CN102519737A - 滚动实验中判断滑动的方法和用于滚动试验台的防滑装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种滚动实验中判断滑动的方法。本发明还提供了一种用于滚动试验台的防滑装置，该防滑装置由速度传感组件、控制器和离合器组成，其中所述速度传感组件包括光反射码盘、光电转速传感器和转矩转速传感器；所述光电转速传感器用于检测机车轮对的转速，转矩转速传感器用于检测轨道轮的转速；所述控制器用于接收机车轮对转速信号和轨道轮转速信号，并采用本发明提供的方法进行滑动判断，并将判断结果传输给离合器；所述离合器用于将轨道轮与传动机构断开或连接。本发明提供的防滑装置，通过实施监测测试机车轮对和轨道轮的转速，并进行实时判断，能有效解决滚动试验过程中机车轮对相对轨道轮的滑行或空转问题。

Description

滚动实验中判断滑动的方法和用于滚动试验台的防滑装置

技术领域

本发明涉及轨道交通设备的测试系统，特别涉及一种滚动试验中判断滑动的方法和一种用于滚动试验台的防滑装置。

背景技术

机车防滑控制技术诞生于上个世纪初，发展至今已非常成熟，各种防滑装置也广泛应用于机车、动车等轨道交通车辆上，但滚动试验台系统的防滑保护装置却是一片空白。滚动试验是轨道车辆模拟线路运行的一种试验方法，牵引试验、制动试验以及动力学试验是轨道车辆滚动试验中经常进行的试验项目，在这些试验项目中不可避免的会出现类似线路运行中会出现的滑行现象。

滚动试验台是采用旋转的轨道轮来模拟无限长钢轨，机车轮对一旦在轨道轮上发生滑行就很容易周期性的重复发生，会导致机车轮对与轨道轮的损坏。因此，滚动实验中对防滑要求更为严格，以保护机车轮对和轨道轮。目前滚动试验中对于防滑的控制主要依靠三方面：机车自身的防滑装置、优化滚动试验台控制模式、试验操作人员经验。

滚动试验台是为机车或动车提供模拟线路运行的试验平台，被试对象种类繁多，具有很大的不确定性，且各种机车所配置的防滑装置的性能特点也千差万别，有些机车甚至不具备防滑装置，因此利用此方式防滑有很大的局限性。滚动试验的控制是由两个控制中心配合完成，其一是对被试机车的控制，其二是对试验设备的控制，试验设备具备较大系统惯量，使得通过优化控制模式来防滑其作用也是有限的。试验操作人员的经验也相差较大，对防滑的控制能力也不尽相同，因而也有很大局限性。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的滚动试验过程中机车轮对与轨道轮易发生空转或滑行的技术问题。

本发明提供了一种滚动实验中判断滑动的方法，包括以下步骤：

A、根据轨道车辆实际线路运行标准，设定空转判定值σ₁和滑行判定值σ₂；

B、分别测试机车轮对的转速v_c和轨道轮的转速v_g，k＝v_c/v_g；

C、将k与σ₁、σ₂进行比较，

若k＞σ₁，判定机车轮对相对轨道轮滑动；

若k＜σ₂，判定轨道轮相对机车轮对滑动；

其中，σ₁≥k₀，σ₂≤k₀，k0为转速比例常数，k₀＝R/r，R为轨道轮半径，r为机车轮对半径。

本发明还提供了一种用于滚动试验台的防滑装置，所述滚动试验台包括轨道轮、驱动轨道轮的传动机构和试验台计算机；所述防滑装置由速度传感组件、控制器和离合器组成，其中所述速度传感组件包括光反射码盘、光电转速传感器和转矩转速传感器；

所述光反射码盘固定设置于轮对上、且与轮对同步旋转，所述光电转速传感器固定设置于滚动试验台上，用于检测机车轮对的转速；所述转矩转速传感器与轨道轮固定连接，用于检测轨道轮的转速；

