基于虚拟样机的机车黏着控制研究

为了抑制轮对空转并最大限度利用轮轨黏着能力,需要开发基于虚拟样机和现代控制理论的机车黏着控制技术.建立了大功率机车牵引列车及电气牵引传动系统的机电一体化动力学模型,考虑到了大蠕滑率时轮轨黏着负斜率特性、电机磁饱和及转矩机械特性,对机车驱动过程进行仿真研究.提出通过检测同一转向架内不同轴之间的最大角速度差和角加速度差,实时计算轮轨黏着度,并采用模糊控制策略的黏着控制方法.仿真结果表明:在不同轨面及运行工况下,黏着控制使得轮轨有效黏着系数保持在黏着峰值,提高了机车的牵引性能;轮对的蛇行运动使得黏着控制中产生波动现象,波动频率与蛇行运动频率一致;针对不同结构参数机车和运行工况,黏着控制参数需要优化以达到最大的轮轨黏着利用率.     

重载机车轮轨黏着利用技术研究综述

重载运输是除高速铁路以外,铁路现代化的又一标志,重载机车牵引与制动性能的发挥效果依赖于轮轨黏着利用状况。本文首先从黏着-蠕滑现象和黏着特性两方面,简要介绍黏着基本理论;然后着重围绕制约黏着利用性能提升的关键问题,从黏着系统建模、系数辨识、故障检测、黏着控制四个方面,系统综述重载机车轮轨黏着利用近年来的研究成果,并依据机车运行工况的特点,分别评述现有成果在实际应用中的优势与不足之处。最后从复杂多变条件下黏着系统建模、黏着微小故障在线检测和多牵引动力协同分配等角度,指出轮轨黏着利用研究的未来发展趋势。     

重载铁路机车牵引作用下简支梁桥墩顶纵向力分析

以重载机车牵引作用下新建重载铁路简支梁桥墩顶纵向力特征为研究对象,应用有限元软件建立梁-轨相互作用模型,开展重载机车牵引工况对墩顶纵向力影响的理论分析,并依托一新建重载铁路开展重载机车满级牵引试验验证。研究结果表明:在重载机车牵引工况下,桥墩刚度存在较大差异,刚度较大的墩台顶承担更大的纵向力;随着桥墩与机车牵引位置的距离增大,墩顶纵向力呈降低的趋势,机车在桥墩正上方牵引时墩顶纵向力达到最大值;重载运输中机车满级牵引计算分析时黏着系数宜按电力机车最大黏着系数选取;牵引工况下各桥墩顶纵向力为桥上竖向荷载(30 t轴重机车)的10%～15%,但小于设计活载(ZH,z=1.2)的10%。     

我国机车牵引装置模式研究

分析了机车牵引装置与黏着质量利用率的关系,对我国主要的机车牵引装置模式进行了研究,指出机车牵引装置应该具有良好的运动学、动力学性能,以使机车具有良好的黏着质量利用率,并对高速列车、重载机车的牵引装置模式提出了建议。     

电力机车黏着控制研究

黏着控制决定了交流电力机车能否有效利用黏着,是牵引传动控制系统的重要组成部分。本文解释了机车产生空转和假空转的原因,分析了机车黏着控制的原则,对机车再黏着控制方法的控制条件和控制效果进行了分析,最后给出了我国未来优化机车黏着利用的建议。     

电力机车粘着控制及其仿真研究

近年来我国铁路运输实施高速化、重载化,轮轨粘着时常达到阈值状态。列车安全平稳运行需要有效地利用轮轨间的粘着力,为了提高轮轨粘着利用率就需要深入研究机车粘着控制系统。利用MATLAB软件和ADAMS/Rail软件,搭建包含多体动力学系统、牵引传动系统以及控制系统在内的电力机车虚拟样机仿真平台。仿真结果验证了仿真模型的可行性,组合粘着控制方法有效地抑制了机车空转,达到了设计目标。     

