轮轨系统及轨道交通车辆牵引力/制动力分配方法与流程

1.本发明涉及轨道交通技术领域，特别是一种轮轨系统及轨道交通车辆牵引力/制动力分配方法。


背景技术：

2.目前轨道交通车辆上没有装备轮轨黏着系数检测装置，无法获知轨道的情况，只能通过牵引系统、制动系统的防滑系统来获得对车辆运行最有利的控制策略。目前这些防滑控制方法无法让车辆充分利用轮轨黏着系数，充分发挥牵引力、制动力，只能在假定的黏着系数下校核牵引力、制动力计算。
3.现有技术都是在车辆真实发生了滑行或空转后才能检测到滑行或空转，再通过控制系统来调节减缓轮对的滑动或空转，存在车轮擦伤的风险，甚至在极端情况下发生车辆运行失控的问题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种轮轨系统及轨道交通车辆牵引力/制动力分配方法，实时获取运行轨道的真实黏着系数。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种轮轨系统，包括轨道及在其上运动的轮对；所述轮对通过一系弹簧与转向架构架固定连接；相邻两个轮对至少一侧的两个轮子之间设置有在所述轨道上运行的滚轮；所述滚轮中心通过轴承与设置于所述转向架构架上的第一支撑座连接；所述第一支撑座上设置有驱动所述滚轮的驱动装置和/或调节所述滚轮转速的制动装置。
6.本发明设置了能运行在轨道上的滚轮，空气弹簧可以对滚轮施加垂直压力，让滚轮随车辆运行，制动装置可以调节滚轮的蠕滑线速度，通过调节滚轮的蠕滑线速度，可以折算出滚轮与轨道接触点处的切向牵引力及切向制动力，进而获得滚轮与轨道间的黏着系数，实现了运行轨道的真实黏着系数的实时检测。
7.根据实际使用需要，可以在相邻两个轮对两侧的两个轮子之间均设置在对应轨道上运行的滚轮。
8.本发明中，所述轴承依次通过连接杆、空气弹簧与所述第一支撑座连接。
9.本发明中，为便于采集所需数据，所述空气弹簧上端连接所述第一支撑座，下端连接第二支撑座；所述第二支撑座上设有压力传感器。
10.所述空气弹簧上端连接所述第一支撑座，下端连接第二支撑座；所述第二支撑座上设有压力传感器。压力传感器可以实时精确检测滚轮的垂直压力。
11.所述第二支撑座上设有测距仪。测距仪通过测量第二支撑座与轨面的高度来精确测定小型钢轮的半径。
12.所述制动装置包括制动夹钳，所述制动夹钳与滚轮接触，所述制动夹钳与设置于所述第一支撑座上的风缸连通。
13.所述滚轮对设置于头车的第一个转向架构架上。更加精准地获得黏着系数。
14.本发明还提供了一种利用上述轮对系统实现轨道交通车辆牵引力/制动力分配的方法，该方法包括：根据黏着系数计算最大牵引力和/或最大制动力，控制车辆牵引力和制动力，使车辆牵引力小于所述最大牵引力，车辆制动力小于所述最大制动力。本发明根据黏着系数计算最大牵引力和最大制动力，在车轮发生滑行或空转之前即可通过控制系统来调节车辆的牵引力和制动力，防止了车轮擦伤，避免了车辆运行失控，极大地保障了行车安全。
15.本发明中，根据黏着系数计算最大牵引力和/或最大制动力的具体实现过程包括：
16.控制所述滚轮蠕滑线速度大于车辆运行速度，折算出滚轮与轨道接触点处的切向牵引力f1；当滚轮蠕滑线速度达到设定门槛值时，根据空气弹簧对滚轮施加的垂直压力fn、切向牵引力f1计算滚轮与轨道之间的第一黏着系数μ1；
17.利用制动夹钳调节对滚轮的夹紧力，使所述滚轮蠕滑线速度小于车辆运行速度，折算出滚轮接与轨道触点处的切向制动力f2；当滚轮蠕滑线速度达到设定门槛值时，根据空气弹簧对滚轮施加的垂直压力fn、切向制动力f2计算滚轮与轨道之间的第二黏着系数μ2；
18.根据所述第一黏着系数μ1、第二黏着系数μ2分别计算出车辆在当前轨道运行时能发挥的最大牵引力和最大制动力。
19.本发明在实时检测黏着系数后，根据黏着系数计算出车辆能发挥的最大牵引力和制动力，并将车辆牵引力和制动力对应控制在最大牵引力和最大制动力范围内，主动防止车轮空转和打滑，避免了车轮擦伤，提高了轮对的使用寿命。
20.为了进一步提高牵引力/制动力分配精度，本发明中，控制所述滚轮蠕滑线速度大于车辆运行速度之前，还包括：
21.1)当空气弹簧充气至目标值时，驱动装置/制动装置输出牵引力/制动力；
22.2)判断滚轮蠕滑线速度是否达到设定的门槛值，若是，则驱动装置/制动装置锁定牵引力/制动力，并在设定时间周期后，返回步骤1)；否则，返回步骤1)。
23.控制车辆牵引力和制动力，使车辆牵引力小于所述最大牵引力，车辆制动力小于所述最大制动力之后，还包括：
24.判断是否启动空转保护，若是，则调整所述门槛值，返回步骤1)；判断是否启动滑行保护，若是，则调整所述门槛值，返回步骤1)。
25.本发明可以最大程度避免轮对空转或打滑，避免轮对的多边形磨损，极大地提高了轮对的使用寿命。