所述控制器用于接收机车轮对转速信号和轨道轮转速信号，并采用本发明提供的方法进行滑动判断，并将判断结果传输给离合器；所述离合器用于将轨道轮与传动机构断开或连接。

本发明提供的滚动实验中判断滑动的方法，结合滚动实验的特点，通过采用机车轮对与轨道轮的转速比例值作为空转和滑行判据，更加方便可靠。本发明提供的用于滚动试验台的防滑装置，通过光电转速传感器和转矩转速传感器能快捷便利的测量机车轮对与轨道轮的转速，并通过控制器对转速比例值实时判断是否发生空转或滑行，然后根据判断结果通过离合器分断来控制轨道轮的运动，及时解决机车轮对与轨道轮的空转、滑行现象，响应速度快，可靠性高。

附图说明

图1为本发明提供的滚动实验中判断滑动的方法的流程图。

图2为本发明提供的防滑装置与机车轮对、滚动试验台的结构原理图。

图中：1-光反射码盘，2-光电转速传感器，3-转矩转速传感器，4-控制器，5-离合器；100-机车轮对，200-轨道轮，201-传动机构，202-试验台计算机。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种滚动实验中判断滑动的方法，如图1所示，包括以下步骤：

A、根据轨道车辆实际线路运行标准，设定空转判定值σ₁和滑行判定值σ₂；

B、分别测试机车轮对的转速v_c和轨道轮的转速v_g，k＝v_c/v_g；

C、将k与σ₁、σ₂进行比较，

若k＞σ₁，判定机车轮对相对轨道轮滑动；

若k＜σ₂，判定轨道轮相对机车轮对滑动；

其中，σ₁≥k₀，σ₂≤k₀，k₀为转速比例常数，k₀＝R/r，R为轨道轮半径，r为机车轮对半径。

正常工作时，机车轮对与轨道轮无相对滑动，此时，机车轮对的转速v_c与轨道轮的转速v_g的比值k＝k₀，又称为转速比例常数。本发明的发明人通过大量实验发现，k₀由机车轮对直径和轨道轮的直径确定。具体地，k₀＝R/r，R为轨道轮半径，r为机车轮对半径。如图1所示，当测试得到的机车轮对的转速v_c与轨道轮的转速v_g满足关系k＝v_c/v_g＝k₀时，判定此时机车轮对相对轨道轮正常工作。

当机车进行牵引试验时，轨道轮带动试验系统陪试电机处于发电状态，即为机车轮对的负载。此状态下，机车轮对主动，而轨道轮被动。此时，测试得到的机车轮对的转速v_c与轨道轮的转速v_g满足关系k＝v_c/v_g＞σ₁，其中σ₁又称为空转判定值，σ₁≥k₀；因此根据图1所示，判定此时机车轮对相对轨道轮滑动(即空转)。此试验工况下，机车牵引力大于粘着力，机车轮对发生空转(又称“打飞轮”)。

当机车进行制动试验时，轨道轮由飞轮箱或飞轮箱及电动状态的陪试电机带动，模拟机车惯量。此状态下，轨道轮处于主动，而机车轮对处于被动。此时，测试得到的机车轮对的转速v_c与轨道轮的转速v_g满足关系k＝v_c/v_g＜σ₂，其中σ₂又称为滑行判定值，σ₂≤k₀；因此根据图1所示，判定此时轨道轮相对机车轮对滑动(即滑行)。此试验工况下机车制动力大于粘着力，机车轮对出现滑行(又称“抱死”)。

本发明中，空转判定值σ₁、滑行判定值σ₂根据轨道车辆实际线路运行标准确定。针对不同车辆以及不同线路，本领域技术人员可根据具体情况进行相应设定。

例如，以新干线500系车辆为例，本发明的发明人通过大量实验结合经验值给出以下速度差判据：在67km/h以上时采用速度差率为15％作为判断标准，67km/h以下时采用速度差为10km/h作为判断标准。需要注意地市，此处所述速度差中的速度为轨道轮最高车轴速度(v’_g)，而非前述轨道轮的转速(v_g)。

