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        重載列車從控機車再生制動力異常分析與對策

        2020-05-05 15:48:28,2
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2020年4期
        關鍵詞:輪軌沖動機車

        ,2

        (1.中車株洲電力機車有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心,湖南 株洲 412001;2.大功率交流傳動電力機車系統(tǒng)集成國家重點實驗室,湖南 株洲 412001)

        0 概述

        在2 萬噸重載列車的開行中,牽引力和制動力的平穩(wěn)發(fā)揮是保證列車正常運行的關鍵之一。而制動力的大小關系著列車制動能否正常發(fā)揮,同時對列車的縱向沖擊等有著重要的影響[1],因此,準確穩(wěn)定的電制動力對于萬噸特別是2 萬噸重載列車的開行起著至關重要的作用。

        1 背景

        根據(jù)國內(nèi)某機務段的反饋,某型交流機車在2 萬噸重載牽引運行過程中,在多次循環(huán)緩解后,施加再生制動出現(xiàn)從控機車再生制動力異常波動現(xiàn)象,從控機車再生力下降、列車縱向沖動明顯增大,嚴重影響了2 萬噸列車的運行安全。據(jù)了解,該型機車的黏著控制軟件近期進行了升級,該版黏著程序(V2.0)在原版黏著程序(V1.0)的基礎上,增加了速度信號波動判斷和處理功能,能有效減少黏著保護誤觸發(fā)概率,同時針對踏面保護等問題進行了優(yōu)化,并且在蘭州、株洲等地完成了單機牽引運行驗證試驗。為了查明縱向沖動明顯增大、再生制動力波動的原因,筆者對異常現(xiàn)象發(fā)生當日的機車運行數(shù)據(jù)進行分析。

        2 異常原因分析

        2.1 運行數(shù)據(jù)分析

        2.1.1 列車沖動與再生制動力卸載的關系

        筆者選取該型機車A 節(jié)和B 節(jié)當日第一次故障發(fā)生時刻的運行數(shù)據(jù)進行分析,A 節(jié)機車運行數(shù)據(jù)如圖1 所示,B 節(jié)機車運行數(shù)據(jù)如圖2 所示。

        根據(jù)A 節(jié)車第一次故障時刻機車運行數(shù)據(jù)可知,在列車緩解后1 min 左右,機車速度發(fā)生跳變,跳變速度幅度大約為1 km/h。然后,機車制動力開始減載。

        根據(jù)B 節(jié)車第一次故障時刻的機車運行數(shù)據(jù)可知,在A 節(jié)車速度跳變的同時,B 節(jié)車也發(fā)生了速度跳變,且速度幅度也為1 km/h。

        圖1 A 節(jié)車第一次故障時刻運行數(shù)據(jù)

        圖2 B 節(jié)車第一次故障時刻運行數(shù)據(jù)

        根據(jù)A 節(jié)和B 節(jié)機車運行的數(shù)據(jù)可以看出,2 節(jié)車同時發(fā)生了速度跳變,說明該速度跳變的發(fā)生是整列車縱向沖動引起的。經(jīng)分析,速度跳變的時間推測為列車緩解后,運行速度開始提高,行駛一段時間后,由于坡度增加或是車鉤重新進入平衡狀態(tài),造成速度突然降低。

        從運行數(shù)據(jù)分析總結(jié)可得出,列車是先發(fā)生速度跳變再出現(xiàn)再生制動力卸載。

        2.1.2 黏著保護功能驗證

        為進一步分析列車的速度跳變與再生制動力卸載之間存在的具體聯(lián)系,筆者對該型機車在黏著控制功能發(fā)揮的數(shù)據(jù)進行分析,驗證黏著控制功能是否正常,A 節(jié)和B 節(jié)機車在滑行保護下運行的數(shù)據(jù)如圖3、圖4 所示。

        圖3 A 節(jié)車滑行保護下運行數(shù)據(jù)

        圖4 B 節(jié)車滑行保護下運行數(shù)據(jù)

        圖3、圖4 運行數(shù)據(jù)表明,在沖動點發(fā)生了列車速度跳變。在黏著控制功能正常運行的情況下,對制動力進行較大程度的卸載,之后未出現(xiàn)沖動點,說明黏著控制功能發(fā)揮了作用。

        通過對以上的機車運行數(shù)據(jù)進行分析,說明機車在運行過程中出現(xiàn)速度跳變、滑行等狀況,車載的黏著保護功能能正常發(fā)揮功能。同時機車的速度突變、再生制動力卸載及黏著控制軟件三者之間存在一定的聯(lián)系。

        2.2 黏著利用控制原理

        輪軌式機車依靠輪軌接觸間的黏著力運動,運行所需的牽引力與制動力與輪、軌之間的黏著力有著密切的關系,不同的軌道狀況、天氣情況、踏面環(huán)境下對應的輪軌間的黏著力也不盡相同。為了提高黏著力的利用率,通常使用黏著控制軟件來調(diào)節(jié)電機的輸出力矩。黏著利用控制功能是輪軌式車輛的必備功能,該功能通過黏著控制軟件來實現(xiàn)輪、軌之間黏著力的最佳利用,能增加黏著力的利用率,有效地避免空轉(zhuǎn)與滑行現(xiàn)象[2]。

        黏著利用控制是指在路況條件變化不定的情況下,通過對電機速度、電機力矩等信息的采集、分析和處理,結(jié)合由司機給出的期望電機力矩指令,向電機控制系統(tǒng)發(fā)出恰當?shù)碾姍C力矩指令,使機車能夠在司機手柄要求范圍內(nèi)以當前線路的最大黏著力運行。

