電客車輪對(duì)防滑保護(hù)分析

靳軍明

（石家莊市軌道交通有限責(zé)任公司 河北石家莊 050000）

1 引言

隨著城市軌道交通的發(fā)展，高速和安全已成為城市軌道交通電客車設(shè)計(jì)的重要方向，這對(duì)城市軌道交通電客車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高要求，其中一個(gè)要求就是如何進(jìn)一步提高防滑保護(hù)控制系統(tǒng)的性能，以便電客車制動(dòng)時(shí)，既能有效防止輪對(duì)擦傷，又能充分利用輪軌粘著，得到較短制動(dòng)距離。電客車施加制動(dòng)時(shí)，輪對(duì)在鋼軌上可能會(huì)產(chǎn)生滑行現(xiàn)象，此時(shí)輪軌間粘著狀態(tài)已經(jīng)被破壞，輪對(duì)與鋼軌之間的滑動(dòng)摩擦力為電客車的制動(dòng)力，由于滑動(dòng)摩擦系數(shù)遠(yuǎn)小于靜摩擦系數(shù)，會(huì)造成實(shí)際起作用的制動(dòng)力明顯小于輪軌接觸面處于正常粘著狀態(tài)時(shí)的力，會(huì)使電客車制動(dòng)距離延長，對(duì)城市軌道交通的運(yùn)營造成很大影響。

輪對(duì)防滑保護(hù)控制系統(tǒng)能在制動(dòng)力即將超過輪軌粘著力時(shí)判斷出滑行，此時(shí)系統(tǒng)能有效控制降低制動(dòng)力使輪對(duì)恢復(fù)滾動(dòng)或滾滑混合狀態(tài)，從而避免輪對(duì)滑行，防滑保護(hù)控制的關(guān)鍵是及時(shí)準(zhǔn)確的判斷防滑觸發(fā)的時(shí)機(jī)和恢復(fù)時(shí)機(jī)，若防滑觸發(fā)時(shí)機(jī)判斷過早，會(huì)使得制動(dòng)力損失過大，無法充分利用輪軌間的粘著，使制動(dòng)距離延長；若判斷過晚，可能會(huì)造成輪對(duì)踏面擦傷或加劇輪緣磨耗，起不到防滑保護(hù)的作用。

輪對(duì)滑行可造成輪對(duì)踏面的嚴(yán)重擦傷及車輪失圓，失圓的車輪在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生不良振動(dòng)使輪對(duì)軸承受損，可能產(chǎn)生斷軸的危險(xiǎn)，影響電客車的運(yùn)行安全，而失圓的車輪砸擊鋼軌，會(huì)使鋼軌受損，近一步擴(kuò)大電客車的不良振動(dòng)，若防滑恢復(fù)時(shí)機(jī)選擇過早，會(huì)影響輪軌粘著恢復(fù)，在當(dāng)次滑行未完全恢復(fù)的狀態(tài)下，易產(chǎn)生新一輪滑行，若防滑恢復(fù)時(shí)機(jī)過晚，會(huì)影響制動(dòng)距離和防滑效率。為了保障城市軌道交通電客車運(yùn)行安全，一般情況下我們的城市軌道交通電客車采用電制動(dòng)和氣制動(dòng)兩套防滑控制系統(tǒng)。

2 城市軌道交通電客車電制動(dòng)和氣制動(dòng)輪對(duì)防滑保護(hù)控制系統(tǒng)

2.1 城市軌道交通電客車電制動(dòng)輪對(duì)防滑保護(hù)控制系統(tǒng)

電客車采用電制動(dòng)時(shí)，電客車牽引系統(tǒng)中輪對(duì)防滑保護(hù)功能由列車控制單元中的牽引控制功能模塊執(zhí)行。牽引控制功能模塊中的輪對(duì)防滑保護(hù)控制系統(tǒng)利用齒輪箱上裝設(shè)的速度傳感器連續(xù)檢測電客車速度，利用每根車軸上裝設(shè)的速度傳感器檢測每根驅(qū)動(dòng)軸的速度，采用速度差和減速度作為輪對(duì)滑行判定依據(jù)，滑行輪對(duì)速度必然低于其他沒有發(fā)生滑行的輪對(duì)速度，從而根據(jù)牽引控制功能模塊內(nèi)部設(shè)定好的防滑算法檢測和控制滑行，即當(dāng)某輪對(duì)與電客車速度差值超過預(yù)先設(shè)計(jì)的滑行標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，則認(rèn)為該輪對(duì)產(chǎn)生滑行，此時(shí)啟動(dòng)輪對(duì)防滑控制，防止輪對(duì)擦傷，同時(shí)應(yīng)盡量減少該輪對(duì)牽引力參考值直到滑行停止以避免該輪對(duì)在牽引狀態(tài)下發(fā)生不可控制的空轉(zhuǎn)，在電制動(dòng)時(shí)鎖死，從而有效保護(hù)牽引電機(jī)不受損害。

