CN106364497A - 基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法，包括撒砂装置安装、目标撒砂量设定、实际撒砂量宽度调节和实际撒砂量的自动调节步骤。速度传感器将实时监测的速度值，以频率信号的形式从其中一个通道输出，经F/U和U/I转换电路得到与速度对应的电流模拟量信号；输出的电流模拟量信号作为电流比例阀的输入，直接控制电流比例阀的阀口开闭，实现实际撒砂量的自动调节。采用上述方法后，能依据每米轨道上的固定撒砂量为原则，利用车辆速度传感器输出的速度信号控制撒砂装置中的电流比例阀，根据不同的速度信号撒砂装置输出不同的压力进而控制撒砂量的大小，最终实现高速时撒砂量大，低速撒砂量小的砂量自动调节。

Description

基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法

技术领域

本发明涉及轨道车辆空气制动系统设计领域，特别是一种基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法。

背景技术

有轨电车运行在露天轨道上，轨道条件受恶劣天气影响较大，同时车辆制动减速度较大，在紧急制动工况下最大减速度高达2.8 m/s²，依赖的轮轨间粘着要求高，但正常的轮轨间粘着很难保证车辆紧急制动时不发生滑行，为此，大部分车辆配置有撒砂装置。传统撒砂装置是以恒定撒砂量工作，对砂量的使用大，运营成本高且不经济，同时在低速时过大的撒砂量对轨道电路和轨道清洁带来较大的影响，如图1中的恒定撒砂量曲线图。另外，现有的撒砂装置都是通过节流孔或压力开关等方式来手动调节撒砂量，撒砂量的调节宽度有限且不能实现自动调节。现有的撒砂装置控制都是由电磁阀控制，气路元件较多。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法，该基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法能依据每米轨道上的固定撒砂量为原则，利用车辆速度传感器输出的速度信号控制撒砂装置中的电流比例阀，根据不同的速度信号撒砂装置输出不同的压力进而控制撒砂量的大小，最终实现高速时撒砂量大，低速撒砂量小的砂量自动调节。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法，包括如下步骤：

步骤1，撒砂装置安装：将撒砂装置安装在列车车辆底部，撒砂装置包括砂箱和与砂箱连接的撒砂器；撒砂器的喷嘴指向轮轨上表面，撒砂器上设置有控制器、节流阀和电流比例阀，节流阀和电流比例阀相串联后与控制器相连接；电流比例阀与安装在列车车辆制动系统上的速度传感器相连接；节流阀与空压机相连接。

步骤2，目标撒砂量设定：在撒砂器的控制器上设置一个固定的目标撒砂量，该目标撒砂量为每米轨道上的砂量。

步骤3，实际撒砂量宽度调节：根据列车车型以及步骤2中设定的目标撒砂量，进行实际撒砂量的宽度调节；具体为：通过空压机改变气体流量及压力，实现节流阀开度的控制，进而实现撒砂量的宽度调节，实际撒砂量的宽度调节值小于目标撒砂量。

步骤4，实际撒砂量的自动调节：速度传感器将实时监测的速度值，以频率信号的形式从其中一个通道输出，经F/U和U/I转换电路得到与速度对应的电流模拟量信号；输出的电流模拟量信号作为电流比例阀的输入，直接控制电流比例阀的阀口开闭，在列车高速时实际撒砂量大，列车低速时实际砂量小，实现实际撒砂量的自动调节；实际撒砂量的自动调节值和步骤3中的实际撒砂量的宽度调节值之和与步骤2中的目标撒砂量相等。

步骤1中，电流比例阀也与空压机相连接，空压机的电机接收车辆的撒砂指令；当车辆的撒砂指令为撒砂时，空压机启动，电流比例阀的输入电流为步骤4中的速度传感器的电流模拟量信号；当车辆的撒砂指令为不撒砂时，空压机停止工作，电流比例阀的输入电流为零。

空压机与电流比例阀连接的管路上设置有单向阀。

速度传感器安装在列车自由轴上，速度传感器能对列车车辆的车速进行实时检测。

速度传感器包括测速齿轮和与测速齿轮相配合的光电传感器，测速齿轮能对列车自由轴的转动圈数进行检测，光电传感器能对测速齿轮的齿数进行检测。

步骤2中的目标撒砂量设定为4g/m，步骤4中输出的电流模拟量信号为4-20mA。

空压机的空气入口处设置有过滤器。

砂箱内设置有砂位传感器。

砂箱上设置有砂位指示灯。

撒砂器的喷嘴处设置有加热装置。

本发明采用上述方法后，能依据每米轨道上的固定撒砂量为原则，利用车辆速度传感器输出的速度信号控制撒砂装置中的电流比例阀，根据不同的速度信号撒砂装置输出不同的压力进而控制撒砂量的大小，最终实现高速时撒砂量大，低速撒砂量小的砂量自动调节。因而，整体构思奇巧、结构简单，实现方便。另外，一方面减少传统撒砂装置的气路元件，一方面做到了按需用砂，减少了砂量的使用，提高砂量的使用效率，减少对轨道的影响。本发明不仅可以在有轨电车上使用，在地铁及动车组撒砂装置上都可以得到很广泛的应用。