采用动态多子群GSA-RBF神经网络的机车黏着优化控制

为解决机车牵引过程中轮轨间最优黏着利用能否获得的问题,提出一种基于高斯RBF神经网络的机车黏着智能优化控制方法。针对黏着极限态优化控制效果的定量评估,定义了同时考虑轮轨间黏着力变化指标和牵引电机转矩波动指标的加权目标函数;提出动态多子群GSA算法以优化RBFNN参数,避免了参数选择的盲目性,提高了RBFNN的收敛速度和学习能力;此外,该方法不依赖被控对象的解析模型,仅基于系统输入、输出信息完成控制器设计,并通过对电机转矩的动态调整,实现轮轨间黏着的最优利用。仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。     

重载轮轨黏着特性的数值分析

基于ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian)有限元建立稳态轮轨滚动接触的三维有限元模型.利用该模型计算和分析重载轮轨滚动接触的黏着特性,并研究不同速度等级对重载轮轨黏着蠕滑特性的影响.用该模型对重载大功率机车车轮在轨道上从制动、惰行到牵引过程进行计算,得到了这一过程中轮轨接触状态的变化规律和黏着特性曲线.在重载大功率机车从制动、惰行到牵引的过程中,轮轨纵向摩擦力由反方向饱和状态逐渐转变成牵引方向饱和状态,而轮轨横向摩擦力始终呈反对称性分布,其最大值位置先是逐渐靠近接触斑中心,然后又逐渐远离之;摩擦力矢量呈旋转分布,其方向从与运动方向相反逐渐变为与运动方向相同,其旋转中心从轮缘附近逐渐进入接触斑,随后又逐渐向轮缘一侧移动;当轮轨纵向蠕滑率较小(≤0.003)时,黏着力随纵向蠕滑率的增加而近似线性增加,但运行速度对此影响不大;进入大蠕滑率(＞0.003)区域后,黏着力随蠕滑率的增加而减小,并且速度越高,黏着力降低得越快.     

基于二维云模型的机车粘着控制及其仿真研究

提出了一种基于云模型控制器的机车粘着控制方法.通过分析机车牵引系统的粘着特性,建立了简化的机车牵引系统仿真模型;利用云模型的定性概念与其定量表示之间的不确定性转换能力,针对机车粘着控制的强非线性、复杂性,设计了基于云模型的机车粘着控制器.仿真结果表明,本方法可以有效地抑制空转的发生,实现了机车优化粘着控制.     

机车车辆轮轨黏着-蠕滑问题研究

机车车辆轮轨黏着问题与机车运行存在密切关系。在其他条件不变情况下,牵引轴重必将加大滑动区面积,但随着蠕滑率的不断加大,黏着系数随着轴重增加而减少。黏着控制实质是蠕滑率控制,目的是有效识别和抑制机车空转和滑行,使机车牵引力或制动力在接近轮周牵引力峰值点工作,充分发挥轮轨可用黏着潜力,提高黏着利用率,并根据国内机车黏着利用方面存在的不足提出改进建议。     

牵引装置的结构型式和布置对重载货运电力机车黏着重量利用率的影响

文章主要分析了在HXD1B型电力机车的一、二系悬挂系统刚度和驱动装置的结构已经确定的情况下,选用推挽式单、双杆低位牵引装置及其它结构型式的牵引装置,在采用不同的布置方式情况下对机车黏着重量利用率的影响。根据重载货运对启动黏着重量利用率的要求,选用了满足要求的牵引装置的结构和布置。     

大秦线重载列车运行仿真计算研究

针对大秦线的实际情况,通过建立重载列车运行仿真计算模型,研究大秦线不同编组重载列车的牵引、制动等技术参数,为大秦线组织重载列车试验、制订合理的操纵方法和保证列车安全、可靠、正点、高效、节能运行提供技术依据.仿真计算表明采用LOCOTROL技术,运用合理的操纵方法,按照SS4型机车(1 2 1)和(4X5000t)编组方式以及HXD1机车(1 1 0)编组方式牵引2万t组合列车,均能够满足大秦线运行时分以及长大下坡道对循环制动再充风时间的安全性要求.采用HXD1型机车(1 1 0)编组方式牵引2万t列车的最大纵向力比SS4型机车(1 2 1)编组方式的稍大,紧急制动最大纵向力一般在2000 kN以下,常用全制动最大纵向力为1000 kN左右,均有一定的安全裕量.仿真计算结果与实际试验结果相吻合,为大秦线成功开行2万t级重载组合列车提供了技术支持.     

