CN100579841C - 限制施撒到铁轨上的沙子的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种在将沙子施撒到铁轨的铁路机车施沙系统中限制沙子使用的方法和计算机程序产品，该施沙系统包括向铁轨引导沙流的多个沙子施撒器。该方法和计算机程序产品可包括自动控制沙流以限制在如下情况中施撒沙子的步骤，即施撒沙子到铁轨将使至少一个铁路机车车轮在铁轨上的粘着力有效增加预定的增加量。多个沙子施撒器的每个的操作可被独立控制，以选择性地操作那些其操作将导致机车车轮在铁轨上的粘着力的至少预定的增加量的沙子施撒器，而不操作其它施撒器，以限制施撒到轨道的沙子的数量。

Description

限制施撒到铁轨上的沙子的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求以下申请的优先权并且是它们的部分继续申请：2003年6月26日申请的美国专利申请10/606,722和2003年6月26日申请的美国专利申请10/606,723，上述申请合并于此以作参考。

技术领域

该申请一般涉及一种铁路摩擦增强系统且更具体地涉及用于自动限制施撒在铁轨上用于增强机车车轮与铁轨间粘着力的沙子的量的方法和系统。

背景技术

机车和运输车辆以及其它大型牵引车辆通常通过与车辆的一个或多个轴具有驱动关系的电牵引马达来提供动力。机车和运输车辆通常每个具有至少四个轴轮组，各轴轮组经由合适的传动装置连接到单独的电马达的轴，该马达通常称为牵引马达。在运行的电动回转模式中，牵引马达从可控制的电源供给电流且施加转矩于车轮，车轮施加切向力或牵引力在车辆行进的表面上(如铁路的平行钢轨)，由此在所需的方向沿正确道路推动车辆。

如果车辆的各动力轮以这样的角速度旋转，即实际圆周速度(电动回转)稍微高于真实车辆速度(即车辆行进的线速度，通常是指“地速”或“轨道速度”)，获得最大牵引或制动力。牵引轮速度和行进速度之间的差异称为“蠕滑”或“蠕滑速度”。存在实现峰值牵引力的蠕滑变量值。通常称为理想蠕滑点的这个值是依赖于行进速度和轨道状况的变量。只要没有超过允许的蠕滑，这种受控的车轮的滑动是正常的且该车辆将在稳定的微滑或蠕滑模式下运行。如果轮-轨的粘着力降低或消失，一些或全部牵引轮可能会过度地打滑，即实际蠕滑速度可能大于最大蠕滑速度。特征为在一个或多个旋转轴轮组的电动回转模式的这样一种明显的车轮打滑的状况可导致加速车轮磨损、轨道损坏、推进系统的驱动组件的较高机械应力和不想有的牵引力减少。

峰值牵引力限制机车的推进/制动能力。该峰值牵引力是各种参数的函数，如每轴机车重量、轮轨材料和几何形状，以及例如雪、水、油、昆虫和铁锈等的污染。轮/轨界面的污染减小了可能的最大粘着力，即使处于理想滑移点。

用于重型牵引的机车通常必须产生高的牵引力。各轮和铁轨表面间良好的粘着力有助于机车的有效运行。产生高牵引力的能力依赖于车轮和轨道之间可能或潜在的粘着力。许多如弄湿或被雪或冰覆盖的轨道状况需要摩擦增强剂如沙子来改善或增强车轮对轨道的粘着力。因此，机车通常在其两端具有沙箱和喷嘴以将沙子分布在机车转向架两侧的轨道上。

机车可通过将沙流从沙箱引入铁轨表面以加强其车轮和铁轨之间的粘着力。该沙流的启动可响应于如遇到一个或多个轮轴打滑的一个或多个条件。当遭遇这样的情形时，典型的布沙系统在机车向前移动时通过分别位于两机车转向架的前部的两个施撒器启动沙流。每次在机车控制器发出施沙指令时，沙子通过四个施撒器以固定的速度布撒。沙子典通常撒布一段固定的时间，其经常导致过多的沙子被施撒，超过机车车轮和铁轨之间的最大粘着力的需要。

超过必需的过多的沙子的施撒是浪费且可能会导致沙子散布到不希望的区域。例如，根据遇到的情况自动或手动施撒沙子的典型系统可能导致沙子进入例如开关、导轨电路或排水管，这会损害装备或导致故障。

发明内容

因此，需要改进的自动控制由铁路机车向铁轨施沙的改进系统和方法。为了限制用于增加车轮和铁轨表面之间粘着力的沙子的量，这类系统和方法监控和评价各种因素和参数。施加在铁轨上的沙子的量可以通过监控机车的运行参数并基于这些运行参数中断或减小沙流来得以限制。

附图说明

图1是说明具有用于撒沙的施沙系统的机车的示意图。

图2是图1的施沙系统的示意图。

图3示出各种轨道条件和摩擦改良剂的示例性的粘着力对蠕滑曲线。

图4示出湿轨道条件下有或没有沙子施撒在轴的前部的示例性的摩擦力/粘着力曲线。

图5是说明8节流阀调定的以磅为单位的牵引力相对于列车速度示例性的曲线图。

图6是本发明的沙子限制系统的示意图。

图7是说明在第一列车结构中摩擦改良剂的施撒位置的结构第一示意图。

图8是说明在第二列车结构中摩擦改良剂的施撒位置的结构第二示意图。

图9是说明在第三列车结构中摩擦改良剂的施撒位置的结构第三示意图。

图10是说明在第四列车结构中摩擦改良剂的施撒位置的结构第四示意图。

图11是根据本发明的一个实施例的管理和控制对轨道的摩擦增强剂的施撒的示例性流程图。

图12是根据本发明的一个实施例的管理和控制对轨道的摩擦降低剂的施撒的示例性流程图。

本发明的详细说明

图1说明了设置有用于限制沙子施撒到铁轨的示例性施沙系统的机车122。沙子可储存在前沙箱118或后沙箱120。该说明的实施例包括8个沙子施撒器或喷嘴102-106。机车122具有两个转向架124、126。前转向架124可包括一个在左前部的沙嘴102、一个在右前部的沙嘴104、一个在左后部的沙嘴106和一个在右后部的沙嘴108。后转向架126可包括一个在左前部的沙嘴110、一个在右前部的沙嘴112、一个在左后部的沙嘴114、一个在右后部的沙嘴116。备选实施例可包括多于或少于8个说明的喷嘴102-116，包括位于列车组的其它机车的喷嘴。

