JP2005287209A - Method for reducing variation of pantograph contact force and pantograph - Google Patents

Method for reducing variation of pantograph contact force and pantograph Download PDF

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充 池田
Yoshio Sugawara
能生 菅原
Tadao Takigami
唯夫 瀧上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method or the like for reducing a variation in pantograph contact force that can easily constitute a measuring system and reduce the variation in the contact force more easily. <P>SOLUTION: The displacement of a support spring 11 is measured by a sensor, and an actuator is controlled so that a low-frequency component (1 to 3Hz or lower, for example) of the variation of the displacement of the support spring 11 detected by the sensor approximates zero. That is, the low-frequency component of the displacement of the support spring 11 is set as a control target amount F<SB>T</SB>, and the low-frequency component is controlled so as to approximate zero. Since the sensor is for measuring the displacement of the support spring 11 that is the control target amount F<SB>T</SB>, the measurement can be performed by less number of sensors, and the measurement itself is easy. Furthermore, there are considered advantages such that the phase difference of the displacement between a shoe 3 and a support mechanism 10 is small, and that the inertia force of the shoe 3 can be neglected by paying attention to the variation of the low-frequency component, and also a control algorithm can be simplified. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電気鉄道におけるトロリ線(架線)とパンタグラフとの間に作用する接触力の変動を低減する方法、及び、接触力変動の低減が可能なパンタグラフに関する。   The present invention relates to a method for reducing fluctuations in contact force acting between a trolley line (overhead line) and a pantograph in an electric railway, and a pantograph capable of reducing the fluctuations in contact force.

現状の電気鉄道においては、トロリ線(架線)から車体屋根に搭載されたパンタグラフを介して車両に電力を送る方式が一般的である。このようなパンタグラフは、トロリ線に押し当てられる舟体(すり板を含む)や、舟体を昇降可能に支持するとともに、トロリ線に押し当てる押上力を与える支持機構、支持機構と舟体との間に介装された支持バネ(復元ばね)・ダッシュポット等を備えている。   In the current electric railway, a method of sending electric power from a trolley line (overhead line) to a vehicle via a pantograph mounted on a vehicle body roof is common. Such a pantograph is a hull (including a sliding plate) that is pressed against the trolley line, a support mechanism that supports the hull so that it can be raised and lowered, and a push-up force that presses against the trolley line, a support mechanism and a hull. A support spring (restoration spring), a dashpot, etc. interposed between the two are provided.

トロリ線とパンタグラフの舟体との接触力は、トロリ線の高さ変動や車両・パンタグラフの振動によって変動する。この接触力の変動が大きすぎると、パンタグラフの舟体がトロリ線から離れる離線現象が生じるおそれがある。離線が頻発すると、舟体とトロリ線との間にスパークが生じて、すり板の摩耗が進み、問題となる。また、離線に至らない場合でも、パンタグラフの接触力は極力変動の小さい方がよい。   The contact force between the trolley wire and the pantograph boat varies depending on the height of the trolley wire and the vibration of the vehicle / pantograph. If the variation of the contact force is too large, there is a possibility that a separation phenomenon occurs in which the pantograph boat body is separated from the trolley line. If derailment occurs frequently, a spark is generated between the hull and the trolley line, and wear of the sliding plate advances, which becomes a problem. Even when the line does not reach the line, the contact force of the pantograph should be as small as possible.

トロリ線とパンタグラフの舟体との間に作用する接触力の変動を低減する技術のうち、いわゆるアクティブ方式のものがいくつか提案されている。その例として、特開平8−84401号公報(特許文献1)や特表2000−513919号公報(特許文献2)がある。   Among the techniques for reducing the fluctuation of the contact force acting between the trolley wire and the pantograph hull, several so-called active methods have been proposed. Examples thereof include Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-84401 (Patent Document 1) and Japanese Translation of PCT International Publication No. 2000-513919 (Patent Document 2).

