PL175973B1

PL175973B1 - Sposób regulacji siły napędowej i/lub hamowania kół pojazdu do optymalnej przyczepności

Info

Publication number: PL175973B1
Application number: PL94313617A
Authority: PL
Inventors: Karl Hahn
Original assignee: Aeg Schienenfahrzeuge
Priority date: 1993-09-24
Filing date: 1994-09-03
Publication date: 1999-03-31
Also published as: DK0720538T3; NO961154L; UA35627C2; DE4333281A1; CZ292301B6; PL313617A1; EP0720538B1; ATE149436T1; CZ86896A3; DE4333281C2; RU2124445C1; HU9503682D0; NO961154D0; EP0720538A1; HUT73450A; DE59401985D1; WO1995008451A1

Abstract

1. Sposób regulacji sil y napedowej i/lub hamowania kól pojazdu do optymalnej przyczepnosci, zwlaszcza kól napednych elektrowozu szynowego bez osi tocznych, w którym kola/zestawy kolowe doprowadza sie do ruchu oscylacyjnego, przebiegajacego bardzo blisko maksimum charakterystyk przyczepnosc-poslizg na styku kolo-szyna, wzglednie ciagle doprowadza sie do nich i odprowadza taka sama sile napedowa/hamowania, przy czym przekroczenie maksimum charakterystyki przyczepnosc/poslizg, to znaczy przejscie w niestabilny obszar poslizgu rozpoznaje sie przez nastawienie wiekszego przyspieszenia/opóznienia lub przez wzrost i odjecie przyspieszenia do utrwalonej ilosci obro- tów, przy czym przekroczenie maksimum charakterystyki przy- czepnosc-poslizg, to znaczy przejscie do niestabilnego obszaru poslizgu, rozpoznaje sie przez obnizenie sily napedo- wej/hamowania, znamienny tym, ze mierzy sie predkosc/ilosc obrotów kól na kolach/zestawach kolowych, które reguluje sie na optymalnie maksymalna przyczepnosc i ustala sie ja jako wiel- kosc odniesienia, ze do tej zmierzonej wartosci predkosci/ilosci obrotów kól, która stosuje sie jako predkosc odniesienia, dodaje sie zadana wielkosc poslizgu i, ze za pomoca tej wynikowej wielkosci poddaje sie zadanej regulacji poslizgu kól pred- kosc/ilosc obrotów kól pozostalych kól/zestawów kól FIG 2 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób regulacji siły napędowej i/lub hamowania kół pojazdu do optymalnej przyczepności, zwłaszcza zestawów kołowych napędnych elektrowozu szynowego bez osi tocznych.

Energoelektronika umożliwia dzisiaj bezstopniową regulację silników napędowych, zasilanych prądem trójfazowym, prądem stałym i prądem mieszanym, które pozwalają na oscylacyjną pracę kół/zestawów kołowych elektrowozów szynowych w bliskich obszarach wokół maksimum przyczepności charakterystyki przyczepność-poślizg na styku koło/szyna.

Figura 1 pokazuje typową charakterystykę przyczepność-poślizg z różnymi obszarami poślizgu, przy czym lewy zakres maksimum jest uważany jako stabilny, a prawy od niego jako niestabilny. Dla oscylacyjnej pracy kół/zestawów kołowych wokół obszaru maksimum krzywej zaznaczonej linią ciągłą, są znane różne sposoby regulacji, które nie wymagają pomiaru absolutnej prędkości nad ziemią, np. za pomocą osi tocznej lub radaru, itp., lecz

175 973 wykorzystują pomiar ilości obrotów zestawów kół napędnych. W znanych sposobach odbywa się to np. przez zwiększanie i ponowne zmniejszanie siły napędowej/hamowania, przy czym przekroczenie maksimum krzywej przyczepność-poślizg jest rozpoznawana przez nagły wzrost przyspieszenia (np. opis DE- 34 07 309).

W innym sposobie tego rodzaju wzrost lub zmniejszenie wywołuje utrwalenie ilości obrotów, a przekroczenie maksimum krzywej przyczepność-poślizg jest rozpoznawana jako obniżenie siły napędowej/hamowania (np. opis DE- 39 29 497).

Wspólnym dla tych sposobów jest utrzymywanie możliwie małego poślizgu kół, aby osiągnąć największe wykorzystanie siły pociągowej.

Znane są sposoby, które bez rzeczywistych wartości pomiarowych prędkości nad ziemią, stosują przerywaną regulację poślizgu. Przy tym z ilości obrotów osi i obliczonego z niej przyspieszenia oblicza się fikcyjną prędkość nad ziemią, która następnie znajduje zastosowanie jako odniesienie do regulacji poślizgu. Przy tym jest założone, że w nie za dużych odstępach, na co najmniej jednym z zestawów kół napędnych krótkotrwała siła napędowa jest tak w dalekim stopniu redukowana, że ona z bezpieczeństwem jest ponownie sterowana w mikropoślizgach w stabilnych obszarach poślizgu. Za pomocą takiego zestawu kołowego fikcyjna prędkość, która ciągle trochę jest zmniejszona, ponownie jest nastawiana na prawidłową wartość. Oczywiście powtarzające się w odstępach znaczne straty siły napędowej, co najmniej tego zestawu kołowego napędnego, muszą być co najmniej brane pod uwagę do czasu, aż ponownie on powróci ze stanu poślizgu do stanu toczenia. W lokomotywach, w których silniki tylko w sposób grupowy po dwa mogą być sterowane wspólnie, może to dotyczyć nawet dwóch zestawów kół napędnych tak, że np. czteroosiowa lokomotywa musi krótkotrwale zredukować swoją siłę pociągową o prawie 50%.

