CN114407940B - 一种机车空转调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机车空转调节方法，包括：步骤1、判断车轮是否空转，若是，则采集空转发生时刻前300秒内车轮的空转次数，进行阈值更新；步骤2、设定第二空转次数；步骤3、判断第二空转次数是否小于限值，若第二空转次数超过限值，则将第二空转次数数值设置为限值；步骤4、计算空转发生时刻的前30秒、前60秒、前100秒、前150秒、前300秒的每秒空转次数x；步骤5、计算调节参数DIF；步骤6、计算第二最大限值牵引力；步骤7、将机车最大限值牵引力设置为第二最大限值牵引力。本发明通过对阈值及最大能发挥的牵引力进行调整，解决了固定的判定阈值不能满足不同的运用工况，从而导致电力机车不能有效抑制空转，持续的空转会对车体造成损伤的问题。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，尤其涉及一种机车空转调节方法。
背景技术
随着近年来铁路运输迅速发展，机车功率不断提高，轮轨间需要传递的载荷日益增大。机车有效功率的充分利用，实际上受到轮轨间最大可利用粘着水平的限制。当机车电机牵引力超过轮轨间能产生的最大粘着力时，机车轮对就会出现空转现象，使得可传递的牵引力急剧下降。另外机车轮对空转还会造成如钢轨面过度磨损、轮箍发热超过允许的最高温度的现象，在牵引工况下电动机转速超过最大允许值，制动工况下擦伤车轮踏面和延长制动距离等严重问题。为了保证机车的安全可靠运行，并尽可能充分利用最大可能的牵引力和制动力，需要实现对电力机车最佳的粘着控制，即设定合适的最大牵引力限值、阈值。但是，现有技术中均使用固定的阈值、最大限值牵引力，由于最大粘着点根据钢轨的不同情况而有所不同，这就导致得到的算法仅适合某一种工况或某一段铁路，不能针对不同的路况对阈值、最大牵引力限值进行调整，从而调整最大黏着点。
发明内容
本发明提供一种机车空转调节方法，以克服以上问题。
本发明包括以下步骤：
步骤1、采集蠕滑速度、车轮加速度，根据蠕滑速度、车轮加速度、阈值，判断车轮是否空转，若是，则采集空转发生时刻前300秒内车轮的空转次数，进行阈值更新，并执行下一步骤；若否，则采集蠕滑速度、车轮加速度，直至车轮进行空转；
步骤2、根据空转次数惩罚算法，设定第二空转次数；
步骤3、判断第二空转次数是否小于限值，若第二空转次数超过限值，则将第二空转次数数值设置为限值，若第二空转次数小于等于限值，则不修改第二空转次数数值；
步骤4、根据第二空转次数，分别计算空转发生时刻的前30秒中的每秒空转次数q、空转发生时刻的前60秒中的每秒空转次数w、空转发生时刻的前100秒中的每秒空转次数a、空转发生时刻的前150秒中的每秒空转次数s、空转发生时刻的前300秒中的每秒空转次数x；
步骤5、根据空转发生时刻的前30秒中的每秒空转次数q、空转发生时刻的前60秒中的每秒空转次数w、空转发生时刻的前100秒中的每秒空转次数a、空转发生时刻的前150秒中的每秒空转次数s、空转发生时刻的前300秒中的每秒空转次数x，计算调节参数DIF；
步骤6、根据调节参数DIF、第一最大限值牵引力，计算第二最大限值牵引力；所述第一最大限值牵引力为机车当前的最大限值牵引力；
步骤7、将机车最大限值牵引力设置为第二最大限值牵引力，完成机车空转调整。
进一步地，步骤1中进行阈值更新，基于以下策略：
步骤11、计算空转发生时刻的前30秒中的每秒空转次数q、空转发生时刻的前60秒中的每秒空转次数w；
