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      城市軌道車輛自牽引技術(shù)的應(yīng)用與探討

      2021-10-30 02:35:52徐逸世
      科學(xué)與生活 2021年19期
      關(guān)鍵詞:應(yīng)用

      徐逸世

      摘要:隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,城市化進(jìn)程速度的不斷加快,城市軌道交通建設(shè)規(guī)模在進(jìn)一步擴(kuò)大。相應(yīng)的地鐵車輛自牽引技術(shù)也全面實(shí)現(xiàn)了工程化的應(yīng)用?;诖?,本篇文章主要對(duì)城市軌道車輛自牽引技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行深入分析和探討。

      關(guān)鍵詞:城市軌道車輛;自牽引技術(shù);應(yīng)用

      前言:現(xiàn)如今,城市軌道交通技術(shù)在不斷發(fā)展,由于車輛運(yùn)營(yíng)需求的不斷提升,相應(yīng)地鐵車輛的功能也在同步增加,將車輛自牽引技術(shù)應(yīng)用進(jìn)來(lái),可以使車輛在無(wú)外部電力供電情況下的靈活移車全面實(shí)現(xiàn),使庫(kù)里車輛檢修效率得到提升的同時(shí),還全面提升了正常運(yùn)營(yíng)線路的故障救援能力。尤其是對(duì)于將第三軌供電采用進(jìn)來(lái)的城軌車輛而言,為了使庫(kù)內(nèi)檢修的安全型得到保證,一般情況下,都不會(huì)將供電三軌設(shè)置在檢修車間,在入庫(kù)的過(guò)程中,會(huì)將滑觸線供電或者是工程車推送的方式,達(dá)到牽引列車的目的。但是對(duì)于這兩種方式而言,不論是采取任何一種方式,都會(huì)加大檢修人員的工作量,整體效率也相對(duì)較低。將車輛自牽引技術(shù)應(yīng)用進(jìn)來(lái),就可以使以上問題得到全面階段,但是也存在一定的問題,就是增加了車輛的重量和一次性投入的成本。所以,必須要使最優(yōu)的車輛自牽引功能實(shí)現(xiàn),對(duì)實(shí)際增加設(shè)備的重量和體積以及成本進(jìn)行有效控制,是最為關(guān)鍵的內(nèi)容。

      1車輛自牽引技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

      所謂車輛自牽引,主要就是以車載儲(chǔ)能設(shè)備為依據(jù),將能量提供進(jìn)來(lái),進(jìn)而驅(qū)動(dòng)車輛,實(shí)現(xiàn)低速運(yùn)行。以車輛運(yùn)行速度需求的不同為主要依據(jù),不論是系統(tǒng)回路控制方式,還是儲(chǔ)能設(shè)備的輸出功率,均有很大的不同之處。若僅僅在車輛段調(diào)車檢修中應(yīng)用自牽引,那么實(shí)際車輛運(yùn)行的速度只需要達(dá)到3-5km/h,就可以全面滿足實(shí)際的要求;在應(yīng)用自牽引的過(guò)程中,若實(shí)際工況必須要保證正線載客自救援全面實(shí)現(xiàn),則一般情況下,車輛的運(yùn)行速度,都會(huì)在20km/h左右。對(duì)于車輛牽引而言,其主要分為以下兩種:首先第一種,就是由于區(qū)間的輸電設(shè)備本身,出現(xiàn)了故障和問題,進(jìn)而導(dǎo)致高壓出現(xiàn)中斷的情況,而列車通過(guò)對(duì)蓄電池的利用,進(jìn)一步牽引到距離最近的車站之中,組織并疏散相關(guān)旅客,最大化降低對(duì)于旅客出行的影響;第二種,就是列車在運(yùn)行的過(guò)程中,依據(jù)的是第三軌供電,那么列車在回庫(kù)的過(guò)程中,就可以將蓄電池牽引利用進(jìn)來(lái),在庫(kù)內(nèi)不需要對(duì)供電軌進(jìn)行鋪設(shè),使作業(yè)人員的安全得到保證?,F(xiàn)如今,很多地鐵車輛生產(chǎn)公司,都將蓄電池自牽引技術(shù)設(shè)計(jì)并應(yīng)用了進(jìn)來(lái)。本文以北京地鐵16號(hào)線為例開展應(yīng)用分析。