Praktyka wykazała jednak, że tak osiągany najmniejszy poślizg nie przynosi żadnego polepszenia siły pociągowej w stosunku do dużych wartości poślizgu, przy których można osiągnąć najlepszą siłę pociągową. Przeciwnie, przenoszenie siły pociągowej na koła jest przejściowo nawet pogorszone, przy czym siła pociągowa obniża się, jak przedstawia na fig. 1 krzywa zaznaczona linią przerywaną.

Z drugiej strony podwyższony dopuszczalny poślizg poddaje w wątpliwość dokładność pomiaru absolutnej prędkości pojazdu szynowego.

U podstaw wynalazku leży teoria, wsparta przez praktykę, według której przez przypadkowe jazdy z dużym poślizgiem kół w niestabilnym obszarze poślizgu ma miejsce polepszenie ogólnej charakterystyki przyczepność - poślizg w kierunku zwiększenia siły pociągowej, co oczywiście następuje przez zmiany stykających się powierzchni koła z szyną. Przenoszenie siły pociągowej odbywa się następnie według krzywej, określonej linią ciągłą na fig. 1.

Stosownie do tego ujawnione dotychczasowe dążenie do nieznacznego poślizgu, który występuje, gdy jazda odbywa się z maksymalną przyczepnością, oczywiście nie wystarcza, aby utrzymać przyczepność powierzchni bieżnej koła, lecz prowadzi w przeciwieństwie, np. do czystego toczenia, a do efektu polerowania powierzchni bieżnej koła.

To pogorszenie współczynnika przyczepności, zwłaszcza przy istnieniu na szynie warstw obcych, np. wody jest znaczne.

Praktyczne badania przy wspomnianych, znanych bardzo dokładnych sposobach wykazały czasami niezrozumiałe załamywanie się przyczepności kół, najczęściej na wilgotnych szynach, przez co mogła być wywołana wtedy znacznie mniejsza siła pociągowa niż podczas pracy z dużym poślizgiem koła.

Aby można było wszystkie zestawy kołowe całkowicie regulować na żądany poślizg dotychczas używa się wartości pomiaru prędkości nad ziemią, co dokonuje się np. przez osie toczne lub przyrządy radarowe. Lokomotywy jednakże nie mają dzisiaj żadnych osi tocznych, a przyrządy radarowe są podatne na zakłócenia, a ich konserwacja jest pracochłonna.

175 973

Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobów, za pomocą których bez przeprowadzania pomiarów prędkości nad ziemią można doprowadzić każdy zestaw kołowy do pracy na granicy przyczepności przy możliwie jak najmniejszym poślizgu, dla polepszenia styku koło/szyna, poprzez odpowiedni celowy wysoki poślizg koła. Przy czym powinna być utrzymana zaleta uzyskania, bez konieczności bezpośredniego pomiaru, wartości absolutnej prędkości, wystarczająco dokładnej dla techniki sterowania, jak również bezpieczeństwo niekontrolowanego poślizgu koła, to znaczy ślizgania się wszystkich kół.

Zadanie to w odniesieniu do jednego sposobu zostało rozwiązane dzięki temu, że mierzy się prędkość/ilość obrotów kół na kołach/zestawach kołowych, które reguluje się na optymalnie maksymalną przyczepność i ustala się ją jako wielkość odniesienia, że do tej zmierzonej wartości prędkości/ilości obrotów kół, którą stosuje się jako prędkość odniesienia, dodaje się żądaną wielkość poślizgu i, że za pomocą tej wynikowej wielkości poddaje się żądanej regulacji poślizgu kół prędkość/ilość obrotów kół pozostałych kół/zestawów kół.

Korzystnie zestawy kołowe reguluje się poprzez prowadzenie cyklicznych zmian trybu pracy z podwyższonym i małym poślizgiem, a przy przekroczonej granicy przyczepności co najmniej jeden z wyprzedzających zestawów kołowych pojazdu reguluje się z podwyższonym poślizgiem, a co najmniej jeden doganiający zestaw kołowy, w celu porównania ilości obrotów, reguluje się z małym poślizgiem.

Według wynalazku regulację trybu pracy z podwyższonym poślizgiem kół przeprowadza się ręcznie z tym, że tryb pracy z podwyższonym poślizgiem kół automatycznie włącza się, gdy wartość zadana siły napędowej wynosi >95%, względnie gdy siła napędowa z powodu niewystarczającej przyczepności kół jest zmniejszona co najmniej o około 10%.