图2说明了图1的示例性施沙系统200的示意图。该示例性系统200可包括前沙箱204和后沙箱206，用来分别给喷嘴102-116供应沙子。压缩空气贮存器202可供应压缩空气到空气阀208、210。一对电控沙阀212、214可设置用于前转向架124，且类似的阀216、218可设置用于后转向架126。阀212、214可控制分别流过喷嘴102-108的沙子，阀216、218可控制分别流过喷嘴110-116的沙子。机车控制系统220可被设置用来控制空气贮存器202、空气阀208、210和沙阀212-218来限制沙子撒布到铁轨。

图3说明了通过铁轨的机车的典型的粘着力蠕滑曲线300。如所示，曲线302描述了干沙的单位粘着力水平对每单位蠕滑。在单位蠕滑水平小于0.3时，干沙子提供了对于单位蠕滑的各个水平最高的粘着力水平。对于小于约0.05的单位蠕滑水平，如曲线304描述的湿沙提供了高于曲线306所示的干铁轨的粘着力。然而，当每单位蠕滑水平大于约0.05时，湿沙曲线304具有小于干铁轨曲线306的粘着力。对于需要较低粘着力的情形，如连接的火车车厢或成一列的机车的情况，曲线308描述的油对于小于0.1的单位蠕滑提供了最小量的粘着力。曲线310说明了水的粘着力特征，其还提供了相比较干铁轨(曲线306)单位蠕滑的降低的摩擦。从曲线图300中，可能希望以如下方式控制机车车轮或火车车厢和铁轨之间的摩擦，即增强机车的牵引力同时降低连接到机车的火车车厢的摩擦力。

图4中的曲线图400说明了当沙子被应用于湿铁轨时(曲线402)和当沙子被从铁轨去除时(曲线404)湿铁轨上的车轮的作用点的两个变化。例如，如果沙子在水曲线310上的点406被施加在湿铁轨，曲线402显示蠕滑降低到湿沙曲线304上的点408。类似地，如果作用在湿沙曲线304上的点408，除去沙子将使蠕滑从曲线310上的点408移动到点406，由此显示了蠕滑的明显增加。图4还说明了理想的粘着力控制系统性能-蠕滑被控制以得到最大牵引力(假设操作者要求超过轨道条件可提供的更多的牵引力)。因此，仅当车轮利用车轮可获得的粘着力时这样的变化可被粘着力控制系统发现，并且通常发生在高牵引力、低速运行的情况下。在其它运行条件中，牵引力对蠕滑特征改变但不明显。

在该图示中，机车施加17000磅的牵引力。然而，在点406该铁轨是湿的且机车车轮经历超过0.14的单位蠕滑。沙子在紧接机车的前进车轮前施加。结果，在点408牵引力增加到20000磅且单位蠕滑减少到低于0..03。如果沙子的使用被随后去除，该作用点从点408返回到先前的作用点406。

图5示出用TE1到TE8表示的8级牵引力或节流阀调定的作为列车速度的函数的用磅为单位的TE。如所示，对于低速而言各节流阀调定的TE有明显的变化。然而，当速度增加，TE减少且当速度超过50英里每小时逼近相对接近的水平。还应注意到对于各节流阀调定，TE保持恒定直至达到突变速度，如图5表示的。在突变速度以上，动力保持恒定。

现在参考图6，该发明的示例性方面可包括传感器602，用于监控与一个或多个机车例如机车122的运行关联的一个或多个参数610。参数610可以是各种运行的参数，其可能涉及机车122的车轮与机车122经过的铁轨之间的相互作用。

示例性参数610可包括与机车122相联系的运行的参数，如速度、牵引力(TE)、节流阀或控制阀设置、车轮速度、加或减速度、制动条件、力、车轮打滑、燃料消耗、车轮蠕滑、引擎马力、牵引马达转矩和施沙有效性。这些参数可基于每轴、每转向架或每机车。在本发明的一个方面，施沙有效性可根据如下面描述的牵引力表示。

辅助信息或数据604，以及运行的参数610在本发明的方面用作输入以控制或限制被列车如机车122施于铁轨的沙子的量。示例性的的数据604可包括组/列长度、列车重量、轨道图、列车地理位置、轨道地形、轨道坡度、轨道曲率、铁轨温度、如干燥、潮湿、油污或油滑的铁轨的物理特性，如下雨、下雪或冰冻的气候条件、铁轨上铁轨改良剂的存在、实时和预测的天气、来自操作者或调度中心的外部命令或列车时间表。

如图6所示，运行的参数610和/或辅助数据604可被输入到控制器606，其可设置有存储器或存储装置608。控制器606可控制本发明的方面以限制施加在铁轨的沙子的量且可设置在机车122上。一方面允许来自沙箱204、206的沙流被控制，这基于控制器606响应一个或多个运行的参数610和/或辅助数据604。控制器606可控制通过摩擦增强或施撒器612的沙流613，其示意性地由分别位于机车122的转向架124、126上的喷嘴102-108和/或喷嘴110-116表示，如图2所示。

示例性实施例允许机车或火车车厢装备响应控制器606的施撒器612。施撒器612在一个或多个火车轮与其经过的铁轨之间的接触区域施撒如沙子613的摩擦改良剂到铁轨。摩擦改良剂613可以是增强粘着材料如沙子，或是将雪或水从铁轨去除。摩擦减少剂可以是水、蒸气、空气、油、润滑剂，或是将那时存在于铁轨沙子、雪或摩擦增强剂的去除。在任一情况下，用刷子清洁、水或空气清洁铁轨都可能增加或减小摩擦，这取决于铁轨的现有状态。