特許文献1には、トロリ線とすり板体(舟体)との接触力を、圧電アクチュエータで枠組体(支持機構)を伸縮させて調整する装置が開示されている。この装置においては、接触力の測定にロードセルが用いられる。
この装置によれば、ロードセルで測定されたトロリ線と舟体との接触力が、所定の値より小さいときは圧電アクチュエータで支持機構を伸ばして接触力を増加させ、逆に所定の値より大きいときは圧電アクチュエータで支持機構を縮めて接触力を減少させる。そして、この装置に備えられる圧電アクチュエータは、応答速度が速いので、振動等に伴う接触力の増減に対する追従性が良好であるとされている。
Patent Document 1 discloses an apparatus that adjusts the contact force between a trolley wire and a sliding plate (boat) by extending and contracting a frame assembly (support mechanism) with a piezoelectric actuator. In this apparatus, a load cell is used for measuring the contact force.
According to this apparatus, when the contact force between the trolley wire measured by the load cell and the hull is smaller than a predetermined value, the support mechanism is extended by the piezoelectric actuator to increase the contact force, and conversely larger than the predetermined value. Sometimes the contact force is reduced by contracting the support mechanism with a piezoelectric actuator. And since the piezoelectric actuator with which this apparatus is equipped has a quick response speed, it is said that the followability with respect to the increase / decrease in the contact force accompanying a vibration etc. is favorable.

特許文献2には、集電装置(パンタグラフ)上部のパンタグラフヘッドの近くに配置されたアクチュエータを有し、予め定められた静的押圧力と、接触力変動と反対方向に作用するアクチュエータ力とを加えた押圧力が、すり条片(舟体)に直接的又は間接的に伝達されるよう構成された装置が開示されている。この装置では、押圧力の制御に用いる架線と舟体との接触力の値を、変位測定装置(例えばファイバー光学的なセンサ)やロードセル等を用いて測定する、あるいは、舟体の加速度から推定する等によって計測する。
この装置によれば、静的押圧力とアクチュエータ力とを加えた力を舟体に伝達させることで、車両速度に関係なく、接触力変動を最小限に抑えることができるとされている。
Patent Document 2 has an actuator disposed near a pantograph head at the top of a current collector (pantograph), and has a predetermined static pressing force and an actuator force acting in the opposite direction to the contact force fluctuation. An apparatus is disclosed that is configured such that an applied pressing force is transmitted directly or indirectly to a strip (hull). In this device, the value of the contact force between the overhead wire used to control the pressing force and the hull is measured using a displacement measuring device (for example, a fiber optical sensor) or a load cell, or estimated from the acceleration of the hull. It measures by doing.
According to this apparatus, it is said that the contact force fluctuation can be minimized regardless of the vehicle speed by transmitting the force obtained by adding the static pressing force and the actuator force to the hull.

特開平8−84401号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-84401 特表2000−513919号公報Special Table 2000-513919

前述の特許文献1又は2の各装置においては、制御目標量となる値はトロリ線とパンタグラフの舟体との間の接触力そのものである。そして、この接触力の値を、ロードセル等で測定したり、舟体の加速度等から推定したりしているため、接触力の計測方法が比較的複雑である。また、接触力を正確に測定するためには、数多くの計測用センサが必要になる。パンタグラフは高電圧に加圧されているため、多くのセンサを組み込むことに伴う、センサ電源の確保、信号の伝送、ノイズ対策などが非常に大変であり、コストもかかる。   In each of the above-mentioned devices of Patent Document 1 or 2, the value serving as the control target amount is the contact force itself between the trolley line and the pantograph boat. And since the value of this contact force is measured with a load cell etc. or estimated from the acceleration etc. of a boat body, the measuring method of contact force is comparatively complicated. Further, in order to accurately measure the contact force, many measurement sensors are required. Since the pantograph is pressurized to a high voltage, securing a sensor power supply, signal transmission, noise countermeasures, etc. associated with the incorporation of many sensors are very difficult and costly.

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであって、計測系の構成を簡単にでき、より簡便に接触力変動の低減を図ることができるパンタグラフの接触力変動低減方法及びパンタグラフを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a pantograph contact force fluctuation reducing method and pantograph capable of simplifying the configuration of the measurement system and more easily reducing the contact force fluctuation. The purpose is to do.