Zadanie w odniesieniu drugiego sposobu zostało rozwiązane dzięki temu, że poprzez odłączenie redukcji oczekiwanego przyspieszenia na integratorze-pseudo osi tocznej wybrane koła/zestawy kołowe doprowadza się do pracy poślizgu.

Zgodnie z trzecim sposobem zadanie to zostało rozwiązane dzięki temu, że najpierw z zestawów kołowych, nie sterowanych'podczas pracy z podwyższonym poślizgiem, względnie ze wszystkich zestawów kołowych tworzy się wartość minimalną, a w pracy hamowania wartość maksymalną ilości obrotów, po tym wartość tę filtruje się i następnie zwiększa o żądaną wielkość poślizgu, względnie wielkość tolerancji średnicy koła i w końcu tę wielkość, albo własną ilość obrotów koła, jeżeli jest ona mniejsza, a w pracy hamowania większa od powiększonej wielkości, stosuje się jako górną, a w pracy hamowania dolną, wartość rozbiegową dla integratora-pseudo osi tocznej.

Zgodnie z czwartym sposobem zadanie to zostało rozwiązane dzięki temu, że najpierw regulator ilości obrotów zestawu kołowego, sterowanego z podwyższonym poślizgiem, oddziela się odjego algorytmu poszukiwania, a następnie ilość obrotów lub wartość zadaną ilości obrotów jednego z zestawów kołowych nie sterowanych ze zwiększonym poślizgiem, albo ich wartość minimalną, powiększ się, a w pracy hamowania zmniejsza, o wielkość żądanego poślizgu i, że tę wartość jako wartość zadaną ilości obrotów do zestawu kołowego, sterowanego ze zwiększonym poślizgiem, doprowadza się do regulatora ilości obrotów.

Wynalazek wykorzystuje efekt, że do podtrzymania lepszej przyczepności kół nie jest wymagane nieprzerwane podtrzymywanie wspomnianego podwyższonego poślizgu. Ponieważ podwyższony poślizg trwa nawet do kilku minut, aż uszorstniony zestaw kołowy, po jeździe z podwyższonym poślizgiem, ponownie powróci do jazdy z mniejszym optymalnym poślizgiem, według charakterystyki przyczepność/poślizg, ponownie zostanie wygładzony, to ten zestaw kołowy w tym czasie można wykorzystać jako pracujący z normalną prędkością, a pozostałym zestawom kołowym pozwolić pracować z większym poślizgiem. Zestaw kołowy jadący czasowo z małym, optymalnym poślizgiem ma w tym czasie nawet największą przyczepność, ponieważ wtedy znajduje się na najwyższym poziomie charakterystyki przyczepności (patrz linia ciągła na fig. 1), podwyższoną przez poprzednią pracę z

175 973 dużym poślizgiem, podczas gdy zestawy kołowe, będące z makropoślizgu, jadą według opadającej charakterystyki z niższą przyczepnością (patrz linia przerywana na fig. 1).

Za pomocą wynalazku osiąga się dzięki temu, że praca z podwyższonym poślizgiem może być swobodnie wybiórczo nastawiana, a w przypadkach, gdzie nie jest potrzebny dodatkowy zysk siły pociągowej dla zachowania planowej jazdy (co oczywiście bywa częstym przypadkiem), jazda może być jak dotychczas prowadzona z małym, optymalnym poślizgiem. Dzięki temu w stosunku do osiągalnych rezerw siły pociągowej uzyskuje się dotychczas niemożliwe zminimalizowanie zużycia kół.

Przejście do pracy z poślizgiem jest dokonywane przez prowadzącego elektrowóz w sposób wybiórczy lub półautomatycznie, co jest możliwe dzięki temu, że może on decydować przez zadanie 100% siły pociągowej lub trochę mniejszej np. <95%, czy jazda powinna odbywać się z poślizgiem lub dużym poślizgiem.

Przez dłuższe utrzymywanie lub ciągłą pracę pierwszego zestawu kołowego w stanie większego poślizgu i/lub nastawienie szczególnie dużego poślizgu na tym zestawie kołowym, można znane działanie czyszczące kół wykorzystać podczas jazdy na mokrych szynach.

Szczególnie korzystnie wynalazek może być zastosowany, gdy wszystkie zestawy kołowe są wyposażone w jeden znany układ do regulacji pracy na granicy przyczepności, bez określania prędkości nad ziemią, a dodatkowo są tylko wyposażone w mało nakładcze urządzenie do przełączania na pracę z regulowanym dużym poślizgiem.

Wynalazek jest bliżej wyjaśniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia charakterystykę przyczepność/poślizg, znaną ze stanu techniki, a fig. 2 - schemat blokowy układu regulacji według wynalazku.

