способ регулирования приводного и/или тормозного усилия тяговых электродвигателей подвижного состава без свободных осей в области граничного сцепления колес с рельсами
Классы МПК: | B60L3/10 указывающие на пробуксовку или юз колес |
Автор(ы): | Карл Хан[DE] |
Патентообладатель(и): | АЕГ Шиненфарцойге ГмбХ (DE) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-01-19 публикация патента:
27.02.1998 |
Использование: рельсовый транспорт. Сущность изобретения: при регулировании приводного и/или тормозного усилия тяговых электродвигателей подвижного состава в области граничного сцепления колес с рельсами переход в нестабильную зону скольжения определяют по более сильному ускорению вращения колес, а возврат в стабильную зону скольжения осуществляют снижением величины приводного или соответственно тормозного усилия. В случае использования интегратора в качестве свободной (бегункой) псевдооси с помощью скорости вращения ведущей оси образуют разность скоростей вращения
n, рассматриваемую как меру проскальзывания колеса. При этом переход в нестабильную зону скольжения фиксируют по первой производной разности скорости вращения d
n / dt, причем при срабатывании предельной ступени к интегратору подводят дополнительную входную велиичну, которая противодействует введенной заданной величине до возвращения в стабильную зону скольжения. Для того чтобы избежать потери силы сцепления, предлагается дополнительно к снижению приводного или соответственно тормозного усилия, способствующего оценке разности скорости вращения
n, производить еще снижение, зависящее от максимально достигнутой величины первой производной d
n / dt. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
![способ регулирования приводного и/или тормозного усилия тяговых электродвигателей подвижного состава без свободных осей в области граничного сцепления колес с рельсами, патент № 2105679](/images/patents/366/2105592/916.gif)
![способ регулирования приводного и/или тормозного усилия тяговых электродвигателей подвижного состава без свободных осей в области граничного сцепления колес с рельсами, патент № 2105679](/images/patents/366/2105592/916.gif)
![способ регулирования приводного и/или тормозного усилия тяговых электродвигателей подвижного состава без свободных осей в области граничного сцепления колес с рельсами, патент № 2105679](/images/patents/366/2105592/916.gif)
![способ регулирования приводного и/или тормозного усилия тяговых электродвигателей подвижного состава без свободных осей в области граничного сцепления колес с рельсами, патент № 2105679](/images/patents/366/2105592/916.gif)
Формула изобретения
1. Способ регулирования приводного и/или тормозного усилия тяговых электродвигателей подвижного состава без свободных солей в области граничного сцепления колес с рельсами, согласно которому по требуемой силе тяги и массе единицы подвижного состава оценивают ожидаемое ускорение или замедление вращения колесной пары, интегрируют его, определяют разность между результатом интегрирования и частотой вращения соответствующей ведущей оси, дифференцируют полученную разность по времени, в случае превышения первой производной заданного значения фиксируют переход колесной пары в зону нестабильного скольжения, при достижении первой производной предельного значения к упомянутому интегрируемому сигналу добавляют сигнал противоположного знака, уменьшают приводное или тормозное усилие до возвращения колесной пары в зону стабильного скольжения, после чего вновь увеличивают приводное или тормозное усилие, отличающийся тем, что при переходе колесной пары в зону нестабильного скольжения дополнительно снижают приводное или тормозное усилие пропорционально максимальному значению превышения первой производной над пороговым значением, при этом указанное превышение запоминают и сбрасывают в момент достижения нового максимум превышения первой производной. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что запомненное превышение первой производной над пороговым значением сбрасывают по экспоненциальному закону.Описание изобретения к патенту
Изобретение касается способа регулирования приводного и/или тормозного усилия тяговых электродвигателей единицы самодвижущегося подвижного состава при предельной величине силы сцепления колес с рамами. Подразумевается, что в качестве свободной (бегунковой) псевдооси при реализации способа используется интегратор. Подобный способ уже известен из заявки ФРГ N 3407309, B 60 L 3/10, 1985. Известный способ можно усовершенствовать благодаря принятию дополнительных мер для более точного определения соответствующего момента времени окончания ввода дополнительной входной величины в интегратор (заявка ФРГ N 3837908, В 60 L 3/10, 1990) и введения возбуждающих импульсов с целью повышения скорости реагирования на замасленных или иначе загрязненных поверхностях рельсов (заявка ФРГ N 3902846, В 60 L 3/10, 1990 прототип). Однако бывают другие рабочие состояния, реагирование на которые может быть неудовлетворительным. Это процессы с очень быстрой или мгновенной потерей силы сцепления на рельсах. Сюда среди прочего относятся набегание колесной пары с сухого участка рельса на мокрый или замасленный участок, причем максимальная сила сцепления неожиданно снижается наполовину или еще меньше, а также трогание с места или при небольшой скорости на поверхностях рельсов с очень сильным падением силы сцепления уже с небольшим скольжением (вода с песком, ржавчина). В этих случаях снижение приводного усилия характеристики![способ регулирования приводного и/или тормозного усилия тяговых электродвигателей подвижного состава без свободных осей в области граничного сцепления колес с рельсами, патент № 2105679](/images/patents/366/2105592/916.gif)
