DE2503703C3

DE2503703C3 - Anordnung zur Unterdrückung unzulässiger Schlupfwerte zwischen Rad und Schiene eines motorgetriebenen Schienenfahrzeugs

Info

Publication number: DE2503703C3
Application number: DE2503703A
Authority: DE
Inventors: Bo Dipl.-Ing. Vaesteraas Soederberg (Schweden)
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-09-06
Filing date: 1975-01-30
Publication date: 1981-01-29
Also published as: AT346898B; CA1044350A; GB1483747A; DE2503703A1; DE2503703B2; SE384822B; ATA22675A; SE7411269L; US4037143A; CH593155A5

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die im Oberbegriff des Patentanspruches genannte Anordnung nach dem Hauptpatent 2406479.

Bei der Anordnung nach dem Hauptpatent miUt das am Fahrzeug angebrachte Schwingungsmeßglied mechanische Schwingungen mit einer bestimmten Eigenfrequenz des Antriebssystems. Es hat sich gezeigt, daß beim Schleudern verschiedene Arten von Schwingungen im Antriebssystem mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen auftreten. Bei einem Ausführungsbeispiel nach dem Hauptpatent nutzt man in erster Linie eine dieser Schwingungsarten aus, nämlich die Torsionsschwingungen des aus Antriebswelle und Treibrad bestehenden schwingungsfähigen Systems, welches in einem typischen Fall eine Eigenschwingfrequenz von ca. 50 Hz hat. Zur Messung dieser Schwingung wird bei der Anordnung nach dem Hauptpatent ein in einer Reaktionsstütze angebrachter Kraftgeber, der beispielsweise magnetoelastisch oder nach dem Meßdehnstreifenprinzip arbeitet, oder ein am Drehgestell angeordneter Beschleunigungsmesser verwendet. Zur Feststellung dieser Schwingungen kann alternativ z. B. auch ein auf der Antriebswelle oder am Treibrad angebrachter Momencngeber oder Geschwindigkeitsgeber (Tachometergenerator) verwendet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung nach dem Hauptpatent derart wciterzuentwickeln. daß der Aufwand für das crfor-

derliche Schwingungsmeßglied vermindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruches genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches genannten Merkmale hat.

Diese alternative Ausführungsart des im Hauptpatent angegebenen Erfindungsgedankens nutzt die Tatsache aus, daß sich wenigstens die sehr niederfrequenten der beim Schleudern auftretenden Schwingungen im Antriebssystem und Fahrgestell auf den Antriebsmotor fortpflanzen. Hierdurch wird die Motordrehzahl mit einer Wechselkomponente überlagert, deren Frequenz der Eigenfrequenz des beim Schleudern schwingenden Systems entspricht. Bei einem typischen Drehgestell sind torsionsfedernde Elemente zwischen dem Antriebsmotor und der Treibradachse angeordnet. Diese Elemente verhindern, daß der Motor von Schwingungen mit höherer Frequenz beeinflußt wird. Niederfrequente Schwingungen dagegen können dem Motor Geschwindigkeitsvariationen von solcher Größe geben, daß sie zur Feststellung eines Schleuderns praktisch verwendbar sind. Diese Geschwindigkeitsvariationen verursachen direkt entsprechende Variationen in der Motorspannung und damit im Motorstrom.

Bei einer typischen Drehgestellkonstruktion tritt beim Schleudern eine Wechselkomponente in der Spannung und im Strom des Antriebsmotors mit einer Frequenz in der Größenordnung von 1 Hz auf. Diese Komponente tritt ebenso wie die im Hauptpatent genannte Schwingung auf, wenn das Schleudern den Wert übersteigt, bei dem man eine maximale Adhäsion erhält, und kann daher in derselben Weise zur Anzeige des Überschreitens eines Adhäsionsmaximums und zur Steuerung der Zugkraft verwendet werden, um das Antriebssystem im Punkte der maximalen Adhäsion zu betreiben.

Bei der Erfindung wird der Antriebsmotor selbst als Geber für die Schwingungen ausgenutzt. Der Motor wandelt die Geschwindigkr.itsänderungen in ein elektrisches Signal um, nämlich einer der Spannung und dem Strom des Motors überlagerten Wechselkomponente. Irgendwelche besonderen Geber sind also bei dieser Ausführungsform nicht erforderlich. Bei Antriebsausrüstungen dieser Art sind die Motorspannung und der Motorstrom oder zumindest eine dieser beiden Größen im allgemeinen über Meßgeräte zugänglich. Die Anordnung nach der Erfindung erfordert also nur eine geringfügige Ergänzung der bereits vorhandenen Ausrüstung.

