UA31106U

UA31106U - Microprocessor system for control of traction transmission of locomotive

Info

Publication number: UA31106U
Application number: UAU200713257U
Authority: UA
Inventors: Максим Игоревич Спирягин; Валентин Игоревич Спирягин; Александр Леонидович Кашура; Сергей Александрович Клюев
Original assignee: Восточноукраинский Национальный Университет Имени Владимира Даля
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2008-03-25

Abstract

A microprocessor system for control of traction transmission of locomotive relates to rail transport and can be used in control systems of electrical traction transmission of rail transport facility.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до області залізничного транспорту і може бути використана у системах 2 керування електричною тяговою передачею рейкового транспортного засобу.The utility model refers to the field of railway transport and can be used in systems 2 of controlling the electric traction transmission of a rail vehicle.

Відомо мікропроцесорну, систему керування тяговою передачею локомотива |див. патент ША Моб5187А, МПК (2006) Вб1Р5/38 опубл. 15.03.2004, бюл. Мо3 2004|Ї, що містить мікропроцесорний блок з головним мікропроцесором, який працює за критерієм ковзання, блок керування тяговими електродвигунами, блок обробки сигналів датчиків, блок діагностичних пристроїв та блок визначення лінійної швидкості, з радаром, працюючим 70 за ефектом Доплера.A microprocessor-based locomotive traction transmission control system is known | see patent SHA Mob5187A, IPC (2006) Vb1R5/38 publ. 15.03.2004, Bull. Мо3 2004|Ї, containing a microprocessor unit with a main microprocessor operating according to the sliding criterion, a traction electric motor control unit, a sensor signal processing unit, a diagnostic device unit and a linear speed determination unit, with a radar operating 70 according to the Doppler effect.

Цю мікропроцесорну систему обрано за прототип.This microprocessor system was chosen as a prototype.

Недоліком прототипу є те, що не можливо реалізувати максимальну силу зчеплення, бо її величина змінюється, тому потрібен безпосередній контроль та регулювання, по якому буде визначатись сила зчеплення.The disadvantage of the prototype is that it is not possible to realize the maximum clutch force, because its value changes, so direct control and regulation is required, which will determine the clutch force.

В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення роботи мікропроцесорної системи керування 72 тяговою передачею локомотива шляхом розміщення у пристрої блока контролю і обробки звукового сигналу, з точок контакту колеса з рейкою, по яких визначають силу зчеплення та прослизання коліс у точках контакту відносно рейок, систему також споряджено блоком керування тиском повітря у гальмових циліндрах та блоком керування подачею піску, що дозволить реалізувати силу зчеплення більш наближеного до максимального.The basis of the useful model is the task of improving the operation of the microprocessor control system of the 72 traction transmission of the locomotive by placing in the device a control unit and processing the sound signal from the points of contact of the wheel with the rail, which determine the force of adhesion and slippage of the wheels at the points of contact relative to the rails, the system is also equipped the air pressure control unit in the brake cylinders and the sand supply control unit, which will make it possible to realize the traction force closer to the maximum.

Поставлена задача досягається тим, що в мікропроцесорній системі керування тяговою передачею 20 локомотива, що містить мікропроцесорний блок з головним мікропроцесором, блок керування тяговими електродвигунами, блок обробки сигналів датчиків, блок діагностичних пристроїв та блок визначення лінійної швидкості, з радаром працюючим за ефектом Доплера, згідно корисної моделі мікропроцесорну систему керування споряджено блоком керування тиском повітря в гальмових циліндрах, блоком керування подачею піску та блоком контролю і обробки звукового сигналу, звукові датчики, мікропроцесорний блок з головним 22 мікропроцесором використовує критерій ковзання, який полягає у використанні одержаної залежності сили - зчеплення від величини швидкості ковзання:The task is achieved by the fact that in the microprocessor traction transmission control system 20 of the locomotive, which contains a microprocessor unit with a main microprocessor, a traction electric motor control unit, a sensor signal processing unit, a diagnostic device unit and a linear speed determination unit, with a radar operating according to the Doppler effect, according to utility model microprocessor control system is equipped with air pressure control unit in brake cylinders, sand supply control unit and sound signal control and processing unit, sound sensors, microprocessor unit with the main 22 microprocessor uses the sliding criterion, which consists in using the obtained dependence of force - adhesion on the magnitude sliding speed:

Ем - в ДА ехріє В) АТП В) АЗП(е ВІEm - in DA ehriye B) ATP B) AZP (e VI

В| с 30 зація ВІнА )х ТЯ! ТВ о де Ач, А», Аз, Ал, Ав - коефіцієнти рівняння;In| c 30 zation VInA )x TYA! TV o where Ach, A», Az, Al, Av are coefficients of the equation;

Р - вертикальне навантаження колеса на рейку; -- - 7 вектор ковзання; ч 35 г- відносне ковзання, (901; «оP - vertical load of the wheel on the rail; -- - 7 sliding vector; h 35 g- relative sliding, (901; "o

В - коефіцієнт рівняння, що враховує фрикційний стан поверхонь контакту, вертикальне навантаження, швидкість руху та поперечне переміщення колеса відносно рейки;B - coefficient of the equation, which takes into account the frictional state of the contact surfaces, vertical load, speed of movement and lateral movement of the wheel relative to the rail;

ВеАТіхТзх Тех Тв, «VeATihTzh Teh Tv, "

Ті, То - коефіцієнти, що враховують фрикційний стан поверхонь контакту; Тз, Т4 - коефіцієнти, що враховують вертикальне навантаження; Т 5 - коефіцієнт, що враховує швидкість руху; Тє, т; - коефіцієнти, що о) с враховують поперечне переміщення колеса відносно рейки; Т в - коефіцієнт, що враховує вугол набігання Ф ; То :з» - гальмовий коефіцієнт режиму роботи тягової передачі.Ti, To - coefficients that take into account the frictional state of the contact surfaces; Tz, T4 - coefficients that take into account the vertical load; T 5 - coefficient that takes into account the speed of movement; That is, t; - coefficients that o) c take into account the transverse movement of the wheel relative to the rail; T in - the coefficient that takes into account the approach angle Ф; To:z" is the braking coefficient of the traction transmission mode of operation.

Відносне ковзання 45 є-10Фвь -Фуо о де ок - кутова швидкість обертання колісної пари; ох - швидкість локомотива; /3.-- тах «в . - Коефіцієнти для визначення сили зчеплення коліс з рейкою при різних комбінаціях контактуючих тіл наведено - в таблиці, де: а) випадок контактування нових профілів колеса локомотива (ГОСТ 11018-87| та рейки РОБ (ГОСТ 8161-751; (ав) б) випадок контактування зношеного профілю колеса і нової рейки РОБ (ГОСТ 8161-75);Relative slip 45 е-10Фвё -Fuo o de ok - angular speed of rotation of the wheel pair; oh - the speed of the locomotive; /3.-- tah "in . - The coefficients for determining the force of adhesion of the wheels to the rail for different combinations of contacting bodies are given - in the table, where: a) the case of contact of new profiles of the locomotive wheel (GOST 11018-87| and the rail of the ROB (GOST 8161-751; (ав) b) case contacting the worn wheel profile and the new ROB rail (GOST 8161-75);

Ф в) випадок контактування зношеного колеса та зношеної рейки.Ф c) the case of contact between a worn wheel and a worn rail.

ІЙ тя 1861183 1 зяеювюю 0000000006000000000 - воЙЙ тя 1861183 1 заееювюю 0000000006000000000 - in

ТА 1,026-0,000194Р-0,0000012Р 2. 0,971340,0003454 рР- 0,429348-0,0000696802Р бо -0,0000000053Р З, РІКНІ -0,0000005674Р 2TA 1.026-0.000194Р-0.0000012Р 2. 0.971340.0003454 рР- 0.429348-0.0000696802Р bo -0.0000000053Р Z, YEARS -0.0000005674Р 2

Тв 1 1,000250,1026бу0,00241 12,25(5,0377/ехр(у)"10 буTV 1 1.000250.1026bu0.00241 12.25(5.0377/exhr(u)"10 bu

ПЕ я -0,00006288у 2-0,0000577856бу З 0,00063638у2,37), у|їммІPE i -0.00006288u 2-0.0000577856bu Z 0.00063638u2.37), u|immI

Тв 1 1-0,00561 фі (0,105 ж 1 п ПО ее М М режимі тяги " режимі гальмTv 1 1-0.00561 ф (0.105 ж 1 p PO ee M M traction mode " brake mode

Все це дозволить регулювати роботу кожного окремого електродвигуна, виходячи з його параметрів швидкості, дозволить використати максимальну силу зчеплення колеса з рейкою, знизити витрати піску та знос 75 бандажів.All this will make it possible to regulate the operation of each individual electric motor, based on its speed parameters, will make it possible to use the maximum force of adhesion of the wheel to the rail, reduce the consumption of sand and the wear of 75 tires.