Figura 2 pokazuje w schemacie blokowym układ regulacji zestawu kół napędnych elektrowozu za pomocą zasilanego falownikiem silnika trakcyjnego trójfazowego. W lokomotywie ze sterowaniem osi pojedynczych, każdy pojedynczy, zestaw kół napędnych ma taki układ. W lokomotywach ze sterowaniem grupowym, przykładowo połączeniem równoległym obu silników zestawu kołowego, układ według fig. 2 jest przyporządkowany do obu zestawów kołowych, przy czym jako rzeczywistą ilość obrotów wykorzystuje się ilość obrotów jednego z zestawu kołowego lub wartość średnią ilości obrotów z obu zestawów kołowych.

Na fig. 2 1 jest oznaczony falownik, który zasila trójfazowy silnik trakcyjny 2. Ilość obrotów osi jest określana np. przez maszynę tachometryczną 3 lub nadajnik impulsów obrotowych z analizatorem. Na wejście· 4 jest doprowadzana wartość zadana, utworzona w nie przedstawionym regulacji napędu-dla częstotliwości poślizgu S_Sou silnika. Do przyłącza 5 jest doprowadzona wartość ilości obrotów pseudo osi tocznej, która we wskaźniku różnicowym 6 jest porównywana ze zmierzoną ilością obrotów z maszyny tachometrycznej 3. Różnica ilości obrotów określona we wskaźniku różnicowym 6 jest oceniana w mnożarce 7 o odpowiednim czynniku stałym lub -zależnym od prędkości i/lub siły pociągowej, podanym do przyłącza 8. Otrzymana wartość jest w stacji dodawania 9 odejmowana od wartości zadanej częstotliwości poślizgu silnika fs-ou, a otrzymany wynik służy jako wartość zadana momentu obrotowego. W sumatorze 10 jako suma z ilości obrotów osi frot i żądanej częstotliwości poślizgu fs_sou, silnika jest utworzona częstotliwość falownika fst jako częstotliwość rozruchowa silnika trakcyjnego 2.

Przyłączem 11 jest doprowadzana wartość zadana wspomnianego przyspieszenia, lub opóźnienia, wyprowadzona z siły pociągowej, lub hamowania i trasy pojazdu. W lokomotywach jest przy tym uwzględniony ciężar doczepiony, co może odbywać się za pomocą automatycznego adaptera. Ta wartość zadana jest doprowadzana do integratora 13, który oddziaływuje jako pseudo oś toczna, i w nim jest całkowana do wartości ilości obrotów. Integrator 13 jest przy tym tak nastawiony, że on szybko całkuje w małym obszarze tolerancji, jak to opowiada nadzorowanemu przyspieszeniu pojazdu tak, że ilość obrotów pseudo osi tocznej odtwarza prędkość rzeczywistą pojazdu. Integrator 13 otrzymuje dlatego dodatkowe sprzężenie zwrotne poprzez komparator 14, przełączniki 15 116

175 973 oraz prostownik półokresowy 17,18 albo inne układy przepuszczające każdorazowo tylko sygnały biegunowości oraz przez człon dodawania 12. W komparatorze 14 jest porównywany rezultat całkowania, to znaczy ilość obrotów pseudo osi tocznej z ilością obrotów osi rzeczywistej. Dodatnia różnica, to znaczy gdy pseudo oś toczna obraca się szybciej, czyli w stanie pracy jazda (przełącznik 16 zamknięty), jest podawana przez prostownik półokresowy 17 do integratora 13, który zmniejsza wtedy ilość obrotów pseudo osi tocznej, aż ona będzie odpowiadać ilości obrotów osi rzeczywistej. Ujemna różnica, to znaczy gdy pseudo oś toczna obraca się powoli, czyli w stanie hamowanie (przełącznik 16 zamknięty) jest podawana przez prostownik półokresowy 18 do pseudo osi tocznej-integratora 13, który zwiększa ilość obrotów pseudo osi tocznej, aż ona będzie zgodna z ilością obrotów osi rzeczywistej. Jeżeli wartości ilości obrotów zgadzają się, to na wskaźniku różnicowym 6 nie występują żadne jej różnice.

Przy wystąpieniu poślizgu kół w stanie azda oś rzeczywista silniej przyspiesza od pseudo osi tocznej integratora 13, który nie jest łączony przez sprzężenie zwrotne, ponieważ prostownik półokresowy 17 nie przepuszcza sygnału o ujemnej biegunowości. We wskaźniku różnicowym 6 powstaje różnica ilości obrotów, jak występuje pomiędzy osią napędną, a prawdziwą osią toczną.

Przy hamowaniu kół odwraca się biegunowość różnicy, przez co sygnał sprzężenia zwrotnego jest kierowany przez przełącznik 16 i prostownik półokresowy 18. Sygnał różnicy ilości obrotów, występujący na wskaźniku różnicowym 6 steruje następnie, jak opisano, momentem obrotowym i przez to siłą pociągową, względnie hamowania pojazdu.