電客車電制動(dòng)過程中，隨著電制動(dòng)力的不斷增加，當(dāng)制動(dòng)力達(dá)到最大粘著力后，輪對(duì)與鋼軌之間的粘著狀態(tài)就開始被破壞，在輪對(duì)滾動(dòng)的同時(shí)會(huì)伴隨著少量但越來越大的相對(duì)滑行，當(dāng)這種相對(duì)滑行的滑移率超過一定值后，輪軌間的粘著狀態(tài)遭到嚴(yán)重的破壞，粘著系數(shù)急劇降低，輪對(duì)轉(zhuǎn)速會(huì)急劇下降，直至輪對(duì)被抱死而不能滾動(dòng)，輕則造成輪對(duì)擦傷，重則造成事故。牽引控制功能模塊中輪對(duì)防滑保護(hù)控制系統(tǒng)不斷檢測各軸減速度、車輛速度、速度差是否大于某一限值，一旦檢測到某個(gè)輪對(duì)軸速度出現(xiàn)與允許值存在差異時(shí)，系統(tǒng)會(huì)準(zhǔn)確的進(jìn)行跟蹤調(diào)整，電制動(dòng)力會(huì)自動(dòng)減少以滿足實(shí)際輪軌間的傳動(dòng)值，在不利的軌道條件下降低該輪對(duì)的減速度，改進(jìn)輪對(duì)的粘著力情況，并保證在粘著力低的情況下使制動(dòng)力最大化而又不會(huì)對(duì)輪對(duì)造成損傷，當(dāng)軌道條件變好或摩擦系數(shù)提高后，輪對(duì)防滑保護(hù)控制系統(tǒng)判斷粘著力情況已經(jīng)恢復(fù)正常時(shí)，制動(dòng)力將會(huì)基于一個(gè)設(shè)計(jì)好的可調(diào)整的斜線增加。

輪對(duì)防滑保護(hù)控制系統(tǒng)應(yīng)盡量避免防滑保護(hù)功能過于敏感，在避免輪對(duì)擦傷的同時(shí)最大限度的利用輪軌間可用粘著，在輪對(duì)滑行檢測中，通過優(yōu)化電客車參考速度計(jì)算方法獲得精準(zhǔn)的速度差，優(yōu)化防滑判據(jù)，因?yàn)榉阑袚?jù)不僅只是用以檢測電客車是否或即將發(fā)生滑行，它作為輪對(duì)防滑控制的前級(jí)輸入還需具備可以測量滑行深度的功能，從而進(jìn)一步指導(dǎo)后續(xù)防滑動(dòng)作深度。當(dāng)輪對(duì)防滑保護(hù)控制系統(tǒng)檢測到電制動(dòng)滑行時(shí)，牽引控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)鎖定當(dāng)前發(fā)送給制動(dòng)系統(tǒng)的電制動(dòng)力實(shí)際值，如果牽引控制系統(tǒng)中輪對(duì)防滑保護(hù)控制在設(shè)定時(shí)間之內(nèi)無法調(diào)整好，制動(dòng)控制系統(tǒng)檢測到滑行時(shí)間超過設(shè)定值后，將自動(dòng)切除電制動(dòng)，此時(shí)氣制動(dòng)控制系統(tǒng)接管輪對(duì)防滑保護(hù)控制。另外，某個(gè)輪對(duì)軸的減速度檢測與其它軸無關(guān)，軸間的直徑補(bǔ)償不會(huì)影響它的精度。

2.2 城市軌道交通電客車氣制動(dòng)輪對(duì)防滑保護(hù)控制系統(tǒng)