Anhand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figur zeigt die Antriebs- und Regelausrüstung für einen Antriebsmotor Ml eines Schienenfahrzeuges.

Der Anker des Motors Ml wird in bekannter Weise von einem steuerbaren Gleichrichter Cl mit Gleichstrom gespeist, der seinerseits an die Klemmen AC eines Wechselstromnetzes angeschlossen ist. Die Größe der vom Gleichrichter Cl gelieferten Gleichspannung wird von dem von einem Verstärker F3 an ein Steuerimpulsgerät SPD gelieferten Signal bestimmt. An den Motor ist ein Tachometergenerator TG angekuppelt, welcher ein der Motorgeschwindigkeit f proportionales Signal liefert. Dieses Signal wird in einem Suinmierungsglied 51 mit einem von einem Potentiometer Pl gelieferten Geschwindigkeitswert ^v„t verglichen. Der gebildete Differenzwert wird ei-

nem Verstärker Fl mit geeigneter Charakteristik zugeführt, dessen Ausgangssignal den Sollwert I_rt/ für den Motorstrom darstellt. I_ref wird einem Begrenzungsverstärker F2 zugeführt. Dessen Ausgangssignal I'_rel ist proportional dem Eingangssignal I₁, solange l_rel kleiner als oder gleich einem mit Hilfe eines Potentiometers Pl eingestellten Grenzwert / ist. Für l_rej >I ist I'_tfl = Ϊ. Mit Hilfe von Pl kann also die maximale Zugkraft un·:! damit die maximale Beschleunigung eingestellt werden. Ein Strommeßgerät IM erzeugt ein dem Motorstrom proportionales Signal /, welches in eiviem Summierursgsglied 52 mit I'_rej verglichen wird. Die Differenz aus l'_lej und / ist der Stromfehler (Regelabweichung) und wird über den Verstärker (Stromregler) F3 dem Steuerimpulsgerät SPD des Stromrichters Cl zugeführt. Auf an sich bekannte Weise ist das beschriebene Regelsystem bestrebt, die Geschwindigkeit entsprechend dem am Potentiometer Pi eingestellten Wert konstant zu halten und den mit Hilfe des Potentiometers Pl eingestellten maximalen Motorstrom (und damit die Zugkraft una die Beschleunigung) nicht zu überschreiten.

Das Signal vom Strommeßgerät IM wird einem Bandpaßfilter BP zugeführt. Dieses ist so bemessen, daß es Schwingungen mit einer Frequenz durchläßt, die beim Schleudern im Antriebssystem und im Motor auftreten. Wie bereits erwähnt, kann die Frequenz in einem typischen Fall in der Größenordnung von 1 Hz liegen. In einem Gleichrichter R wird das Ausgangssignal vom Bandpaßfilter in ein der Schwingungsamplitude proportionales Gleichspannungssignal umgewandelt, welches einem Summierungsglied 53 zugeführt wird. Von einem Potentiometer P3 erhält man einen Schwellwert. Im Summierungsglied 53 wird die Schwingungsamplitude mit diesem Schwellwert verglichen. Ein Verstärker F4 gibt ein Ausgangssignal /anden Begrenzungsverstärker Fl. Dieses Signal beeinflußt den Verstärker Fl in derselben Weise wie das Signal / vom Potentiometer Pl. Bei normalem Betrieb, d. h. wenn das Ausgangssignal vom Gleichrichter R den vom Potentiometer Pi bestimmten Schwellwert nicht erreicht, ist das Ausgangssignal / des Verstärkers F4so groß, daß es keine Begrenzung des Ausgangssignals des Verstärkers Fl veranlaßt. Wenn die Schwingungsamplitude den vom Potentiometer /^J3 bestimmten Schwellwert überschreitet, dann wird das Ausgangssignal / des Verstärkers F4 kleiner, wodurch der Stromsollwert l'_ref begrenzt wird. Der Ankerstrom / des Motors und damit auch die Zugkraft werden in entsprechendem Maße verringert, wodurch die Schwingungsamplitude abnimmt. Hierdurch entsteht ein geschlossener Regelkreis, der, wenn eine hohe Beschleunigung gewünscht wird, automatisch dafür sorgt, daß das Antriebssystem im Punkt maximaler Adhäsion arbeitet. Auf diese Weise wird die maximal zur Verfügung stehende Adhäsion unter allen Umständen voll ausgenutzt werden.