Jeżeli ilość obrotów pseudo osi ma już osiągniętą wartość, która odpowiada prędkości osi koła obracającego się już z poślizgiem na szynie, to następuje przeniesienie maksymalnie możliwej siły pociągowej. Podczas powstawania tego poślizgu, to znaczy od chwili czystego toczenia osi napędnej nie przyspiesza ona bardziej od pojazdu. Pseudo oś tocznaintegrator 13 do tego czasu może jeszcze podążać za ilością obrotów osi. Silne przyspieszenie osi napędnej występuje dopiero wtedy, gdy poślizg przekracza maksymalną wartość tarcia.

Aby uniemożliwić, że oś napędna będzie miała większe przyspieszenie prowadzące aż do ślizgania się, układ', regulacji jest tak ustawiony, że zestaw kołowy lub grupa zestawów kołowych przez zmniejszenie siły napędowej silnika Fmot, lub siła hamowania przy hamowaniu, jest odprowadzana poprzez maksimum przyczepności w stabilny obszar poślizgu (fig. 1). Przy tym przełącznik 19,20 i człon proporcjonalny 21 tworzą urządzenie odwracające biegunowość, które podczas pracy hamowania oszukuje biegunowość sygnału różnicy ilości obrotów. 22 jest oznaczone urządzenie różnicowe, które tworzy pierwsze czasowe odgałęzienie sygnału różnicowego ilości obrotów d(An)/dt. 40 jest oznaczony człon opóźniający pierwszej klasy, który trochę spłaszcza wzrost sygnału wyjściowego z urządzenia różnicowego 22. Wyjście członu opóźniającego 40 jest ponadto wyprowadzone, przez elektronicznie uruchamiany włącznik 41 ze stykiem rozwiernym, do stopnia wartości granicznej 43, który emituje dwójkowy sygnał do bramki LUB 44. Sprzężenie zwrotne jest doprowadzone do członu czasowego 42, który po osiągnięciu opóźnienia zadziałania otwiera włącznik 41 i po upływie dalszego czasu opóźnienia ponownie go zamyka. Dzięki temu, w sensie kontroli procesu, są wykluczone niepożądane długie sygnały. Wyjście bramki LUB 44 oddziaływuje na włącznik 31 i przez inwerter 45 do wejścia Reset pierwszego członu opóźniającego 46 z opóźnieniem wyłączania, które pochodzi od wyjścia stopnia wartości granicznej 43. Pierwszy człon czasowy 46 jest połączony z drugim członem czasowym 47, który ma opóźnienie włączania. Przez drugi człon czasowy 47 jest uruchamiany włącznik 48, który swoim wyjściem jest przyłączony do stopnia wyboru wartości maksymalnej 51, umieszczonego na przerzutniku Schmitta 52 i wyłącza go, przez co sygnał może docierać do bramki LUB 44. Stopień wyboru maksymalnych wartości 51 otrzymuje od urządzenia różnicowego 22 poprzez dołączony inwerter 49 z jednej strony bezpośredni sygnał wejściowy, a z drugiej strony przez drugi człon różnicowy 50 dodatkowy

175 973 różnicowy sygnał wejściowy. Stopień wyboru wartości maksymalnych 51 przepuszcza tylko sygnał o większej wartości od obu sygnałów.

Gdy na wskaźniku różnicowym 6 pojawi się różnica ilości obrotów, to koła, jak poprzednio opisano, mają przekroczony poślizg na szynach, który umożliwia większe przeniesienie siły. Koła obracają się one w niestabilnym obszarze poślizgu, to znaczy ze zwiększającym się poślizgiem, współczynnik przyczepności ponownie zmniejsza się. Zwiększający się teraz nadmiar momentu obrotowego za pomocą silnika trakcyjnego przyspiesza stosunkowo szybko obracającą się masę zestawu kołowego, niewielką w porównaniu do masy pojazdu. Wzrost różnicy ilości obrotów jest określany przez urządzenie różnicowe 22 i przenoszony w celu odfiltrowania zakłóceń przez człon opóźniający 40 i włącznik 41 do zadziałania stopnia wartości granicznej 43. Jego sygnał wyjściowy uruchamia przez bramkę LUB 44 włącznik 31, przez co sygnał, utworzony z oczekiwanej wartości przyspieszania od przyłącza 11 i do niego dodanej wartości stałej w miejscu dodawania 33 i scałkowany w inwertorze 34, jest przez stopień czasowy 32 i człon dodawania 12 doprowadzony do wejścia integratora 13. Stopień czasowy 32 pozwala części sygnału natychmiast przechodzić, reszta z opóźnieniem pierwszego stopnia wzrasta aż do pełnej wysokości. Stopień czasowy 32 nie zawiera opóźnienia zwolnienia dla sygnału, jak to symbolicznie zaznaczono. Integrator 13 jest dzięki temu powolny i gdy sygnał dodatkowy przekracza bezpośredni sygnał, rozpoczyna całkowanie w odwrotnym kierunku.