控制器606可被设置以分析这些和其它运行参数602和辅助数据604以确定施撒摩擦改良剂613的合适定时和数量。例如，被施撒器612撒布的摩擦改良剂613的量可以基于列车的长度和天气状况最优化，这样在列车组的最后车厢经过改良剂613的施撒点前，改良剂613被用完或散尽。

在本发明的实施例中，列车组可具有多个施撒器612，其位于机车122的车轮前而不管行进方向如何。由于机车可沿前进方向或相反方向工作，机车122可在其车辆的两端设置有摩擦改良剂施撒器612。另外，施撒器612可用于机车122或火车车厢的引导端或尾端用于施撒摩擦改良剂613。例如，图1示出施撒器612，其可以是位于接近转向架124、126车轮的前方和后方的喷嘴102-116，以相对于机车122的前进方向将摩擦改良剂施撒在这些车轮前。

施撒器612可以设置在机车122上以使摩擦改良剂施撒到预定施撒点。这样，在列车组内的一个或多个火车车厢可以有多个施撒器612。施撒器612可设置用来将摩擦改良剂施撒到轮缘、轮圈、铁轨顶部(TOR)和/或施撒到铁轨轨距侧部(RAGS)。控制器606确定施撒摩擦改良剂613的类型、时机和数量。控制器606可从多个位于机车122和/或火车车厢上的施撒器612中选择一个或多个施撒器612以施撒改良剂613，并且选择将要施撒到的铁轨上的施撒点。多个施撒器612可位于一个或多个机车和/或火车车厢上以优化列车组的摩擦管理。列车组通常包括前部驱动机车、一个或多个可选的辅助驱动机车、可选的位于远离前部和辅助驱动机车的点的尾部驱动机车、和一个或多个火车车厢。施撒器612，以及由此摩擦改良剂612的施撒可被设置为前部驱动机车的前施撒器、前部驱动机车的尾部施撒器、辅助驱动机车的前施撒器、辅助驱动机车的尾部施撒器、尾部驱动机车的前施撒器、火车车厢的前施撒器或火车车厢的尾部施撒器。本领域技术人员可以认识到其它的组合。

控制器606可通过一个或多个通讯系统或控制器606、机车和火车车厢之间的链接通讯以控制例如沙子的摩擦改良剂的施撒。

图7示出了设置有本发明的示例性实施例的列车组的实施例。在第一构型中，两个机车，即一个前部驱动机车702和辅助驱动机车704连接到四个火车车厢706且在铁轨710上如箭头708所示的从右向左的前进方向移动。在该例中，施撒器712是用来将摩擦改良剂施撒到前部驱动机车702的前轮前面的铁轨710上。施撒器712可使用如沙子的摩擦增强剂，或可去除或抵消铁轨710上的剂或材料。例如，如果铁轨710是湿的或覆盖有雪或冰，并且控制器606确定需要摩擦增强，施撒器712可用压缩空气干燥铁轨710的顶面，或可施加蒸汽融化雪或冰。另外，如果前部驱动机车702进入轨道弯曲部分，施撒器712可施撒如水或油的润滑剂到铁轨轨距侧部以减少车轮对铁轨710的摩擦力。

辅助机车704在其前端设置有施撒器714。控制器606基于确定的需求控制通过施撒器714施撒摩擦改良剂613。在一些情况中，控制器606可确定被前部驱动机车702上的施撒器施撒的改良剂613对于前部机车702和辅助机车704都是足够的。这情形可能是水、雪或冰在铁轨上且施撒器714被控制以去除水、雪或冰。然而，遇到陡峭的斜坡时，控制器606可控制施撒器712和714以施撒如沙子的摩擦增强剂到铁轨的顶部。

还如图7所示，施撒器716被设置在辅助驱动机车704的尾端。施撒器716可被设置以去除或抵消被施撒器712和/或714施撒的任何摩擦增强剂613。而且，施撒器716可施撒摩擦减少剂如空气、水、油或润滑剂到铁轨710的顶部或施撒到铁轨轨距侧部以减少铁轨710和后部火车车厢706的车轮之间摩擦力。

现在参考图8，第二列车组说明了本发明的另一个示例性实施例中的施撒器802的增加。施撒器802位于列车组的一端，可能是所述的火车车厢706或机车。施撒器802可以在车厢706的前或后且设置用来去除或抵消施撒器712、714或716早先施撒的任何摩擦改良剂613。希望可以在下一列车组使用铁轨710的同样部分前清洁铁轨710。然而，控制器606可确定，例如，由于现在或预测的天气或者是由于在预定的时间段内没有其它列车使用铁轨710而不需要施撒铁轨清洁剂。

例如，如果润滑剂被施撒器716施撒，控制器606可确定如果在一小时或更长时间内没有其它列车计划通过同样的铁轨710，施撒器802不需要施撒消除剂。另外，如果控制器606可基于参数610和/或辅助数据604，如列车的长度和天气状况，确定被施撒器716施撒到铁轨710的摩擦改良剂的最佳的量，然后在列车组中的最后车厢通过前用完或散尽改良剂613。在该情形中，不需要用施撒器802清洁铁轨。

现在参考图9，火车车厢706可设置有一个或多个施撒器612以施撒摩擦改良剂613。这样的施撒器用902表示，其中在列车组中可以有任意数量的车厢706并且任意数量的车厢可以装备有摩擦改良剂施撒器902。尽管设置在火车车厢上施撒器902常常是摩擦降低剂施撒器，但它们也可以是任意类型。这些施撒器902可以被控制器606所控制，通常采用与管理施撒器712、714、716和802的系统相同的系统。控制器606可控制摩擦改良剂613于铁轨710上的施撒，其可包括摩擦降低剂向铁轨710的顶部的施撒，或是如果列车经过铁轨710的曲线部分时向铁轨侧部的施撒。在这种情形中，控制器606可控制如润滑剂的摩擦降低剂施撒到铁轨侧部。在一定条件下，控制器606可使用施撒器610将润滑剂施撒到曲线的内侧铁轨且不施撒到曲线外侧铁轨。

