石 億 武小平 劉 泉 黃金虎
(中車株洲電力機車有限公司,湖南 株洲 412001)
隨著列車運行速度的不斷提高,防滑系統(tǒng)在列車運用過程中發(fā)揮著重要的作用,它能夠充分利用輪軌黏著,防止輪對因滑行或抱死造成擦傷,并縮短制動距離,保證列車停車安全。
FHQ-Q-1 型空氣防滑系統(tǒng)采用軸控方式對輪對進行防滑保護,適用于機車空氣制動系統(tǒng),同時,對國內(nèi)防滑控制技術(shù)的研究具有積極的作用。
FHQ-Q-1 型空氣防滑系統(tǒng)主要由防滑主機、速度傳感器和防滑排風閥等組成,如圖1 所示。
圖1 空氣防滑系統(tǒng)組成示意圖
防滑主機采用微機控制方式,具有速度采集與計算、滑行判斷與控制、數(shù)據(jù)存儲、以太網(wǎng)通信、自檢、故障查詢與顯示等功能;速度傳感器采用非接觸式電流型霍爾傳感器,安裝于軸箱蓋上,感應測速齒輪輸出脈沖信號;防滑排風閥安裝于制動管與制動缸之間的連接管路上,由防滑主機控制,實現(xiàn)制動缸的充風、保壓、排風功能。
FHQ-Q-1 型空氣防滑系統(tǒng)以速度差和減速度作為滑行判據(jù), 當檢測到輪對發(fā)生或即將發(fā)生滑行時,控制防滑排風閥排風,降低作用在輪對上的制動缸壓力降到黏著力以下,防止車輪滑行。 當輪軌黏著恢復以后,防滑主機控制防滑排風閥充風,恢復輪對的制動缸壓力,保證車輛安全停車。
將參考速度Vf與軸速度V取差得到速度差,即ΔV=Vf-V。
如果輪軌粘著條件差,當ΔV≥ΔV1時(第一個速度差判據(jù)),防滑主機控制防滑排風閥動作,使制動缸保壓;當ΔV≥ΔV2時(第二個速度差判據(jù)),防滑主機控制防滑排風閥動作, 使制動缸階段排風; 當ΔV≥ΔV3時(第三個速度差判據(jù)),防滑主機控制防滑排風閥動作,使制動缸一次排風。
如果輪對恢復轉(zhuǎn)動, 軸速度開始回升, 當ΔV≤ΔV4時(第四個速度差判據(jù)),防滑主機控制防滑排風閥動作,使制動缸階段充風;當軸速度接近參考速度時,防滑主機控制防滑排風閥動作,使制動缸一次充風,恢復制動缸壓力。
當車輛所有軸以相近速度同時發(fā)生滑行時,需要采用減速度a判據(jù)進行控制,控制原理如下:當軸速急速下降時,a的值相應增大。 當a小于預定值a1時,防滑主機控制防滑排風閥使制動缸排風;隨著軸速回升,當a恢復到預定值a2時,防滑主機控制防滑排風閥使制動缸保壓;當軸減速度a恢復到大于預定值a3時,防滑主機控制防滑排風閥階段充風,使制動缸壓力逐漸恢復;當a恢復到大于預定值a4時,防滑主機控制防滑排風閥一次充風,使制動缸壓力迅速恢復。
防滑控制過程中,參考速度要盡可能與列車速度接近,通常選擇車輛中最高的軸速度值中作為參考速度;當車輛所有軸同時滑行時,可根據(jù)制動減速度計算的理論速度作為參考速度。
輪徑修正是為了消除車輪因磨損對速度計算的影響,以車輛中最低的脈沖頻率值作為標稱輪徑的基準,計算出各軸的修正系數(shù)λ,在速度計算中,利用系數(shù)λ對各軸的脈沖頻率值進行修正, 就能得到同一基準下的速度值,從而消除車輪因磨損造成的輪徑差影響。
防滑系統(tǒng)具有相鄰切換控制功能,當轉(zhuǎn)向架某一輪對的速度傳感器故障時,若該輪對的防滑排風閥無故障,則該防滑排風閥的動作由轉(zhuǎn)向架另一輪對的防滑排風閥動作保持一致;當轉(zhuǎn)向架上二個輪對的速度傳感器均故障時,此轉(zhuǎn)向架的二個防滑排風閥的動作與另一轉(zhuǎn)向架相鄰輪對的防滑排風閥動作保持一致;如果二個轉(zhuǎn)向架上至少三個輪對的速度傳感器同時故障,則防滑系統(tǒng)故障,并切除防滑系統(tǒng)控制功能。
采用外部看門狗芯片檢測單片機運行狀態(tài),且控制軟件定時對看門狗芯片進行“喂狗”,當控制軟件故障停止“喂狗”后,看門狗芯片復位單機片,并重啟控制軟件。
結(jié)合硬件電路和軟件設(shè)計,實現(xiàn)對速度傳感器的短路、斷路、突變、超限等多種故障狀態(tài)檢測,當檢測到速度傳感器故障時,提示相應的故障碼,并采用“相鄰切換控制”方法,降低因速度傳感器故障切除防滑功能而導致擦輪風險,提高防滑控制效果。
防滑排風閥輸出控制具有過流和輸出反饋故障檢測, 當檢測到轉(zhuǎn)向架某一軸防滑排風閥故障時,提示相應的故障碼, 并切除故障軸的防滑控制功能,使制動缸處于充風狀態(tài),保證車輛停車安全。
采用軟/硬件相結(jié)合的方式,設(shè)計了軟件定時器和硬件定時器,當防滑排風閥處于排風狀態(tài)時,同時觸發(fā)軟/硬件定時器對排風狀態(tài)計時,如果計時時間超過TB/T 3009—2019 《機車車輛制動系統(tǒng)用防滑裝置》要求的閾值,則控制軟件切除防滑系統(tǒng)控制功能,且硬件定時器關(guān)斷防滑排風閥電源,使制動缸處于充風狀態(tài),保證車輛停車安全。
FHQ-Q-1 型防滑系統(tǒng)裝用廣州地鐵18#-22#工程車,并根據(jù)TB/T 3009—2019《機車車輛制動系統(tǒng)用防滑裝置》標準要求,在北京環(huán)鐵開展120 km/h 緊急制動防滑試驗,試驗結(jié)果如表1 和圖1 所示。
表1 試驗結(jié)果
圖2 120 km/h 緊急制動防滑
分析了FHQ-Q-1 型空氣防滑系統(tǒng)的控制原理、關(guān)鍵技術(shù)、故障檢測及安全導向,并通過動態(tài)試驗對防滑系統(tǒng)進一步驗證,試驗結(jié)果表明,F(xiàn)HQ-Q-1 型空氣防滑系統(tǒng)具有良好防滑控制效果,并為防滑控制的深入研究提供了技術(shù)基礎(chǔ)。