一种轨道客车的撒砂控制系统及撒砂控制方法与流程

本发明涉及一种轨道客车的撒砂控制系统及撒砂控制方法。

背景技术：

在轨道客车牵引或制动过程中，因粘着条件不利常常出现空转或滑行工况，为防止空转或滑行时的车轮擦伤，部分类型的轨道车辆(如：高速动车组、城际动车组、城铁车辆等)配备使用了撒砂系统，撒砂控制系统会控制撒砂装置在轮轨接触面上进行撒砂，提高轮轨间的粘着系数，减少和消除空转和滑行的几率。

现有国内轨道客车的撒砂控制方式均采用额定压力进行撒砂控制，且撒砂的时间控制多为人为手动操作，因人为因素和列车速度的不断变化，无法控制轨道上所喷洒的砂子数量，这样会造成列车低速时撒砂量过多，造成浪费；高速时撒砂量不足，无法有效改善粘着。同时，国内轨道客车对撒砂控制单元的功能测试需通过激活列车司机室内部的撒砂按钮进行全列车撒砂单元功能测试，测试时需要车内与车下测试人员配合进行，不能实现单人对撒砂控制单元进行测试，浪费人力且不方便。

技术实现要素：

本发明为解决现有轨道客车撒砂控制方式采用额定风压进行撒砂控制，无法精准控制轮轨间所喷洒砂子数量而造成列车低速时撒砂量过多，造成浪费，高速时撒砂量不足以及无法有效改善粘着的问题，以及解决针对现有轨道客车的撒砂控制系统在进行撒砂单元功能测试时，需要车内与车下测试人员配合进行，而不能实现单人对撒砂控制单元进行测试，浪费人力且不方便的问题，提供一种轨道客车的撒砂控制系统及撒砂控制方法。

一种轨道客车的撒砂控制系统，包括撒砂控制器、撒砂控制模块和撒砂装置；所述撒砂控制器和撒砂控制模块集成在制动系统的制动控制模块中，所述制动控制模块通过吊装架和紧固件吊装在车体底架上；所述撒砂装置通过气路管路及电气控制线缆分别与撒砂控制器和撒砂控制模块连接；所述撒砂控制器与撒砂控制模块通过电气控制线缆连接。

所述撒砂控制器根据列车速度和列车运行方向激活相应车轴的撒砂电磁阀进行撒砂，并根据撒砂效率控制曲线实时控制撒砂风压的大小满足不同速度下撒砂量均衡的要求，撒砂控制器根据制动系统检测到的车轮出现滑行或牵引系统检测到车轮出现空转，进行自动撒砂控制功能的激活；撒砂控制器根据列车控制系统发出的撒砂请求指令信号或撒砂装置的撒砂测试按钮激活信号进行车辆的撒砂控制功能的激活；

所述撒砂控制模块包括带电触点截断塞门、撒砂风压控制单元、二号轴撒砂电磁阀、三号轴撒砂电磁阀、撒砂干燥电磁阀和撒砂节流阀；

所述撒砂风压控制单元包括充风电磁阀、排风电磁阀、压力传感器、中继阀和缓冲风缸；

所述带电触点截断塞门的输入端与压力管路连接，输出端与充风电磁阀的输入端以及中继阀的风源风压口r连接，所述充风电磁阀的输出端通过压力管路同时与排风电磁阀和缓冲风缸连接，所述缓冲风缸的输出端通过压力管路与中继阀的预控制风压口cv和压力传感器连接，所述中继阀的风压输出口c通过压力管路与二号轴撒砂电磁阀、三号轴撒砂电磁阀以及撒砂干燥电磁阀连接；

撒砂控制器控制二号轴撒砂时，根据列车速度同时控制充风电磁阀和排风电磁阀，并根据压力传感器实际检测的中继阀的预控制风压口cv的风压值与预控制风压值cv的目标值进行比较实现闭环控制，所述中继阀的预控制风压口cv风压值通过对风源风压口r的风源压力的调节，在中继阀的撒砂所需风压输出口c得到撒砂的实际风压值；同时撒砂控制器控制二轴撒砂电磁阀开启，使撒砂的实际风压值通过撒砂控制模块的撒砂接口s1的连接管路进入到二号轴的撒砂装置，实现对二号轴的喷砂；

撒砂控制器控制三号轴撒砂时，撒砂控制器控制三号轴撒砂电磁阀实现撒砂控制模块的撒砂接口s2接通中继阀的撒砂所需风压输出口c的风压，使撒砂的实际风压值通过撒砂控制模块的撒砂接口s2的连接管路进入到三号轴的撒砂装置，实现对三号轴的喷砂。

