[發(fā)明專利]基于最優(yōu)牽引轉(zhuǎn)矩在線搜尋的機車黏著控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010983832.5
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112061177B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李夫忠;李強;李婷婷;王嵩;黃景春;劉川
• 申請（專利權(quán)）人: 成都運達科技股份有限公司
• 主分類號: B61L23/00
• 分類號: B61L23/00;G06F17/11
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 林菲菲

本發(fā)明公開了一種基于最優(yōu)牽引轉(zhuǎn)矩在線搜尋的機車黏著控制方法，本發(fā)明的方法包括以下步驟：步驟S1，對機車車軸進行空轉(zhuǎn)檢測，并識別出機車中最先發(fā)生空轉(zhuǎn)的車軸作為搜尋軸，其余車軸作為接收軸；步驟S2，通過最優(yōu)轉(zhuǎn)矩在線搜尋算法獲得搜尋軸適宜在當(dāng)前軌面工況下運行的最優(yōu)牽引轉(zhuǎn)矩；步驟S3，以搜尋軸的最優(yōu)牽引轉(zhuǎn)矩為基準，根據(jù)軸重轉(zhuǎn)移現(xiàn)象引起的黏著重量的變化快速響應(yīng)，調(diào)整各接收軸的最優(yōu)牽引轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明設(shè)計了基于整車的黏著控制策略，考慮機車的整體性，分析車體軸重轉(zhuǎn)移現(xiàn)象對于各個車軸黏著重量的影響；利用軸控式牽引系統(tǒng)獨立轉(zhuǎn)矩調(diào)整的優(yōu)勢，各軸之間協(xié)調(diào)配合，可以有效地增加機車整體牽引力，提高機車整體牽引性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機車牽引控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于最優(yōu)牽引轉(zhuǎn)矩在線搜尋的機車黏著控制方法。

背景技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，重載鐵路運輸已經(jīng)成為交通運輸?shù)闹匾M成部分。重載機車通常采用電力機車，由牽引電機提供運行動力。牽引電機提供的動力轉(zhuǎn)換為機車運行的牽引力依賴于輪軌間的黏著作用。伴隨著重載機車運行速度的提高，運載量的增大，輪軌黏著問題已經(jīng)成為提高重載機車牽引性能的關(guān)鍵問題。

輪軌接觸受力如圖1所示。在車輪轉(zhuǎn)矩T的作用下，車輪產(chǎn)生對鋼軌向后的驅(qū)動力F_t，同時，軌面也對車輪產(chǎn)生一個相反的黏著力F_ad。當(dāng)車輪與鋼軌接觸時，受軸重負載產(chǎn)生的正壓力F_G作用，車輪與鋼軌的接觸部分會發(fā)生彈性形變。根據(jù)Hertz接觸理論，在彈性形變的影響下，輪軌之間的接觸面會形成橢圓形的接觸斑。接觸斑分為無相對滑動的黏著區(qū)和有相對滑動的滑動區(qū)。當(dāng)機車車輪相對于軌面移動時，由于輪軌之間的黏著作用，軌面會對車輪產(chǎn)生相應(yīng)的黏著力，驅(qū)動機車前進。黏著作用的好壞將直接影響機車牽引力的發(fā)揮以及機車運行的穩(wěn)定型、安全性。

黏著作用過程復(fù)雜，具有很強的非線性，時變性和隨機性。油污、水等引起輪軌接觸面環(huán)境惡化的因素都會造成輪軌間黏著利用顯著下降。例如，當(dāng)軌面環(huán)境由干燥變潮濕時，黏著利用率將下降40％，當(dāng)環(huán)境濕度從20％增加到100％時，黏著利用率將下降17％。當(dāng)牽引電機提供的驅(qū)動力大于輪軌黏著作用所能夠提供的最大黏著力時，就會造成車輪空轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致機車牽引力下降，影響實際牽引功率的發(fā)揮，甚至造成車輪與鐵軌的嚴重損壞。為了充分發(fā)揮輪軌之間的黏著作用，機車會配備相關(guān)的黏著控制系統(tǒng)。黏著控制系統(tǒng)可以通過轉(zhuǎn)矩調(diào)整，有效抑制車輪空轉(zhuǎn)，提高輪軌減的黏著利用，使機車保持高黏著狀態(tài)下運行。這些措施對于保證機車行駛過程中牽引力穩(wěn)定，提高運輸能力至關(guān)重要。

黏著控制系統(tǒng)通常包括于機車牽引傳動系統(tǒng)中，主要包括司機操作控制部分、機車牽引傳動部分、黏著控制部分，整體系統(tǒng)組成圖如圖2所示。黏著控制部分主要包括空轉(zhuǎn)檢測單元、算法控制單元、轉(zhuǎn)矩調(diào)整單元三部分。準確的車輪空轉(zhuǎn)檢測是保證黏著控制的實時性、可靠性，實現(xiàn)輪軌間高效利用的關(guān)鍵前提。機車在牽引工況下，當(dāng)機車線路條件突變?nèi)缢⒂臀鄣龋蝰{駛員突然提高給定牽引轉(zhuǎn)矩，機車動輪牽引轉(zhuǎn)矩所提供的驅(qū)動力都會大于軌面所能提供的最大黏著力，導(dǎo)致輪軌間正常黏著遭到破壞，鋼軌所能提供的黏著力大大降低，造成車輪空轉(zhuǎn)，車輪加速度顯著提高。

黏著系數(shù)μ和蠕滑率λ密切相關(guān)，是黏著理論中的主要的非線性項。實際工程中，通常根據(jù)黏著系數(shù)與蠕滑速度或蠕滑率的關(guān)系繪制黏著特性曲線，反映輪軌之間的黏著狀態(tài)，黏著系數(shù)與蠕滑率對應(yīng)關(guān)系如圖3所示。黏著特性曲線中，黏著系數(shù)最大值處斜率為零，稱之為黏著峰值點。黏著峰值點左側(cè)為黏著區(qū)，區(qū)域內(nèi)曲線斜率為正，黏著系數(shù)隨著蠕滑率的增加而增加；黏著峰值點右側(cè)為空轉(zhuǎn)區(qū)，區(qū)域內(nèi)曲線斜率為負，黏著系數(shù)隨著蠕滑率的增加而降低。機車的牽引力與輪軌之間的黏著系數(shù)成正比，維持運行點在黏著峰值點附近可以獲得最大牽引力。當(dāng)機車牽引轉(zhuǎn)矩提供的驅(qū)動力將大于軌面所能提供的最大黏著力，輪軌間正常黏著被破壞，車輪發(fā)生空轉(zhuǎn)，蠕滑率急劇增加，黏著系數(shù)迅速下降。黏著控制主要目標就是檢測輪軌黏著是否穩(wěn)定，維持運行點在黏著穩(wěn)定區(qū)域，特別是維持運行點在黏著峰值點附近，從而獲取最大的牽引力。