前記の課題を解決するため、本発明のパンタグラフの接触力変動低減方法は、トロリ線(架線)に押し当てられる舟体と、 該舟体を昇降可能に支持するとともに、前記トロリ線に押し当てる押上力を制御するアクチュエータを具備する支持機構と、 該支持機構と前記舟体との間に介装された支持バネと、を備えるパンタグラフの、前記トロリ線への接触力の変動を低減する方法であって、 前記支持バネの変位又は力をセンサで測定し、 該センサで検知した前記支持バネの変位又は力の変動の低周波数成分のみに対応して前記アクチュエータを制御することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a method for reducing contact force fluctuation of a pantograph according to the present invention includes a boat body that is pressed against a trolley line (overhead wire), and supports the boat body so that it can be moved up and down, and is pressed against the trolley line. A method for reducing fluctuations in contact force with respect to the trolley wire of a pantograph, comprising: a support mechanism including an actuator that controls a push-up force; and a support spring interposed between the support mechanism and the boat body The displacement or force of the support spring is measured by a sensor, and the actuator is controlled corresponding to only the low frequency component of the displacement or force variation of the support spring detected by the sensor. .

この方法によれば、支持バネの変位又は力をセンサで測定し、このセンサで検知した支持バネの変位又は力の変動の低周波数成分(例えば2〜3Hz以下)をゼロに近づけるようにアクチュエータを制御する。すなわち、支持バネの変位の低周波成分を制御目標量とし、この低周波成分をゼロに近づけるように制御する。センサは、制御目標量となる支持バネの変位又は力を測定するものであるため、数が少なくて済み、測定自体も容易である。さらに、本方法は、低周波数成分の変動に着目し、舟体と支持機構との変位の位相差が小さいこと、舟体の慣性力を無視できることといった利点を考慮しており、制御アルゴリズムの簡単化も実現できる。   According to this method, the displacement or force of the support spring is measured by a sensor, and the actuator is adjusted so that the low frequency component (for example, 2 to 3 Hz or less) of the displacement or force variation of the support spring detected by the sensor approaches zero. Control. That is, the low frequency component of the displacement of the support spring is set as a control target amount, and the low frequency component is controlled to approach zero. Since the sensor measures the displacement or force of the support spring as the control target amount, the number of sensors is small, and the measurement itself is easy. Furthermore, this method pays attention to the fluctuation of the low frequency component, and considers the advantages such as small displacement phase difference between the hull and the support mechanism and negligible inertial force of the hull. Can also be realized.

なお、支持バネの変位又は力の変動の低周波数成分は、主に前記トロリ線を支持する柱の径間周期(例えば40〜60m)の接触力変動に起因するものが支配的であり、このような低周波成分に比べて高周波成分は振動強度が小さい。そこで、高周波成分についてはアクティブ制御の対象外とすることで、より簡便に接触力変動の低減を図ることができる。そして、このような制御を行って接触力の変動を低減することで、離線発生の抑制や過大なトロリ線の押上力の抑制、トロリ線の歪みの抑制を実現でき、パンタグラフの集電性能を向上することができる。   The low frequency component of the displacement of the support spring or the fluctuation of the force is mainly caused by the contact force fluctuation of the span interval (for example, 40 to 60 m) of the column supporting the trolley wire. Compared with such a low frequency component, the high frequency component has a low vibration intensity. Therefore, the high-frequency component can be more easily reduced by reducing the contact force fluctuation by excluding the active control target. And by performing such control to reduce fluctuations in contact force, it is possible to suppress the occurrence of separation line, suppress excessive trolley wire push-up force, and trolley wire distortion, and improve the current collection performance of pantographs. Can be improved.

本発明のパンタグラフは、トロリ線(架線)に押し当てられる舟体と、 該舟体を昇降可能に支持するとともに、前記トロリ線に押し当てる押上力を制御するアクチュエータを具備する支持機構と、 該支持機構と前記舟体との間に介装された支持バネと、 該支持バネの変位又は力を測定するセンサと、 該センサで検知した前記支持バネの変位又は力の変動の低周波数成分のみに対応して前記アクチュエータを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。   The pantograph of the present invention includes a hull pressed against a trolley line (overhead wire), a support mechanism including an actuator for supporting the hull so as to be movable up and down and controlling a lifting force pressed against the trolley line, A support spring interposed between the support mechanism and the hull, a sensor for measuring the displacement or force of the support spring, and only a low frequency component of the displacement or force fluctuation of the support spring detected by the sensor And a control means for controlling the actuator corresponding to the above.

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、計測系の構成を簡単にでき、より簡便に接触力変動の低減を図ることができるパンタグラフの接触力変動低減方法等を提供できる。   As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a pantograph contact force fluctuation reducing method and the like that can simplify the configuration of the measurement system and can more easily reduce the contact force fluctuation.