参考图10，列车组可具有远离前部机车702或辅助机车704的机车1002。后部机车1002可位于列车组的端部(未示出)或在列车组的中部(如所示)，这样火车车厢706位于后部机车1002前或后。在该实施例中，后部机车1002可装备有施撒器1004。施撒器1004可按控制器606的指令施撒摩擦增强剂或摩擦降低剂。当控制器606决定需要摩擦增强剂以改善机车1002的牵引力时，施撒器1004被指令去除或消除先前施撒器716或902施撒的摩擦降低剂，并施撒如沙子的摩擦增强剂。

在其它情形中，施撒器1004可按指令施撒抵消剂以干燥铁轨来增加摩擦系数，或者如果必要的话可按指令施撒沙子到铁轨710或的特定部分或路轨坡度。后部机车1002可设置有如前述的施撒器716。另外，后部机车1002后面的火车车厢706可装备有施撒器802以清洁列车经过的铁轨710。

控制器606可从列车上的或与列车相联系的一个或多个传感器602接收运行参数610。另外，控制器606可从其它来源接收辅助数据604以影响和优化铁道车轮与铁轨之间的摩擦。图11是根据本发明的示例性实施例的判断图表1100的实施例。在图11中，步骤1002说明了列车组低速运行且不需要低牵引力。在该例中，理想的牵引力、实际牵引力、铁轨条件和打滑/滑动条件被确定。如果在步骤1104中理想的牵引力在计划的情形或条件出现时未获得或不可获得、步骤1106中存在理想牵引力的满意的铁轨条件，在步骤1108中效果检测未失效、且在步骤1110中打滑或滑动条件未出现，那么控制器606得到与列车组的重量和列车组长度相关的组或列的数据1114、列车的惯性估计值1116和铁轨条件1118。控制器606然后确定是否摩擦改良剂应施撒到铁轨、在哪里施撒改良剂613、哪一个施撒器612启动以施撒改良剂613、哪一种改良剂613该被施撒和其数量或改良剂613被施撒速度1112。

在示例性实施例中，控制器606在1114指令一个或多个施撒器612施撒想要的改良剂613。在该例中，图11显示由于需要增加实际牵引力以满足需要的牵引力，应使用摩擦增强剂613。一旦在1104步骤获得想要的牵引力，该过程结束。另外，如果未遇到其它情况，如在步骤1102需要较低的牵引力、在步骤1106不满意的铁轨条件、在步骤1108有效性检测系统失效、或者在步骤1110蠕滑或滑动被检测到，然后该过程也结束。

如图11提到的，控制器606可确定摩擦增强剂613不应被施撒的条件。例如，控制器606可发现列车装备有沙子作为摩擦增强剂。然而，控制器606可获得铁轨条件，其表示由于下雨或下雪使铁轨710潮湿。因此，控制器606判断施撒沙子到潮湿铁轨可实际上降低牵引力而不是增加牵引力，如图4所示。由于这样，不应施撒沙子。然而，控制器606可决定当沙子不会提供足够的增强的牵引力时，既然机车装备有将压缩空气施加于铁轨的施撒器，那么空气应施加到铁轨以干燥铁轨710，由此提供改善的摩擦。

图12说明了本发明的另一示例性实施例中的控制器606的另一个判断流程图1200。在该实施例中，在步骤1202中，牵引力较高且高坡度目前不存在或未位于列车经过的铁轨中。控制器606接收附加参数，其表示步骤1204中摩擦太高且步骤1206不存在制动操作。如果列车以不太低的速度运行，步骤1206中未进行制动操作，且步骤1208中的有效性检测未失效，控制器606接收附加的辅助参数604，如列车重量、长度和配置1114、列车的惯性估计值1116和铁轨710的条件1118。

根据这些数据，控制器606决定施撒摩擦降低材料1212的类型、数量、施撒速度和位置1112。由于先前的例子，控制器606通过接收相关的一个或多个参数610和/或辅助数据604的输入，可决定摩擦降低剂不应被施撒。例如，如果在步骤1202牵引力高或存在较高坡度，如果在步骤1204中摩擦已经低，如果步骤1206存在制动操作，如果步骤1208存在低速运行，或者如果在步骤1208有效性检测失效，那么控制器606可结束过程。

在另一示例性实施例中，与列车长度/重量/动力相关的数据可用来决定施撒到铁轨的摩擦改良剂613的定时和数量。基于CAD系统和GPS定位的轨道图可被控制器606用来决定改良剂何时、多少和何种类型将被施撒。并且，计算机辅助分配系统收集和分析列车参数信息，包括列车长度、重量、速度和施加的动力，作为输入的辅助数据604以确定何时及多少摩擦改良剂613被施撒。决定列车特性的列车时刻/运行计划系统和/或RR分配器还可以作为控制器606的判断作出步骤的输入。

可被控制器606使用的另一参数610是惯性估计值，其基于牵引力、铁轨坡度、机车速度和/或位置。假定轨道坡度不变，列车的惯性值可通过单位牵引力的加速度的变化而被确定。该轨道坡度如果是已知的可被补偿。该加速度可从机车车载传感器602获得。牵引力是力估计值，其通常可从牵引马达(未示出)上的电流和电压测量获得，或者可从其它如传感器602的直接传感器获得。铁轨坡度可从倾斜计获得或者如果在短时间内测量过也可被假设为相同的。另一技术可使用可能通过车载GPS接收器确定的列车位置来获得速度和/或轨道坡度。另一技术可使用基于GPS的轨道图信息、操作者输入或旁边的无线电发射机应答器。

