系统发送来的转矩给定值和速度实际值。电气传动系统如图2 所示，装置对装置串行链接如图3 所示。传动装置主要参数设置及功能见表1。

4 电惯量模拟

刹车试验台用于对飞机轮胎、机轮和刹车装置在接近典型的飞机出击状态下按一定试验程序进行综合性试验，包括滑出、起飞、用或不用刹车的条件下着陆等的状态模拟。刹车试验台的电机拖动系统就是通过电机拖动鼓轮，使鼓轮转动来模拟多种型号飞机在起飞或降落时的各种状态，在不同类型的试验和试验的各个阶段中，电机拖动系统要根据试验要求对鼓轮的能量进行补偿。电惯量模拟是指电气传动系统在刹车过程中模拟不同的鼓轮惯量进行刹车试验，其目的为将从刹车开始到刹停鼓轮的过程中所需要补充或吸收的能量均匀地补充到鼓轮系统中。该试验台电气传动系统选用西门子SIMADYN D 系统T400 工艺模板完成鼓轮的电惯量模拟，根据试验要求对鼓轮的运行状态和电机输出能量积累(消耗)进行实时计算和控制，根据电惯量模拟的数学模型进行电机补偿(回馈)力矩计算和控制。

图2 电气传动系统框图Figure 2 Block diagram of electric drive system

图3 装置对装置串行链接示意图Figure 3 Illustration of device to device serial linkage

表1 传动装置主要参数设置及功能Table 1 Main parameters setting and function of drive device

5 T400 工艺模板

SIMADYN D 系统T400 工艺模板是一个32位CPU 板，具有极高的运算能力和强大功能，能够高速完成各种复杂的驱动任务，且性价比非常高。它可以作为一种选件插入直流变流器SIMOREG DC MASTER 中，数据由T400 经驱动器的高速双口RAM 传送到驱动器的主控制模块和通讯模块中。T400 模块的最快执行周期小于0.8 ms，运算为浮点小数，并且与主控模块和通讯模块同步。T400 的配置和编程使用的是SIMADYN D 系统的编程软件D7-ES，它由三部分组成:STEP7、CFC(Continuous Function Chart)和 D7-SYS。STEP7 和CFC 是运行于Windows 环境下的SIMATIC S7 图形配置、编程软件;D7-SYS 部分包括SIMADYN D 的数据库和系统软件。运用D7-ES对T400 进行编程的具体操作程序是在D7-ES 的数据库中选择所需的功能块置于CFC 图页中，再根据所要实现的功能把每一功能块的输入接点用鼠标置以适当的常数或者与其他功能块相关的输出接点相连接;还可以把功能块的某些端定义为参数，以便通过驱动装置的控制面板OP1S 或者监控程序Drive Monitor 对这些参数进行监视和修改。控制程序完成并经编译后可经过编程设备的串行口下载到T400。