発明を実施するための形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下、図面を参照しつつ説明する。
図1は、本実施例に係るパンタグラフの接触力変動低減方法の制御系統ブロック図である。
図2は、本実施例に係るパンタグラフ全体の機構図である。
図3は、本実施例に係るパンタグラフの計測系の構成を概念的に示す図である。
図4(A)はトロリ線の設置状態を模式的に示す図である。図4(B)はパンタグラフの接触力変動の一例を示すグラフであり、縦軸はパンタグラフ高さ(単位mm)を表し、横軸は車両の走行距離(単位m)を表す。
Hereinafter, it demonstrates, referring drawings.
FIG. 1 is a control system block diagram of a pantograph contact force fluctuation reducing method according to this embodiment.
FIG. 2 is a mechanism diagram of the entire pantograph according to the present embodiment.
FIG. 3 is a diagram conceptually illustrating the configuration of the pantograph measurement system according to the present embodiment.
FIG. 4A is a diagram schematically showing an installation state of the trolley wire. FIG. 4B is a graph showing an example of the contact force fluctuation of the pantograph. The vertical axis represents the pantograph height (unit mm), and the horizontal axis represents the travel distance (unit m) of the vehicle.

まず、図2を参照しつつ、本実施例に係るパンタグラフの機構について説明する。
図2に示すパンタグラフ1は、電車の車体屋根2上に搭載されている。このパンタグラフ1は、舟体3と、この舟体3を車体屋根2上で昇降可能に支持する支持機構10を備えている。
First, the pantograph mechanism according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
A pantograph 1 shown in FIG. 2 is mounted on a vehicle body roof 2 of a train. The pantograph 1 includes a boat body 3 and a support mechanism 10 that supports the boat body 3 so as to be movable up and down on the vehicle body roof 2.

舟体3は、車体幅方向(左右方向:図2の紙面表裏方向)に沿って延びる箱状体である。この舟体3は、一例でアルミニウム合金等からなる。舟体3には、微動バネ6及びダッシュポット7を介して、すり板5が設けられている。このすり板5は、一例で鉄系や銅系の焼結合金製、あるいは、カーボン系材料等からなる。このすり板5がトロリ線(架線)Tに直接接触する。
なお、舟体3とすり板5とを合わせて舟体と呼称することもある。
The boat body 3 is a box-like body extending along the vehicle body width direction (left-right direction: the front and back direction in FIG. 2). The boat body 3 is made of an aluminum alloy or the like, for example. The boat body 3 is provided with a sliding plate 5 via a fine movement spring 6 and a dash pot 7. The sliding plate 5 is made of, for example, an iron-based or copper-based sintered alloy, or a carbon-based material. The sliding plate 5 is in direct contact with the trolley wire (overhead wire) T.
The hull 3 and the sliding board 5 may be collectively referred to as a hull.

舟体3は、支持機構10で昇降可能に支持されている。この支持機構10の上部には、舟体3の下面に連結された支持バネ(復元バネ)11及びダッシュポット12が設けられている。支持バネ11及びダッシュポット12は、枠状の舟支え13に支えられている。舟体3は、支持機構10が上昇した後には、ダッシュポット12で減衰力が付与されつつ、支持バネ11の弾性力でトロリ線Tに押し付けられる。   The boat body 3 is supported by the support mechanism 10 so as to be movable up and down. A support spring (restoration spring) 11 and a dashpot 12 connected to the lower surface of the boat body 3 are provided on the upper portion of the support mechanism 10. The support spring 11 and the dashpot 12 are supported by a frame-shaped boat support 13. After the support mechanism 10 is lifted, the boat body 3 is pressed against the trolley wire T by the elastic force of the support spring 11 while being given a damping force by the dashpot 12.

