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        CRH3A型動(dòng)車組自動(dòng)速度控制模式下防滑控制及不旋轉(zhuǎn)軸檢測(cè)的研究

        2020-03-23 06:35:36呼功崛馬永靖王學(xué)文辛志強(qiáng)
        鐵道機(jī)車車輛 2020年1期
        關(guān)鍵詞:旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)車組A型

        呼功崛, 馬永靖, 王學(xué)文, 辛志強(qiáng)

        (中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司 國(guó)家軌道客車工程研究中心轉(zhuǎn)向架研發(fā)部, 長(zhǎng)春 130000)

        近年來(lái),高速鐵路運(yùn)輸已經(jīng)成為促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,加強(qiáng)區(qū)域協(xié)調(diào),構(gòu)建綜合交通軌道運(yùn)輸體系的樞紐。高鐵技術(shù)的不斷發(fā)展完善了我國(guó)綜合運(yùn)輸體系,隨著國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求的不斷增大,推動(dòng)了高鐵動(dòng)車組技術(shù)的快速發(fā)展。

        制動(dòng)系統(tǒng)是與車輛運(yùn)行安全直接相關(guān)的重要系統(tǒng),動(dòng)車組的制動(dòng)形式分兩種:空氣制動(dòng)和電制動(dòng)。無(wú)論空氣制動(dòng)或電制動(dòng),都屬于黏著制動(dòng)。黏著制動(dòng)最大的缺陷就是黏著力有限,同時(shí)輪軌黏著受輪軌間狀態(tài)影響較大,如果制動(dòng)力超過了黏著限制,車輪轉(zhuǎn)速急劇降低甚至停轉(zhuǎn)而車速降得較慢,這叫“滑行”或“抱死輪”[1]。一旦發(fā)生這種現(xiàn)象則很有可能導(dǎo)致輪軌擦傷,車輪擦傷后會(huì)產(chǎn)生偏心,踏面產(chǎn)生多邊形效應(yīng),不僅降低運(yùn)行的平穩(wěn)性和乘車的舒適度,還會(huì)增加對(duì)轉(zhuǎn)向架的沖擊振動(dòng),縮短轉(zhuǎn)向架部件的使用壽命,影響行車安全[2]。為保證動(dòng)車組能夠安全可靠地行車,動(dòng)車組防滑系統(tǒng)必須響應(yīng)迅速,防止車輪滑行,恢復(fù)輪軌的黏著狀態(tài)。

        將結(jié)合CRH3A型動(dòng)車組ASC模式下空氣制動(dòng)和電制動(dòng)的防滑控制和軸不旋轉(zhuǎn)檢測(cè)原理,針對(duì)CRH3A型動(dòng)車組發(fā)生滑行和軸抱死的實(shí)際案例,分析原因并給出解決措施。

        1 ASC模式下的防滑控制和不旋轉(zhuǎn)軸檢測(cè)

        1.1 制動(dòng)指令

        在ASC(Automatic Speed Control)模式下,由TCMS(Train Control Management System)進(jìn)行列車制動(dòng)力計(jì)算,TCMS僅使用電制動(dòng)力來(lái)調(diào)節(jié)列車速度。TCMS計(jì)算的電制動(dòng)力指令直接發(fā)給TCU(Traction Control Unit),不通過BCU(Brake Control Unit)中轉(zhuǎn)。TCU將單車的電制動(dòng)力能力值(信號(hào)C)和電制動(dòng)力實(shí)際值(信號(hào)E)發(fā)給BCU,見圖1。

        圖1 TCU與BCU相關(guān)接口圖

        1.2 防滑控制

        BCU僅在非牽引(制動(dòng)或惰行)狀態(tài)時(shí)才激活防滑功能,將本車4個(gè)軸中速度最高的軸速作為參考速度,BCU根據(jù)參考速度及各軸的軸速對(duì)每個(gè)軸進(jìn)行防滑判斷,并通過防滑閥進(jìn)行緩解、保壓和制動(dòng)的控制。

        如果正常制動(dòng)過程中,BCU檢測(cè)到列車出現(xiàn)滑行,TCU響應(yīng)BCU發(fā)出的電制減少百分比值信號(hào)(信號(hào)F)。本車TCU執(zhí)行的電制動(dòng)力實(shí)際減小值發(fā)給BCU,電制動(dòng)力實(shí)際減小值=信號(hào)E(kN)×信號(hào)F(%),見圖1。

        由上述防滑的原理可知,牽引狀態(tài)決定了防滑功能是否激活,BCU判斷牽引施加的條件為:

        自動(dòng)速度控制牽引位CCU_ASC_Traction =1 或手柄牽引位TL_R_Traction=1,并且無(wú)任何制動(dòng)激活,無(wú)任何制動(dòng)激活,是指以下任一制動(dòng)都不激活:

        ①緊急制動(dòng)UB;

        ②緊急制動(dòng)EB;

        ③制動(dòng)手柄級(jí)位>0;

        ④制動(dòng)手柄處于制動(dòng)位(TL_R_Braking);

        只要BCU判斷本車處于非牽引狀態(tài),即視為本車處于制動(dòng)或惰行狀態(tài),防滑功能就會(huì)激活。

        1.3 不旋轉(zhuǎn)軸檢測(cè)

