FHQ-Q-1 型空氣防滑系統(tǒng)控制技術(shù)研究

石 億 武小平 劉 泉 黃金虎

（中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司，湖南 株洲 412001）

0 引言

隨著列車(chē)運(yùn)行速度的不斷提高，防滑系統(tǒng)在列車(chē)運(yùn)用過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，它能夠充分利用輪軌黏著，防止輪對(duì)因滑行或抱死造成擦傷，并縮短制動(dòng)距離，保證列車(chē)停車(chē)安全。

FHQ-Q-1 型空氣防滑系統(tǒng)采用軸控方式對(duì)輪對(duì)進(jìn)行防滑保護(hù)，適用于機(jī)車(chē)空氣制動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)，對(duì)國(guó)內(nèi)防滑控制技術(shù)的研究具有積極的作用。

1 防滑系統(tǒng)組成

FHQ-Q-1 型空氣防滑系統(tǒng)主要由防滑主機(jī)、速度傳感器和防滑排風(fēng)閥等組成，如圖1 所示。

圖1 空氣防滑系統(tǒng)組成示意圖

防滑主機(jī)采用微機(jī)控制方式，具有速度采集與計(jì)算、滑行判斷與控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、以太網(wǎng)通信、自檢、故障查詢(xún)與顯示等功能；速度傳感器采用非接觸式電流型霍爾傳感器，安裝于軸箱蓋上，感應(yīng)測(cè)速齒輪輸出脈沖信號(hào)；防滑排風(fēng)閥安裝于制動(dòng)管與制動(dòng)缸之間的連接管路上，由防滑主機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)缸的充風(fēng)、保壓、排風(fēng)功能。

2 防滑控制原理

FHQ-Q-1 型空氣防滑系統(tǒng)以速度差和減速度作為滑行判據(jù)， 當(dāng)檢測(cè)到輪對(duì)發(fā)生或即將發(fā)生滑行時(shí)，控制防滑排風(fēng)閥排風(fēng)，降低作用在輪對(duì)上的制動(dòng)缸壓力降到黏著力以下，防止車(chē)輪滑行。 當(dāng)輪軌黏著恢復(fù)以后，防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥充風(fēng)，恢復(fù)輪對(duì)的制動(dòng)缸壓力，保證車(chē)輛安全停車(chē)。

2.1 速度差判據(jù)

將參考速度Vf與軸速度V取差得到速度差，即ΔV=Vf-V。

如果輪軌粘著條件差，當(dāng)ΔV≥ΔV1時(shí)（第一個(gè)速度差判據(jù)），防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥動(dòng)作，使制動(dòng)缸保壓；當(dāng)ΔV≥ΔV2時(shí)（第二個(gè)速度差判據(jù)），防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥動(dòng)作， 使制動(dòng)缸階段排風(fēng)； 當(dāng)ΔV≥ΔV3時(shí)（第三個(gè)速度差判據(jù)），防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥動(dòng)作，使制動(dòng)缸一次排風(fēng)。

如果輪對(duì)恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)， 軸速度開(kāi)始回升， 當(dāng)ΔV≤ΔV4時(shí)（第四個(gè)速度差判據(jù)），防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥動(dòng)作，使制動(dòng)缸階段充風(fēng)；當(dāng)軸速度接近參考速度時(shí)，防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥動(dòng)作，使制動(dòng)缸一次充風(fēng)，恢復(fù)制動(dòng)缸壓力。

2.2 減速度判據(jù)

當(dāng)車(chē)輛所有軸以相近速度同時(shí)發(fā)生滑行時(shí)，需要采用減速度a判據(jù)進(jìn)行控制，控制原理如下：當(dāng)軸速急速下降時(shí)，a的值相應(yīng)增大。 當(dāng)a小于預(yù)定值a1時(shí)，防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥使制動(dòng)缸排風(fēng)；隨著軸速回升，當(dāng)a恢復(fù)到預(yù)定值a2時(shí)，防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥使制動(dòng)缸保壓；當(dāng)軸減速度a恢復(fù)到大于預(yù)定值a3時(shí)，防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥階段充風(fēng)，使制動(dòng)缸壓力逐漸恢復(fù)；當(dāng)a恢復(fù)到大于預(yù)定值a4時(shí)，防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥一次充風(fēng)，使制動(dòng)缸壓力迅速恢復(fù)。

3 防滑控制關(guān)鍵技術(shù)

3.1 參考速度

防滑控制過(guò)程中，參考速度要盡可能與列車(chē)速度接近，通常選擇車(chē)輛中最高的軸速度值中作為參考速度；當(dāng)車(chē)輛所有軸同時(shí)滑行時(shí)，可根據(jù)制動(dòng)減速度計(jì)算的理論速度作為參考速度。