      2北京地鐵16號(hào)線列車自牽引系統(tǒng)方案

      2.1、設(shè)計(jì)需求

      對(duì)于北京地鐵16號(hào)線而言,其列車為6動(dòng)2托8輛編組,1500V為額定電壓,供電依據(jù)受電弓。該車輛的自牽引設(shè)計(jì)需求具體如下:首先第一點(diǎn),基于AW3荷載工況下,列車在坡道上的運(yùn)行速度,應(yīng)達(dá)到4.5km/h;第二點(diǎn),就是基于AW3荷載工況下,在正線平直線路上,列車的最大運(yùn)行速度為20km/h;第三點(diǎn),基于AM3荷載工況下,平直道的最大加速度,應(yīng)完全超出0.19m/。

      2.2、系統(tǒng)方案

      對(duì)于牽引系統(tǒng)而言,其不論是運(yùn)行功率,還是相應(yīng)的電池容量指標(biāo),其本身必須要具備行駛到下一站的能力。根據(jù)相應(yīng)的牽引計(jì)算結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn),現(xiàn)如今,對(duì)車輛供電起到控制作用的DC110V蓄電池,不論是放電功率,還是容量,均無(wú)法滿足實(shí)際的運(yùn)行要求,需要將蓄電池工資牽引額外應(yīng)激進(jìn)來(lái),又或者是對(duì)供電蓄電池的容量和功率進(jìn)行提高。如果對(duì)車輛控制供電用蓄電池的容量進(jìn)行直接提高,會(huì)加大蓄電池組單組容量和體積,導(dǎo)致車下的布局難度進(jìn)一步增加,整體設(shè)計(jì)并不科學(xué)也不合理。此外,實(shí)際車輛在運(yùn)行過(guò)程中,速度要達(dá)到20km/h,那么DC110V根本無(wú)法滿足電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的電壓要求。主要原因,就是當(dāng)前階段,對(duì)于牽引系統(tǒng)而言,去將VVVF電機(jī)控制采用進(jìn)來(lái),實(shí)際的速度越高,而對(duì)于整體直流輸入電壓的等級(jí)要求,也就越高。若將DC/DC升壓模塊額外增設(shè)進(jìn)來(lái),就會(huì)使系統(tǒng)效率進(jìn)一步降低。以最高運(yùn)行速度為依據(jù),對(duì)逆變器輸入電壓進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算,得到的結(jié)果,應(yīng)不低于DC200V,根據(jù)以上因素,應(yīng)采取如下方案,即將整車三組蓄電池應(yīng)用進(jìn)來(lái),而且對(duì)于六個(gè)蓄電池箱而言,要在六輛動(dòng)車中分別安裝進(jìn)來(lái),通過(guò)兩兩串聯(lián)的方式,使三組蓄電池得以形成,對(duì)三輛Mp車進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

      2.3、蓄電池的設(shè)計(jì)

      對(duì)于牽引變流器本身而言,其屬于強(qiáng)迫風(fēng)冷,因此,牽引蓄電池本身,不但要實(shí)現(xiàn)牽引供電的目的,還要為緊急通風(fēng)逆變器實(shí)施全面供電。以AW3工況為依據(jù),在設(shè)定區(qū)間線路,開展全面深入的仿真計(jì)算,在具體運(yùn)行的過(guò)程中,以3個(gè)單元為基準(zhǔn),實(shí)際的耗能可以達(dá)到27.61kW.h,那么車輛從爬坡開始,到頂端的實(shí)際耗能,就是24.39kW.h,在整個(gè)坡道上,車輛本身的最大行駛速度,即為5Km/h。不但要對(duì)電池的總?cè)萘窟M(jìn)行考慮,還要對(duì)電池的放電功率曲線進(jìn)行考慮,基于不同的溫度工況背景,蓄電池必須要滿足實(shí)際輸出功率特性的具體要求。因此,將180A.h的鉛酸電池選用了進(jìn)來(lái),作為動(dòng)力電池,通過(guò)試驗(yàn)的方式,可以證明,其完全滿足實(shí)際的用用需求。

      2.4、自牽引控制邏輯設(shè)計(jì)

      車輛在運(yùn)行的過(guò)程中,以網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù),可以分為兩種模式,一種模式就是正常狀態(tài)的自牽引模式,另一種模式,就是備用自牽引模式。整體的控制思想如下,就是將硬件自牽引開關(guān)設(shè)置進(jìn)來(lái),同時(shí),保證軟件邏輯和硬件邏輯這兩種全面互鎖,若在已經(jīng)滿足相關(guān)條件之后,才能進(jìn)一步進(jìn)入到自牽引的模式之中,并且對(duì)復(fù)位信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),當(dāng)完全滿足要求的復(fù)位條件時(shí),則自牽引模式就會(huì)停止。