Ilość obrotów pseudo osi tocznej jest dzięki temu mała. Przez to różnica ilości obrotów we wskaźniku różnicowym 6 wprawdzie wzrasta najpierw jeszcze szybciej, jednocześnie jednak z większym sygnałem różnicy ilości obrotów także moment obrotowy silnika trakcyjnego zostaje bardziej zmniejszony, dzięki czemu przyspieszanie zestawu kołowego kończy się i zestaw kołowy rozpoczyna ponownie łapanie, to znaczy powraca do stabilnego obszaru poślizgu. Ponieważ przy tym ilość obrotów zestawu kołowego ponownie zbliża się do ilości obrotów pseudo osi tocznej, to także sygnał różnicy ilości obrotów we wskaźniku różnicowym 6, jest ponownie mniejszy. Sterowanie obniżające integratora 13 przez włącznik 31 jest podtrzymywane dotąd, aż zestaw kołowy ponownie osiągnie stabilny obszar poślizgu, to znaczy przechodzi z powrotem przez maksimum krzywej współczynnik przyczepności/poślizg. Z drugiej strony system pozostaje w· obszarze niestabilnym, co ostatecznie prowadziłoby do ślizgania się kół. .

Do tego celu służy przerzutnik Schmitta 52, który przez inwertor 49 jest wrażliwy na ujemne d(An)/dt, a więc zmniejsza sygnał różnicy ilości obrotów i oddaje swój sygnał również do bramki LUB 44. On jest skuteczny po zadziałaniu stopnia wartości granicznej 43, po obiegu drugiego członu czasowego 47 i włącznika 48. Przez drugi człon różnicowy 50 przerzutnik Schmitta 52 otrzymuje za pomocą stopnia doboru wartości maksymalnych 51 dodatkowy wyprzedzający sygnał, przez co może on już zadziałać, zanim stopień wartości granicznej 43 ponownie wyłączy się. Unika się przez to luki w sygnale wyjściowym bramki LUB 44 przy przejściu zera przez sygnał d(An)/dt. Może to być także osiągnięte - alternatywnie - przez dodatkowe opóźnienie zwalniania stopnia wartości granicznej 43 przy pominięciu elementów 50 i 51. Podczas czasu opóźnienia drugiego członu czasowego 47 przerzutnik Schmitta 52 zadziała, gdy stopień wartości granicznej 43 jest w tym czasie włączony, przez co powstają krótkotrwałe zakłócenia, które dalej nie oddziaływują i nie stanowią żadnego czynnika do ślizgania się kół. Czas samoprzestawiania pierwszego członu czasowego 46 dba o to, żeby przerzutnik Schmitta 52, podczas zmierzonego trwania ujemnego sygnału różnicy ilości obrotów d(An)/dt, mógł pozostać skuteczny, gdy stopień wartości granicznej 43 był już ponownie wyłączony.

Dzięki temu przerzutnik Schmitta 52 otrzymany sygnał dodatkowy dla integratora 13 podtrzymuje dotąd, aż ujemny sygnał d(An)/dt przekroczy ponownie próg przerzutnika.

Dzięki temu zestaw kołowy jest ponownie cofany w stabilny obszar poślizgu i ponownie jest przyśpieszany do następnego procesu regulowania. Jak widać z fig. 2, liniami punktowo-kreskowymi są zaznaczone urządzenia dodatkowe, wymagane do przeprowadzenia pracy z podwyższonym poślizgiem. Jest zastosowany włącznik 101, który jest otwarty

175 973 dla podwyższonej pracy z poślizgiem, przez co pseudo oś toczna-integrator 13 nie może być wycofana w stabilny obszar poślizgu. W sposób zastępczy można obniżać wzmocnienie we wzmacniaczu proporcjonalnym 34, przez co sygnał dodatkowy w integratorze 13 jest za mały, a więc nie wystarcza do cofnięcia do stabilnego obszaru poślizgu. Przejście do większego poślizgu odbywa się więc powoli. Dzięki temu poślizg tego zestawu kołowego nie jest więcej kontrolowany; natomiast za pomocą grup funkcyjnych 102 do 106 jest on kontrolowany w pozostałych zestawach kołowych, z których co najmniej jeden nie może jednak jechać z podwyższonym poślizgiem.

Dla pracy z podwyższonym poślizgiem wejście wzmacniacza różnicowego 14 jest połączone przez stopień wartości minimalnej 103 z wartością minimalną w członie wybiórczym 102, przy czym ta wartość minimalna w miejscu dodawania 105 będzie jeszcze podwyższana o pasujący, dobrany wynik poślizgu. Przez to pseudo oś toczna-integrator 13 nie może więcej rozpędzać się do właściwej ilości obrotów zestawu kołowego, jeżeli ta wielkość jest większa od ilości obrotów niepoślizgowego zestawu kołowego łącznie z wynikiem poślizgu nsou Tę ostatnią ilość obrotów przyjmuje teraz pseudo oś toczna-integrator 13, dlatego też zestaw kołowy otrzymuje taką prędkość, aż z różnicy prędkości osi tocznej i ze zmniejszenia momentu obrotowego, pasującego do uzyskania przyczepności kół do szyn, powstanie stan równowagi.

