DE2414214A1

DE2414214A1 - Anordnung zur beseitigung des schleuderns bei motorgetriebenen schienenfahrzeugen

Info

Publication number: DE2414214A1
Application number: DE2414214A
Authority: DE
Inventors: Bo Dipl Ing Soederberg
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1973-04-06
Filing date: 1974-03-25
Publication date: 1974-10-24
Also published as: CH571420A5; DE2414214B2; ATA279974A; SE371615B; AT335016B; GB1465195A; CA1014641A; SE371615C; US4035698A

Description

Anordnung zur Beseitigung des Schleuderns bei motorgetriebenen Schienenfahrzeugen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beseitigung des bei der Beschleunigung oder Bremsung auftretenden Schleuderns eines motorgetriebenen Schienenfahrzeugs, welches ein von einem Antriebsmotor getriebenes Treibrad, ein die Winkelbeschleunigung des Treibrades messendes Glied und ein das Drehmoment des Motors steuerndes Glied hat.

Beim Betrieb von Lokomotiven, bei denen die Adhäsion zwischen Rad und Schienen sehr hoch ausgenutzt wird, besteht das Problem, daß eine oder mehrere Triebachsen schleudern (durchdrehen), und zwar entweder bei der Beschleunigung oder beim Bremsen durch den Motor. Solange nicht alle Achsen schleudern, kann das Schleudern in bekannter ,."eise festgestellt - beispielsweise durch Vergleich der Drehzahlen der Achsen untereinander - und behoben werden« Wenn jedoch alle Achsen gleichzeitig schleudern, kann diese einfache Methode zum Peststellen eines Schleuderns nicht verwendet werden. Zwar merkt der Zugführer das Schleudern, z.B. mit Hilfe des Drehzahlmessers, und kann das beschleunigende oder bremsende Drehmoment von Hand herabsetzen; bevor der Zugführer jedoch hierzu kommt, können die Treibräder auf eine sehr hohe Drehzahl beschleunigt werden oder - beim Bremsen - festgebremst werden» Es hat sich gezeigt, daß bei der Behebung eines solchen Schleuderns (Festbremsen) sehr hohe Änderungen der Zugkraft auftreten können, welche einerseits hohe mechanische Beanspruchungen des Motorgetriebenen Fahrzeugs verursachen und andererseits die Gefahr begründen, daß sich die Lokomotive durch Zerreißen der Kupplung vom Zug löst.

409843/0277

-²- 2AU2H

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, dank derer es zu keinen nennenswerten schädlichen Auswirkungen des Schleuderns kommen kann, selbst wenn alle Antriebsachsen gleichzeitig schleudern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß das beschleunigungsmessende Glied das drehmomentsteuernde Glied derart beeinflußt, daß beim Auftreten einer Beschleunigung, deren Absolutwert einen vorgegebenen ersten 7/ert übersteigt, das Drehmoment schnell abnimmt, und daß, wenn der Absolutwert der Beschleunigung auf einen vorgegebenen zweiten Wert gesunken ist, das Drehmoment gemäß einem im voraus bestimmten Verlauf zunimmt.

An Hand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Ss zeigen

Fig. 1 eine Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 die Zeitdiagramme für einige in der Anordnung nach Fig. 1 auftretende Größen.

Fig. 1 zeigt ein Antriebssystem für eine Elektro-Lokomotive. Der Gleichstrommotor .;, dessen Anker gezeigt ist, treibt eine oder mehrere nicht gezeigte Triebachsen, beispielsweise über Zahnradgetriebe. Der Anker wird mit Gleichstrom von einem steuerbaren Stromrichter SR gespeist, dessen Wechselstromanschluß AC an ein ,,echselspannungsnetz angeschlossen ist. In einem Summierungsglied S2 wird der von einem Strommeßgerät IM gemessene Istwert des Stromes I mit einem Sollwert I_ref· verglichen. Die Regelabweichung wird einem Stromregler IR zugeführt, der die Ausgangsspannung des Stromrichters in der V/eise verändert, daß der Strom I den Sollwert I_ref zu erreichen versucht. An den Motor oder das Antriebsrad ist ein Tachometergenerator TG gekuppelt, der ein der Raddrehzahl η entsprechendes Signal abgibt. Von dem Potentiometer P1 erhält man einen Sollwert n_ref. für die Geschwindigkeit. Der Unterschied zwischen η und n_ref. wird vom Summierungsglied S1 gebildet und dem Drehzahlregler NR zugeführt. Dessen Ausgangssignal bildet im Prinzip den Stromsollwert. Dieser wird dem Summierungsglied S2 über zwei