可被控制器606使用的其它参数610是速度、节气门设置和/或牵引力。高附着材料和低附着材料的施撒都可基于机车的运行而被优化。例如，当组或列的操作者需要较高牵引力(高档/低速)，然后实施例仅允许施撒器712、714和1004被启动。如果产生的牵引力是操作者要求的，然后不需要增加摩擦增加材料。多数燃油效率好处存在于较高的速度(当牵引力较低时)。在这些情况下，施撒器716和902可被启动且任选的施撒器802可被启动。

铁轨710的条件是另一个参数610或辅助数据604的一项，其可用来确定理想的摩擦管理。为了优化成本，摩擦改良剂613的施撒可基于铁轨条件而被控制。例如，如果铁轨710是干燥和清洁的，那么可能不需要施撒高附着材料。类似的，当下雨或下雪时，既然降低摩擦是不乐于见到的，就没必要施撒摩擦降低材料。另一个例子是如果在下雨或认为在下一列车经过前有雨，然后就不需要从铁轨移除低摩擦材料。基于车载传感器602，这些铁轨条件可基于传感器602根据粘着力/蠕滑曲线推断，或者可基于附加传感器602或者基于调度中心、操作者外部无线电应答器、气象卫星等的输入。

对于火车车厢706和/或惰轮，蠕滑可被用于估计摩擦系数。单独的传感器602可用于确定摩擦系数。这些传感器602可被设置在摩擦降低材料施撒的各点或在机车组的端部。类似地，摩擦传感器602，或后轮的蠕滑，可被用于从图8的示例性实施例中的施撒器802施撒消除摩擦改良材料。

在分配的动力运行中，前列车组的粘着力降低材料的施撒可依赖于前列车组和后列车组之间的载重车厢的数目/重量(图10中施撒器716和1004间的车厢的信息)。该信息可利用机车704和1002间的距离信息得到。这可从GPS定位信息或甚至使用如制动压力传送信息的时间的技术获得。施撒器716的施撒还可基于后部机车1002检测到的摩擦而被调节。例如，如果后部机车1002遇到非常低的摩擦，那么更多的材料会被喷嘴716施撒。

参考图1和6，本发明的实施例可被构造为限制如沙子的摩擦增强材料的量，其响应监控的运行参数610和/或辅助信息604而施撒到铁轨上。如传感器602的适当的传感器可监控运行参数610和/或辅助信息604。信息604和参数610的各个数值指示的数据可被传送到控制器606，其可为机车控制系统220的一部分。应该明白的是本发明的实施例可以是计算机控制方法和系统，控制器606和控制系统220为计算机控制器的实例，其可用于实现本发明的实施例或为其一部分。

本发明的适当方面可设置在本领域公知的计算机可读介质上，其可被控制器606和/或控制系统220执行。本发明的示例性实施例根据列车组的配置和其它设计要求可单独使用控制器606和控制系统220或组合使用。例如，机车控制系统220可包括在前部机车122上，其具有多个控制器606配置在分散成串的各个机车上。数据可在控制系统220和控制器606之间传递，其使用已知的无线电通讯方法和硬件。本领域技术人员可以认识到其它的构型。

返回到图1和2，典型实施例提供多组施撒器，其中每组施撒器包括一对施撒器。一对施撒器可包括第一施撒器和第二施撒器，其中一个施撒器将沙子施撒到一个铁轨上且另一个施撒器将沙子施撒到另一个铁轨上。例如，沙子施撒器或喷嘴102、104可以是第一对施撒器，其将沙子施撒到第一转向架124相对于机车122的行进方向的前方，即当机车122向前运动时，喷嘴102、104将沙子施撒在第一转向架124的前车轮的前方。类似地，沙子施撒器或喷嘴106、108可以是第二对施撒器，其在机车122沿向后的方向移动时将沙子施撒到第一转向架124的后轮的前方。可以明白：成对喷嘴110、112和成对喷嘴114、116可将沙子相对于第二转向架126用同样的方式施撒。

本发明的一方面允许通过在图2中所示的施沙系统220自动控制沙流施撒到一个或两个铁轨上。该沙流可被自动控制以限制沙子的施撒到如下情况，即将有效增加机车122车轮在铁轨上的粘着力。机车控制系统可被编程以决定何时施撒沙子来有效增加车轮在铁轨上的粘着力，这基于运行参数610和/或辅助信息604的分析。如果作出的决定是施撒沙子将有效增加粘着力，那么沙流可被独立控制穿过任意组合的多个施撒器中的一个或几个。

在这方面，控制系统220可编程以独立控制空气贮存器202、空气阀208、210，以及沙阀212-214以使该沙流同时、单独或任意组合穿过各个喷嘴102-116(各喷嘴可称为施沙点)。例如，如果机车122向前移动，可期望分配该沙流同时穿过喷嘴对102、104和对110、112以实现希望的施沙有效性的增加。在其它情形中，还希望在这些喷嘴对之间交替施撒沙子或引导该沙流仅穿过一对喷嘴。可以明白的是施撒沙子到一个或两个铁轨上的单独喷嘴或喷嘴对的特定组合可以是实现想要的施沙有效性增加的函数。独立控制穿过喷嘴102-116的沙流有助于限制施撒到铁轨的沙子的量。这可减少环境破坏的危险和诸如修车场或交叉道岔的铁路设备的故障。已知的是施撒太多沙子到这些铁路设备可导致设备的损坏。

运行参数610，如节流阀速度或档位、牵引力(TE)、机车速度，以及机车加速和减速，可被监控和用作施沙到铁轨的条件。在这方面，监控的运行参数610及辅助信息604可被用以预测粘着力的潜在增加，用于施沙到铁轨上，或者它们可被用作启动施撒沙子、增加或减少沙流或不施撒沙子到铁轨的条件。