Ma to miejsce przy trochę większej różnicy od V_Sou w zestawie kołowym, nie znajdującym się w pracy poślizgu, dlatego też Vsoll musi być mierzona z uwzględnieniem powyższego.

Ten dodatkowy układ może pozostawać włączony poprzez włącznik 101 także w pracy niepoślizgowej zestawu kołowego (włącznik 101); wtedy przynależna ilość obrotów zestawu kołowego jest mniejsza od ilości obrotów pozostałych zestawów kołowych + V_Soll 1 układ zachowuje się tak, jak gdyby ilość obrotów zestawu kołowego była ponownie bezpośrednio połączona z wejściemwzmacniacza różnicowego 14. Podczas pracy hamowania odwracają się biegunowości różnicy’ i stosownie od tego oddziaływuje człon wybiorczy 102 na wyjściu wartości maksymalnej poprzez miejsce dodawania 106 (- Δ Vsoll) i stopień wartości maksymalnej 104.

Przełączanie na tryb pracy z większym poślizgiem może być urzeczywistnione jedynie przez wyłączenie włącznika 101. Cofanie zestawu kołowego do stanu pracy z nieznacznym poślizgiem przez zamkniecie włącznika 101 może być ewentualnie przyspieszone przez krótkotrwałe podwyższenie wzmocnienia w członie proporcjonalnym 34. Dzięki temu zmniejszenie wspomnianego przyspieszenia jest wzmocnione, a integrator 13 może ilość obrotów pseudo osi tocznej szybciej wycofać w stabilny obszar poślizgu kół. Dla układu z regulatorem ilości obrotów, który ciągle powoduje wzrost i ponowne zmniejszenie ilości obrotów i z algorytmem, który steruje wielkością prowadzącą tego regulatora, w zależności od przekroczenia granicy przyczepności, względnie przekroczenia siły napędowej/hamowania, znane np. z opisu DE 39 29 497, przełączanie może odbywać się jak następuje:

Wejście wielkości prowadzącej regulatora obrotów, oddzielone od algorytmu poszukiwania jest połączone z ilością obrotów, mierzoną w innym nie sterowanym zestawie kołowym, o większym poślizgu, która została dodana do wyniku poślizgu, jako prędkość odniesienia.

Przez różne pomiary określającej poślizg wielkości zadanej Vsu zestawy kołowe włączane na pracę poślizgu, mogą być napędzane z różnymi prędkościami poślizgu, przykładowo przez specjalnie duży poślizg wyprzedzającego zestawu kołowego, można wykorzystać znane działanie czyszczące kół na mokrych lub oblepionych ciałami obcymi szynach.

175 973

Fig. 1

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 70 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób regulacji siły napędowej i/lub hamowania kół pojazdu do optymalnej przyczepności, zwłaszcza kół napędnych elektrowozu szynowego bez osi tocznych, w którym koła/zestawy kołowe doprowadza się do ruchu oscylacyjnego, przebiegającego bardzo blisko maksimum charakterystyki przyczepność-poślizg na styku koło-szyna, względnie ciągle doprowadza się do nich i odprowadza taką samą siłę napędową/hamowania, przy czym przekroczenie maksimum charakterystyki przyczepność/poślizg, to znaczy przejście w niestabilny obszar poślizgu rozpoznaje się przez nastawienie większego przyspieszenia/opóźnienia lub przez wzrost i odjęcie przyspieszenia do utrwalonej ilości obrotów, przy czym przekroczenie maksimum charakterystyki przyczepność-poślizg, to znaczy przejście do niestabilnego obszaru poślizgu, rozpoznaje się przez obniżenie siły napędowej/hamowania, znamienny tym, że mierzy się prędkość/ilość obrotów kół na kołach/zestawach kołowych, które reguluje się na optymalnie maksymalną przyczepność i ustala się ją jako wielkość odniesienia, że do tej zmierzonej wartości prędkości/ilości obrotów kół, którą stosuje się jako prędkość odniesienia, dodaje się żądaną wielkość poślizgu i, że za pomocą tej wynikowej wielkości poddaje się żądanej regulacji poślizgu kół prędkość/ilość obrotów kół pozostałych kół/zestawów kół.
2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, że zestawy kołowe reguluje się poprzez prowadzenie cyklicznych zmian trybu pracy z podwyższonym i małym poślizgiem.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przy przekroczonej granicy przyczepności co najmniej jeden z wyprzedzających zestawów kołowych pojazdu reguluje się z podwyższonym poślizgiem, a co · najmniej jeden doganiający zestaw kołowy, w celu porównania ilości obrotów, reguluje się z małym poślizgiem.
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że regulację trybu pracy z podwyższonym poślizgiem kół przeprowadza się ręcznie.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że tryb pracy z podwyższonym poślizgiem kół automatycznie włącza się, gdy wartość zadana siły napędowej wynosi >95%, względnie gdy siła napędowa z powodu niewystarczającej przyczepności kół jest zmniejszona co najmniej o około 10%.
6. Sposób regulacji siły napędowej i/lub hamowania kół pojazdu, do optymalnej przyczepności, zwłaszcza kół napędnych elektrowozu szynowego bez osi tocznych, w którym koła doprowadza się do ruchu oscylacyjnego, przebiegającego bardzo blisko maksimum charakterystyki przyczepność-poślizg na styku koło-szyna, względnie ciągle doprowadza się do nich i odprowadza taką samą siłę napędową/hamowania, przy czym przekroczenie maksimum charakterystyki przyczepność/poślizg, to znaczy przejście w niestabilny obszar poślizgu, rozpoznaje się przez nastawienie większego przyspieszenia/opóźnienia lub przez wzrost i odjęcie przyspieszenia do utrwalonej ilości obrotów, przy czym przekroczenie maksimum charakterystyki przyczepność-poślizg, to znaczy przejście do niestabilnego obszaru poślizgu, rozpoznaje się przez obniżenie siły napędowej/hamowania, i stosuje się integrator jako pseudo oś toczną, w którym różnica pomiędzy wielkością wyjściową integratora, a ilością obrotów przyporządkowanej osi napędnej służy jako miara poślizgu koła, którą ocenia się w celu redukcji momentu napędowego lub hamowania i przez pierwsze czasowe odprowadzenie różnicy ilości obrotów określa się, za pomocą wyznaczonego silnego przyspieszenia, przejście do niestałego obszaru poślizgu, i przy wyłączeniu stopnia wartości granicznej do integratora doprowadza się dodatkową wielkość wejściową, skierowaną przeciwnie do doprowadzanej wartości zadanej dla przyspieszenia lub opóźnienia, aż do ponownego osiągnięcia stabilnego obszaru poślizgu, znamienny tym, że poprzez