409843/0277

-3- 24H2H

Begrenzungsverstärker BF1 und BF2 zugeführt. Hiervon hat jeder seinen Begrenzungseingang, BH bzw. 312. Das Ausgangssignal von einem Begrenzungsverstärker stimmt im Prinzip mit deir: Eingangssignal übereins, kann jedoch den Wert nicht übersteigen₉ der über den Begrenzungseingang vorgegeben wird. Vom Potentiometer P2 erhält man einen einstellbaren ",Vert I ₉ der dem Begrenzungseingang des Verstärkers BFI zugeführt wird. Hierdurch wird I „ und damit die Beschleunigung des Fahrzeugs (des Zugs) nach oben auf einen Ι_.__ entsprechenden V/ert begrenzte Der soweit beschriebene Teil des Systems ist bereits bekannt.

Gemäß der Erfindung ist nun ein differenzierendes Glied DK mit seinem Eingang an den Tachogenerator TG angeschlossen. Das Ausgangssignal des differenzierenden Gliedes wird durch ein Tiefpaßfilter F von störenden Frequenzen, wie z.B. Rauschen, weitgehend befreit und dann zwei Niveau-Kippschaltern MV1 und NV3 zugeführt«, d_oh_o bistabilen Kreisen mit zwei stabilen Werten des Ausgangssignals, einem positiven Wert und einem negativen Wert. Der Kippschalter NV1 ist angeordnet, um beim Erreichen eines bestimmten positiven Wertes des Eingangssignals von einem negativen zu einem positiven Ausgangssignal zu kippen und bei einem abnehmenden Eingangssignal von einem positiven zu einem negativen Ausgangssignal zu kippen,, und zwar bei einem niedrigeren absoluten Niveau des Eingangssignals als dem, bei dem der Umschlag zu einem positiven Ausgangssignal erfolgt. Der Kippschalter NV1 ist angeordnet«, um bei einem positiven Ausgangssignal zu kippen bei einem Niveau von « , welches größer ist als das, was man bei einer normalen Beschleunigung ohne Schleudern erhält, und der Kippschalter NV3 ist auf dieselbe vVeise angeordnet, um bei einem positiven Ausgangssignal zu kippen bei einem Niveau von ~πετ , dessen Absolutwert größer ist als der, den man beim normalen Bremsen erhält. Dieses Kippniveau kann fest oder einstellbar sein₉ abhängig vom Zuggewicht und eventuell auch der eingestellten maximalen Zugkraft (Bremskraft) I_max. Die Kippschalter sind so angeordnet, daß sie auf ein negatives Ausgangssignal bei einem niedrigen Absolutwert von ^ , eventuell bei dn = 0, kippen«.

40S843/027?

-4- 24U2H

Ein positives Ausgangssignal von NV 1 oder NV 3 wird über die Diode D1 oder D3 und den Widerstand R1 dem Eingang eines vorzeichenumkehrenden Integrators IN zugeführt, während ein negatives Ausgangssignal von NV1 und NV3 von der Diode D1 bzw. D3 gesperrt wird. Dem Eingang des Integrators wird über die Diode D2 und den widerstand R2 das Ausgangssignal von einem Niveau-Kippschi, It er NV 2 zugeführt. Dessen Eingangssignal wird von dem Stromsollwert I_rQf dargestellte Der Kippschalter NV2 arbeitet auf dieselbe Art wie der Kippschalter NV1. Er kippt zum positiven Ausgangssignal bei einem Wert von I ~, der z.B. ca. 75 °/o des maximal einstellbaren Motorstroms betragen kann, und er kippt zum negativen Ausgangssignal bei einem Wert von I_ref» ^{der s0} gewählt ist, beispielsweise ca. 10% des maximal einstellbaren l.otorstroms, daß das Schleudern erfahrungsgemäß normal behoben wird. Der Wert des Widerstandes R2 ist größer als der des Widerstandes R1 , so daß bei positivem Ausgangssignal von NV1 oder NV3 und negativem Ausgangssignal von NV2 das Ausgangssignal von NV1 bzw. NV3 dominiert.

Weiter ist an den Eingang des Integrators eine negative Gleichspannung über einen Widerstand R3 angeschlossen. Diese Spannung (und der Widerstandswert von R3) ist so gewählt, daß der Integrator beim Fehlen anderer Eingangssignale relativ langsam in seine Endlage wandert. Diese ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß sie dem maximal einstellbaren iilotorstrom entspricht. Das Ausgangssignal vom Integrator wird dem Begrenzungseingang BI2 am Begrenzungsverstärker BP2 zugeführt, dessen Funktion oben beschrieben wurde„