步骤12、判断q的数值是否大于w的数值，若是，则判断钢轨最大粘着点减小，执行步骤13，若否，则执行步骤14；
步骤13、计算q和w的数值总和是否大于30，若是，则将阈值减小0.03，并执行步骤16；若否，则将阈值减小(q+w)/1000，并执行步骤16；
步骤14、计算q和w的数值总和是否大于30，若是，则将阈值增大0.03，并执行步骤15；若否，则将阈值增大(q+w)/1000，并执行步骤15；
步骤15、判断阈值是否大于初始阈值，若是，则设定阈值为初始阈值；若否，则执行步骤16；所述初始阈值为根据经验设定；
步骤16、结束阈值更新。
进一步地，步骤1中判断车轮是否空转，基于以下策略：
将蠕滑速度与阈值进行比较，若蠕滑速度大于阈值，则判断车轮发生空转；所述蠕滑速度为机车的车速与车轮的轮速的差值；
将车轮加速度与阈值进行比较，若加速度大于阈值，则判断车轮发生空转。
进一步地，步骤2包括：
判断空转发生时刻所属的控制周期的前一个控制周期是否也是空转周期，若否，则设定所述时刻所属的控制周期内的空转次数，为第二空转次数；若是，则设定第二空转次数为：第二空转次数＝(空转持续控制周期内的所有空转次数)2；所述控制周期为根据经验设定。
进一步地，步骤5中调节参数的计算公式为：
DIF＝(q-w)×0.5+(a-s)×0.3+(z-x)×0.2 (1)
其中，DIF为调节参数，q为空转发生时刻的前30秒中的每秒空转次数，w为空转发生时刻的前60秒中的每秒空转次数，
a为空转发生时刻的前100秒中的每秒空转次数，s为计算空转发生时刻的前150秒中的每秒空转次数；
z为空转发生时刻的前200秒中的每秒空转次数，x为空转发生时刻的前300秒中的每秒空转次数。
进一步地，步骤6包括：
步骤61、判断调节参数DIF是否大于零，若是，则执行步骤62；若否，则执行步骤65；
步骤62、判断DIF是否大于30，若是，则执行步骤63，若否，则执行步骤64；
步骤63、计算最大限值牵引力，执行步骤7；第二最大限值牵引力的计算公式为：
设置最大限值牵引力为：
Ft+1＝Ft-30 (2)
其中，Ft+1为第二最大限值牵引力；Ft为第一最大限值牵引力，即机车当前的最大限值牵引力；
步骤64、计算最大限值牵引力，执行步骤7；第二最大限值牵引力的计算公式为：
Ft+1＝Ft-DIF (3)
其中，Ft+1为第二最大限值牵引力；Ft为第一最大限值牵引力，即机车当前的最大限值牵引力；DIF为调节参数；
步骤65、判断DIF是否小于-30，若是，则执行步骤66，若否，则执行步骤67；
步骤66、计算最大限值牵引力，执行步骤7；第二最大限值牵引力的计算公式为：
Ft+1＝Ft+30 (4)
其中，Ft+1为第二最大限值牵引力；Ft为第一最大限值牵引力，即机车当前的最大限值牵引力；
步骤67、计算最大限值牵引力，执行步骤7；第二最大限值牵引力的计算公式为：
Ft+1＝Ft+|DIF| (5)
其中，Ft+1为第二最大限值牵引力；Ft为第一最大限值牵引力，即机车当前的最大限值牵引力；|DIF|为调节参数的绝对值。
有益效果：
本发明通过记录空转发生时刻前300秒的空转次数数据，计算调节参数，针对性的对阈值及最大能发挥的牵引力(最大限值牵引力)进行调整，找到满足当前电力机车运用环境的匹配阈值，解决了固定的判定阈值不能满足不同的运用工况，从而导致电力机车不能有效抑制空转，持续的空转会对车体造成损伤的问题；并设置最大限值牵引力，有效利用最大粘着力，在牵引力有效发挥的前提下，减少后续发生空转的可能，保证车体安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明步骤流程图；