当列车不需要进行撒砂时，撒砂控制器通过撒砂干燥风控制信号控制二号轴或三号轴撒砂干燥电磁阀，使撒砂控制模块的撒砂干燥吹风接口d1口或d2口接通中继阀的撒砂所需风压输出口c风压，通过撒砂控制模块的撒砂干燥吹风接口d1口或d2口的连接管路进入到二号轴或三号轴的撒砂装置，实现二号轴或三号轴的交替干燥吹风控制。

一种轨道客车的撒砂控制方法，该方法包括撒砂干燥控制方法、撒砂功能测试控制方法和撒砂控制方法。所述撒砂控制方法的具体步骤为：

步骤一、所述撒砂控制器实时接收列车运行方向及车辆速度v，列车控制系统发出的撒砂请求指令信号或牵引控制系统检测并发出车轮空转或制动控制系统检测出车轮滑行状态指示信号，供风系统总风压p以及撒砂测试按钮激活状态信号；以及撒砂测试按钮未激活。

步骤二、判断带电触点截断塞门是否打开，如果是，执行步骤三；如果否，返回执行步骤一；

步骤三、判断是否同时满足下述条件，即：

车辆速度v>最小车速vmin，

供风系统总风压p>供风系统辅助喷砂时的压缩空气风压最小值pmin，

撒砂控制器接收到列车控制系统发出的撒砂请求指令信号或牵引控制系统检测并发出车轮空转或制动控制系统检测出车轮滑行状态指示信号以及撒砂测试按钮未激活，如果是，则执行步骤四；如果否，返回执行步骤一；

步骤四、当v1＜v≤v2时，撒砂量qsand＝q(v)，所述q(v)为与列车速度成正比，随车速提升而同步变化的逐步增加的撒砂量；v1、v2分别为撒砂量模式曲线变化点；

当v≤v1时，撒砂量qsand＝q1；q1为预设的列车低速运行时的撒砂量恒定最小常量；

当v>v2时，撒砂量qsand＝q2；q2为预设的列车高速时所能达到的喷砂量的最大常量；

步骤五、根据步骤四获得的撒砂量qsand，计算单个撒砂装置中撒砂单元所需要的风压值psand，并根据风压值psand计算中继阀的预控制风压口cv的风压目标值，所述cv＝f(psand)；

步骤六、所述撒砂控制器1根据压力传感器反馈的撒砂预控压力信号，闭环控制充风电磁阀和排风电磁阀使预控制风压cv达到控制风压目标值f(psand)；

步骤七、判断列车运行方向是否为从二号轴到三号轴方向，如果是，撒砂控制器输出二号轴撒砂控制信号，控制二号轴撒砂电磁阀，进行二号轴撒砂；如果否，撒砂控制器1输出三号轴撒砂控制信号，控制三号轴撒砂电磁阀，进行三号轴撒砂。

本发明的有益效果：实现在不利的轮轨粘着条件下，列车出现空转或滑行时，采用自动可变撒砂效率的撒砂控制方式来进行自动撒砂，保证轮轨间较为恒定的喷砂量，提高改善轮轨间粘着的效率，避免轮对擦伤故障。

本发明采用自动可变撒砂效率的撒砂控制方式来进行自动撒砂，保证轮轨间较为恒定的喷砂量，提高改善轮轨间粘着的效率，避免轮对擦伤故障，有效解决以往采用恒定喷砂压力导致列车低速时撒砂量过多，造成浪费，高速时撒砂量不足，无法有效改善粘着的问题。

在日常维护进行撒砂功能测试时，可实现单个车轴撒砂控制单元的功能测试，缩短维护时间，节省人力，解决了无法单人在车下独立完成对撒砂控制系统测试的问题。

附图说明

图1为本发明所述的一种轨道客车的撒砂控制系统原理图；

图2为本发明所述的一种轨道客车的撒砂控制系统原理框图。

图3为本发明所述的一种轨道客车的撒砂控制方法中随列车速度变化的每分钟撒砂量的曲线示意图；

图4为本发明所述的一种轨道客车的撒砂控制方法的流程图；

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，一种轨道客车的撒砂控制系统，包括撒砂控制器1、撒砂控制模块2、撒砂装置3和相关管路及硬线。

所述撒砂控制器1属于撒砂系统电气微机控制部分，是撒砂控制系统的控制计算机，根据控制条件信息和反馈信号对撒砂系统进行微机控制，输出相应控制信号激活不同功能的电磁阀，实现撒砂干燥控制、撒砂功能测试控制和撒砂控制。