附图说明

图1显示了本发明一种基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节原则示意图。

图2显示了撒砂装置的原理示意图。

图3显示了撒砂量自动调节的控制框图。

其中有：1.过滤器；2.空压机；3.电机；4.单向阀；5.安全阀；6.电流比例阀；7.节流阀；8.撒砂器；9.砂箱；10.砂位传感器；11.砂位指示灯；12.喷嘴；13.速度传感器；14.撒砂指令。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图3所示，一种基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法，包括如下步骤。

步骤1，撒砂装置安装，将撒砂装置安装在列车车辆底部。

如图2所示，撒砂装置包括砂箱9和与砂箱连接的撒砂器8。

上述砂箱内优选设置有砂位传感器10，砂箱上优选设置有砂位指示灯11。砂位传感器能对砂箱内的砂位进行实时检测，并将检测的砂位信息通过砂位指示灯进行显示或警示。

撒砂器的喷嘴12指向轮轨上表面，喷嘴优选分两行设置，每行均设置有至少一个喷嘴。每个喷嘴处均优选设置有加热装置，防止天冷结冰封堵喷嘴。

撒砂器上设置有控制器、节流阀7和电流比例阀6。

上述撒砂器不再采用单一的节流阀来调节撒砂量，本发明是采用系统自动调节压力来实现撒砂量的自动调节，因配置了电流比例阀，通过改变电流比例阀的电流大小，实现系统内部压力的自动调节。

节流阀和电流比例阀相串联后与控制器相连接。优选，节流阀的输出端与控制器连接，控制器控制撒砂器的撒砂量，也即每个喷嘴的喷射量。

节流阀的输入端与电流比例阀的输出端相串联。

电流比例阀具有两个输入端，电流比例阀的一个输入端与安装在列车车辆制动系统上的速度传感器相连接，速度传感器能对列车车辆的车速进行实时检测。

上述速度传感器可直接利用现有制动系统自带的速度传感器，只需将原来的单通道输出改为双通道输出即可。因而，不需额外增加设备，能降低成本。

电流比例阀的另一个输入端与空压机2相连接，电流比例阀与空压机的连接管路上还优选设置有单向阀4和安全阀5。单相阀的设置，能防止电流比例阀和节流阀中的压缩空气回流。安全阀的设置，能使节流阀和电流比例阀串联管路中的压力保持在设定范围。

上述空压机的空气入口处优选设置有过滤器1，空压机的电机3能接收车辆的撒砂指令。撒砂指令优选为数字信号，如数字信号（0，1）模式，数字信号0表示不撒砂，数字信号1表示撒砂。当车辆的撒砂指令为撒砂，也即接收到数字信号1时，空压机启动，电流比例阀的输入电流为速度传感器的电流模拟量信号；当车辆的撒砂指令为不撒砂。也即接收到数字信号0时，空压机停止工作，电流比例阀的输入电流为零。

电流比例阀与空压机的设置方式，能避免因列车在运行过程中，速度信号持续输出，比例阀线圈持续得电，使电流比例阀使用寿命降低的问题。当然，作为替换，电流比例阀也可仅有一个与速度传感器相连接的输入端，也在本发明的保护范围之内。

另外，不需再配置电磁阀来控制气路的通断，而是直接由车辆给出撒砂指令信号（数字信号）直接控制空压机的启停，减少了电磁阀等气路元件的使用，系统功能可靠，结构简单，降低了撒砂装置的故障率。

上述速度传感器优选安装在列车自由轴上，从而能够避免车轴滑行时速度信号不准确的问题。

另外，速度传感器优选包括测速齿轮和与测速齿轮相配合的光电传感器，测速齿轮能对列车自由轴的转动圈数进行检测，光电传感器能对测速齿轮的齿数进行检测。

步骤2，目标撒砂量设定：在撒砂器的控制器上设置一个如图1所示的固定的目标撒砂量，优选为4g/m。该目标撒砂量为每米轨道上的砂量。

步骤3，实际撒砂量宽度调节，也即实际撒砂量的粗调节。

根据列车车型以及步骤2中设定的目标撒砂量，进行实际撒砂量的宽度调节；具体为：通过空压机改变气体流量及压力，实现节流阀开度的控制，进而实现撒砂量的宽度调节，从而使撒砂装置能够适用于更多的车型和使用条件。