舟支え13は、昇降運動を行う枠組(図2の例では4節リンク)に連結されている。支持機構10の枠組は、前後方向(レール長手方向)に延びる上枠17を備えている。この上枠17の上端は、連結部16を介して舟支え13に連結されている。上枠17の下端側は、くの字状に屈曲された形状となっている。この上枠17下端のくの字屈曲部には、第一節18を介して下枠19の上端が連結されている。舟支え13下端側と下枠19上端側は、上枠17の下方に配置された舟支えリンク21で繋がれている。この舟支えリンク21は、舟支え13及びその上の舟体3を正規の姿勢に保つ役割を果たすリンク部材である。上枠17の下端には、第三節31を介して釣り合い棒33の上端が連結されている。この釣り合い棒33の下端は、第四節35を介して車体屋根2上の取付フランジ37に連結されている。   The boat support 13 is connected to a frame (a four-joint link in the example of FIG. 2) that moves up and down. The framework of the support mechanism 10 includes an upper frame 17 extending in the front-rear direction (rail longitudinal direction). The upper end of the upper frame 17 is connected to the boat support 13 via the connecting portion 16. The lower end side of the upper frame 17 has a shape bent in a dogleg shape. The upper end of the lower frame 19 is connected to the bent portion at the lower end of the upper frame 17 through a first node 18. The lower end side of the boat support 13 and the upper end side of the lower frame 19 are connected by a boat support link 21 arranged below the upper frame 17. The boat support link 21 is a link member that plays a role of keeping the boat support 13 and the boat body 3 thereon in a normal posture. The upper end of the counter bar 33 is connected to the lower end of the upper frame 17 via a third node 31. The lower end of the counter bar 33 is connected to a mounting flange 37 on the vehicle body roof 2 via a fourth node 35.

下枠19の下端は、主軸(第二節)23に連結されている。この主軸23は、車体屋根2上の取付フランジ38に回動可能に取り付けられているとともに、車体屋根2上に配置された主バネ27及びダッシュポット28に連結されている。主バネ27は、パンタグラフ1の支持機構10の枠組に上昇力を与えるバネである。さらに、主バネ27の下側には、制御用アクチュエータ41が配置されている。この制御用アクチュエータ41の出力端は、連結部材42を介して主軸23に連結されている。制御用アクチュエータ41は、舟体3・すり板5をトロリ線Tに押し当てる押上力を制御するためのアクチュエータである。一方、車体屋根2上には、パンタグラフ1の昇降用アクチュエータ45が設けられている。この昇降用アクチュエータ45は、主軸23から延びるてこ部材46に当接可能となっている。   The lower end of the lower frame 19 is connected to the main shaft (second node) 23. The main shaft 23 is rotatably attached to a mounting flange 38 on the vehicle body roof 2 and is connected to a main spring 27 and a dashpot 28 disposed on the vehicle body roof 2. The main spring 27 is a spring that applies a rising force to the framework of the support mechanism 10 of the pantograph 1. Further, a control actuator 41 is disposed below the main spring 27. The output end of the control actuator 41 is connected to the main shaft 23 via a connecting member 42. The control actuator 41 is an actuator for controlling the lifting force that presses the boat body 3 and the sliding plate 5 against the trolley line T. On the other hand, an elevating actuator 45 for the pantograph 1 is provided on the vehicle roof 2. The lifting actuator 45 can come into contact with a lever member 46 extending from the main shaft 23.

ここで、パンタグラフ1の昇降動作について説明する。
舟体3は、主バネ27の付勢力により下枠19が主軸23を支点として図2中U方向に起き上がり、この下枠19の動きが第一節18を介して上枠17に伝わり、さらに上枠17が図2中U′方向に起き上がり、連結部16を介して舟支え13が持ち上がることで上昇する。このように舟体3が上昇すると、すり板5がトロリ線Tに押し当てられる。これとは逆に、舟体3を下降させるには、昇降用アクチュエータ45によって、てこ部材46をD方向に回転させる。すると、てこ部材46を介して主軸23が前述とは逆に回転し、主バネ27が付勢力に抗して伸びるとともに、下枠19が図2中D方向に下がる。そして、上枠17が図2中D′方向に回転し、パンタグラフ1が下降する。
Here, the raising / lowering operation | movement of the pantograph 1 is demonstrated.
In the boat 3, the lower frame 19 rises in the U direction in FIG. 2 with the main shaft 23 as a fulcrum by the urging force of the main spring 27, and the movement of the lower frame 19 is transmitted to the upper frame 17 via the first node 18. The upper frame 17 rises in the direction U ′ in FIG. 2, and ascends when the boat support 13 is lifted through the connecting portion 16. When the boat body 3 is lifted in this way, the sliding plate 5 is pressed against the trolley line T. On the contrary, in order to lower the boat body 3, the lever member 46 is rotated in the D direction by the lifting / lowering actuator 45. Then, the main shaft 23 rotates opposite to the above through the lever member 46, the main spring 27 extends against the urging force, and the lower frame 19 is lowered in the direction D in FIG. Then, the upper frame 17 rotates in the direction D ′ in FIG. 2, and the pantograph 1 is lowered.