目前，城市軌道交通電客車多采用EP2002型制動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由德國克諾爾公司研制生產(chǎn)的，為電氣模擬指令式制動(dòng)控制系統(tǒng)，其核心部件是網(wǎng)關(guān)閥及智能閥，EP2002型制動(dòng)系統(tǒng)采用架控式，即一個(gè)網(wǎng)關(guān)閥或智能閥控制一個(gè)轉(zhuǎn)向架，該系統(tǒng)輪對(duì)防滑保護(hù)采用軸控防滑控制方式，能單獨(dú)控制每根軸上閘缸制動(dòng)力來校正輪對(duì)滑動(dòng)。輪對(duì)防滑保護(hù)控制系統(tǒng)基本部件包括：防滑電磁閥、測速齒輪、速度傳感器、網(wǎng)關(guān)閥或智能閥微處理器控制系統(tǒng)中的輪對(duì)防滑保護(hù)控制單元等。安裝在齒輪箱上的測速齒輪和安裝在每根軸端上的速度傳感器會(huì)把速度信號(hào)傳至控制該轉(zhuǎn)向架的輪對(duì)防滑保護(hù)控制單元（利用單位時(shí)間內(nèi)電磁脈沖信號(hào)頻率計(jì)算速度），輪對(duì)防滑保護(hù)控制單元與通過專用 CAN制動(dòng)器總線傳輸?shù)钠渌y（網(wǎng)關(guān)閥或智能閥）獲得的速度數(shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行邏輯計(jì)算，用來監(jiān)測電客車的減速度和各軸之間的速度差，以此來判斷輪對(duì)的實(shí)時(shí)狀況，當(dāng)監(jiān)測到某輪對(duì)出現(xiàn)滑行時(shí)，輪對(duì)防滑保護(hù)控制系統(tǒng)能迅速的向控制該輪對(duì)的防滑電磁閥發(fā)出指令，關(guān)閉壓縮空氣通路，并開啟制動(dòng)缸通向大氣的通路，進(jìn)行排風(fēng)緩解，從而解除該輪對(duì)的滑行現(xiàn)象，當(dāng)輪對(duì)防滑保護(hù)控制系統(tǒng)確定粘著條件恢復(fù)到正常狀態(tài)，輪對(duì)速度再次上升時(shí)，氣制動(dòng)輪對(duì)防滑控制系統(tǒng)將返回到初始狀態(tài)。

另外，在輪對(duì)防滑保護(hù)控制恢復(fù)的過程中，應(yīng)合理控制制動(dòng)力，對(duì)于輕度滑行，應(yīng)盡可能階段少量排氣并保壓，試探性摸索當(dāng)前輪軌可用粘著，對(duì)于強(qiáng)度較大的滑行，適用快速排氣，階段充氣，恢復(fù)的時(shí)機(jī)應(yīng)盡可能早。如果氣制動(dòng)輪對(duì)防滑保護(hù)控制系統(tǒng)通過防滑電磁閥排氣緩解超過一定的時(shí)間，安全回路會(huì)動(dòng)作再次實(shí)施摩擦制動(dòng)，以使電客車在粘著不利的情況下盡快恢復(fù)制動(dòng)作用，以求最大程度降低制動(dòng)力損失，保證合理的制動(dòng)距離，確保電客車運(yùn)行安全。為保證輪對(duì)防滑保護(hù)控制啟動(dòng)時(shí)制動(dòng)緩解時(shí)間不超過特定時(shí)間，在網(wǎng)關(guān)閥及智能閥內(nèi)均設(shè)有硬件計(jì)時(shí)電路來持續(xù)監(jiān)控防滑控制時(shí)間。

3 結(jié)語

輪對(duì)防滑保護(hù)控制系統(tǒng)在城市軌道交通電客車制動(dòng)系統(tǒng)中不可缺少，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需綜合考慮防滑兼輪軌粘著利用。通過采用合理的控制方式，要求系統(tǒng)不僅能有效防止輪對(duì)滑行，還能在提高制動(dòng)效率的基礎(chǔ)上，充分利用輪軌間粘著，縮短制動(dòng)距離。我們的城市軌道交通電客車采用電制動(dòng)和氣制動(dòng)兩套防滑保護(hù)控制系統(tǒng)從而保證運(yùn)營安全可靠，雖然這兩套系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、控制精度高、響應(yīng)時(shí)間短、集成化程度高、可維護(hù)性少、系統(tǒng)故障率低、質(zhì)量可靠、通用性高、國際先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，但是我們還是應(yīng)該不斷探索優(yōu)化這兩套系統(tǒng)使其安全性、可靠性不斷提高。