Скорость вращения оси frot дифференцируется во втором дифференцирующем звене 54 и в виде ускорения оси aRadsatz передается через переключатель (напрямую при режиме работы "движение" или соответственно после инвертирования при режиме "торможение") в суммирующее звено 55, к которому подается также сила FMot, полученная от измеренного электрическим путем вращающего момента Mdist. Выходом от суммирующего звена 55 является рассчитанная сила тяги Fz, которую колесо в тот же самый момент времени передает на рельс. При боксовании происходит распределение усилия, при котором только часть силы тяги передается на рельс, а остальная часть усилия идет на ускорение вращающейся массы колеса. Наоборот, при замедлении движения колесной пары кинематическая энергия вновь высвобождается для передачи силы тяги и суммируется с моментом вращения двигателя. То есть, если захотеть определить реально передаваемую на рельс силу тяги, требуется учитывать кинетическую энергию колесной пары. Это осуществляется благодаря тому, что в суммирующем звене 55 к измеренной силе тяги FMot двигателя прибавляется соответственно оцененное в режиме движения со знаком минус, в режиме торможения со знаком плюс, как показано на схеме на позициях 54, 59, 55, ускорение колесной пары вместе с ее массой (также измеренной). Определенная таким образом сила тяги Fz дифференцируется в первом дифференцирующем звене 56 и через звено "НЕ" 57 передается на переключатель 58 порогового значения, который управляет переключателем 53. Только при отрицательном значении на выходе первого дифференцирующего звена 56, т.е. при убывающей силе тяги, срабатывает переключатель 58 порогового значения, в результате чего элемент ИЛИ 44 не получает другого входного сигнала через b-вход и, если на a-входе к этому моменту также не возникает входного сигнала, выходной сигнал больше не подается. Благодаря этому через Peset ввод первая схема задержки 46 возвращается в исходное положение. Она вновь включается лишь тогда, когда ускорение или замедление размыкает ступень 43 предельного значения и через функциональный элемент ИЛИ 44 срабатывает переключатель 31 для воздействия на интегратор 13, т.е. начинается новый цикл боксования. Если устройство формирования разности 6 выявляет разность скорости вращения, на рельсы передается скольжение, которое обеспечивает передачу максимального усилия. Колеса входят в нестабильную зону скольжения, т.е. с увеличением проскальзывания сила сцепления будет уменьшаться. Теперь возрастающий избыточный вращающий момент ускоряет относительно быстро с помощью тягового двигателя лишь небольшую по сравнению с массой единицы подвижного состава вращающуюся массу колесной пары. Увеличение разности скорости вращения регистрируется дифференцирующим блоком 22 и подается через блок задержки 40 и переключатель 41 для воздействия на ступень 43 предельного значения. Блок задержки 40 служит для отфильтровывания кратковременных помех. Выходной сигнал воздействует через элемент ИЛИ 44 на переключатель 31, благодаря чему сигнал, сформированный из ожидаемого значения ускорения от ввода 11 и прибавленной к этому значению константы (суммирующее звено 33) и инвертируемый в инверторе 34, становится эффективным на входе интегратора 13 после прохождения через ступень задержки 32 и суммирующее звено 12. Ступень задержки 32 немедленно пропускает часть сигнала, остальная часть сигнала с задержкой первого порядка увеличивается до полной величины. Ступень 32 задержки не содержит замедления спадания данного сигнала, как обозначено символически. Интегратор 13 благодаря этому функционирует медленнее и начинает интегрировать в обратном направлении, пока дополнительный сигнал превышает прямой сигнал. Тем самым скорость вращения бегунковой псевдооси становится меньше. Благодаря этому именно разность скорости вращения на формирователе разности 6 растет в данный момент еще быстрее, однако одновременно с большей величиной сигнала разности скорости вращения сильнее уменьшается и вращающий момент тягового электродвигателя. Дальнейший процесс ускорения колесной пары прекращается в результате того, что колесная пара начинает "захватывать", т.е. происходит возвращение в стабильную зону скольжения. Поскольку при этом скорость вращения колес вновь приближается к скорости вращения бегунковой псевдооси, то и сигнал разности скорости вращения бегунковой псевдооси, а также сигнал разности скорости вращения на формирователе разности 6 становятся вновь меньше. Однако управление на понижение параметра интегратора 13 через переключатель 31 должно сохраняться еще до тех пор, пока колесная пара вновь не достигнет стабильной зоны скольжения, т.