次に、図3を参照しつつ、制御用アクチュエータ41の具体例及び支持バネ11の計測系について説明する。なお、この図3では、図2に示すパンタグラフ1の構成部材のうちの一部が図示省略されている。
本実施例では、前述の制御用アクチュエータ41としてエアシリンダを用いるものとする。本実施例におけるエアシリンダ41は、空気配管51を介して空気元だめ53並びにリザーバタンク54に繋がっている。この空気配管51の途中は、空気碍子55を貫通している。さらに、空気配管51の途中には、高速電磁弁57が組み込まれている。
Next, a specific example of the control actuator 41 and a measurement system of the support spring 11 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, some of the constituent members of the pantograph 1 shown in FIG. 2 are not shown.
In the present embodiment, an air cylinder is used as the aforementioned control actuator 41. The air cylinder 41 in this embodiment is connected to an air source 53 and a reservoir tank 54 via an air pipe 51. The air pipe 51 passes through the air insulator 55 in the middle. Further, a high-speed electromagnetic valve 57 is incorporated in the middle of the air pipe 51.

本実施例における支持バネ11の力の計測系(舟体変位の計測系)には、光ファイバ式の歪みゲージが用いられる。すなわち、支持バネ11には、光ファイバ式の歪みゲージ60が設けられている。この歪みゲージ60は、光ファイバ61及びそれが貫通する碍子63を介して、コントローラ65に接続されている。そして、このコントローラ65は、前述の高速電磁弁57に接続されている。歪みゲージ60は、支持バネ11の歪みから支持バネ11の変位を計測するセンサの役割を果たす。この支持バネ11の変位の計測結果は、光ファイバ61を介してコントローラ65に送られる。   An optical fiber type strain gauge is used for the force measuring system (boat displacement measuring system) of the support spring 11 in this embodiment. That is, the support spring 11 is provided with an optical fiber strain gauge 60. The strain gauge 60 is connected to a controller 65 via an optical fiber 61 and an insulator 63 through which the optical fiber 61 passes. The controller 65 is connected to the high-speed solenoid valve 57 described above. The strain gauge 60 serves as a sensor that measures the displacement of the support spring 11 from the strain of the support spring 11. The measurement result of the displacement of the support spring 11 is sent to the controller 65 via the optical fiber 61.

ここで、図4(A)に示すように、トロリ線を支える電柱は、通常40〜60mおきに立ち上げられている(この電柱の間隔を径間という)。トロリ線は、電柱間に架け渡された吊架線に複数のハンガを介して吊られている。各ハンガの間隔は、一例で5mである。図4(B)は、電柱間の距離(径間)が50mの軌道において時速300kmで走行する鉄道車両の、パンタグラフ高さ変化を数値シミュレーションにより求めたデータの一例が示されている。図中実線のグラフは車両進行方向前側のパンタグラフの高さ変動を表し、図中点線のグラフは車両進行方向後側のパンタグラフの高さ変動を表す。この図のグラフから、パンタグラフの高さは、トロリ線の吊架状態に応じて周期的に、おおよそ20〜35mmの範囲で変動し、これによって接触力も変動することがわかる。   Here, as shown to FIG. 4 (A), the utility pole which supports a trolley wire is normally started every 40-60m (the space | interval of this utility pole is called span). The trolley wire is hung on a suspension line spanned between utility poles via a plurality of hangers. The interval between the hangers is 5 m as an example. FIG. 4B shows an example of data obtained by numerical simulation of a pantograph height change of a railway vehicle traveling at a speed of 300 km / h on a track having a distance (diameter span) between utility poles of 50 m. The solid line graph in the figure represents the height fluctuation of the pantograph on the front side in the vehicle traveling direction, and the dotted line graph in the figure represents the height fluctuation of the pantograph on the rear side in the vehicle traveling direction. From the graph of this figure, it can be seen that the height of the pantograph periodically fluctuates in the range of about 20 to 35 mm according to the suspended state of the trolley wire, and thus the contact force also varies.