因此，此时，σ₁、σ₂满足下述公式：

${\mathrm{\&sigma;}}_1=\left\{\begin{array}{cc}115k_0& {v^{\&prime;}}_g>67\mathrm{km}/h\\ k_0+\frac{10}{2\mathrm{\&pi;}{{\mathrm{rv}}^{\&prime;}}_g}& {v^{\&prime;}}_g<67\mathrm{km}/h\end{array}\right.;$

${\mathrm{\&sigma;}}_2=\left\{\begin{array}{cc}85k_0& {v^{\&prime;}}_g>67\mathrm{km}/h\\ k_0-\frac{10}{2\mathrm{\&pi;}{{\mathrm{rv}}^{\&prime;}}_g}& {v^{\&prime;}}_g<67\mathrm{km}/h\end{array}\right.;$

其中，v’_g为轨道轮最高车轴速度； ${v^{\&prime;}}_g=\frac{v_g\&times;2\mathrm{\&pi;R}\&times;{10}^{-3}}{\frac{1}{60}}=0.12\mathrm{\&pi;}{\mathrm{Rv}}_g\mathrm{km}/h.$

本发明中，所述空转判定值σ₁、滑行判定值σ₂还可通过本领域技术人员结合实际运行线路和车辆进行相应设定，并不局限于上述公式。

本发明提供的滚动实验中判断滑动的方法，结合滚动实验的特点，通过采用机车轮对与轨道轮的转速比值(k＝v_c/v_g)作为空转和滑行判据，更加方便可靠。

本发明还提供了一种用于滚动试验台的防滑装置。如图2所示，所述滚动试验台包括轨道轮200、驱动轨道轮200的传动机构201和试验台计算机202。本发明提供的防滑装置，由速度传感组件、控制器4和离合器5组成，其中所述速度传感组件包括光反射码盘1、光电转速传感器2和转矩转速传感器3。

如图2所示，所述光反射码盘1固定设置于机车轮对100上、且与机车轮对100同步旋转，所述光电转速传感器2固定设置于滚动试验台上，用于检测机车轮对100的转速。具体地，所述光电转速传感器2用于直接检测光反射码盘1的转速，而光反射码盘1随着机车轮对100同步旋转，即其转速与机车轮对100的转速相同，因此光电转速传感器2测定的转速即等效为机车轮对100的转速。

本发明中，若机车自身携带有光电速度传感器，本发明中所述光电转速传感器可直接采用机车自身携带的光电速度传感器，无需再另设传感器，以降低成本。

所述转矩转速传感器3与轨道轮200固定连接，用于检测轨道轮200的转速。具体地，转矩转速传感器3与轨道轮200通过万向联轴器连接，同心旋转，两者的转速相同。

所述控制器4用于接收光电转速传感器2传送的机车轮对100的转速信号和转矩转速传感器3传送的轨道轮200转速信号。然后，所述控制器4采用本发明提供的方法进行滑动判断，具体包括：计算转速比值k，并将k与σ₁、σ₂进行比较，实时判断机车轮对100相对轨道轮200是否发生空转或滑行现象。同时，所述控制器4将判断结果传输给离合器5。所述离合器5根据判断结果将轨道轮200与传动机构201断开或连接，从而对轨道轮200的转速进行控制，及时解决机车轮对100相对轨道轮200的空转或滑行现象。

若离合器5直接与轨道轮200相连，当滑行发生时，离合器5分离，转矩转速传感器3无法测量轨道轮200的转速，也无法将轨道轮200的转速与传动机构201所携带的测速装置测得的转速进行比对，进而无法确定何时再闭合离合器5。因此，作为本发明的一种优选实施方式，如图2所示，所述离合器5位于转矩转速传感器3与传动机构201之间。即所述离合器5的一端与转矩转速传感器3连接，即离合器5通过转矩转速传感器3与轨道轮200连接；离合器5的另一端与传动机构201连接。