Der Schwellwert, mit dem die Schwingungsamplitudc im Summierungsglied 53 verglichen wird, kann ~> Null sein. In diesem Falle sind das Potentiometer Pi und das Summierungsglied 53 entbehrlich. Zweckmäßigerweise wird jedoch mittels des Potentiometers Pi ein solcher Schwellwert eingestellt, daß unerwünschte Eingriffe in die Zugkraft aufgrund geringer Schwingungen vermieden werden. In gewissen Fällen kann es zweckmäßig sein, eine gewisse Gliittung odür Verzögerung im Signalweg aus den Gliedern Ii-53-F4-F2 vorzusehen, wodurch kurzzeitige Schwingungen daran gehindert werden, die Zugkraft zu re-

i'i duzieren.

Alternativ kann ein Meßgerät angeordnet werden, um ein dem Augenblickwert der IV.otorspannung entsprechendes Signal zu bilden, welches dem Bandpaßfilter BP zugeführt wird. Als Meßgerät kann bei-

J<> spielsweise ein Spannungsteiler v^nen.

Auf ein und demselben Drehgestell ^r.ind häufig zwei (evtl. auch mehrere) Antriebswellen mit ihren zugehörigen Motoren vorhanden. Jeder Motor kann dabei mil: einem eigenen Speise- und Regelsystem der in

Ji der Figur gezeigten Art ausgerüstet sein.

Hn manchen Fällen werden die in demselben Drehgestell untergebrachten Motoren oder auch alle Motoren des Fahrzeugs von einem gemeinsamen Stromrichter gespeist. Dabei wird zweckmäßigerweise jeder

χι Motor mit einem Strom- oder Spannungsmeßgerät, einem Bandpaßfilter BP und einem Gleichrichter R ausigerüstet. Dabei kann ein Auswahlkreis vorgesehen werden, der dem Summierungsglied 53 das jeweils größte der von den Gleichrichtern R gelieferten Si-

r> gnale zuführt.

Das Signal / könnte auch dem Summierungsglied 52 zugeführt und dort vom Stromsollwert I'_rr/ subtrahiert werden.

Wie schon im Hauptpatent beschrieben, wird in ei-

w ner vereinfachten Ausführungsform der Erfindung dr.: Ausgangssignal von dem schwingungsabtastenden Organ einem Anzeigeorgan im Führerstand des Fahrzeugs zugeführt. Bei auftretenden Schwingungen muß der Fahrer dann die Zugkraft manuell anpassen. Auch 5 mit diesem vereinfachten System können wesentliche Zugkraftverbesserungen erzielt werden.

Die Anordnung nach der Erfindung wurde im vorangehenden für den Fall des Schleuderns infolge einer Beschleunigung beschrieben. Sie kann jedoch in der

κι gleichen vorteilhaften Weise verwendet werden beim Gleiten, das bei einem Verzögern infolge einer elektrischen Motorbremsung auftritt.

Die vorgenannten typischen Eigenschwingungsfrequenzen sind natürlich nur Beispiele und variieren bei

->·> den verschiedenen Drehgestellkonstruktionen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Anordnung zur Unterdrückung unzulässiger Schlupfwerle zwischen Rad und Schiene bei einem motorgetriebenen Schienenfahrzeug mit mindestens einem Antriebssystem aus Antriebsmotor und Treibrad mit einem Schwingungsmeßglied zur Erfassung mechanischer Schwingungen des Antriebssjstems und einer Auswertevorrichtung für die gemessenen mechanischen Schwingungen, um die Zugkraft bei Überschreitung bestimmter Schwingungswerte zu reduzieren, welche Auswertevorrichtung ein Bandpaßfilter umfaßt, in dem aus den abgetasteten mechanischen Schwingungen nur Schwingungen mit einer Eigenfrequenz des Antriebssystems herausgefiltert werden, aus denen ein der Größe der Amplitude dieser Eigenschwingungen entsprechendes Signal gebildet iv^:rd, welches einem Anzeigeorgan und/ oder einem Organ zur signalabhängigen Reduzierung der Zugkraft des Antriebsmotors zugeführt wird, wobei das Maß der Reduzierung um so höher ist, je größer das Signal ist, nach Patent 2406479, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungsmeßglied Schwingungen mißt, die im Ankerstrom oder in der Ankerspannung des Antriebsmotors aufgrund einer in der Motordrehzahl enthaltenen Wechselkomponente auftreten, die von einer Eigenschwingung des Antriebssystems erzeugt wird, deren Frequenz so niedrig ist, daß sie sich über die torsionsfedernden Elemente der Drehmomentenüber^agung zum Motor fortzupflanzen vermag.