Схему мікропроцесорної системи керування тяговою передачею локомотива представлено на кресленні.The diagram of the microprocessor system for controlling the traction transmission of the locomotive is presented in the drawing.

Мікропроцесорна система керування тяговою передачею локомотива містить мікропроцесорний блок 1 з головним мікропроцесором, що працює за критерієм зчеплення, блок 2 визначення лінійної швидкості рейкового транспортного засобу з радаром, що працює за ефектом Доплера, блок З діагностичних пристроїв, блок 4 обробки сигналів датчиків, блок 5 контролю і обробки звукового сигналу, який отримує сигнал с звукових датчиків 6, блок 7 керування тиском повітря в гальмових циліндрах, блок 8 керування подачею піску, блоки 9 керування тяговими електродвигунами, сигнал від яких передається на тягові електродвигуни (ТЕД) 10. Робота тягових електродвигунів 10 контролюється за допомогою блока 4 обробки сигналів датчиків.The microprocessor control system of the traction transmission of the locomotive includes microprocessor unit 1 with the main microprocessor operating according to the clutch criterion, unit 2 determining the linear speed of the rail vehicle with a radar operating according to the Doppler effect, unit C of diagnostic devices, unit 4 processing sensor signals, unit 5 control and processing of the sound signal, which receives a signal from sound sensors 6, unit 7 for controlling the air pressure in the brake cylinders, unit 8 for controlling the supply of sand, units 9 for controlling the traction electric motors, the signal from which is transmitted to the traction electric motors (TED) 10. Operation of the traction electric motors 10 is controlled by the sensor signal processing unit 4.

Мікропроцесорна система керування тяговою передачею локомотива працює наступним чином.The microprocessor traction transmission control system of the locomotive works as follows.

Датчики, встановлені на візку рейкового транспортного засобу та в відсіках електрообладнання, що - розміщені в кузові рейкового транспортного засобу фіксують наступні показання сигналів: частоту обертання колісних пар, температуру в тягових електродвигунах, токи тягових електродвигунів, відносне переміщення колісних пар в буксових вузлах, тиск повітря в гальмових циліндрах. Ці сигнали з датчиків поступають до блока 4 обробки сигналів датчиків. Крім того, здійснюється обробка звукового сигналу, отриманого від звукових (се) датчиків 6, блоком 5 контролю і обробки звукового сигналу. Ці сигнали разом з даними, отриманими з блока 2 визначення лінійної швидкості рейкового транспортного засобу, з блока 5 контролю і обробки звукового сигналу, о передаються до блока З діагностичних пристроїв. В блоці З діагностичних пристроїв сигнали перетворюються чт для подавання на мікропроцесорний блок 1 з головним мікропроцесором. Отримана інформація обробляється за допомогою управляючої програми, створеної на використанні критерію зчеплення. Відповідно цього критерію - зчеплення визначається сила зчеплення. Після цього сигнал, оброблений мікропроцесорним блоком со відправляється до виконуючих механізмів. В результаті контакту колеса з рейкою розповсюджуються звукові хвилі, по яким можливо визначити силу зчеплення у контакті колеса з рейкою. Реєстрація звукових сигналів з контакту колеса з рейкою ведеться за допомогою датчиків, далі аналізується отримана інформація блоком контролю і обробки звукового сигналу, сигнал з якого передається на мікропроцесорну систему, котра « призводить до регулювання характеристики роботи двигунів, гальмової та пісочної системи. За результатами 8 с обробки випрацьовуються сигнали, що направляються до блока 7 керування тиском повітря, блока 8 керування а подачею піску та блоків 9У керування тяговим електродвигуном, яким потрібне регулювання режиму роботи. ,» Правильність роботи механізмів, контролюється за допомогою звукових датчиків б, якщо результат керуючого зусилля не задовольняє, блок 5 контролю і обробки звукового сигналу посилає інформацію до блока 3, з якого передається в мікропроцесорний блок 1, програма наново переробляє параметри і дає нове керуюче зусилля.Sensors installed on the carriage of the rail vehicle and in the electrical equipment compartments, which are located in the body of the rail vehicle, record the following signal readings: wheel pairs rotation frequency, temperature in the traction electric motors, traction electric motor currents, relative movement of the wheel pairs in the axle assemblies, air pressure in brake cylinders. These sensor signals are sent to the sensor signal processing unit 4. In addition, the sound signal received from the sound (se) sensors 6 is processed by the sound signal control and processing unit 5. These signals, together with the data received from block 2 of determining the linear speed of the rail vehicle, from block 5 of sound signal control and processing, are transmitted to block C of diagnostic devices. In the block From diagnostic devices, the signals are converted to be fed to the microprocessor block 1 with the main microprocessor. The received information is processed with the help of a control program created using the coupling criterion. According to this criterion - adhesion, the adhesion strength is determined. After that, the signal processed by the microprocessor unit is sent to the executing mechanisms. As a result of the contact of the wheel with the rail, sound waves are propagated, by which it is possible to determine the force of adhesion in contact of the wheel with the rail. Registration of sound signals from the contact of the wheel with the rail is carried out with the help of sensors, then the received information is analyzed by the sound signal control and processing unit, the signal from which is transmitted to the microprocessor system, which "leads to the adjustment of the characteristics of the engines, brake and sand system. Based on the results of the 8th processing, signals are generated that are sent to the air pressure control unit 7, the sand supply control unit 8, and the traction electric motor control units 9U, which require adjustment of the operating mode. ,» The correct operation of the mechanisms is monitored with the help of sound sensors b, if the result of the control effort is not satisfactory, unit 5 of the control and processing of the sound signal sends information to unit 3, from which it is transmitted to the microprocessor unit 1, the program reprocesses the parameters and gives a new control effort .