在一方面，如果控制系统220或机车122的操作者要求最大功率(档位8或TE8)和其它条件满足，然后沙流可被自动施撒到铁轨。例如，如果需要最大功率，机车122没有产生最大功率且一个或多个转向架124、126的车轮在打滑，那么在机车122沿向前的方向移动时沙子可被自动施撒到一个或多个转向架124、126的前方。沙子可使用施撒器102、104和施撒器110、112的任意组合施撒。最大功率的需要可以是预测的，假定其它条件都满足的话，如果沙子被施撒到铁轨可得到粘着力的增加。当机车122达到预定速度，该沙流可被停止而不管其它运行条件610数值或那些参数值表示应使用同样或其它施撒器以恒定或调节的流速施沙继续施撒沙子。

牵引力通常用磅来测量，如在图5中所显示的。如果机车122的牵引力低于阈值而不管其它运行参数610的值和/或辅助信息604的状态如何，控制系统220可被编程以自动控制沙流。作为示例，如果机车122没有实现120K磅的牵引力，然后当机车122沿向前的方向移动时控制系统220可自动控制该沙流穿过一个或多个施撒器，如喷嘴对102、104和110、112。牵引力的阈值可以是操作者输入控制器220的程序模块的预选值或其可以是从存储器608调取的变量值。该变量阈值可从查找表中调取且可以是各种运行参数610和/或辅助信息604的函数。

另一示例性实施例允许自动控制沙流穿过一个或多个喷嘴102-116，这响应于机车122低于阈值速度运行或机车122减速时而不管其它运行参数610和/或辅助信息604的状态如何。与牵引力的情况相同，该阈值速度值可以是操作者输入控制系统220的程序模块的预选值或其可以是从存储器608调取的变量值。该变化的阈值可从查找表调取且可以是各种运行参数610和/或辅助信息604的函数。

另一示例性实施例允许自动控制沙流穿过一个或多个喷嘴102-116，这响应于一定量的沙子被施撒到铁轨后测量的施沙有效性。在这方面，施沙有效性可用施沙后的牵引力的增加表示。例如，如果机车122在产生120K磅牵引力(TE₁)的一组铁轨上行进，然后自动施沙可被控制以通过喷嘴对102、104和110、112施撒沙流到铁轨上。从开始施撒沙子过去一段时间后，牵引力可通过控制系统220使用已知技术测量。如果测得的牵引力是180K磅，则按照牵引力(TE_SE)表示的施沙有效性等于60K磅。如果施沙有效性超过阈值，如60K磅，控制系统220可被编程以保持该沙流在恒定的速度。如果测得的施沙有效性低于60K磅，则控制系统220可减少或停止该沙流，或通过其它施撒器施撒沙子。引导该沙流穿过较少喷嘴102-116或施沙点可减少该沙流。

作为示例性的实施例，参考图1和2，在机车122沿向前的方向移动且产生120K的牵引力，但是需要更高的牵引力时，控制系统220可被编程以自动控制沙流穿过第一对喷嘴或施撒器102、104和第二对喷嘴或施撒器110、112以使沙子施撒到各转向架124、126的前轮的前方的铁轨上。这样，存在四个施沙点，即沙子从四个喷嘴102、104和110、112流到铁轨上。控制系统220可被编程以连续或按预定间隔测量牵引力，例如，沙流被启动后，并且随后计算施沙有效性(TE₂-TE₁＝TE_SE)。例如，计算的TE_SE可用作继续使用四个施沙点施沙或从四点施沙降低到两点的条件。例如，如果计算的TE_SE等于10K磅，且继续以同样速度施沙的TE_SE的阈值为30K磅，然后控制系统220可被编程以从四点到两点减少施沙点的数目，即通过停止从喷嘴110、112施沙而通过喷嘴102、104连续施沙。

可以明白的是示例性的运行参数610，即节流阀速度、牵引力、机车速度、机车减速和施沙有效性，可被单独、共同或任意组合使用作为确定例如是否施撒压缩空气到铁轨上、何时施撒沙子到铁轨、施沙点的数目、沙子的流速和施沙的持续时间等的条件。还可以明白的是各运行参数610的阈值可基于各种因素建立，如列车组中机车的数目、列车组中车厢的总数、天气条件和本领域技术人员认识到的于此描述的其它因素。

本发明的示例性实施例可使用一个或多个辅助信息604，如机车122的地理位置，作为限制施撒到铁轨的沙子的量的条件。例如，当机车122位于一定地理位置而不管运行参数610的数值和/或辅助信息604的状态如何，施撒沙子或不施撒沙子可能是有利的。这些地理位置可包括机车122进入或处于的保养修车场内、在交叉口经过机械的或电的铁轨道岔、经过路旁的油脂、经过山路或穿行环境敏感位置。

控制系统220可机车122的地理位置被编程或启动以允许或不允许沙子被施撒到铁轨上。例如，控制系统220可允许在特定地理区域自动施沙，如爬越沿线没有铁路设备的山脉。当机车122在这样的区域时则允许自动施沙且可以在其它条件满足时开始。其它条件中的示例性的条件可以是当机车122没有产生最大功率以及转向架124、126的一个或多个车轮在打滑时，或机车122没有达到预定的速度时需要最大功率。

类似地，控制系统220可被编程或启动以禁止在特定地理区域施沙，如当机车122经过沿线有铁路设备的区段，或位于保养场内。在这方面，不允许施沙而不管运行参数610和/或其它辅助信息604的状况如何。控制系统220可用表示这些允许或禁止施沙的地理区域的数据编程，或者操作者可响应机车的位置控制该系统220。表示这样的地理区域的数据可经由GPS被传送到控制系统220，发射器位于一组机车122行进的铁轨沿线，或者是其它本领域技术人员可认识到的方式。

本发明的示例性实施例允许确定或测量机车122的车轮滑动量且利用车轮滑动量作为控制施沙到铁轨以增加或加强机车122在铁轨上的粘着力的条件。在一方面，当机车122经过一组铁轨时，机车122的车轮的第一滑动量可被确定。车轮的第一滑动量可以是任一检测的数量或其可以是阈值数量值。车轮滑动量与牵引力成比例。可以检测到牵引力越高，车轮滑动量越小。