3.2 輪徑修正

輪徑修正是為了消除車(chē)輪因磨損對(duì)速度計(jì)算的影響，以車(chē)輛中最低的脈沖頻率值作為標(biāo)稱(chēng)輪徑的基準(zhǔn)，計(jì)算出各軸的修正系數(shù)λ，在速度計(jì)算中，利用系數(shù)λ對(duì)各軸的脈沖頻率值進(jìn)行修正， 就能得到同一基準(zhǔn)下的速度值，從而消除車(chē)輪因磨損造成的輪徑差影響。

3.3 相鄰切換控制

防滑系統(tǒng)具有相鄰切換控制功能，當(dāng)轉(zhuǎn)向架某一輪對(duì)的速度傳感器故障時(shí)，若該輪對(duì)的防滑排風(fēng)閥無(wú)故障，則該防滑排風(fēng)閥的動(dòng)作由轉(zhuǎn)向架另一輪對(duì)的防滑排風(fēng)閥動(dòng)作保持一致；當(dāng)轉(zhuǎn)向架上二個(gè)輪對(duì)的速度傳感器均故障時(shí)，此轉(zhuǎn)向架的二個(gè)防滑排風(fēng)閥的動(dòng)作與另一轉(zhuǎn)向架相鄰輪對(duì)的防滑排風(fēng)閥動(dòng)作保持一致；如果二個(gè)轉(zhuǎn)向架上至少三個(gè)輪對(duì)的速度傳感器同時(shí)故障，則防滑系統(tǒng)故障，并切除防滑系統(tǒng)控制功能。

4 故障診斷及安全導(dǎo)向

4.1 軟件死機(jī)故障檢測(cè)

采用外部看門(mén)狗芯片檢測(cè)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，且控制軟件定時(shí)對(duì)看門(mén)狗芯片進(jìn)行“喂狗”，當(dāng)控制軟件故障停止“喂狗”后，看門(mén)狗芯片復(fù)位單機(jī)片，并重啟控制軟件。

4.2 速度傳感器故障檢測(cè)

結(jié)合硬件電路和軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)速度傳感器的短路、斷路、突變、超限等多種故障狀態(tài)檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到速度傳感器故障時(shí)，提示相應(yīng)的故障碼，并采用“相鄰切換控制”方法，降低因速度傳感器故障切除防滑功能而導(dǎo)致擦輪風(fēng)險(xiǎn)，提高防滑控制效果。

4.3 防滑排風(fēng)閥故障檢測(cè)

防滑排風(fēng)閥輸出控制具有過(guò)流和輸出反饋故障檢測(cè)， 當(dāng)檢測(cè)到轉(zhuǎn)向架某一軸防滑排風(fēng)閥故障時(shí)，提示相應(yīng)的故障碼， 并切除故障軸的防滑控制功能，使制動(dòng)缸處于充風(fēng)狀態(tài)，保證車(chē)輛停車(chē)安全。

4.4 連續(xù)排風(fēng)超時(shí)監(jiān)測(cè)

采用軟/硬件相結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)了軟件定時(shí)器和硬件定時(shí)器，當(dāng)防滑排風(fēng)閥處于排風(fēng)狀態(tài)時(shí)，同時(shí)觸發(fā)軟/硬件定時(shí)器對(duì)排風(fēng)狀態(tài)計(jì)時(shí)，如果計(jì)時(shí)時(shí)間超過(guò)TB/T 3009—2019 《機(jī)車(chē)車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)用防滑裝置》要求的閾值，則控制軟件切除防滑系統(tǒng)控制功能，且硬件定時(shí)器關(guān)斷防滑排風(fēng)閥電源，使制動(dòng)缸處于充風(fēng)狀態(tài)，保證車(chē)輛停車(chē)安全。

5 試驗(yàn)

FHQ-Q-1 型防滑系統(tǒng)裝用廣州地鐵18#-22#工程車(chē)，并根據(jù)TB/T 3009—2019《機(jī)車(chē)車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)用防滑裝置》標(biāo)準(zhǔn)要求，在北京環(huán)鐵開(kāi)展120 km/h 緊急制動(dòng)防滑試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1 和圖1 所示。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

圖2 120 km/h 緊急制動(dòng)防滑

6 結(jié)語(yǔ)

分析了FHQ-Q-1 型空氣防滑系統(tǒng)的控制原理、關(guān)鍵技術(shù)、故障檢測(cè)及安全導(dǎo)向，并通過(guò)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)對(duì)防滑系統(tǒng)進(jìn)一步驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)HQ-Q-1 型空氣防滑系統(tǒng)具有良好防滑控制效果，并為防滑控制的深入研究提供了技術(shù)基礎(chǔ)。