支持バネ11の変位の変動の低周波数成分(図4に示す径間50mの場合では2〜3Hz以下)は、主に径間周期の接触力変動に起因するものが支配的であり、この低周波成分に比べて高周波成分は振動強度が小さい。そこで、本実施例のコントローラ65は、高周波成分については制御の対象外とし、歪みゲージ60で測定した支持バネ11の力の変動低周波数成分をゼロに近づけるよう、図1に示すアルゴリズムにしたがって前述のエアシリンダ(制御用アクチュエータ41)をアクティブ制御する。このエアシリンダの制御は、図3の高速電磁弁57の開閉度を調整することで行われる。   The low-frequency component of the fluctuation of the displacement of the support spring 11 (2 to 3 Hz or less in the case of 50 m span shown in FIG. 4) is mainly caused by the contact force fluctuation of the span period. Compared with the frequency component, the high-frequency component has a low vibration intensity. Therefore, the controller 65 of this embodiment excludes the high-frequency component from being controlled, and follows the algorithm shown in FIG. 1 so that the fluctuation low-frequency component of the force of the support spring 11 measured by the strain gauge 60 approaches zero. The air cylinder (control actuator 41) is actively controlled. The air cylinder is controlled by adjusting the degree of opening and closing of the high-speed solenoid valve 57 shown in FIG.

図1には、前述のパンタグラフ1がモデル化されて示されている。この図1のパンタグラフ1においては、舟体(ここでは前述の舟体3、すり板5及びそれらの間の微動バネ6・ダッシュポット7が纏めて図示されている)の質量をm1、支持機構の枠組の質量をm2とする。さらに、舟体と支持機構との間の支持バネ11のバネ定数をk1、ダッシュポット12の減衰係数をc1、舟体3の変位をy1とし、ダッシュポット28の減衰係数をc2、支持機構10の変位をy2とする。支持バネ11の変位y1−y2は、図3を用いて前述した計測系において求められる。   FIG. 1 shows a model of the pantograph 1 described above. In the pantograph 1 of FIG. 1, the mass of the hull (here, the hull 3, the sliding plate 5 and the fine movement spring 6 and the dashpot 7 between them are collectively shown) is m 1, and the support mechanism Let m2 be the mass of the frame. Further, the spring constant of the support spring 11 between the hull and the support mechanism is k1, the damp pot 12 has a damping coefficient c1, the hull 3 displacement is y1, the dash pot 28 has a damp coefficient c2, and the support mechanism 10 Let y2 be the displacement of. The displacement y1-y2 of the support spring 11 is obtained in the measurement system described above with reference to FIG.

本実施例におけるコントローラ65は、比例積分微分(PID:Proportional-Integral-Differential)制御器66を有している。PID制御器66は、比例動作に積分動作と微分動作を加えた制御を行い、残留偏差をなくすように前述のエアシリンダ(制御用アクチュエータ41)の出力Pを制御する。このPI制御器66には、トロリ線Tから舟体3に加わる接触力
=(y1−y2)k1+(dy1/dt−dy2/dt)c1
と、制御目標量Fとが入力されて両者の差が演算され、エアシリンダに対する操作量Fcontが出力される。このようなアルゴリズムによって、制御目標量Fの変動低周波数成分をゼロに近づけるようなエアシリンダ出力Pが与えられる。なお、エアシリンダ及び高速電磁弁の動特性の補償ならびにパンタグラフ動特性の補償のため、PID制御器の直後にこれらの補償器を挿入することができる。
The controller 65 in this embodiment has a proportional-integral-differential (PID) controller 66. The PID controller 66 performs control by adding the integral operation and the differential operation to the proportional operation, and controls the output P 0 of the above-described air cylinder (control actuator 41) so as to eliminate the residual deviation. The PI controller 66, the contact force exerted from the trolley wire T to the collector head 3 F C = (y1-y2 ) k1 + (dy1 / dt-dy2 / dt) c1
When the difference therebetween is inputted to the control target amount F T is calculated, the operation amount F cont against air cylinder is output. Such algorithm, the air cylinder output P 0 as close to zero given the fluctuation low frequency component of the target control amount F T. These compensators can be inserted immediately after the PID controller in order to compensate for the dynamic characteristics of the air cylinder and the high-speed solenoid valve and for the pantograph dynamic characteristics.