        不旋轉(zhuǎn)軸檢測(cè)功能不論在牽引或非牽引狀態(tài)均會(huì)進(jìn)行檢測(cè),并且與防滑控制功能相互獨(dú)立。將本車速度第2高的軸速作為參考速度v2nd,參考速度v2nd與最低軸速vmin的差值同v(v=50+0.3v2nd)進(jìn)行比較,如果差值大于v并持續(xù)10 s,則報(bào)出低速軸的軸抱死故障,不旋轉(zhuǎn)軸檢測(cè)邏輯見圖2。

        圖2 CRH3A型動(dòng)車組不旋轉(zhuǎn)軸檢測(cè)邏輯圖

        2 案例分析

        2.1 事件經(jīng)過與數(shù)據(jù)記錄

        CRH3A型動(dòng)車組在ASC模式下正常運(yùn)行,因下雨而發(fā)生滑行,06車報(bào)軸抱死故障(00車占用),未發(fā)生擦輪。

        事件過程如下:

        06:39:20時(shí),00車牽引電機(jī)M1速度傳感器故障,00車逆變封鎖,電制動(dòng)失效。

        06:58:42時(shí),06車牽引電機(jī)M1、M2速度傳感器故障,06車逆變封鎖,電制動(dòng)失效。

        06:58:50時(shí),06車報(bào)軸1、軸2抱死。

        2.2 數(shù)據(jù)分析

        事發(fā)時(shí)天氣為小雨,造成軌道濕滑,隨著運(yùn)行速度的增加,黏著系數(shù)將急劇下降[3]。當(dāng)實(shí)際黏著系數(shù)低于利用的黏著系數(shù)時(shí),列車發(fā)生滑行,00車報(bào)出牽引電機(jī)M1速度傳感器故障,持續(xù)運(yùn)行中由于滑行嚴(yán)重,導(dǎo)致06車TCU報(bào)牽引電機(jī)M1、M2傳感器故障,BCU報(bào)出軸1、軸2抱死,但根據(jù)CCU數(shù)據(jù),BCU在報(bào)出軸抱死故障前未報(bào)滑行。

        根據(jù)CCU數(shù)據(jù)顯示,06:58:26至06:58:35時(shí),06車施加電制動(dòng);06:58:42至06:58:50時(shí),列車的恒速設(shè)定值為194 km/h。

        根據(jù)下載的BCU數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)軸抱死故障發(fā)生時(shí),06車軸1~軸4速度值分別為29.3 km/h、 40.9 km/h 、122.5 km/h 、131.2 km/h(見圖3),根據(jù)不旋轉(zhuǎn)軸檢測(cè)診斷邏輯,報(bào)出軸1和軸2抱死。

        通過以上分析得出:

        06:39:20時(shí),00車電制動(dòng)失效,車組恒速運(yùn)行時(shí),00車轉(zhuǎn)為拖車,06車轉(zhuǎn)為首個(gè)牽引動(dòng)車。

        圖3 軸抱死故障時(shí)06車BCU軸1~軸4速度數(shù)據(jù)

        06:58:26至06:58:35時(shí),電制動(dòng)力施加造成06車速度降低,單車滑行,而實(shí)際車速為194 km/h。06車滑行,1、2軸滑行嚴(yán)重,3、4軸滑行較輕。從而在06:58:42時(shí),06車報(bào)牽引電機(jī)M1、M2速度傳感器故障。06:58:50時(shí),06車報(bào)軸1、軸2抱死。

        2.3 故障結(jié)論

        針對(duì)BCU在報(bào)出軸抱死故障前未報(bào)出滑行的問題,分析后的結(jié)論如下:

        在ASC模式下,牽引手柄一直置于牽引位,“牽引位狀態(tài)列車線TL_R_Traction”信號(hào)一直保持激活狀態(tài),且BCU未收到任何制動(dòng)指令,此時(shí)BCU判斷本車處于牽引狀態(tài)。故在ASC模式下,即使TCMS發(fā)送制動(dòng)指令給TCU進(jìn)行調(diào)速控制,列車實(shí)際施加電制動(dòng)的工況下,BCU的滑行檢測(cè)與控制功能始終未激活,進(jìn)而導(dǎo)致列車在沒有防滑控制的情況下,軸速滿足了軸抱死檢測(cè)判據(jù),報(bào)出了軸抱死故障。

        3 優(yōu)化方案

        通過上述分析,在ASC模式下,若TCU因故障導(dǎo)致防滑功能失效,列車存在因無(wú)防滑控制而發(fā)生軸抱死的風(fēng)險(xiǎn)。為解決此問題,對(duì)CRH3A型動(dòng)車組進(jìn)行如下優(yōu)化:

        在ASC模式下,BCU不再考慮來(lái)自牽引手柄的“牽引位狀態(tài)列車線”信號(hào);增加“進(jìn)入ASC模式”MVB信號(hào),當(dāng)“進(jìn)入ASC模式”MVB信號(hào)激活且“ASC模式牽引”信號(hào)未激活時(shí),BCU判斷本車處于非牽引狀態(tài),激活BCU的滑行檢測(cè)與控制功能。

        4 結(jié) 論

        介紹了CRH3A型動(dòng)車組ASC模式下防滑控制及不旋轉(zhuǎn)軸檢測(cè)的原理,結(jié)合原理針對(duì)案例分析出造成軸抱死事件的原因,并據(jù)此制定了ASC模式下的防滑優(yōu)化方案,解決了該問題,對(duì)其他動(dòng)車組的防滑設(shè)計(jì)具有借鑒意義。

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