26.与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明可以在能实时检测轨道黏着系数；在任何轨道条件下充分使用轨道黏着系数，提高车辆的控制精度和水平；避免了任何情况的轮对打滑现象，避免了轮对的多边形磨损，提高了轮对的使用寿命。
附图说明
27.图1为本发明实施例1装置结构图；
28.图2为本发明实施例2装置结构图；
29.图3为本发明实施例4牵引力/制动力分配流程图
30.图4为本发明实施例4轨黏着系数检测装置滚轮受力示意图。
具体实施方式
31.如图1所示，本发明实施例1用于获取切向牵引力。实施例1中，在头车第一个转向架构架上增加一个小型钢轮1(滚轮)，钢轮1能运行在轨道上。钢轮设置于相邻两个轮对一侧的两个轮子之间。钢轮的轴承外侧依次通过连接杆11(竖直设置)、空气弹簧3与设置于转向架构架上的垂直支撑座2(第一支撑座)连接。
32.钢轮的垂直支撑座2(第一支撑座)上装配一个小型空气弹簧3，可以根据需要调节气缸压力，对钢轮施加一个垂直压力fn，让钢轮能随车运行。车辆静止时，当空气弹簧3压力值为0时，由于钢簧4的拉力，钢轮1将不接触到轨道。
33.钢轮1的转动由一个微型电机7带动传动带/轴8独立驱动，可以根据需要调节牵引力输出，使得钢轮蠕滑线速度稍大于车辆速度，进入稳定滑行阶段，并折算出钢轮接触点处的切向牵引力f1。
34.本发明实施例2用于获取切向制动力。实施例2中，钢轮1的垂直支撑座2上装配一个小型制动夹钳10，夹钳10由供风风缸9驱动，风缸9装配在垂直支撑座2上，可以根据需要调节对钢轮的夹紧力，使得钢轮蠕滑线速度稍小于车辆速度，进入稳定滑行阶段，并折算出钢轮接触点处的切向制动力f2。
35.钢轮1的空簧(空气弹簧)3下部支撑座(第二支撑座)上装配压力传感器5，可以实时精确检测钢轮的垂直压力fn。空气弹簧上端连接第一支撑座，下端连接第二支撑座。
36.钢轮1的空簧3下部支撑座上装配测距仪6，可以实时精确检测钢轮顶点与钢轮轴承中心点的距离，即钢轮半径r。
37.本发明实施例3中，也可以在转向架构架上增加两个个小型钢轮1(滚轮)，两个滚轮分别设置于相邻两个轮对两侧的两个轮子之间。其余部分对应结构与实施例1/实施例2相同，此处不再赘述。
38.如图3，本发明实施例4中，牵引力/制动力分配过程包括以下步骤：
39.1)车辆激活上电后，实施例1和实施例2的装置自检；
40.2)判断装置是否有故障，若是，则重启实施例1和实施例2的装置，重新判断是否故障，若自检三次均判断有故障，则报出故障信息；否则，等待车辆进入正线运行；
41.3)判断车辆是否开始运行，若否，则继续等待车辆发出允许指令；否则，空气弹簧开始充气至目标压力值；
42.4)判断电机/风缸是否工作正常，若否，则报出电机/风缸故障；若是，则电机/风缸给出步进牵引力/制动力；
43.5)判断钢轮蠕滑线速度是否达到门槛值，若否，则返回步骤4)；若是，则折算当前轮轨黏着系数，进入步骤6；同时电机/风缸锁定牵引力/制动力，并在一定时间后，返回步骤4)；
44.6)通过车载网络将黏着系数发送牵引系统和制动系统；
45.7)牵引系统收到黏着系数后，对当前能发挥的最大牵引力、电制动力包络线进行调整，并判断是否启动空转保护；制动系统收到黏着系数后，对当前能发挥的最大常用制动力包络线进行调整，并判断是否启动滑行保护；
46.8)当启动空转保护或滑行保护时，牵引系统发送空转保护信号给电机，制动系统发送滑行保护信号给风缸，实施例1和实施例2的装置微调门槛值，返回步骤4)；
47.当未启动空转保护或滑行保护时，分配结束；
48.9)判断车辆是否退出正线运行，若是，则空气弹簧排气，实施例1和实施例2的装置待机，判断车辆是否断激活；否则，直接判断车辆是否断激活；
49.10)若车辆断激活，则关闭实施例1和实施例2的装置；否则，返回步骤9)。
50.需要注意的是，上述流程中，牵引系统和控制系统是独立控制的。
51.如图4所示，本发明实施例4中，在列车运行时，电机7对钢轮1进行牵引，使得钢轮1的蠕滑线速度v稍大于车辆速度v。当钢轮蠕滑线速度达到门槛值时，根据检测到的垂直压力fn、钢轮接触点处的切向牵引力f1折算出轮轨间的黏着系数μ(μ＝f1/fn)。
52.在列车运行时，制动夹钳10对钢轮1进行制动，使得钢轮1的蠕滑线速度v稍小于车辆速度v。当钢轮蠕滑线速度达到门槛值时，根据检测到的垂直压力fn、钢轮接触点处的切向制动力f2折算出轮轨间的黏着系数μ(μ＝f2/fn)。
53.通过车辆网络实时把黏着系数μ数值传递给牵引系统，计算出在当前轨道运行时的最大能发挥的牵引力f(f＝车辆重量*μ)，把该牵引力数值作为牵引系统响应的最大包络线，防止牵引时转向架轮对空转。
54.通过车辆网络实时把黏着系数μ数值传递给制动系统，计算出在当前轨道运行时的最大能发挥的制动力，把该制动力数值作为制动系统常用制动响应的最大包络线，防止常用制动时转向架轮对打滑。