Bei normalem Betrieb ohne Schleudern geben NV1 und NV3 negative Ausgangssignale. Das Eingangssignal zum Integrator über R3 hält das Ausgangssignal des Integrators in seiner positiven Endlage, und BF2 hat daher keinen Einfluß auf den Motorstrom. NV2 kann, abhängig vom luotorstrom, entweder ein positives Ausgangssignal geben, welches von D2 gesperrt wird, oder ein negatives Ausgangssignal, welches keinen Einfluß auf den Integrator hat, der sich bereits in seiner positiven Endlage befin-

^det# 409843/0277

Figo 2 zeigt die Funktion der Anordnung beim Schleudern während der Beschleunigung. Vor dem Zeitpunkt t_Q hat I ~ und damit der Motorstrom seinen Maximalwert,, Der Zug bewegt sich mit konstanter Beschleunigung ^- , und die Drehzahl η steigt langsam an. WY1 hat ein negatives Ausgangssignal, und das Eingangssignal a zum Integrator ist WuIl. NV2 hat ein positives Ausgangssignal, und das Eingangssignal b ist ebenfalls WuIl. Das Ausgangssignal c des Integrators hat seinen positiven Endwert, der dem maximalen Ivlotorstrom entspricht.

Im Zeitpunkt t_n beginnen die vom Motor angetriebenen Räder zu schleudern» ^ steigt schlagartig auf einen hohen Wert. WV1 kippt dabei zum positiven Ausgangssignal. Das Ausgangssignal c des Integrators beginnt relativ schnell mit einer u.a. von genanntem Ausgangssignal und von R1 bestimmten Geschwindigkeit zu sinken. I_re£ wird dabei von BF2 begrenzt und sinkt im Takt mit dem Signal cWenn bei t- der Sollwert Ί. ^ auf ca. 10 % des maximalen Motorstromes gesunken ist, kippt WV2 zum negativen Ausgangssignal. Dieses wirkt dem positiven Signal von WV1 entgegen, wodurch c und I_pe^ langsamer sinken. Bei tp ist die Beschleunigung des Antriebsrades auf das Umschlagsniveau (WuIl in der Figur) des Kippschalters heruntergegangen. Das Signal a wird WuIl₅ und das negative Signal b vergrößert das Ausgangssignal des Integrators mit einer gewissen u.a. von R2 bestimmten Geschwindigkeit und damit I_ref und den Motorstrom. Bei to ist I^gf so hoch geworden, daß WV2 umschlägt, und das Signal b Null wird» Das über R3 erhaltene negative Signal ' ist nun das einzige Eingangssignal zum Integrator, und dessen Ausgangssignal c wird daher₉ genau wie I_refj entsprechend einer Exponentialfunktion mit einer relativ großen Zeitkonstante zu einem dem maximalen Strom entsprechenden Wert ansteigen. Durch diesen weichen Übergang zu maximaler Beschleunigung wird das ,Auftreten erneuten Schleuderns weitgehend verhindert.

Auf gleiche Art greift der Kippschalter WV3 beim Schleudern bei beginnendem Festbremsen ein.

409843/0277

-⁶- 24U2H

Die Zeitkonotanten des Systems sind in einem typischen Fall so gewählt, daß der gesamte beschriebene Verlauf sich in etwa 1 sek. abspielt. Die maximale Jbergeschwindigkeit, auf welche die Treibräder beschleunigt werden, wird in einem typischen Fall auf etwa 10 km/h begrenzt. Hierdurch wird einerseits erreicht, daß der Verlust an Zugkraft aufgrund der schnellen Schleuderbewegung sehr klein bleibt, und andererseits, daß die obenerwähnten heftigen Variationen der Zugkraft und der dadurch bedingten ruckartigen Stöße in der V/agenreihe praktisch vermieden werden. In den Fällen, in denen zwei oder mehrere "luotoren ein und dieselbe Triebachse antreiben und von einem gemeinsamen Stromrichter gespeist werden, ist der Achsdruck auf die verschiedenen Achsen bei der Beschleunigung meistens unterschiedlich. Aus Erfahrung weiß man jedoch, welche Achse normalerweise zuerst schleudert. Die Drehzahlreaktion dieser Achse kann daher dazu benutzt werden, um eine an den Stromrichter angeschlossene Schleuderbeseitigungsanordnung gemäß der Erfindung zu steuern.