图2为本发明流程框图；
图3为本发明第二空转次数设定流程图；
图4为本发明调节参数设定流程图；
图5为本发明阈值更新流程图；
图6为本发明最大限值牵引力设定流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示，本发明包括以下步骤：
步骤1、采集蠕滑速度、车轮加速度，根据蠕滑速度、车轮加速度、阈值，判断车轮是否空转，若是，则采集空转发生时刻前300秒内车轮的空转次数，进行阈值更新，并执行下一步骤；若否，则采集蠕滑速度、车轮加速度，直至车轮进行空转；所述阈值为根据初始阈值计算获得，所述初始阈值为根据经验设定；
具体而言，300秒是对保证机车的运行时间到达一定长度，获得的数据能够充分反应实时轨面情况，选取的时间太短可能会有干扰等因素影响采集结果，选取的时间太长会使本发明的实时性就变差。
步骤2、根据空转次数惩罚算法，设定第二空转次数；
步骤3、判断第二空转次数是否小于限值，若第二空转次数超过限值，则将第二空转次数设置为限值，若第二空转次数小于等于限值，则不修改第二空转次数数值，所述限值为根据经验设定；
具体而言，为了避免算法的过度调节，即控制周期非常短，当由于振动等原因出现假的空转时，可能会引发惩罚次数快速增大，误判当前轨面状态；因此本申请对第二空转次数进行了限值，避免过度调节对整车产生不利影响；
步骤4、根据第二空转次数，分别计算空转发生时刻的前30秒中的每秒空转次数q、空转发生时刻的前60秒中的每秒空转次数w、空转发生时刻的前100秒中的每秒空转次数a、空转发生时刻的前150秒中的每秒空转次数s、空转发生时刻的前300秒中的每秒空转次数x；
具体而言，选取前30秒、前60秒、前100秒、前150秒、前300秒是在300秒的基础上等分选取的数据。
步骤5、根据空转发生时刻的前30秒中的每秒空转次数q、空转发生时刻的前60秒中的每秒空转次数w、空转发生时刻的前100秒中的每秒空转次数a、空转发生时刻的前150秒中的每秒空转次数s、空转发生时刻的前300秒中的每秒空转次数x，计算调节参数DIF；
步骤6、根据调节参数DIF、第一最大限值牵引力，计算第二最大限值牵引力，所述第一最大限值牵引力为机车当前的最大限值牵引力；
步骤7、将机车最大限值牵引力设置为第二最大限值牵引力，完成机车空转调整。
具体而言，记录空转发生时刻前300秒的空转数据，通过对前300秒的数据分析，运用统计学计算方法对机车目前所处的路况进行在线预测，并根据预测结果对判定阈值及整车能够发挥的最大牵引力进行调整，找到满足当前电力机车运用环境的匹配阈值，有效利用最大粘着力，在牵引力有效发挥的前提下，保证车体安全；以现有技术最常用空转抑制及恢复方法为基础，在不改变空转调整算法的基础上，通过统计学对当前粘着情况进行估计，并根据估计结果对阈值及整车最大能发挥的牵引力进行调整。
优选的，如图5所示，所述步骤1中进行阈值更新，基于以下策略：
步骤11、计算空转发生时刻的前30秒中的每秒空转次数q、空转发生时刻的前60秒中的每秒空转次数w；
步骤12、判断q的数值是否大于w的数值，若是，则判断钢轨最大粘着点减小，执行步骤13，若否，则执行步骤14；
步骤13、计算q和w的数值总和是否大于30，若是，则将阈值减小0.03，并执行步骤16；若否，则将阈值减小(q+w)/1000，并执行步骤16；
步骤14、计算q和w的数值总和是否大于30，若是，则将阈值增大0.03，并执行步骤15；若否，则将阈值增大(q+w)/1000，并执行步骤15；