所述撒砂控制模块2属于撒砂控制系统的气路控制部分，属于气路控制执行部分，受撒砂控制器1的控制，

所述撒砂控制器1和撒砂控制模块2集成在制动系统的制动控制模块中，撒砂装置3通过管路及硬线与撒砂控制器1和撒砂控制模块2进行连接。所述集成撒砂控制器1和撒砂控制模块2的制动系统控制模块通过吊装架和相应紧固件吊装在车体底架上。所述撒砂装置3通过气路管路及电气控制线缆分别与撒砂控制器1和撒砂控制模块2连接；所述撒砂控制器1与撒砂控制模块2通过电气控制线缆连接。

所述撒砂控制器1根据列车速度和列车运行方向激活相应车轴的撒砂电磁阀进行撒砂，并根据撒砂效率控制曲线实时控制撒砂风压的大小满足不同速度下撒砂量均衡的要求，使撒砂量能有效改善轮轨间的粘着，当车辆检测到滑行或空转时，撒砂控制器1就会进行自动撒砂的激活。

所述撒砂控制模块2主要包括带电触点截断塞门4、撒砂风压控制单元5、二轴撒砂电磁阀6、三轴撒砂电磁阀7、撒砂干燥电磁阀8和撒砂节流阀9；

所述撒砂风压控制单元5是撒砂控制系统气路控制部分的核心部件，包括充风电磁阀5-1、排风电磁阀5-2、压力传感器5-3、中继阀5-4和缓冲风缸5-5。

本实施方式中，所述带电触点截断塞门4用于撒砂控制系统的隔离，当带电触点截断塞门隔离时，撒砂控制器1诊断塞门隔离状态反馈信号，不执行任何功能，同时撒砂系统的风源被切断。所述带电触点截断塞门4的输入端与压力管路连接，输出端与充风电磁阀5-1的输入端及中继阀5-4的风源风压口r连接，所述充风电磁阀5-1的输出端通过压力管路同时与排风电磁阀5-2和缓冲风缸5-5连接，所述缓冲风缸5-5的输出端通过压力管路与中继阀5-4的预控制风压口cv和压力传感器5-3连接，所述中继阀5-4的风压输出口c通过压力管路与二号轴撒砂电磁阀6、三号轴撒砂电磁阀7以及撒砂干燥电磁阀8连接；所述撒砂节流阀9对应与二轴撒砂电磁阀6和三轴撒砂电磁阀7连接，用于限制撒砂风压的流速和流量。

所述充风电磁阀5-1与排风电磁阀5-2受撒砂控制器1控制信号控制，配合对中继阀5-4的预控制风压口cv压力进行控制，使cv压力达到控制目标值。充风电磁阀5-1只有接通和截断的作用，排风电磁阀5-2只有保压和排风作用；当充风电磁阀5-1和排风电磁阀5-2同时得电时，风源进入cv压力容积；当充风电磁阀5-1和排风电磁阀5-2均失电时，cv风压从排风电磁阀5-2排空；当充风电磁阀5-1失电，排风电磁阀5-2得电时，cv容积风压保持。

所述压力传感器5-3用于检测所控制的cv压力，并将信号反馈至撒砂控制器1，撒砂控制器1根据cv压力的反馈信号与目标值进行比较，当超出偏差范围时，继续控制充风电磁阀5-1和排风电磁阀5-2使cv压力与目标值无限接近，实现闭环控制。

所述中继阀5-4是线性控制流量放大阀，根据预控制风压口cv压力值，控制从风源风压口r到撒砂风压输出口c的流量和风压，c＝a·cv；a为放大倍数，风源风压口r压力来自风源p，撒砂风压输出口c为参与干燥和撒砂所需要的风压，cv为预控制风压；o为排风口，与大气接通。

所述缓冲风缸5-5是为了有限增加预控制cv压力的容积，使气路控制更加精准有效。

所述二号轴撒砂电磁阀6，三号轴撒砂电磁阀7和二号或三号轴撒砂干燥电磁阀8是风源参与开启控制的电磁阀，在对应电磁阀失电时，电磁阀的3口与1口接通，4口和2口截止；当对应的电磁阀得电时，电磁阀的3口与2口接通，4口的风源风压参与3口与2口的开启，1口被截止。