е. через максимальную величину сцепления вернется к показателю сцепления/скольжения. В противном случае данная система оставалась бы в зоне нестабильности и в конце концов попала бы в состояние боксования. Этой цели служит триггер Шмитта 52, который благодаря инвертору 49 чувствителен к отрицательному значению dDn/dt и, следовательно, уменьшению сигнала разности скорости вращения, а его сигнал также передается на элемент ИЛИ 44. Он становится действенен после срабатывания ступени 43 предельного значения в результате срабатывания второго звена задержки 47 и последующего переключателя 38. При прохождении третьего дифференцирующего звена 50 триггер Шмитта 52 с помощью ступени выбора максимального значения 51 получает дополнительный опережающий сигнал, вследствие чего он может уже срабатывать, прежде чем ступень 43 предельного значения вновь возвратится назад. Таким образом, интервал в выходном сигнале схемы ИЛИ 44 будет предотвращен при прохождении нулевого уровня сигнала dDn/dt. Альтернативно это может быть достигнуто благодаря дополнительной задержки срабатывания ступени 43 предельного значения, в случае выхода из строя элементов 50 и 51. В результате задержки второго звена задержки 47 триггер Шмитта 52 может срабатывать только тогда, когда ступень 43 предельного значения включается на это минимальное время, из-за этого остаются кратковременные помехи, которые не оказывают практического влияния на процесс боксования. Время возврата первого звена задержки 46 определяет, что триггер Шмитта 52 может оставаться эффективным в течение измеряемой продолжительности отрицательного сигнала разности скорости вращения dDn/dt, если предельная ступень 43 уже снова отключена. Таким образом, триггер Шмитта 52 будет сохранять дополнительный сигнал на интеграторе 13 до тех пор, пока отрицательный сигнал dDn/dt вновь не пересечет нулевое значение. С помощью узла, состоящего из элементов 54 58 соответственно и 59, которые от порогового переключателя 58 всегда передают только один сигнал, если передаваемая на рельсы сила тяги имеет тенденцию к падению, момент определяется более точно, так как колесная пара вновь через максимальную силу сцепления начинает входить в стабильную зону скольжения. Тогда в этот момент времени возникает сигнал в пороговом переключателе 58 и с помощью переключателя управления 53 включается дополнительно сигнал, появляющийся в триггере Шмитта 52, вследствие чего дополнительный сигнал интегратора 13 бегунковой псевдооси прерывается и она может вновь ускоряться. Теперь эта известная конструкция, как уже отмечалось, в соответствии с предлагаемым изобретением дополнена блоком передачи 80 и запоминающим блоком максимальных величин 81. Блок передачи 80 преимущественно является линейным передающим звеном с мертвой зоной вначале; запоминающий блок максимальных величин 81 это блок памяти с разгрузочным контуром, который запоминаемое значение преимущественно по экспоненциальной функции вновь приводит к нулю, как только с течением времени на вход не поступает сигнал, превосходящий мгновенное значение. Вход блока передачи 80 расположен на дифференцированной разности скорости вращения dDn/dt (выход дифференцирующего блока 22), а со стороны выхода присоединен к запоминающему блоку максимальных величин 81, который своим выходом (в соответствующем масштабе) присоединен к звену вычитания 9. Данный выход служит напрямую дополнительному понижению посредством вычитания из заданной величины вращающего момента. Принцип действия заключается в следующем. В случае мгновенной потери силы сцепления на рельсах в результате набегания колес подвижного состава на мокрые или покрытые смазкой участки пути или при кругом падении характеристики силы сцепления уже при небольшом проскальзывании (например, вода с песком) мгновенно возникает большое ускорение колесной пары. Dn при этом растет очень быстро, а дифференцированное значение dDn/dt мгновенно становится намного больше, чем при нормальном процессе скольжения. Благодаря этому преодолевается мертвая зона блока передачи 80, а излишняя часть через запоминающий блок максимальных величин 81 попадает непосредственно в звено вычитания 9, что ведет к уменьшению заданного значения приводного усилия. Благодаря быстро убывающему моменту на колесах дальнейшее их ускорение прекращается уже при появлении небольшого боксования, а сигнал dDn/dt исчезает. Запоминающий блок максимальных значений 81 еще продолжает поддерживать свой сигнал с помощью констант времени затухания. Если это выбрано надлежащим образом, то с течением времени исчезает уменьшение приводного усилия приблизительно в той мере, в какой оно заменяется в результате одновременно наступающего нормального процесса в известной схеме благодаря снижению скорости вращения бегунковой псевдооси в интеграторе 13, где необходимое приращение Dn для требуемого снижения подготавливается в формирователе разности 6. Привод молниеносно воспринимает новый, уменьшенный по величине вращающий момент и далее функционирует по известной схеме как прежде. Вновь введенная согласно изобретению часть устройства далее больше не используется, так как при нормальных процессах боксования колес мертвая зона блока передачи 80 не превышает значения dDn/dt.
Класс B60L3/10 указывающие на пробуксовку или юз колес