如图2所示，所述控制器4的一端与试验台计算机202连接，用于控制轨道轮200的转速。具体地，控制器4根据转矩转速传感器3测得的轨道轮200的转速，反馈给试验台计算机202，若其转速过高，则可通过试验台计算机202控制陪试电机，限制其转速，从而对轨道轮200的转速在适当范围内进行控制。

所述控制器4还包括参数输入端，所述参数输入端用于输入机车轮对100和轨道轮200的半径、σ₁和σ₂。通过在控制器4的参数输入端输入相关参数，控制器4能计算得到实际试验工况下的k₀、σ₁、σ₂值。

本发明中，所述控制器4可为平板电脑，但不局限于此；所述参数输入端为平板电脑的触摸屏。

本发明中，所述控制器4内内置有开关量输出模块，用于给离合器5发送开关量信号。一旦通过检测并及时判断到有滑行或空转产生，控制器4通过开关量输出模块发送开关量信号，离合器5根据开关量信号进行断开或连接操作，整个动作过程控制在50ms以下，响应速度非常高。

本发明中，对于光电转速传感器2和转矩转速传感器3的个数没有特殊限定，其数量均与机车轮对100的个数匹配即可。优选情况下，所述机车轮对100的个数为6个，则光电转速传感器2与转矩转速传感器3的个数均为6个。

本发明中，所述离合器5优选采用通电型电磁离合器。通电型电磁离合器的动作时间小于10ms，更进一步实现快速断开连接操作，确保对滑行或空转控制的响应速度。

本发明的用于滚动试验台的防滑装置的工作原理为：

(1)光电转速传感器2检测机车轮对100的转速v_c，转矩转速传感器3检测轨道轮200的转速v_g，控制器4处理转速信号，采用本发明提供的方法进行滑动判断，若计算k值满足：k＝v_c/v_g＝k₀，判定此时机车轮对100与轨道轮200正常工作，机车轮对100与轨道轮200无相对滑动，离合器5根据该判定结果，将轨道轮200与传动机构201正常连接，保证轨道轮200正常工作。

(2)光电转速传感器2检测机车轮对100的转速v_c，转矩转速传感器3检测轨道轮200的转速v_g，控制器4处理转速信号，采用本发明提供的方法进行滑动判断，若计算k值满足：k＝v_c/v_g＞σ₁≥k₀，即判定此时机车轮对100相对轨道轮200滑动(即出现空转现象)；控制器4将判断结果传输给离合器5，并通过控制器4内置的开关量输出模块向离合器5发送断开信号。

离合器5根据信号断开，即将轨道轮200与传动机构201断开，此时轨道轮200处于自由旋转状态，跟随机车轮对100转动，从而迅速消除空转现象。同时由于机车轮对100负载突然减轻，轮对速度会快速上升，此时机车轮对100自身携带的防空转设备立即动作，及时限制机车轮对100转速的继续上升。

(3)光电转速传感器2检测机车轮对100的转速v_c，转矩转速传感器3检测轨道轮200的转速v_g，控制器4处理转速信号，采用本发明提供的方法进行滑动判断，若计算k值满足：k＝v_c/v_g＜σ₂≤k₀，即判定此时轨道轮200相对机车轮对100滑动(即出现滑行现象)；控制器4将判断结果传输给离合器5，并通过控制器4内置的开关量输出模块向离合器5发送断开信号。

离合器5根据信号断开，即将轨道轮200与传动机构201断开，此时轨道轮200失去飞轮箱和陪试电机的驱动而处于自由旋转状态，跟随机车轮对100转动，从而迅速消除滑行现象。同时由于飞轮箱及陪试电机负载突然减轻，轨道轮200的转速会快速上升，而在控制器4给离合器5断开信号的同时给试验台计算机202控制信号，及时限制陪试电机的转速上升。