所述撒砂控制器1通过二号轴撒砂控制信号激活二号轴撒砂电磁阀6时，撒砂控制模块2的撒砂接口s1接通中继阀5-4的撒砂风压输出口c的风压，实现二号轴撒砂；当撒砂控制器1通过三号轴撒砂控制信号激活三号轴撒砂电磁阀7时，撒砂控制模块2的撒砂接口s2接通中继阀5-4的撒砂风压输出口c的风压，实现三号轴撒砂；当撒砂控制器1通过撒砂干燥风控制信号激活二号轴或三号轴撒砂干燥电磁阀8时，撒砂控制模块2的撒砂干燥吹风接口d1接通中继阀5-4的撒砂风压输出口c的风压，实现二号轴的撒砂干燥风吹风；当撒砂控制器1通过撒砂干燥风控制信号未激活二号轴或三号轴撒砂干燥电磁阀8时，撒砂控制模块2的撒砂干燥吹风接口d2接通中继阀5-4的撒砂风压输出口c的风压，实现三号轴的撒砂干燥风吹风。

本实施方式中，所述撒砂装置3主要由测试按钮3-1、撒砂单元3-2、砂箱3-3、砂位传感器3-4和撒砂喷嘴3-5组成；所述砂箱3-3与撒砂单元3-2连接，撒砂单元3-2与撒砂喷嘴3-5连接，砂箱3-3通过紧固件吊装在靠近转向架车轴的车体底架上，撒砂喷嘴3-5固定在转向架的轮对构架上，实现撒砂喷嘴对准轮轨接触面，撒砂时将砂子准确喷洒在轮轨接触位置。所述砂箱3-3外部设置测试按钮3-1，砂箱3-3内设置砂位传感器3-4，砂箱3-3上设置有砂位指示器，砂位指示器根据砂位传感器3-4检测的砂位进行指示。

本实施方式中，所述撒砂单元3-2用于通过差压原理使砂箱3-3的砂子通过撒砂喷嘴3-5喷射砂子至轮轨接触面，所述撒砂喷嘴3-5布置在轮对处，对准车轮与轨面，内置加热棒，防止撒砂喷嘴处的结冰。同时将撒砂干燥风吹入砂箱使砂箱内的砂子处于流砂状态，保持砂子的干燥，当温度较低时，撒砂单元内配置有加热棒，可以进行干燥风的加热，防止冬季时砂子结冰结块。加热棒用于对砂箱内部的砂子进行加热作用，同时利用来自撒砂控制模块2的撒砂风压实现喷砂控制；砂箱3-3中装满了用于撒砂的砂子，砂量满足车辆运营的撒砂需要。同时配置有砂位指示器和砂位传感器3-4，通过所述测试按钮3-1进行撒砂功能的测试，按下撒砂装置上的测试按钮，撒砂控制器1会根据按钮反馈信号激活相应轴的撒砂电磁阀和充、排风电磁阀进行撒砂控制。例如当按下二号轴任何一个撒砂测试按钮时，撒砂控制器1将接受测试指令并激活二号轴进行撒砂。

本实施方式所述的撒砂控制系统，当撒砂控制器1需要激活二号轴撒砂时，则根据车辆速度通过同时控制充风电磁阀5-1和排风电磁阀5-2，并根据压力传感器5-3检测压力形成闭环控制来控制中继阀5-4的预控制风压口cv所需要的预控制风压，根据中继阀5-4的预控制风压口cv的风压值，由中继阀的线性控制变换，使风源风压从中继阀5-4的风源风压口r进入中继阀的撒砂风压输出口c的风压，得到所需的撒砂实际风压值，同时撒砂控制器1激活二号轴撒砂电磁阀6使撒砂风压通过管路进入到撒砂装置中实现喷砂控制；同理，三号轴需要撒砂时，激活相应的三号轴撒砂电磁阀7进行控制。当列车不需要进行撒砂时，撒砂控制器1会根据天气温度及总风风压状况适当激活撒砂风压控制单元和撒砂干燥电磁阀8进行二号轴和三号轴交替干燥吹风控制，防止砂子因潮湿和寒冷出现冻结的情况。

本实施方式所述的撒砂控制系统用于轮轨粘着的改善，防止车轮的空转和滑行，对于车辆的牵引和制动过程起到十分重要的作用。

具体实施方式二、结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的一种轨道客车的撒砂控制系统的撒砂控制方法，该方法包括撒砂干燥控制方法、撒砂功能测试控制方法和撒砂控制方法。

所述撒砂控制方法的具体步骤为：

步骤一、所述撒砂控制器1实时接收列车运行方向及车辆速度v，列车控制系统发出的撒砂请求指令信号或牵引控制系统检测并发出车轮空转或制动控制系统检测出车轮滑行状态指示信号，供风系统总风压p以及撒砂测试按钮激活状态信号；以及撒砂测试按钮未激活。

