粘著控制中空轉(zhuǎn)滑行力矩減載恢復(fù)策略

李科

摘 要：輪軌粘著控制問題實(shí)質(zhì)上是輪軌間的摩擦控制問題。本文首先對(duì)粘著控制的相關(guān)背景進(jìn)行闡述，針對(duì)判斷空轉(zhuǎn)/滑行后對(duì)力矩的減載和恢復(fù)方式進(jìn)行論述，指出在不同的力矩調(diào)整方式下的效果不同。最后對(duì)粘著控制方法進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：粘著；空轉(zhuǎn)滑行；力矩減載；力矩恢復(fù)

1 粘著控制背景知識(shí)

粘著是指輪軌在一定壓力下相互接觸處于嚙合并傳遞作用力的一種物理狀態(tài)或物理現(xiàn)象。粘著是一種介于純滾動(dòng)狀態(tài)和空轉(zhuǎn)滑行狀態(tài)之間的一種狀態(tài)，它對(duì)牽引/制動(dòng)力的發(fā)揮起到直接作用，列車的運(yùn)行要借助于輪軌間的粘著狀態(tài)，輪軌之間的最大粘著力受到粘著系數(shù)的限制[1]。

蠕滑是指動(dòng)輪向前滾動(dòng)時(shí)，車輪滾動(dòng)前進(jìn)的速度v總是小于車輪的圓周速度（R·ω）的現(xiàn)象[2]。蠕滑速度是指車輪的圓周速度與車輪滾動(dòng)前進(jìn)的速度之間的差值。常采用無量綱的蠕滑率來表示蠕滑的大小。粘著系數(shù)（μ）為輪軌間能傳遞（或產(chǎn)生）的最大切向力 與垂向靜荷重P之比[3]。

空轉(zhuǎn)/滑行的定義為車輪相對(duì)于鋼軌發(fā)生明顯的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一種現(xiàn)象，在牽引過程中為空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在制動(dòng)過程中為滑行現(xiàn)象。粘著控制研究的主要問題是如何有效防止輪對(duì)空轉(zhuǎn)/滑行的發(fā)生，并不斷提高防空轉(zhuǎn)防滑的效率[4]。

2 力矩減載與恢復(fù)的策略

2.1 力矩減載

2.1.1 采用線性方式減載

線性方式減載是指在單個(gè)周期電機(jī)力矩減載的大小不變，線性減載的斜率由單個(gè)周期內(nèi)電機(jī)力矩減載的大小決定；力矩減載采用增量式減載方式，若空轉(zhuǎn)滑行判據(jù)一直成立，則當(dāng)前力矩為上一周期力矩減去單周期內(nèi)減載量，直到空轉(zhuǎn)滑行判據(jù)不成立為止。

2.1.2 采用曲線方式減載

曲線方式減載是指在單周期電機(jī)力矩減載大小不一樣，電機(jī)力矩的大小可通過函數(shù)關(guān)系確定。采用這種方式減載力矩可使力矩減載反應(yīng)迅速，能盡快抑制空轉(zhuǎn)/滑行現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.2 力矩保持與恢復(fù)

當(dāng)空轉(zhuǎn)/滑行判據(jù)不成立后，為了使力矩符合當(dāng)前輪軌粘著狀態(tài)，在力矩進(jìn)行恢復(fù)之前先保持一段時(shí)間，讓當(dāng)前輪軌粘著狀態(tài)有所好轉(zhuǎn)時(shí)再對(duì)力矩進(jìn)行恢復(fù)。力矩在保持一段時(shí)間后可采取線性方式或曲線方式進(jìn)行恢復(fù)，分別介紹如下。

2.2.1 采用線性方式恢復(fù)

線性恢復(fù)即力矩的恢復(fù)速率恒定，在單周期內(nèi)力矩增量保持不變，有些在恢復(fù)最后階段改變恢復(fù)斜率，使恢復(fù)過程變緩慢。保持+線性恢復(fù)的示意圖如圖1所示，圖1（a）中力矩減載后保持減載一段時(shí)間，再按一定斜率進(jìn)行線性恢復(fù)，圖1（b）中是在恢復(fù)最后階段改變恢復(fù)斜率的情況。

2.2.2 采用曲線方式恢復(fù)

曲線方式恢復(fù)時(shí)的單周期力矩增量不是固定的，曲線方式恢復(fù)的策略可利用減載量來實(shí)施，減載量是指粘著控制系統(tǒng)輸出力矩與給定力矩之間的差值（取絕對(duì)值）；力矩在恢復(fù)過程中的恢復(fù)速率由減載量確定。采用曲線恢復(fù)方式可使力矩發(fā)揮比較平穩(wěn)，不會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，圖2是保持+曲線恢復(fù)的示意圖，該圖中出現(xiàn)連續(xù)的減載情況。

3 總結(jié)

通過以線性或曲線方式對(duì)力矩進(jìn)行減載和恢復(fù)，采用曲線恢復(fù)方式可使力矩發(fā)揮比較平穩(wěn)，不會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，提高了粘著利用效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 李江紅，馬建，彭輝水.機(jī)車粘著控制的基本原理和方法[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2002，33（11）：4-7.

[2] 彭輝水，李艷，肖功彬，劉雄，崔巍.120km/h大功率交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的粘著控制[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2011，01（15）：4-7.

[3] 鮑維千.關(guān)于機(jī)車粘著的一些概念及提高機(jī)車粘著性能的措施[J].內(nèi)燃機(jī)車，1999，299（1）：8-13.

[4] 萬廣.機(jī)車粘著控制技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].機(jī)車電傳動(dòng).1996，22（3）：1-4.

（作者單位：株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司）