(中车青岛四方车辆研究所有限公司 电气电子事业部,山东 青岛 266031)
摘要:本文阐述了地铁主动径向控制系统,该系统实现高速通过曲线路段,可以有效地降低轮轨磨耗,对轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率等曲线通过性能有不同程度的改善,增强列车运行的舒适性。该系统使用轮对纵向柔性导向,借助于一个高动态主动导向设备-电液作动器,能够降低甚至消除轮轨之间的蠕滑,这对减少轨道表面损伤-滚动接触疲劳以及刚刚磨耗,保证地铁列车径向运行的安全可靠性。
关键词:主动径向;控制系统;轮轨磨耗
普通地铁列车在通过曲线时,由牵引电机驱动转向架轮对与轨道产生摩擦力带动列车转向。但是以较高的速度通过曲线时,导致轮轨间的作用力增大,从而加剧了轮轨间的磨耗,降低运行安全性。主动径向系统能够实现转向架在曲线运动时的径向运动,借助于一个高动态主动导向设备-电液作动器和高精度控制算法,可以确保车辆通过曲线是轮对处于径向,轨道作用力得以大幅降低,提高列车径向运动的可靠性和安全性。
1系统构成
主动径向装置能够实现转向架在曲线运动时的径向运动,从而降低噪声和轨道磨耗,提高列车曲线通过速度。本项目在主动径向装置的理论基础上,编写电液执行机构的控制算法,实现列车实施以太网TRDP通讯,并在地铁列车上进行装车试验验证。
主动径向控制系统主要包含首尾车控制系统、执行系统和地面信标组成。首尾车控制系统主要包含电源模块、径向控制器、TRDP模块、存储模块、TCP/IP交换机,其内部通过TCP/IP交换机进行数据交互,可实现与列车TRDP以太网通讯、本地数据存储、角速度信号采集与处理、信标信号采集与处理、主动径向控制算法运行、列车ATP信号采集等功能。执行系统由由TRDP分主机、伺服控制器(C3)和EHA等组成,每节车厢单独安装一套,可任意扩展4-12节编组,默认6节编组。TRDP分主机直接转发收到的列车TRDP信号,将其转换成8路TCP/IP信号与伺服控制器通信,驱动伺服控制器动作,从而达到转向的功能。
2系统原理
2.1 精确型算法
精确主动型是指通过ATP的RS485接口精确的获得速度信息,通过TCMS获取当前列车的牵引/制动状态,并通过读取信标内的“身份代码”获取当前线路信息并激活算法库,算法库依据当前状态实时生成径向位移。
精确型算法读取信标信息包含三种工况,冗余布置的两个信标均未读取到,当发生此种情况时,可以辅助站点信息进行判定该点信标存在故障,并上报网络;冗余的信标读取到一个,上报网络进行提示,并继续运行;冗余的信标均读取到,正常行驶判断。
2.2 作动器动作时刻及位移修正
列车级主控器需从车辆网获取转向架上电机、制动装置的故障信息。若系统判断出电机、
制动装置出现故障,则系统转至故障模式,将作动器的动作位移置零。
转向架上作动器标记定义
系统根据所处曲线的类型、牵引制动状态及等级、按照下表的数据对作动器的动作位移指令信号进行修正。0表示不需要提前动作,1表示需要提前动作。
表1 各作动器动作时间、动作位移值修正情况汇总表
作动器编号 | 1A | 1B | 2A | 2B | ||||
右曲线 | 时间 | 位移 | 时间 | 位移 | 时间 | 位移 | 时间 | 位移 |
牵引状态F | 0 | -x | 0 | -x | 1 | +x | 1 | +x |
制动状态B | 1 | +x | 1 | +x | 0 | -x | 0 | -x |
注:左曲线和右曲线补充相反。x为轮周最大牵引力F/制动力B与轮对纵向定位刚度的比值
3 试验验证
对系统进行模拟装车试验,“TCMS上位机径向控制器TRDP分主机运动控制器油缸”的系统联调试验,具体如下:
1)模拟速度36km/h(10m/s)试验;
过弯道位移跟随曲线
试验结论如下:
A、缓和曲线进入圆曲线时的下发位移和反馈位移,此时下发位移与反馈位移延时=(1046-1006)*10=400ms。
B、进入缓和曲线时的下发位移和反馈位移,下发位移和反馈位移实时跟随。
2)模拟速度126km/h(35m/s)试验;
A、缓和曲线进入圆曲线时的下发位移和反馈位移,此时下发位移与反馈位移延时=(225-184)*10=410ms。
B、进入缓和曲线时的下发位移和反馈位移,下发位移和反馈位移实时跟随。
4 结束语
通过地面级模型车试验验证,系统可实现转向架在曲线运动时的径向运动,从而降低噪声和轨道磨耗,提高列车曲线通过速度。减少了列车转向时轮对和钢轨的磨损,形成径向控制装置及其制备技术平台。实践得出径向控制系统可以有效地降低轮轨磨耗,对轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率等曲线通过性能有不同程度的改善,相比于自导向转向架拥有更好的径向性能。