步骤二、判断带电触点截断塞门4是否打开，如果是，执行步骤三；如果否，返回执行步骤一；

步骤三、判断是否同时满足下述条件，即：

车辆速度v>最小车速vmin，

供风系统总风压p>供风系统辅助喷砂时的压缩空气风压最小值pmin，

撒砂控制器1接收到列车控制系统发出的撒砂请求指令信号或牵引控制系统检测并发出车轮空转或制动控制系统检测出车轮滑行状态指示信号以及撒砂测试按钮未激活，如果是，则执行步骤四；如果否，返回执行步骤一；

步骤四、当v1＜v≤v2时，撒砂量qsand＝q(v)，所述q(v)为与列车速度成正比，随车速提升而同步变化的逐步增加的撒砂量；v1、v2分别为撒砂量模式曲线变化点；

当v≤v1时，撒砂量qsand＝q1；q1为预设的列车低速运行时的撒砂量恒定最小常量；

当v>v2时，撒砂量qsand＝q2；q2为预设的列车高速时所能达到的喷砂量的最大常量；

步骤五、根据步骤四获得的撒砂量qsand，计算单个撒砂装置3中撒砂单元3-2所需要的风压值psand，并根据风压值psand计算中继阀5-4的预控制风压口cv的风压目标值，所述cv＝f(psand)；

步骤六、所述撒砂控制器1根据压力传感器5-3反馈的撒砂预控压力信号，闭环控制充风电磁阀5-1和排风电磁阀5-2使预控制风压cv达到控制风压目标值f(psand)；

步骤七、判断列车运行方向是否为从二号轴到三号轴方向，如果是，撒砂控制器1输出二号轴撒砂控制信号，控制二号轴撒砂电磁阀6，进行二号轴撒砂；如果否，撒砂控制器1输出三号轴撒砂控制信号，控制三号轴撒砂电磁阀7，进行三号轴撒砂。

本实施方式中，所述撒砂干燥控制方法的具体过程为：

步骤a、判断是否完全满足下述条件，即：

供风系统总风压p>干燥风最小风压pmin1，

撒砂控制器1未收到列车控制系统发出的撒砂请求指令信号，

撒砂控制器1未接收到制动系统检测到的车轮出现滑行情况或牵引系统检测到车轮出现空转信号，以及撒砂测试按钮未激活；如果是，执行步骤b；如果否，返回执行步骤一；

步骤b、根据撒砂干燥风压pdry，计算中继阀5-4的预控制风压口cv的风压目标值，所述cv＝f(pdry)；

步骤c、所述撒砂控制器1根据压力传感器5-3反馈信号，闭环控制充风电磁阀5-1和排风电磁阀5-2使预控制风压cv达到控制干燥风压目标值f(pdry)；

步骤d、撒砂控制器1输出撒砂干燥风控制信号，控制二号轴或三号轴撒砂干燥电磁阀8，实现二号轴和三号轴的交替干燥控制，周期时间theat为30s到120s。

本实施方式中，所述撒砂功能测试控制方法的具体过程为：

步骤a、判断是否完全满足下述条件，即：

车辆速度v＝0km/h，车辆处于静止状态，

供风系统总风压p>测试风压最小值pmin2，

撒砂控制器1未收到列车控制系统发出的撒砂请求指令信号；

撒砂控制器1未接收到制动系统检测到的车轮出现滑行情况或牵引系统检测到车轮出现空转信号以及收到撒砂测试按钮激活信号；如果是，执行步骤b；如果否，返回执行步骤一；

步骤b、根据设定的测试撒砂量qtest，计算撒砂装置3中撒砂单元3-2所需要的测试风压值ptest，并计算中继阀5-4的预控制风压口cv的风压目标值，所述cv＝f(ptest)；

步骤c、所述撒砂控制器1根据压力传感器5-3的反馈信号，闭环控制充风电磁阀5-1和排风电磁阀5-2使预控制风压cv达到测试目标值f(ptest)；

步骤d、判断二号轴的任意一个撒砂单元3-2的测试按钮是否激活，如果是，输出二号轴撒砂电磁阀激活信号控制二号轴撒砂电磁阀6进行二号轴撒砂，持续时间ttest为10-15s；如果否，输出三号轴撒砂电磁阀激活信号控制三号轴撒砂电磁阀7进行三号轴撒砂，持续时间ttest为10s到15s。