如果车轮的第一滑动量被检测到或超过阈值，则控制系统220可被编程以施加压缩空气流到铁轨以清洁它们的各个表面来增加车轮和该铁轨之间的粘着力。该压缩空气流可被使用以清洁机车122的一个或两个转向架124、126的前轮的前方铁轨。空气贮存器202(图2)可供应该压缩空气，其可使用本领域已知的常规设备引导到铁轨上。这样的设备可被设置以从位于转向架124、126上的靠近个喷嘴102-116的地方将该压缩空气引导到铁轨。机车122上的其它位置也可被利用，只要压缩空气清洁相对于机车122的行进方向位于各转向架124、126的前方的铁轨。

在一定运行条件下，当机车在铁轨上行进时，向铁轨施加压缩空气流可消除车轮滑动。另一方面允许确定机车122的车轮的第二滑动量。从压缩空气被启动后经过一段时间间隔，车轮的第二滑动量可被检测到。该压缩空气流可以是连续或断续的。如果车轮的第二滑动量被检测到或超过第二阈值，控制系统220可被编程以自动控制沙流施撒到一个或两个铁轨。

沙流可通过控制系统220选择的一个或多个喷嘴102-116被施撒。例如，控制系统220可被编程以基于一个或多个运行参数610和/或辅助信息604而选择喷嘴102-116的组合。在示例性实施例中，当车轮的第二滑动量超过第二阈值时，系统220在机车122沿前进方向移动时可使用第一组施撒器102、104在转向架124的前方施撒两个施沙点。

另一方面允许确定机车122的车轮的第三滑动量。从沙流启动后经过一段时间间隔，可以确定车轮的第三滑动量。如果车轮的第三划动量被检测到或超过第三阈值，控制系统220可被编程以自动控制沙流施撒到一个或两个铁轨上。

沙流可通过控制系统220选择的一个或多个喷嘴102-116被施撒。例如，控制系统220可被编程以基于一个或多个运行参数610和/或辅助信息604而选择喷嘴102-116的组合。在示例性实施例中，当车轮的第三滑动量超过第三阈值时，控制系统220可增加沙流从两点施沙到四点施沙，这样沙子被施撒到各转向架124、126的各前轮的前方。因此，当机车122沿前进的方向移动时，第一组施撒器102、104和第二组施撒器110、112将会把沙子施撒到转向架124、126的前轮的前方的铁轨上。

另一方面允许在沙流响应车轮滑动量的检测被施撒到铁轨后测量施沙有效性。例如，在沙流启动后，控制系统220可被编程以连续或按预定间隔测量牵引力，然后计算施沙有效性(TE₂-TE₁＝TE_SE)。如果想要的施沙有效性未达到，则控制系统220可通过减少施沙点的数目自动改变沙流速，如从四施沙点(喷嘴102、104和110、112)变为两施沙点(喷嘴102、104)，或从两点施沙(喷嘴102、104)变为不施沙。

类似地，如果压缩空气被用于铁轨时检测到车轮滑动量，则控制系统220可通过两施沙点(喷嘴102、104)自动开始施沙。如果想要的施沙有效性未达到，则控制系统220可中断施沙但连续将压缩空气施加到铁轨。

本发明的另一方面允许使用除了检测车轮滑动量以外的监控的运行参数610和/或辅助信息604作为是否施沙到铁轨的条件。如果检测到车轮滑动量，则控制系统220可确定是否一个或多个运行参数610超过或低于极限值。如果是的话，则控制系统220可响应检测到的车轮滑动量和监控的运行参数610，通过选择的施沙点自动控制沙流。

类似地，如果滑动量被检测到且辅助信息604满足预设标准，则控制系统220可自动控制该沙流。例如，如果车轮滑动量被检测到且机车122在爬坡，则控制系统220可使用四个施沙点(喷嘴102、104和110、112)自动开始施沙。例如，施沙有效性可以接着被测量且控制系统220可响应于测量的施沙有效性调节沙子流速或施沙点的数目。其它示例性的辅助信息604可包括铁轨的物理特性，如干燥、潮湿或油滑的。

另一示例性方法可包括如下情形，即如果机车122以低速运行，如低于10mph，机车122的操作者或控制系统220要求最大功率，且至少一个或两个转向架124、126上的至少一个车轮在打滑，则压缩空气被施加到该至少一个打滑的车轮前方的铁轨上。如果再施加了压缩空气后该至少一个车轮还在打滑，则控制系统220可测量机车122产生的牵引力以决定其是否低于阈值，例如120K lbs.。如果牵引力低于极限值且机车122在减速，则控制系统220可独立控制施撒器102-116施撒沙子到所述至少一个打滑的车轮前方的至少一个铁轨上。例如，采用施撒器102、104可应用用转向架124上的车轮的前方的两个施沙点。

而且，当沙子被施撒到至少一个铁轨上时，控制器220可决定是否达到施沙有效性的阈值(TE₂-TE₁＝TE_SE)。如果想要的施沙有效性已达到，则控制系统220可继续两点施沙(沙子施撒器102、104)，且如果其没有达到，则控制系统220可中断施沙。如果想要的施沙有效性被达到，则控制系统220可测量机车122产生的牵引力以确定其是否低于阈值，例如140K lbs.。如果牵引力低于阈值且机车122仍在减速，则控制系统220可独立控制施撒器102-116施撒沙子到至少一个铁轨上的另外的点。例如，采用施撒器102、104和110、112，控制系统220可马上使用转向架124、126上的车轮前方的四个施沙点。