步骤15、判断阈值是否大于初始阈值，若是，则设定阈值为初始阈值；若否，则执行步骤16；所述初始阈值为根据经验设定；
具体而言，当空转发生时刻前30秒内平均空转次数大于60秒内平均空转次数时，对判定阈值进行减小调节，减小幅度为(q+w)/1000，并且当此部分调节值大于0.03时，仅采用0.03的调节值，避免单次调节过大产生过渡调节，不利于系统的运行；当空转发生时刻前30秒内平均空转次数小于前60秒内的平均空转次数，则代表钢轨粘着情况变好，此时开始缓慢增大阈值，增大幅度同样与统计学计算结果相关，并且调节最大值不能大于最初设定的值，从而能够保证机车的安全运行。
优选的，步骤1中判断车轮是否空转，均基于以下策略：
将蠕滑速度与阈值进行比较，若蠕滑速度大于阈值，则判断车轮发生空转；所述蠕滑速度为机车的车速与车轮的轮速的差值；
将车轮加速度与阈值进行比较，若加速度大于阈值，则判断车轮发生空转。
具体而言，蠕滑速度通过车速与轮速的差值计算得到，并将此差值与预先设定好的阈值进行比较，当其差值大于等于阈值时，判定此轮所在的轴发生空转，并进行牵引力卸载；通过记录车轮这一周期与上一周期是速度值，来计算车轮的加速度，并将此加速度与设定好的阈值进行对比，当加速度大于此阈值时，判定此轮所在的轴发生了空转，对轮所在的轴进行牵引力进行调整。
优选的，如图3所示，步骤2包括：
判断空转发生时刻所属的控制周期的前一个控制周期是否也是空转周期，若否，则设定所述时刻所属的控制周期内的空转次数，为第二空转次数；若是，则设定第二空转次数为：第二空转次数＝(空转持续控制周期内的所有空转次数)2；所述控制周期为根据经验设定。
具体而言，根据前一个控制周期是否也是空转周期进行判定，如果上一周期未发生空转，则记录本次控制周期内的空转次数；如果上一周期也是空转，那么就空转次数进行惩罚，假如是持续空转的所有控制周期内有30次空转，那其空转次数将会是900，较大的空转次数将会对后续的调整产生较大的影响，对连续的空转进行惩罚，快速增加空转次数，使得对恶劣轨面更迅速反应。
优选的，如图4所示，步骤5中调节参数的计算公式为：
DIF＝(q-w)×0.5+(a-s)×0.3+(z-x)×0.2 (1)
其中，DIF为调节参数，q为空转发生时刻的前30秒中的每秒空转次数，w为空转发生时刻的前60秒中的每秒空转次数，
a为空转发生时刻的前100秒中的每秒空转次数，s为计算空转发生时刻的前150秒中的每秒空转次数；
z为空转发生时刻的前200秒中的每秒空转次数，x为空转发生时刻的前300秒中的每秒空转次数。
具体而言，对空转发生时刻前30秒的空转数据计算每秒的空转次数，对空转发生时刻前60秒的空转数据计算每秒的空转次数，对两者进行做差。同样的分别对空转发生时刻前100秒、150秒、200秒、300秒的每秒发生的空转的平均值进行计算并做差，并根据越接近现在时刻的权重越高原则，分别取权重为0.5，0.3，0.2分别进行相乘，得到的数据用来调整可发挥的最大牵引力。
优选的，图6所示，步骤6包括：
步骤61、判断调节参数DIF是否大于零，若是，则执行步骤62；若否，则执行步骤65；
步骤62、判断DIF是否大于30，若是，则执行步骤63，若否，则执行步骤64；
步骤63、计算最大限值牵引力，执行步骤7；第二最大限值牵引力的计算公式为：
设置最大限值牵引力为：
Ft+1＝Ft-30 (2)
其中，Ft+1为第二最大限值牵引力；Ft为第一最大限值牵引力，即机车当前的最大限值牵引力；
