DE2414214B2

DE2414214B2 - Anordnung zur Beseitigung des bei der Beschleunigung bzw. der Bremsung auftretenden Schleudems bzw. Gleitens der Achse eines motorgetriebenen Schienenfahrzeugs

Info

Publication number: DE2414214B2
Application number: DE2414214A
Authority: DE
Inventors: Bo Dipl.-Ing. Vaesteraas Soederberg (Schweden)
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1973-04-06
Filing date: 1974-03-25
Publication date: 1978-08-24
Also published as: SE371615C; DE2414214A1; US4035698A; CH571420A5; CA1014641A; AT335016B; GB1465195A; ATA279974A; SE371615B

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beseitigung des bei der Beschleunigung bzw. der Bremsung auftretenden Schleuderns bzw. Gleitens der Achse eines motorgetriebenen Schienenfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 2. Eine solche Anordnung ist bekannt aus der DE-OS 15 63 965.

Beim Betrieb von Lokomotiven, bei denen die Adhäsion zwischen Rad und Schienen sehr hoch ausgenutzt wird, besteht das Problem, daß eine oder mehrere Triebachsen bei der Beschleunigung schleudern (durchdrehen) oder beim Bremsen auf der Schiene gleiten. Solange nicht alle Achsen schleudern (bzw. gleiten), kann das Schleudern in bekannter Weise festgestellt — beispielsweise durch Vergleich der Drehzahlen der Achsen untereinander — und behoben werden. Wenn jedoch alle Achsen gleichzeitig schleudern, kann diese einfache Methode zum Feststellen eines Schleuderns nicht verwendet werden. Zwar merkt

ίο 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 (Gleitens) 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.

Aus der DE-AS 11 97 495 ist eine Schleuderschutzanordnung bekannt, bei der durch ein Signal, welches das Auftreten eines Schleudervorganges anzeigt, zwei parallele Zweige der Erregerwicklung eines Leonardgenerators, welcher die Antriebsmotoren speist, in Reihe geschaltet werden. Anschließend wird ein Vorwiderstand, der mit einer weiteren Erregerwicklung

jo des Leonard-Generators in Reihe liegt, kontinuierlich vergrößert. Bei dieser bekannten Anordnung wird also das Drehmoment ebenfalls in zwei Stufen herabgesetzt. Die erste Herabsetzung soll dabei so schnell wie möglich erfolgen, während die zweite kontinuierlich

y> erfolgt. Der Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht darin, daß die Abschnitte, in denen das Drehmoment Während des Schleuderns verändert wird, sowohl in der Größe der Änderung wie auch in der Zeitdauer der einzelnen Abschnitte fest vorgegeben ist

4(i und unabhängig von der Art und Intensität des Schleudervorganges abläuft. Für die Auslösung dieses unveränderten Ablaufes genügt ein einziger Impuls, der von einer Schleudern anzeigenden Einrichtung geliefert wird.

4^r> Aus der DE-OS 15 63 965 ist eine Schleuderschutzanordnung bekannt, bei der beim Eintreten eines Schleuderns die Zugkraft sehr steil herabgesetzt wird. Der Verlauf dieser Zugkraftherabsetzung entspricht der Aufladung eines Kondensators, dem kein konkreter und

so definierter Vorwiderstand vorgeschaltet ist. Lediglich die zufällig im Ladekreis vorhandenen Widerstände begrenzen die Geschwindigkeit dieses sehr schnellen Aufladevorganges. Es findet also eine extrem starke Herabsetzung der Zugkraft statt, die beim Erreichen

^r)5 eines bestimmten negativen Beschleunigungswertes vollständig abgebrochen wird, von wo an die Zugkraft auf dem sehr niedrigen Wert konstant verharrt, bis ein weiterer negativer Beschleunigungswert erreicht ist, von wo an die Zugkraft wieder zunimmt Diese

bo unverändert durchgeführte sehr schnelle Herabsetzung der Zugkraft kann dazu führen, daß bis zum Erreichen des genannten ersten negativen Beschleunigungswirtes die Zugkraft den Wert Null erreicht oder — sofern der Antrieb negative Momente abgeben kann — sogar