Оз В режимі тяги мікропроцесорний блок 1 з головним мікропроцесором постійно порівнює реальну лінійну - швидкість, отриману з блока 2 визначення лінійної швидкості рейкового транспортного засобу, з розрахунковою швидкістю руху осі кожної колісної пари. Якщо розрахункова швидкість руху осі будь-якої колісної пари починає -кь перевищувати реальну лінійну швидкість (боксування), відбувається регулювання роботи тягового електродвигуна 10 цієї колісної пари у бік зменшення обертаючого моменту та регулювання тягових о електродвигунів 10 інших колісних пар у бік збільшення обертаючого моменту. Якщо буде встановлено, що приOz In the traction mode, the microprocessor unit 1 with the main microprocessor constantly compares the real linear speed, obtained from the unit 2 for determining the linear speed of the rail vehicle, with the estimated speed of the axis of each wheel pair. If the estimated speed of movement of the axis of any wheel pair begins to exceed the real linear speed (boxing), the operation of the traction electric motor 10 of this wheel pair is adjusted in the direction of decreasing torque and the traction electric motors 10 of other wheel pairs are adjusted in the direction of increasing torque. If it is established that at

ГІ подальшому підвищенні частоти обертання колісної пари обертаючий момент двигуна зменшується, програма починає знижувати частоту обертання, доводячи її до оптимального значення. Також контроль величини швидкості прослизання здійснюється по звукових хвилях, що надходять з точок контакту колеса з рейкою та реєструється звуковими датчиками 6. Ці сигнали потрапляють до блока 5 контролю і обробки звукових сигналів.As the rotation frequency of the wheel pair further increases, the engine torque decreases, the program begins to decrease the rotation frequency, bringing it to the optimal value. Also, the control of the slip speed is carried out by sound waves coming from the points of contact of the wheel with the rail and registered by sound sensors 6. These signals are sent to the unit 5 for control and processing of sound signals.

На підставі обробленого сигналу, програмою подається сигнал блока керування ТЕД 9, який здійснює с регулювання тягових двигунів 10.Based on the processed signal, the program sends a signal to the TED control unit 9, which controls traction motors 10.