步骤64、计算最大限值牵引力，执行步骤7；第二最大限值牵引力的计算公式为：
Ft+1＝Ft-|DIF | (3)
其中，Ft+1为第二最大限值牵引力；Ft为第一最大限值牵引力，即机车当前的最大限值牵引力；|DIF|为调节参数的绝对值；
步骤65、判断DIF是否小于-30，若是，则执行步骤66，若否，则执行步骤67；
步骤66、计算最大限值牵引力，执行步骤7；第二最大限值牵引力的计算公式为：
Ft+1＝Ft+30 (4)
其中，Ft+1为第二最大限值牵引力；Ft为第一最大限值牵引力，即机车当前的最大限值牵引力；
步骤67、计算最大限值牵引力，执行步骤7；第二最大限值牵引力的计算公式为：
Ft+1＝Ft+|DIF| (5)
其中，Ft+1为第二最大限值牵引力；Ft为第一最大限值牵引力，即机车当前的最大限值牵引力；|DIF|为调节参数的绝对值。
具体而言，输入为空转发生时刻前300秒的所有数据的平均空转的阶段性做差，并根据越靠近空转发生时刻权重越大的原则进行乘权加和后的内容，此内容能够更准确的预测牵引力应该发挥到那种程度。当输入值与0的偏差越大，证明空转发生时刻的粘着变化趋势越剧烈，对最大能够实现的牵引力限值进行较大调整；反之，该输入越接近于0，则对最大能够实现的牵引力限值进行略微调整，符合整车所在环境的变化，限制最大可发挥的牵引力，减少空转的发生。
有益效果：
本发明通过记录空转发生时刻前300秒的空转数据，对此300秒内的数据进行求解平均值、不同时间段平均值得差值、不同时间段差值的权重等因素来判定现阶段及后续阶段轨面的变化趋势，计算调节参数，针对性的对阈值及最大能发挥的牵引力(最大限值牵引力)进行调整，找到满足当前电力机车运用环境的匹配阈值，解决了固定的判定阈值不能满足不同的运用工况，从而导致电力机车不能有效抑制空转，持续的空转会对车体造成损伤的问题；并设置最大限值牵引力，有效利用最大粘着力，在牵引力有效发挥的前提下，减少后续发生空转的可能，保证车体安全。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种机车空转调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、采集蠕滑速度、车轮加速度，根据蠕滑速度、车轮加速度、阈值，判断车轮是否空转，若是，则采集空转发生时刻前300秒内车轮的空转次数，进行阈值更新，并执行下一步骤；若否，则采集蠕滑速度、车轮加速度，直至车轮进行空转；
步骤2、根据空转次数惩罚算法，设定第二空转次数；
步骤3、判断第二空转次数是否小于限值，若第二空转次数超过限值，则将第二空转次数数值设置为限值，若第二空转次数小于等于限值，则不修改第二空转次数数值；
步骤4、根据第二空转次数，分别计算空转发生时刻的前30秒中的每秒空转次数q、空转发生时刻的前60秒中的每秒空转次数w、空转发生时刻的前100秒中的每秒空转次数a、空转发生时刻的前150秒中的每秒空转次数s、空转发生时刻的前300秒中的每秒空转次数x；
步骤5、根据空转发生时刻的前30秒中的每秒空转次数q、空转发生时刻的前60秒中的每秒空转次数w、空转发生时刻的前100秒中的每秒空转次数a、空转发生时刻的前150秒中的每秒空转次数s、空转发生时刻的前300秒中的每秒空转次数x，计算调节参数DIF；
步骤6、根据调节参数DIF、第一最大限值牵引力，计算第二最大限值牵引力；所述第一最大限值牵引力为机车当前的最大限值牵引力；
步骤7、将机车最大限值牵引力设置为第二最大限值牵引力，完成机车空转调整；
所述步骤1中进行阈值更新，基于以下策略：