ö5 negativ wird. Diese Gelahr besteht insbesondere dann, wenn vor dem Einsetzen des Schleudervorganges das Fahrzeug nur mit einem Bruchteil der maximalen Zugkraft fährt, was bei schwierigen Reibungsverhältnis-

sen stets der Fall ist. Diese schnelle extreme Herabsetzung der Zugkraft auf einen möglicherweise sehr niedrigen Wert auf dem die Zugkraft dann längere Zeit aufrechterhalten wird, hat zur Folge, daß das Zeitintegral des Zugkraftverlustes über des gesamten Schleudervorgang unnötig groß wird, was entsprechend größere Stöße in dem gezogenen Zug verursacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der zuletzt genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß das Zeitintegral des Zugkraft-Verlustes den individuellen Schleuder- bzw. Gleitvorgängen besser angepaßt ist und möglichst klein bleibt

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß für den Schlsudervorgang die im kennzeichnen- 1 ^r, den Teil des Anspruches 1 und für den Bremsvorgang die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 genannten Merkmale aufweist

Dadurch, daß gemäß der Erfindung die anfänglich relativ schnelle Herabsetzung der Zugkraft abgebrochen wird, wenn die Zugkraft selbst einen bestimmten vorgegebenen Wert erreicht hat und danach nur noch eine wesentlich langsamere Zugkraftherabsetzung stattfindet, bis in üblicher Weise der vorgegebene negative Beschleunigungswert erreicht wird, werden das das Zeitintegral der Zugkraft und damit die Stöße im Zug erheblich vermindert, ohne daß die Effektivität des Schleuderschutzes beeinträchtigt wird, wie die Erfahrung mit dem Erfindungsgegenstand gezeigt hat.

An Hand der Figuren soll ein Ausführungsbeispiel der jo Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Anordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 die Zeitdiagramme für einige in der Anordnung nach F i g. 1 auftretende Größen.

F i g. 1 zeigt ein Antriebssystem für eine Elektro-Lo- j5 komotive. Der Gleichstrommotor M, 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 Wechselstroman-Schluß ACan ein Wechselspannungsnetz angeschlossen ist. In einem Summierungsglied S 2 wird der von einem Strommeßgerät IM gemessene Istwert des Stromes / mit einem Sollwert I_reiverglichen. Die Regelabweichung wird einem Stromregeier IR zugeführt, der die Ausgangsspannung des Stromrichters in der Weise verändert, daß der Strom /den Sollwert I_ref zu erreichen versucht. An den Motor oder das Antriebsrad ist ein Tachometergenerator TG gekuppelt, der ein der Raddrehzahl π entsprechendes Signal abgibt. Von dem μ Potentiometer Pi erhält man einen Sollwert n_nt für die Geschwindigkeit. Der Unterschied zwischen η und n_rer wird vom Summierungsglied 51 gebildet und dem Drehzahlregler NR zugeführt Dessen Ausgangssignal bildet im Prinzip den Stromsollwert. Dieser wird dem « Summierungsglied 52 über zwei Begrenzungsverstärker SFl und BF2 zugeführt. Hiervon hat jeder seinen Begrenzungseingang, BIi bzw. BI2. Das Ausgangssignal von einem Begrenzungsverstärker stimmt im Prinzip mit dem Eingangssignal überein, kann jedoch bo den Wert nicht übersteigen, der über den Begrenzungseingang vorgegeben wird. Vom Potentiometer P 2 erhält man einen einstellbaren Wert I_mas, der dem Begrenzungseingang des Verstärkers SFl zugeführt wird. Hierdurch wird I_rcr und damit die Beschleunigung b5 des Fahrzeugs (des Zugs) nach oben auf einen I_max entsprechenden Wert begrenzt. An den Tachogenerator TG ist ein differenzierendes Glied DK mit seinem Eingang angeschlossen. Das Ausgangssignal des differenzierenden Gliedes wird durch Tiefpaßfilter Fl und F2 von störenden Frequenzen, wie z. B. Rauschen, weitgehend befreit und dann zwei Niveau-Kippschaltern NVi und NV3 zugeführt, d.h. bistabilen Kreisen mit zwei stabilen Werten des Ausgangssignals, einem positiven Wert und einem negaaven Wert Der Kippschalter NVi 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 Niveau des Eingangssignals als dem, bei dem der Umschlag zu einem positiven Ausgangssignal erfolgt Der Kippschalter NV \ ist angeordnet, um zu einem positiven Ausgangssignal zu kippen bei einem Niveau von _d" , welches größer ist als das, was man bei einer normalen Beschleunigung ohne Schleudern erhält und der Kippschalter NV3 ist auf dieselbe Weise angeordnet, um zu einem positiven Ausgangssignal zu kippen bei

einem Niveau von -^ -, dessen Absolutwert größer ist als der, den man beim normalen Bremsen erhält Dieses Kippniveau kann fest oder einstellbar sein, 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 -j--, eventuell bei -v- = 0, kippen.