В режимі гальмування мікропроцесорний блок 1 з головним мікропроцесором та блока 5 контролю і обробки звукового сигналу регулюється тиск повітря в гальмових циліндрах та регулюється зусилля натиску гальмових бо колодок на колесо. Регулювання режиму роботи гальмуючих тягових електродвигунів 10, здійснюється за допомогою блоків У керування ТЕД та виконується у двох режимах: підтримка заданих гальмових зусиль, підтримка характеристик тягових електродвигунів 10. Перший режим використовується при ручному керуванні електричним гальмом, а другий - при підтримуванні заданої швидкості. При наявності обмежень по характеристикам тягових електродвигунів 10 в роботу режиму гальмування вмикається пневматичне гальмо, яке б5 при відсутності юзу пригальмовує ті колісні пари, які не забезпечують заданий режим гальмування. При наявності юзу на одній чи декількох осях вищого за допустиме значення, гальмове навантаження на цих осях знижується за рахунок зменшення електричного моменту гальмування ТЕД 10, а для забезпечення режиму гальмування гальмове зусилля збільшується на осях, не схильних до юзу, шляхом збільшення гальмового електричного моменту гальмуючих двигунів, або при наявності обмежень на тягових електродвигунах 10 шляхом додаткового включення пневматичного гальма, регулюється сила зчеплення за рахунок гальмової системи по даним з блока 5 контролю і обробки звукового сигналу.In the braking mode, the microprocessor unit 1 with the main microprocessor and unit 5 for monitoring and processing the sound signal adjusts the air pressure in the brake cylinders and adjusts the pressure of the brake pads on the wheel. Regulation of the mode of operation of the braking traction electric motors 10 is carried out with the help of TED control units and is performed in two modes: maintaining the specified braking forces, maintaining the characteristics of the traction electric motors 10. The first mode is used during manual control of the electric brake, and the second - when maintaining the specified speed. If there are restrictions on the characteristics of traction electric motors 10, the pneumatic brake is activated in the operation of the braking mode, which, in the absence of yuzu, brakes those wheel pairs that do not provide the specified braking mode. If there is yuzu on one or more axles higher than the permissible value, the braking load on these axles is reduced by reducing the electric braking torque TED 10, and to ensure the braking mode, the braking force is increased on the axles not prone to yuzu by increasing the braking electric torque of the braking engines, or in the presence of restrictions on the traction electric motors 10 by additional activation of the pneumatic brake, the clutch force is regulated due to the brake system according to the data from the unit 5 control and sound signal processing.

Слід зазначити, що значення сил тяги та гальмування, що вводяться з контролеру машиністом, обмежують програмно задану величину сили зчеплення та контролюється по даних з блока 5 контролю і обробки звукового сигналу. 70 Керування подачею піску відбувається наступним чином. Мікропроцесорний блок 1 з головним мікропроцесором постійно аналізує дані, отримані блоком З діагностичних пристроїв з блока 2 визначення лінійної швидкості рейкового транспортного засобу. При зниженні обертаючого моменту тягового електродвигуна 9 до 30-50956 від встановленого машиністом значення в режимі тяги та до 20-3095 в режимі гальмування відбувається видача сигналів на подачу піску блоком б керування подачею піску. В режимі подачі піску /5 реалізується автоматичне корегування подачею піску за принципом мінімізації ковзання коліс відносно рейок за рахунок піскоподаючої системи. Переваги даного технічного рішення: - регулювання роботи кожного окремого електродвигуна, виходячи з його параметрів швидкості; - використання максимальної сили зчеплення колеса з рейкою; - зниження витрат піску; - зниження зносу бандажів; - зниження рівня шуму катання коліс по рейкам; - підвищення надійності рухомого складу і шляху.It should be noted that the values of the traction and braking forces entered from the controller by the driver limit the software-set value of the clutch force and is controlled by data from unit 5 of control and sound signal processing. 70 Sand supply is controlled as follows. Microprocessor unit 1 with the main microprocessor constantly analyzes the data received by unit C of diagnostic devices from unit 2 of determining the linear speed of the rail vehicle. When the torque of the traction electric motor 9 decreases to 30-50956 from the value set by the driver in the traction mode and to 20-3095 in the braking mode, the sand supply control unit b sends signals for sand supply. In the sand supply mode /5, automatic adjustment of the sand supply is implemented according to the principle of minimizing the sliding of the wheels relative to the rails due to the sand supply system. Advantages of this technical solution: - regulation of the operation of each individual electric motor based on its speed parameters; - use of the maximum force of wheel-to-rail coupling; - reduction of sand costs; - reduction of tire wear; - reducing the noise level of wheels rolling on rails; - increasing the reliability of rolling stock and routes.

Claims

The formula of the invention is a microprocessor system for controlling the traction transmission of a locomotive, which contains a microprocessor unit with a main microprocessor, a control unit for traction electric motors, a unit for processing sensor signals, a unit for diagnostic devices and a unit for determining the linear speed with a radar operating according to the Doppler effect, "which differs in that the microprocessor unit with the main microprocessor uses the clutch criterion, which is subsequently adjusted according to the sound signal received from the contact of the wheel with the rail, ("c") the system is equipped with a control unit for air pressure in the brake cylinders, a control unit for the supply of sand, - a control unit and processing sound signals from the contact of the wheel with the rail and sound sensors. "-- with

-

. and? o - - o (42) 60 b5