      2.4.1、正常自牽引模式

      在對(duì)自牽引的開關(guān)進(jìn)行閉合之后,實(shí)際判斷動(dòng)作邏輯有以下幾點(diǎn):第一點(diǎn),當(dāng)車輛本身所處模式為非ATO模式,與此同時(shí),司控器手柄也在非牽引的位置,那么方向手柄不為零;第二點(diǎn),列車本身已經(jīng)處于一種絕對(duì)靜止的狀態(tài);第三點(diǎn),就是對(duì)于牽引蓄電池本身而言,其實(shí)際電壓,已經(jīng)滿足了相應(yīng)條件和要求;第四點(diǎn),斷開HB,蓄電池輸出接觸器會(huì)呈現(xiàn)閉合的狀態(tài),那么基于MVB,牽引系統(tǒng)會(huì)對(duì)級(jí)位信息進(jìn)行接受,使?fàn)恳M(jìn)一步輸出。

      2.4.2、備用自牽引模式

      基于該模式背景,前提條件不變,那么牽引系統(tǒng)要通過(guò)硬線接受牽引級(jí)位,且級(jí)位只有百分之五十和百分之一百。

      所以,當(dāng)實(shí)際的自牽引要求必須要具備自救援能力時(shí),相應(yīng)的儲(chǔ)能裝置必須要完全獨(dú)立考慮,不可與低壓供電的蓄電池有所聯(lián)系。

      3自牽引方案的優(yōu)化原則

      地鐵車輛運(yùn)行過(guò)程中,具體運(yùn)行工況如何,主要取決因素,就是線路條件,相應(yīng)的自牽引方案要以車輛的實(shí)際應(yīng)用需求為依據(jù),開展科學(xué)合理的優(yōu)化和設(shè)計(jì),使設(shè)備造假成本和運(yùn)營(yíng)成本綜合最優(yōu)化的目標(biāo)全面實(shí)現(xiàn)。

      3.1、主回路拓?fù)鋬?yōu)化原則

      首先,就是有效動(dòng)力單元的選擇,基于自牽引工況背景,實(shí)際對(duì)于加速度的要求相對(duì)較低,因此,可以簡(jiǎn)單配置車輛動(dòng)力單元,以北京地鐵16號(hào)線為例,其中有6個(gè)車控動(dòng)力單元,將三個(gè)單元選取進(jìn)來(lái),就可以滿足實(shí)際的驅(qū)動(dòng)要求。其次,就是變流器發(fā)熱核算,對(duì)于變流器而言,其最大的作用,就是熱管散熱,在具體計(jì)算的過(guò)程中,需要對(duì)自牽引過(guò)程中存在的溫升問題進(jìn)行充分的考慮,若變流器為強(qiáng)迫風(fēng)冷的類型,那么要對(duì)應(yīng)急逆變器進(jìn)行啟動(dòng),確保將電能提供給風(fēng)機(jī)。

      3.2、邏輯控制優(yōu)化原則

      對(duì)于自牽引控制邏輯而言,其主要包含兩方面內(nèi)容,手續(xù)愛你就是自牽引使能邏輯,其次就是復(fù)位邏輯,在實(shí)際投入控制邏輯的過(guò)程中,要保證高壓HB與蓄電池接觸器,這兩者可以實(shí)現(xiàn)完全互鎖,并且將軟件邏輯應(yīng)用進(jìn)來(lái),作為重要的初始條件,進(jìn)行判斷。基于自牽引運(yùn)行背景,要充分考慮退出邏輯,使系統(tǒng)的安全得到保證。

      結(jié)束語(yǔ)

      總而言之,本文通過(guò)案例的方式,對(duì)城市軌道車輛自牽引技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了全面的闡述,在未來(lái)階段,還需要進(jìn)一步深化和優(yōu)化,為后續(xù)自牽引技術(shù)的全面普及應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

      參考文獻(xiàn):

      [1]曹虎,董凱,孫叢君,白旭峰,李華,郝帥,何俊鵬.節(jié)能技術(shù)在城市軌道交通車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代城市軌道交通,2019(09):36-42.

      [2]張?zhí)燔?城市軌道車輛自牽引技術(shù)的應(yīng)用與探討[J].鐵道車輛,2019,57(03):31-35+5.

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