另外，上述实际撒砂量的宽度调节值小于目标撒砂量。上述节流阀可以机械手动控制，也可电动控制。

步骤4，实际撒砂量的自动调节，也即实际撒砂量的精细调节。

速度传感器将实时监测的速度值，以频率信号的形式从其中一个通道输出，经F/U和U/I转换电路得到与速度对应的电流模拟量信号，电流模拟量信号优选为4-20mA。输出的电流模拟量信号作为电流比例阀的输入，直接控制电流比例阀的阀口开闭，控制系统内的压力，在列车高速时实际撒砂量大，列车低速时实际砂量小，实现实际撒砂量的自动调节。

实际撒砂量的自动调节值和步骤3中的实际撒砂量的宽度调节值之和与步骤2中的目标撒砂量相等。

实际撒砂量的精细调节过程，具体为：通过列车自由轴上的光电传感器和测速齿轮的配合，在一定的闸门时间内计量脉冲数，光电传感器感应电流为14mA（11.3mA-17.4mA）时，输出高电平脉冲，感应电流为7mA（4.3mA-8.9mA）时，输出低电平脉冲，计量的脉冲信号通过频率/电压转换电路，将脉冲信号转为电压信号，电压信号再通过电压/电流转换电路，将电压信号转为电流信号，系统得到的电流信号将和撒砂指令（0、1）信号串联用于控制比例阀，实现基于速度控制的撒砂量自动调节。

通过车辆实时的速度控制撒砂量，在列车高速时砂量大，低速时砂量小，不仅提高了砂量的使用效率，降低运营成本和对轨道的影响，同时还能保证整个减速过程的轮轨间粘着是稳定的。

综上所述，本法米将速度控制和砂量自动调节结合在一起，通过每米轨道上的砂量为固定值（4g/m）为算法，实现了速度和砂量的匹配关系，同时利用多通道的速度传感器，不增加设备的基础上采到了速度信号用于控制撒砂量。另外本发明的撒砂装置，不再使用电磁阀进行控制，直接由车辆输出的撒砂指令（数字信号）进行控制撒砂，降低系统故障率。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，撒砂装置安装：将撒砂装置安装在列车车辆底部，撒砂装置包括砂箱和与砂箱连接的撒砂器；撒砂器的喷嘴指向轮轨上表面，撒砂器上设置有控制器、节流阀和电流比例阀，节流阀和电流比例阀相串联后与控制器相连接；电流比例阀与安装在列车车辆制动系统上的速度传感器相连接；节流阀与空压机相连接；

步骤2，目标撒砂量设定：在撒砂器的控制器上设置一个固定的目标撒砂量，该目标撒砂量为每米轨道上的砂量；

步骤3，实际撒砂量宽度调节：根据列车车型以及步骤2中设定的目标撒砂量，进行实际撒砂量的宽度调节；具体为：通过空压机改变气体流量及压力，实现节流阀开度的控制，进而实现撒砂量的宽度调节，实际撒砂量的宽度调节值小于目标撒砂量；

步骤4，实际撒砂量的自动调节：速度传感器将实时监测的速度值，以频率信号的形式从其中一个通道输出，经F/U和U/I转换电路得到与速度对应的电流模拟量信号；输出的电流模拟量信号作为电流比例阀的输入，直接控制电流比例阀的阀口开闭，在列车高速时实际撒砂量大，列车低速时实际砂量小，实现实际撒砂量的自动调节；实际撒砂量的自动调节值和步骤3中的实际撒砂量的宽度调节值之和与步骤2中的目标撒砂量相等。

2.根据权利要求1所述的基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法，其特征在于：步骤1中，电流比例阀也与空压机相连接，空压机的电机接收车辆的撒砂指令；当车辆的撒砂指令为撒砂时，空压机启动，电流比例阀的输入电流为步骤4中的速度传感器的电流模拟量信号；当车辆的撒砂指令为不撒砂时，空压机停止工作，电流比例阀的输入电流为零。

3.根据权利要求2所述的基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法，其特征在于：空压机与电流比例阀连接的管路上设置有单向阀。

4.根据权利要求1所述的基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法，其特征在于：速度传感器安装在列车自由轴上，速度传感器能对列车车辆的车速进行实时检测。

5.根据权利要求4所述的基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法，其特征在于：速度传感器包括测速齿轮和与测速齿轮相配合的光电传感器，测速齿轮能对列车自由轴的转动圈数进行检测，光电传感器能对测速齿轮的齿数进行检测。

6.根据权利要求1所述的基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法，其特征在于：步骤2中的目标撒砂量设定为4g/m，步骤4中输出的电流模拟量信号为4-20mA。

7.根据权利要求1所述的基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法，其特征在于：空压机的空气入口处设置有过滤器。

8.根据权利要求1所述的基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法，其特征在于：砂箱内设置有砂位传感器。

9.根据权利要求8所述的基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法，其特征在于：砂箱上设置有砂位指示灯。

10.根据权利要求1所述的基于速度控制的轨道车辆撒砂量自动调节方法，其特征在于：撒砂器的喷嘴处设置有加热装置。