本実施例では、低周波数成分(約1〜3Hz)の変動に着目することで、舟体3と支持機構10との変位の位相差が小さいこと、舟体3の慣性力を無視できることといった利点を活用することができ、図1のような簡単な制御アルゴリズムを実現している。そして、このようなアルゴリズムにしたがってエアシリンダ(制御用アクチュエータ41)の出力Pを制御することで、径間周期の接触力変動を抑制することができ、よってパンタグラフの集電性能を向上することができる。 In the present embodiment, by paying attention to the fluctuation of the low-frequency component (about 1 to 3 Hz), the advantage that the phase difference of the displacement between the hull 3 and the support mechanism 10 is small and the inertial force of the hull 3 can be ignored. The simple control algorithm as shown in FIG. 1 is realized. Then, by controlling the output P 0 of the air cylinder (control actuator 41) according to such an algorithm, it is possible to suppress the contact force fluctuation in the span interval, and thus improve the current collecting performance of the pantograph. Can do.

本実施例に係るパンタグラフの接触力変動低減方法の制御系統ブロック図である。It is a control system block diagram of the contact-force fluctuation | variation reduction method of the pantograph which concerns on a present Example. 本実施例に係るパンタグラフ全体の機構図である。It is a mechanism figure of the whole pantograph which concerns on a present Example. 本実施例に係るパンタグラフの計測系の構成を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the structure of the measurement system of the pantograph which concerns on a present Example. 図4(A)はトロリ線の設置状態を模式的に示す図である。図4(B)はパンタグラフの接触力変動の一例を示すグラフである。FIG. 4A is a diagram schematically showing an installation state of the trolley wire. FIG. 4B is a graph showing an example of contact force fluctuation of the pantograph.

符号の説明Explanation of symbols

T トロリ線
1 パンタグラフ 3 舟体
5 すり板 10 支持機構
11 支持バネ 13 舟支え
41 制御用アクチュエータ(エアシリンダ) 53 空気元だめ
54 リザーバタンク 57 高速電磁弁
60 歪みゲージ 61 光ファイバ
65 コントローラ
T trolley wire 1 pantograph 3 boat body 5 sliding plate 10 support mechanism 11 support spring 13 boat support 41 control actuator (air cylinder) 53 air source reservoir 54 reservoir tank 57 high-speed solenoid valve 60 strain gauge 61 optical fiber 65 controller

Claims (3)

トロリ線(架線)に押し当てられる舟体と、
該舟体を昇降可能に支持するとともに、前記トロリ線に押し当てる押上力を制御するアクチュエータを具備する支持機構と、
該支持機構と前記舟体との間に介装された支持バネと、
を備えるパンタグラフの、前記トロリ線への接触力の変動を低減する方法であって、
前記支持バネの変位又は力をセンサで測定し、
該センサで検知した前記支持バネの変位又は力の変動の低周波数成分のみに対応して前記アクチュエータを制御することを特徴とするパンタグラフの接触力変動低減方法。
The hull pressed against the trolley line (overhead line),
A support mechanism including an actuator for supporting the boat body so as to be movable up and down, and controlling an upward force pressed against the trolley wire;
A support spring interposed between the support mechanism and the hull;
A pantograph comprising: a method for reducing fluctuations in contact force with the trolley wire,
Measuring the displacement or force of the support spring with a sensor;
A pantograph contact force fluctuation reducing method, wherein the actuator is controlled only in response to a low frequency component of a displacement or force fluctuation of the support spring detected by the sensor.
前記支持バネの変位又は力の変動の低周波数成分が、主に前記トロリ線を支持する柱の径間周期の接触力変動に起因するものであることを特徴とする請求項1記載のパンタグラフの接触力変動低減方法。   2. The pantograph according to claim 1, wherein the low frequency component of the displacement or force variation of the support spring is mainly caused by contact force variation of a span interval of a column supporting the trolley wire. Contact force fluctuation reduction method. トロリ線(架線)に押し当てられる舟体と、
該舟体を昇降可能に支持するとともに、前記トロリ線に押し当てる押上力を制御するアクチュエータを具備する支持機構と、
該支持機構と前記舟体との間に介装された支持バネと、
該支持バネの変位又は力を測定するセンサと、
該センサで検知した前記支持バネの変位又は力の変動の低周波数成分のみに対応して前記アクチュエータを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするパンタグラフ。
The hull pressed against the trolley line (overhead line),
A support mechanism including an actuator for supporting the boat body so as to be movable up and down, and controlling an upward force pressed against the trolley wire;
A support spring interposed between the support mechanism and the hull;
A sensor for measuring the displacement or force of the support spring;
Control means for controlling the actuator in response to only a low frequency component of displacement or force fluctuation of the support spring detected by the sensor;
A pantograph characterized by comprising:
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