本发明的示例性实施例供控制系统来编程以控制沙子流过一个或多个喷嘴102-116的流速。在一方面，控制系统220可控制协同图2所示的各沙箱204、206的计量阀205、207。计量阀205、207可以是常规类型且可包括，例如电控阀，其改变沙箱204、206中的孔尺寸以调节从这些沙箱到控制阀212-218的沙流。控制系统220可被编程以控制阀205、207使得来自沙箱204、206的沙子连续或按时间间隔流动。另一方面允许控制系统220通过调节从空气贮存器202流出的压缩空气的量来控制沙子的流速。连续或脉冲压缩空气流可被用来控制通过各喷嘴102-116的沙流。

本发明的另一方面允许改进或翻新传统机车以提高机车的额定牵引力和装备硬件和软件来实现本发明的各方面。改进在役机车的额定牵引力是有益的，这是因为，如果机车的施沙系统确定施沙的决定至少部分是基于牵引力，则通过改善的牵引力，机车的施沙系统可限制施撒于铁轨的沙量。

机车的额定牵引力可以通过更换机车牵引马达或安装用来控制影响机车额定牵引力的机车运行参数的软件模块而被增加或改善。传统机车可以该方式使其额定牵引力得到增加且可装备硬件和软件以使机车实现本发明的实施例。

本发明的实施例的技术效果是控制机车的施沙系统，使得在一些情形中施撒到铁轨的沙子的量得到限制，即在那些情形中以预定的增加量施撒沙子会有效增加机车车轮和铁轨之间的粘着力。

当介绍本发明的元件或实施例时，词语“一”、“该”和“所述”意思是指其为一个或多个元件。术语“包括”、“具有”是指被包括的且意思是可能有除了列出的元件以外的其它元件。

由于可以对上述结构作出各种修改而不脱离本发明的范围，所有包括在上述描述中或附图所示的内容应被认为是用于说明而不具有限定的意思。

Claims (15)

1.一种限制铁路机车施沙系统沙子的使用的方法，所述铁路机车施沙系统将沙子施撒到铁轨上以加强铁路机车的车轮在具有一对铁轨的轨道上的粘着力，所述施沙系统对于每个铁轨包括多个沙子施撒器，用于向所述铁轨引导沙流，并且所述机车具有装有支撑和沿轨道推动该机车的车轮的两个转向架，所述方法包括：

自动控制被所述机车施沙系统施撒到所述铁轨的沙流，以将沙子的施撒限制为这样的情况：其中，施撒沙子到所述铁轨将有效地以预定的增加量增加所述铁路机车车轮中的至少一个车轮在所述铁轨上的粘着力；以及

独立控制多个沙子施撒器的每一个的操作以选择性地操作那些其操作将导致所述机车车轮在所述铁轨上的粘着力增加至少所述预定的增加量的沙子施撒器，而不操作其它施撒器，以限制施撒到轨道的沙子的量。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

监控与机车相联系的运行参数，其中所述监控的运行参数被用作控制所述沙子施撒器的操作的条件。

3.如权利要求2所述的方法，还包括：

在一定量的沙子被施撒后测量施沙有效性；和

基于测量的施沙有效性自动控制沙流。

4.如权利要求2所述的方法，还包括：

基于监控的运行参数，选择要被操作的沙子施撒器。

5.如权利要求2所述的方法，其中监控的运行参数是从包括节流阀调定(throttle setting)、牵引力、速度和减速的一组运行参数中选择的。

6.如权利要求1所述的方法，其中自动控制沙流还包括将压缩空气施加到每一个铁轨以清洁所述机车的至少一个车轮前方的每一个铁轨。

7.如权利要求1所述的方法，其中自动控制沙流还包括在沙子被施撒到每一个铁轨后以一定时间间隔测量将沙子施撒到每一个铁轨的施沙有效性；

监控与所述机车相联系的运行参数；和

基于测量的施沙效果和监控的运行参数中的至少一个自动控制沙流。

8.一种限制铁路机车施沙系统沙子的使用的方法，所述铁路机车施沙系统将沙子施撒到铁轨上以加强铁路机车的车轮在铁轨上的粘着力，所述施沙系统包括多个沙子施撒器以将沙子施撒到所述铁轨，该方法包括：

自动控制被所述机车施沙系统施撒到所述铁轨的沙流，以限制所述沙子施撒器的操作为其操作将导致机车车轮在铁轨上的粘着力增加至少预定的增加量的那些施撒器的操作；

在所述沙子施撒器将沙子施撒到所述铁轨后测量施沙有效性；

基于测量的施沙有效性独立控制多个沙子施撒器的每一个的操作以选择性地操作那些其操作将导致所述机车车轮在所述铁轨上的粘着力增加至少所述预定的增加量的沙子施撒器，而不操作其它施撒器，以限制施撒到轨道的沙子的量。

9.如权利要求8所述的方法，基于测量的施沙有效性自动控制施撒沙流到所述铁轨的步骤还包括以恒定的速率连续施撒沙流、增加沙流和减少沙流中的一种。

10.如权利要求8所述的方法，自动控制施撒沙流到所述铁轨的步骤还包括向所述铁轨施加压缩空气流以清洁相对于机车行进方向的机车车轮前方的所述铁轨。

11.如权利要求8所述的方法，自动控制施撒沙流到所述铁轨的步骤还包括基于测量的施沙有效性独立控制所述多个沙子施撒器。

12.如权利要求11所述的方法，其中施沙有效性被以机车牵引力来测量。

13.如权利要求8所述的方法，还包括：

监控与机车相联系的运行参数；和

基于监控的运行参数和测量的施沙有效性中的至少一个自动控制施撒到铁轨的沙流。

14.如权利要求13所述的方法，还包括：

基于监控的运行参数和测量的施沙有效性中的至少一个独立控制多个沙子施撒器。

15.如权利要求8所述的方法，基于测量的施沙有效性控制施撒到铁轨的沙流的步骤还包括以下至少一个：控制允许沙子从沙箱流向所述多个沙子施撒器的计量装置和控制将沙子压向所述多个沙子施撒器的压缩空气。

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