Ein positives Ausgangssignal von NVi oder NV3 wird über die Diode D1 oder D 3 und den Widerstand Al dem Eingang eines vorzeichenumkehrenden Integrators IN zugeführt, während ein negatives Ausgangssignal von NV1 und NV3 von der Diode Dl bzw. D3 gesperrt wird. Dem Eingang des Integrators wird über die Diode D 2 und den Widerstand R 2 das Ausgangssignal von einem Niveau-Kippschalter NV2 zugeführt. Dessen Eingangssignal wird von dem Stromsollwert I_rct dargestellt Der Kippschalter NV2 arbeitet auf dieselbe Art wie der Kippschalter NVI. Er kippt zum positiven Ausgangssignal bei einem Wert von I_rer, der z. B. ca. 75% des maximal einstellbaren Motorstroms betragen kann, und er kippt zum negativen Ausgangssignal bei einem Wert von /_re/, der so gewählt ist, beispielsweise ca. 10% des maximal einstellbaren Motorstroms, daß das Schleudern erfahrungsgemäß normal behoben wird. Der Wert des Widerstandes R 2 ist größer als der des Widerstandes R 1, so daß bei positivem Ausgangssignal von NVl oder NV3 und negativem Ausgangssignal von NV2 das Ausgangssignal von NVl bzw. NV3 dominiert.

Weiter ist an den Eingang des Integrators eine negative Gleichspannung über einen Widerstand R 3 angeschlossen. Diese Spannung (und der Widerstandswert von A3) 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 Motorstrom entspricht. Das Ausgangssignal vom Integrator wird dem Begrenzungseingang BI2 am Begrenzungsverstärker BF2 zugeführt, dessen Funktion oben beschrieben wurde.

Bei normalem Betrieb ohne Schleudern geben NVl und NV3 negative Ausgangssignale. Das Eingangssignal zum Integrator über R 3 hält das Ausgangssignal

des Integrators in seiner positiven Endlage, und BF2 hat daher keinen Einfluß auf den Motorstrom. NV2 kann, abhängig vom Motorstrom, entweder ein positives Ausgangssignal geben, welches von D 2 gesperrt wird, oder ein negatives Ausgangssignal, welches keinen s Einfluß auf den Integrator hat, der sich bereits in seiner positiven Endlage befindet.

Fig.2 zeigt die Funktion der Anordnung beim Schleudern während der Beschleunigung. Vor dem Zeitpunkt fo hat /_re/-und damit der Motorstrom seinen Maximalwert. Der Zug bewegt sich mit konstanter

Beschleunigung ^y, und die Drehzahl η steigt langsam an. NVI hat ein negatives Ausgangssignal, und das Eingangssignal a zum Integrator ist Null. N V2 hat ein positives Ausgangssignal, und das Eingangssignal b ist ebenfalls Null. Das Ausgangssignal cdes Integrators hat seinen positiven Endwert, der dem maximalen Motorstrom entspricht.
Im Zeitpunkt f₀ beginnen die vom Motor angetriebe-

nen Räder zu schleudern.^- steigt schlagartig auf einen hohen Wert. NVl 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. l_rct wird dabei von BF2 begrenzt und sinkt im Takt mit dem Signal c Wenn bei t\ der Sollwert l_Ki auf ca. 10% des maximalen Motorstromes gesunken ist, kippt NV2 zum negativen Ausgangssignal. Dieses wirkt j₀ dem positiven Signal von NVl entgegen, wodurch cund Irer langsamer sinken. Bei f₂ ist die Beschleunigung des Antriebsrades auf das Umschlagsniveau (Null in der Figur) des Kippschalters heruntergegangen. Das Signal a wird Null, und das negative Signal b vergrößert das Ausgangssignal des Integrators mit einer gewissen u. a. von R 2 bestimmten Geschwindigkeit und damit I_rer und den Motorstrom. Bei /3 ist I_rer so hoch geworden, daß NV2 umschlägt, und das Signal b Null wird. Das über R 3 erhaltene negative Signal ist nun das einzige Eingangssignal zum Integrator, und dessen Ausgangssignal c wird daher, genau wie I_Kr, entsprechend einer Exponentialfunktion mit einer relativen 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 NV3 beim Schleudern bei beginnendem Festbremsen ein.