Ist es dagegen erwünscht, daß die Anordnung nur dann anspricht, wenn sämtliche Achsen schleudern, so wird die Geschwindigkeitsreaktion derjenigen Achse benutzt, die erfahrungsgemäß zuletzt schleudert. Alternativ kann auch ein Wählschalter verwendet werden, welcher die größte der Geschwindigkeitsreaktionen von den verschiedenen Achsen auswählt', welche dann der Anordnung nach der Erfindung zugeführt wird. Die Anordnung wird dann ansprechen, sobald eine Achse zu schleudern beginnt. Ein Nachteil hierbei besteht darin, daß man in gewissen Fällen eine unnötige Verminderung der Zugkraft bekommt. Nach einer anderen Alternative kann der Wählschalter dafür verwendet werden, um die kleinste der Geschwindigkeitsreaktionen auszuwählen. Die Anordnung wird in diesem Falle nur ansprechen, wenn sämtliche an den gleichen Stromrichter angeschlossene Achsen schleudern. Entsprechend erhält man bei dieser Alternative eine größere Zugkraft und damit eine größere Beschleunigung.

Anstelle der Geschwindigkeitsreaktionen können den Wählschaltungen auch die zeitlichen Ableitungen der verschiedenen Geschwindigkeitsreaktionen zugeführt werden.

409843/0277

Selbstverständlich kann ein Fahrzeug mit mehreren Stromrichtern ausgerüstet sein, von denen jeder einen oder mehrere Motoren speist ο Dabei wird jeder Stromrichter vorzugsweise mit einer ochleuderbeseitigungsanordnung der obengenannten Art versehen. Alternativ kann die Geschwindigkeitsreaktion von sämtlichen Motoren oder Achsen über eine Wählschaltung einer einzigen Schleuderbeseitigungsanordnung zugeführt v/erden, deren Ausgangsgröße dann sämtlichen Stromrichtern zur Begrenzung ihres Stromes zugeführt wird.

Die im Zusammenhang mit der Beschleunigung beschriebenen Varianten der Erfindung können auch beim Bremsen angewendet werden.

Im vorangegangenen wurde die Anordnung im Zusammenhang mit elektrischen Gleichstrommotoren, die von steuerbaren Stromrichtern gespeist werden, beschrieben. Die Anordnung ist aber auch verwendbar für andere Arten elektrischer Motoren und für andere Systeme zum Messen und zur Zugkraftregulierung. Sie ist auch für Antriebe verwendbar, die keine Elektromotoren enthalten.

Die Anordnung gemäß der Erfindung nach Fig. 1 stellt lediglich ein Beispiel dar. Die Anordnung kann in vielfacher Weise variiert werden^ ohne daß das Prinzip der Erfindung verlorenginge.

Beispielsweise kann das Ausgangssignal c des Integrators IW anstelle eines Begrenzungsverstärkers einem Summierungsglied S2 zugeführt werden und dort vom Sollwert I_ref subtrahiert werden.

409843/027 7

Claims

-β- 24U2H

PATiNTAKSPRUCHE

Anordnung zur beseitigung des bei der Beschleunigung oder Bremsung auftretenden Schleuderns eines motorgetriebenen Schienenfahrzeugs, welches ein von einem Antriebsmotor getriejenes !'reibrad, ein die Winkelbeschleunigung des Treibrades messendes Glied und ein das Drehmoment des Motors steuerndes Glied hat, dadurch gekennzeichnet, daß das beschleunigungsmessende Glied das drehmomentsteuernde Glied derart beeinflußt, daß beim Auftreten einer Beschleunigung, deren Absolutwert einen vorgegebenen ersten Wert übersteigt, das Drehmoment schnell abnimmt, und daß, wenn der Absolutwert der Beschleunigung auf einen vorgegebenen zweiten V/ert gesunken ist, das Drehmoment gemäß einem im voraus bestimmten Verlauf zunimmt.
2. Anordnung n;,ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das drehmoment steuernde Glied derart angeordnet ist, daß die genannte Drehoio nentabnah ae zunächst mit einer bestimmten vorgegebenen Geschwindigkeit erfolgt und daß nach Erreichen eines bestimmten vorgegebenen Drehmomentenwertes die weitere Verminderung des Drehmomentes mit einer geringeren Geschwindigkeit erfolgt, bis der Absolutwert der Beschleunigung auf den genannten zweiten 7/ert gesunken ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das drehstromsteuernde Glied derart angeordnet ist, daß die Drehmomentenzunahme zunächst mit einer bestimmten vorgegebenen Geschwindigkeit erfolgt bis zu einem vorgegebenen V/ert, der unterhalb des maximalen Drehmomentes liegt, und daß dann die Drehmorientenzunahme mit einer geringeren Geschwindigkeit erfolgt.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung der Anordnung für eine Lokomotive der erste vorgegebene Wert der V/inkelbeschleunigung in Abhängigkeit vom Zuggewicht einstellbar ist.

409843/077 7
5 ο Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem gleichstrommotorgefcriebenen Schienenfahrzeug das drehmomentsteuernde Glied den Ankerstrom des Antriebsmotors beeinflußt.

409843/0277

Leerseite