本发明提供的用于滚动试验台的防滑装置，通过光电转速传感器2和转矩转速传感器3能快捷便利的测量机车轮对100与轨道轮200的转速，并通过控制器4采用本发明提供的方法对转速比例值实时判断，判断是否发生空转或滑行，然后根据判断结果通过离合器5分断来控制轨道轮200的运动，及时解决机车轮对100相对轨道轮200的空转、滑行现象，响应速度快，可靠性高。

以上实施例仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，所作出的若干改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种滚动实验中判断滑动的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、根据轨道车辆实际线路运行标准，设定空转判定值σ₁和滑行判定值σ₂；

B、分别测试机车轮对的转速v_c和轨道轮的转速v_g，k＝v_c/v_g；

C、将k与σ₁、σ₂进行比较，

若k＞σ₁，判定机车轮对相对轨道轮滑动；

若k＜σ₂，判定轨道轮相对机车轮对滑动；

其中，σ₁≥k₀，σ₂≤k₀，k₀为转速比例常数，k₀＝R/r，R为轨道轮半径，r为机车轮对半径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

${\mathrm{\&sigma;}}_1=\left\{\begin{array}{cc}115k_0& {v^{\&prime;}}_g>67\mathrm{km}/h\\ k_0+\frac{10}{2\mathrm{\&pi;}{{\mathrm{rv}}^{\&prime;}}_g}& {v^{\&prime;}}_g<67\mathrm{km}/h\end{array}\right.;$

${\mathrm{\&sigma;}}_2=\left\{\begin{array}{cc}85k_0& {v^{\&prime;}}_g>67\mathrm{km}/h\\ k_0-\frac{10}{2\mathrm{\&pi;}{{\mathrm{rv}}^{\&prime;}}_g}& {v^{\&prime;}}_g<67\mathrm{km}/h\end{array}\right.;$

其中，v’_g为轨道轮最高车轴速度，v′_g＝0.12πRv_g km/h。

3.一种用于滚动试验台的防滑装置，所述滚动试验台包括轨道轮、驱动轨道轮的传动机构和试验台计算机；其特征在于，所述防滑装置由速度传感组件、控制器和离合器组成，其中所述速度传感组件包括光反射码盘、光电转速传感器和转矩转速传感器；

所述光反射码盘固定设置于机车轮对上、且与机车轮对同步旋转，所述光电转速传感器固定设置于滚动试验台上，用于检测机车轮对的转速；所述转矩转速传感器与轨道轮固定连接，用于检测轨道轮的转速；

所述控制器用于接收机车轮对转速信号和轨道轮转速信号，并采用权利要求1的方法进行滑动判断，并将判断结果传输给离合器；所述离合器用于将轨道轮与传动机构断开或连接。

4.根据权利要求3所述的防滑装置，其特征在于，所述离合器的一端与转矩转速传感器连接，另一端与传动机构连接。

5.根据权利要求3所述的防滑装置，其特征在于，所述控制器的一端与试验台计算机连接。

6.根据权利要求3所述的防滑装置，其特征在于，所述控制器还包括参数输入端，所述参数输入端用于输入机车轮对和轨道轮的半径、σ₁和σ₂。

7.根据权利要求6所述的防滑装置，其特征在于，所述控制器为平板电脑，所述参数输入端为平板电脑的触摸屏。

8.根据权利要求3所述的防滑装置，其特征在于，所述控制器内内置有开关量输出模块，用于给离合器发送开关量信号。

9.根据权利要求3所述的防滑装置，其特征在于，所述光电转速传感器和转矩转速传感器的个数均与机车轮对的个数相同。

10.根据权利要求3所述的防滑装置，其特征在于，所述离合器为通电型电磁离合器。

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