Die Zeitkonstanten des Systems sind in einem 5η typischen Fall so gewählt, daß der gesamte beschriebene Verlauf sich in etwa 1 see abspielt. Die maximale Übergeschwindigkeit, 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 Wagenreihe praktisch vermieden werden. In den bo Fällen, in denen zwei oder mehrere Motoren je eine 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 v/erden.

Selbstverständlich kann ein Fahrzeug mit mehreren Stromrichtern ausgerüstet sein, von denen jeder einen oder mehrere Motoren speist. Dabei wird jeder Stromrichter vorzugsweise mit einer Schleuderbeseitigungsanordnung der obengenannten Art versehen. Alternativ kann die Geschwindigkeitesreaktion von sämtlichen Motoren oder Achsen über eine Wählschaltung einer einzigen Schleuderbeseitigungsanordnung zugeführt werden, 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 F i g. 1 stellt lediglich ein Beispiel dar. Die Anordnung kann im Rahmen der in den Patentansprüchen definierten Erfindung variiert werden.

Beispielsweise kann das Ausgangssignal c des Integrators /N anstelle eines Begrenzungsverstärkers einem Summierungsglied 52 zugeführt werden und dort vom Sollwert /,-^subtrahiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Beseitigung des bei der Beschleunigung auftretenden Schleuderns der Achse eines motorgetriebenen Schienenfahrzeugs, welche ein die Winkelbeschleunigung der Antriebsachse messendes Glied und ein das Drehmoment des Antriebsmotors für die Antriebsachse steuerndes Glied hat und welche bei Überschreiten eines vorgegebenen, beginnendes Schleudern indizierenden ersten Beschleunigungswertes das drehmomentsteuernde Glied derart beeinflußt, daß das Drehmoment während eines ersten Zeitintervalls mit einer ersten vorgegebenen Geschwindigkeit herabgesetzt wird, woran sich ein zweites Zeitintervall anschließt, bevor das Drehmoment nach einem im voraus bestimmten Verlauf wieder zu.iimmt, wobei das Ende des zweiten Zeitintervalls vom Erreichen eines vorgegebenen Beschleunigungswertes abhängt, der kleiner als der genannte erste Beschleunigungswert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom ersten zum zweiten Zeitintervall in Abhängigkeit vom Erreichen eines vorgegebenen unteren Drehmomentwertes erfolgt und daß während des zweiten Zeitintervalls das Drehmoment mit einer zweiten vorgegebenen Geschwindigkeit abnimmt, die kleiner als die erste vorgegebene Geschwindigkeit während des ersten Zeitintervalls ist

2. Anordnung zur Beseitigung des bei der Bremsung auftretenden Gleitens der Achse eines motorgetriebenen Schienenfahrzeugs, welche ein die Winkelverzögerung der Achse messendes Glied und ein das Bremsmoment steuerndes Glied hat und welche bei Überschreiten eines vorgegegebenen, beginnendes Gleiten indizierenden ersten Verzögerungswertes das bremsmomentsteuernde Glied derart beeinflußt, daß das Bremsmoment während eines ersten Zeitintervalls mit einer ersten vorgegebenen Geschwindigkeit herabgesetzt wird, woran sich ein zweites Zeitintervall anschließt, bevor das Bremsmoment nach einem im voraus bestimmten Verlauf wieder zunimmt, wobei das Ende des zweiten Zeitintervalls vom Erreichen eines vorgegebenen Verzögerungswertes abhängt, der kleiner als der genannte erste Verzögerungswert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom ersten zum zweiten Zeitintervall in Abhängigkeit vom Erreichen eines vorgegebenen unteren Bremsmomentwertes erfolgt und daß während des zweiten Zeitintervalls das Bremsmoment mit einer zweiten vorgegebenen Geschwindigkeit abnimmt, die kleiner als die entsprechende Geschwindigkeit während des ersten Zeitintervalls ist.