[发明专利]基于最优牵引转矩在线搜寻的机车黏着控制方法

说明书

本发明公开了一种基于最优牵引转矩在线搜寻的机车黏着控制方法，本发明的方法包括以下步骤：步骤S1，对机车车轴进行空转检测，并识别出机车中最先发生空转的车轴作为搜寻轴，其余车轴作为接收轴；步骤S2，通过最优转矩在线搜寻算法获得搜寻轴适宜在当前轨面工况下运行的最优牵引转矩；步骤S3，以搜寻轴的最优牵引转矩为基准，根据轴重转移现象引起的黏着重量的变化快速响应，调整各接收轴的最优牵引转矩。本发明设计了基于整车的黏着控制策略，考虑机车的整体性，分析车体轴重转移现象对于各个车轴黏着重量的影响；利用轴控式牵引系统独立转矩调整的优势，各轴之间协调配合，可以有效地增加机车整体牵引力，提高机车整体牵引性能。

技术领域

本发明属于机车牵引控制技术领域，具体涉及基于最优牵引转矩在线搜寻的机车黏着控制方法。

背景技术

随着我国经济的发展，重载铁路运输已经成为交通运输的重要组成部分。重载机车通常采用电力机车，由牵引电机提供运行动力。牵引电机提供的动力转换为机车运行的牵引力依赖于轮轨间的黏着作用。伴随着重载机车运行速度的提高，运载量的增大，轮轨黏着问题已经成为提高重载机车牵引性能的关键问题。

轮轨接触受力如图1所示。在车轮转矩T的作用下，车轮产生对钢轨向后的驱动力F_t，同时，轨面也对车轮产生一个相反的黏着力F_ad。当车轮与钢轨接触时，受轴重负载产生的正压力F_G作用，车轮与钢轨的接触部分会发生弹性形变。根据Hertz接触理论，在弹性形变的影响下，轮轨之间的接触面会形成椭圆形的接触斑。接触斑分为无相对滑动的黏着区和有相对滑动的滑动区。当机车车轮相对于轨面移动时，由于轮轨之间的黏着作用，轨面会对车轮产生相应的黏着力，驱动机车前进。黏着作用的好坏将直接影响机车牵引力的发挥以及机车运行的稳定型、安全性。

黏着作用过程复杂，具有很强的非线性，时变性和随机性。油污、水等引起轮轨接触面环境恶化的因素都会造成轮轨间黏着利用显著下降。例如，当轨面环境由干燥变潮湿时，黏着利用率将下降40％，当环境湿度从20％增加到100％时，黏着利用率将下降17％。当牵引电机提供的驱动力大于轮轨黏着作用所能够提供的最大黏着力时，就会造成车轮空转，从而导致机车牵引力下降，影响实际牵引功率的发挥，甚至造成车轮与铁轨的严重损坏。为了充分发挥轮轨之间的黏着作用，机车会配备相关的黏着控制系统。黏着控制系统可以通过转矩调整，有效抑制车轮空转，提高轮轨减的黏着利用，使机车保持高黏着状态下运行。这些措施对于保证机车行驶过程中牵引力稳定，提高运输能力至关重要。

黏着控制系统通常包括于机车牵引传动系统中，主要包括司机操作控制部分、机车牵引传动部分、黏着控制部分，整体系统组成图如图2所示。黏着控制部分主要包括空转检测单元、算法控制单元、转矩调整单元三部分。准确的车轮空转检测是保证黏着控制的实时性、可靠性，实现轮轨间高效利用的关键前提。机车在牵引工况下，当机车线路条件突变如水、油污等，或驾驶员突然提高给定牵引转矩，机车动轮牵引转矩所提供的驱动力都会大于轨面所能提供的最大黏着力，导致轮轨间正常黏着遭到破坏，钢轨所能提供的黏着力大大降低，造成车轮空转，车轮加速度显著提高。

黏着系数μ和蠕滑率λ密切相关，是黏着理论中的主要的非线性项。实际工程中，通常根据黏着系数与蠕滑速度或蠕滑率的关系绘制黏着特性曲线，反映轮轨之间的黏着状态，黏着系数与蠕滑率对应关系如图3所示。黏着特性曲线中，黏着系数最大值处斜率为零，称之为黏着峰值点。黏着峰值点左侧为黏着区，区域内曲线斜率为正，黏着系数随着蠕滑率的增加而增加；黏着峰值点右侧为空转区，区域内曲线斜率为负，黏着系数随着蠕滑率的增加而降低。机车的牵引力与轮轨之间的黏着系数成正比，维持运行点在黏着峰值点附近可以获得最大牵引力。当机车牵引转矩提供的驱动力将大于轨面所能提供的最大黏着力，轮轨间正常黏着被破坏，车轮发生空转，蠕滑率急剧增加，黏着系数迅速下降。黏着控制主要目标就是检测轮轨黏着是否稳定，维持运行点在黏着稳定区域，特别是维持运行点在黏着峰值点附近，从而获取最大的牵引力。