步骤11、计算空转发生时刻的前30秒中的每秒空转次数q、空转发生时刻的前60秒中的每秒空转次数w；
步骤12、判断q的数值是否大于w的数值，若是，则判断钢轨最大粘着点减小，执行步骤13，若否，则执行步骤14；
步骤13、计算q和w的数值总和是否大于30，若是，则将阈值减小0.03，并执行步骤16；若否，则将阈值减小(q+w)/1000，并执行步骤16；
步骤14、计算q和w的数值总和是否大于30，若是，则将阈值增大0.03，并执行步骤15；若否，则将阈值增大(q+w)/1000，并执行步骤15；
步骤15、判断阈值是否大于初始阈值，若是，则设定阈值为初始阈值；若否，则执行步骤16；所述初始阈值为根据经验设定；
步骤16、结束阈值更新。
2.根据权利要求1所述的一种机车空转调节方法，其特征在于，所述步骤1中判断车轮是否空转，基于以下策略：
将蠕滑速度与阈值进行比较，若蠕滑速度大于阈值，则判断车轮发生空转；所述蠕滑速度为机车的车速与车轮的轮速的差值；
将车轮加速度与阈值进行比较，若加速度大于阈值，则判断车轮发生空转。
3.根据权利要求1所述的一种机车空转调节方法，其特征在于，所述步骤2包括：
判断空转发生时刻所属的控制周期的前一个控制周期是否也是空转周期，若否，则设定所述时刻所属的控制周期内的空转次数，为第二空转次数；若是，则设定第二空转次数为：第二空转次数＝(空转持续控制周期内的所有空转次数)2；所述控制周期为根据经验设定。
4.根据权利要求1所述的一种机车空转调节方法，其特征在于，所述步骤5中调节参数的计算公式为：
DIF＝(q-w)×0.5+(a-s)×0.3十(z-x)×0.2 (1)
其中，DIF为调节参数，q为空转发生时刻的前30秒中的每秒空转次数，w为空转发生时刻的前60秒中的每秒空转次数，
a为空转发生时刻的前100秒中的每秒空转次数，s为计算空转发生时刻的前150秒中的每秒空转次数；
z为空转发生时刻的前200秒中的每秒空转次数，x为空转发生时刻的前300秒中的每秒空转次数。
5.根据权利要求1所述的一种机车空转调节方法，其特征在于，所述步骤6包括：
步骤61、判断调节参数DIF是否大于零，若是，则执行步骤62；若否，则执行步骤65；
步骤62、判断DIF是否大于30，若是，则执行步骤63，若否，则执行步骤64；
步骤63、计算最大限值牵引力，执行步骤7；第二最大限值牵引力的计算公式为：
设置最大限值牵引力为：
Ft+1＝Ft-30 (2)
其中，Ft+1为第二最大限值牵引力；Ft为第一最大限值牵引力，即机车当前的最大限值牵引力；
步骤64、计算最大限值牵引力，执行步骤7；第二最大限值牵引力的计算公式为：
Ft+1＝Ft-DIF (3)
其中，Ft+1为第二最大限值牵引力；Ft为第一最大限值牵引力，即机车当前的最大限值牵引力；DIF为调节参数；
步骤65、判断DIF是否小于-30，若是，则执行步骤66，若否，则执行步骤67；
步骤66、计算最大限值牵引力，执行步骤7；第二最大限值牵引力的计算公式为：
Ft+1＝Ft+30 (4)
其中，Ft+1为第二最大限值牵引力；Ft为第一最大限值牵引力，即机车当前的最大限值牵引力；
步骤67、计算最大限值牵引力，执行步骤7；第二最大限值牵引力的计算公式为：
Ft+1＝Ft+|DIF| (5)
其中，Ft+1为第二最大限值牵引力；Ft为第一最大限值牵引力，即机车当前的最大限值牵引力；|DIF|为调节参数的绝对值。
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