175 973 odłączenie redukcji oczekiwanego przyspieszenia na integratorze-pseudo osi tocznej wybrane koła/zestawy kołowe doprowadza się do pracy poślizgu.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że najpierw z zestawów kołowych, nie sterowanych podczas pracy z podwyższonym poślizgiem, względnie ze wszystkich zestawów kołowych, tworzy się wartość minimalną, a w pracy hamowania wartość maksymalną ilości obrotów, po tym wartość tę filtruje się i następnie zwiększa o żądaną wielkość poślizgu, względnie wielkość tolerancji średnicy koła i w końcu tę wielkość, albo własną ilość obrotów koła, jeżeli jest ona mniejsza, a w pracy hamowania większa od powiększonej wielkości, stosuje się jako górną, a w pracy hamowania dolną, wartość rozbiegową dla integratora-pseudo osi tocznej.
8. Sposób regulacji siły napędowej i/lub hamowania kół pojazdu, do optymalnej przyczepności, zwłaszcza kół napędnych elektrowozu szynowego bez osi tocznych, w którym koła/zestawy kołowe doprowadza się do ruchu oscylacyjnego, przebiegającego bardzo blisko maksimum charakterystyki przyczepność-poślizg na styku koło-szyna, względnie doprowadza się do nich i odprowadza taką samą siłę napędową/hamowania, przy czym przekroczenie maksimum charakterystyki przyczepność/poślizg, to znaczy przejście w niestabilny obszar poślizgu rozpoznaje się przez nastawienie większego przyspieszenia/opóźnienia lub przez wzrost i odjęcie przyspieszenia do utrwalonej ilości obrotów, albo przez wzrost i odjęcie przyspieszenia do utrwalonej ilości obrotów, przy czym przekroczenie maksimum charakterystyki przyczepność-poślizg, to znaczy przejście do niestabilnego obszaru poślizgu, rozpoznaje się przez obniżenie siły napędowej/hamowania, z układem regulacji· momentu obrotowego i ilości obrotów, w którym analiza wartości zadanej momentu obrotowego odbywa się za pomocą pamięci wartości maksymalnej i logiki poszukiwania, przy czym przy wzroście wartości zadanej momentu obrotowego pamięć wartości maksymalnej jest współprowadzona przez wartość zadaną momentu obrotowego, a przy spadku ostatnio osiągniętej maksymalnej wartości zadanej momentu obrotowego pozostaje utrzymana w pamięci i, że różnica pomiędzy wartością zadaną momentu obrotowego a jego wartością maksymalną tworzy wielkość wejściową dla logiki poszukiwania, która przy przekroczeniu wartości progowej wejścia wywołuje na zmianę uzupełmająey dwójkowy sygnał zwolnienie przyspieszenia lub redukcja przyspieszenia, znamienny tym, że najpierw regulator ilości obrotów zestawu kołowego, sterowanego z podwyższonym poślizgiem, oddziela się od jego algorytmu poszukiwania, a następnie ilość obrotów lub wartość zadaną ilości obrotów jednego z zestawów kołowych nie sterowanych ze zwiększonym poślizgiem, albo ich wartość minimalną, powiększa się, a w pracy hamowania zmniejsza, o wielkość żądanego poślizgu, i że tę wartość jako wartość zadaną ilości obrotów zestawu kołowego, sterowanego ze zwiększonym poślizgiem, doprowadza się do regulatora ilości obrotów.