        當機車檢測到加速度或速度差等指標超過閾值時,會啟動黏著保護功能,使電機轉(zhuǎn)矩快速減小,直至空轉(zhuǎn)滑行現(xiàn)象得到抑制并消除。電機轉(zhuǎn)矩會保持當前大小直至相應指標穩(wěn)定。待到保持時間后,如果未檢測到指標超標問題,電機轉(zhuǎn)矩將逐步恢復,直至恢復到減載前的電機轉(zhuǎn)矩[3-4]。典型的保護策略有以下3 種。

        2.2.1 速度差保護

        通過比較同一車輛下的動力輪對間最大速度差值,根據(jù)該差值按照一定的關系調(diào)整電機黏著力矩設定值,使機車在發(fā)生空轉(zhuǎn)和滑行時能夠迅速恢復輪軌間正常的黏著狀態(tài),如圖5 所示。

        2.2.2 加/減速度保護

        加速度保護控制是通過檢測輪對的加/減速度是否超出設定閾值,并在輪對加速度超出設定的閾值時,根據(jù)加速度的大小降低電機黏著力矩設定值以抑制空轉(zhuǎn)和滑行現(xiàn)象,如圖6 所示。

        圖5 速度差保護功能

        圖6 加速度保護功能

        2.2.3 蠕滑速度保護

        通過計算獲得當前車輛參考蠕滑速度與當前真實蠕滑速度的差值,根據(jù)該差值按照一定的關系調(diào)整電機黏著力矩的設定值,使在發(fā)生空轉(zhuǎn)和滑行時能夠迅速恢復輪軌間正常黏著狀態(tài),如圖7 所示。該保護功能具有防同步空轉(zhuǎn)或同步滑行功能[5]。

        圖7 蠕滑速度保護功能

        2.3 異常波動原因分析

        通過對以上機車運行數(shù)據(jù)的分析,可知機車速度跳變、再生制動力卸載與黏著保護之間的聯(lián)系。結(jié)合黏著控制軟件設計參數(shù)及具體運行數(shù)據(jù)進行綜合分析,選取上述某時刻沖動點速度與再生制動力數(shù)據(jù)進行分析。

        選取A 節(jié)車沖動點速度數(shù)據(jù)中的3 個時間點進行分析,見表1。

        表1 A 節(jié)車沖動點時速度與再生制動力情況

        從表1 中可以看出,機車速度從最初時間點23 160 開始上升,再從時間點23 173 開始逐步下降,速度跳變經(jīng)歷時間約5 s,變動幅度約為1 km/h。在沖動點速度下降階段,再生制動力從200 kN 降至60 kN,隨后逐步緩慢恢復。

        在再生制動力卸載后,其值基本保持穩(wěn)定。由此可知,在速度跳變期間的制動力卸載并不是造成列車沖動的原因。

        列車緩解后產(chǎn)生沖動,機車的速度跳變是承受車輛的沖擊而造成的。在速度跳變的恢復階段,觸發(fā)黏著保護,進而造成再生制動力減載。至此可說明,制動力減載的卸載是由于黏著保護功能的判斷失誤而造成的,其誤判原因與黏著控制軟件的版本有關。

        通過將V2.0 版黏著控制軟件與V1.0 版本進行對比,發(fā)現(xiàn)在3 個方面存在差異。1)對減載恢復曲線進行優(yōu)化,以減少二次滑行。將卸載后恢復過程分為3 個階段。第一階段,保持卸載量一定時間。第二階段,在未檢測到新的空轉(zhuǎn)滑行時,以指數(shù)函數(shù)形式恢復電機轉(zhuǎn)矩至卸載前的85%。第三階段,以非常緩慢的直線斜率方式繼續(xù)恢復剩余的15%電機轉(zhuǎn)矩。2)提高了對滑行狀態(tài)判斷的靈敏度,將蠕滑速度保護門檻值調(diào)低。經(jīng)過對比差異分析可知,2 萬噸列車從控機車再生力異常波動的原因:新版黏著控制軟件更新后提高了對滑行狀態(tài)判斷的靈敏度,但未做萬噸牽引列車沖動具體驗證,從而造成速度信號處理參數(shù)在該機務段運用中有誤保護動作,最終使機車再生制動力發(fā)生波動。3)運用工況差異。從控機車位于列車中部,在長大下坡道,它處于前頂后壓的受力狀態(tài),容易使機車瞬間處于懸浮的狀態(tài),與V2.0 版黏著控制程序驗證的工況相差較大。

        3 解決措施

        針對再生制動力異常波動發(fā)生的原因,提出2 點解決措施。1)針對萬噸牽引、長距離制動運行等具體工況優(yōu)化黏著控制軟件參數(shù),適當提高蠕滑速度保護門檻值,降低對滑行狀態(tài)判斷的靈敏度。2)進行萬噸列車牽引試驗,驗證軟件參數(shù)的合理性。經(jīng)過再次優(yōu)化的V2.1 版黏著控制軟件在該機務段進行了2 萬噸列車運行試驗,主控機車和從控機車未發(fā)生再生制動力異常的現(xiàn)象,后續(xù)進行了批量裝車,運用效果良好。

        4 結(jié)語

        通過對該機務段機車再生力異?,F(xiàn)象的分析及后續(xù)處理措施的制定,對2 萬噸列車黏著控制有更加深入的認識。特別是從控機車運用工況與主控機車、單機牽引列車的工況相差較大,對后續(xù)2 萬噸重載列車黏著控制及列車縱向沖擊力地減輕提供了試驗數(shù)據(jù)和研究方向。

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