考虑轮轨作用的地铁车辆电机负载模型研究

牵引电机负载模拟是轨道车辆牵引传动系统仿真中不可缺少的重要环节,传统的电机负载模型由于没有考虑轮轨关系而无法应用于地铁黏着控制算法的研究.在分析了地铁车辆力传递关系的基础上,提出用考虑轮轨作用的力传递模型来替代传统的阻力负载模型,可以模拟地铁车辆在运行中出现的空转现象,验证黏着控制策略的控制效果,整定控制参数.结合北京地铁13号线实车参数和牵引特性,验证该负载模型应用于黏着控制研究的有效性和可用性.     

33t轴重内燃机车方案及机车曲线黏着问题研究

针对我国30 t轴重重载技术体系中还没有30～33 t轴重内燃机车的现状,基于25 t轴重HXN3机车技术平台,提出33 t轴重内燃机车分别采用三轴传统转向架和三轴径向转向架2种基本方案。建立机车发挥牵引力时的动力学模型,通过理论分析和数值仿真研究机车曲线通过时导向轮对车轮横向蠕滑率的特点及其对纵向黏着力的影响,并基于总蠕滑率的考虑给出曲线黏着计算公式。针对大半径、小半径两类曲线,对比研究径向转向架和传统转向架通过曲线时导向轮对左右侧车轮黏着系数和蠕滑率的特点,揭示采用径向转向架对改善曲线黏着的优势。研究结果可为今后我国研制大轴重、高黏着内燃机车转向架提供参考。     

襄渝线HX_D1型电力机车牵引性能仿真及试验研究

选取典型山区铁路襄渝线,采用仿真计算和线路试验相结合的方法,研究HXD1型8轴9 600kW电力机车在山区铁路长大坡道地段应用的可能性及存在的问题,确定该型机车牵引货物列车在西部典型线路上运行时合理的牵引定数。结果表明:在坡度为12.8‰的坡道上,该型机车的牵引定数不宜超过4 500t;在天气良好的情况下,该型机车的黏着利用较好,能够在限制坡道起动,在困难车站完成出站等作业,但牵引力已经用到最大,并出现了轻微空转;建议在小雨、大雾等黏着不利条件下应尽量避免在困难车站作业以及长大坡道地段起动;同等试验条件下,交流传动机车可比直流传动机车省电33.6%;试验中发现该型机车过分相牵引恢复时间较长,与长大坡道地段对牵引力快速恢复的要求不相适应,建议对机车过分相控制逻辑进行优化。     

一种考虑系统不确定性估计的重载列车最优黏着控制

重载列车在运行时,黏着条件容易受到不良的天气状况或轨面状态影响,会导致列车无法有效发挥牵引力。为了解决重载列车在运行过程中因黏着条件恶化导致无法有效发挥牵引力的问题,提出一种考虑系统不确定性估计的离散积分滑模控制方法,该方法通过对最优蠕滑速度的跟踪控制,实现重载列车的最优黏着控制。由于黏着系数在实际情况中难以测量,所以针对此情况设计串联滑模观测器对黏着系数进行观测估计。采用带遗忘因子的最小二乘法估计出黏着特性曲线斜率,并根据梯度下降算法得到最优蠕滑速度。以最优蠕滑速度和实际蠕滑速度作为控制系统输入,以牵引电机转矩作为系统输出,利用一步延迟估计方法估计系统的不确定性,据此设计离散积分滑模控制器控制电机转矩使蠕滑速度始终稳定在最佳蠕滑速度处。仿真实验结果表明：设计的考虑系统不确定性估计的离散积分滑模控制方法实现了对最优蠕滑速度的跟踪控制,并且与离散积分滑模控制方法相比,系统跟踪误差更小且具有更高的控制精度。说明采用的方法不仅能够补偿系统的不确定性和抑制抖振现象,而且还能实现对最优蠕滑速度的高精度跟踪控制,达到使重载列车牵引性能最优的目的。     

HX_D1型8轴电力机车网络控制逻辑初探

HX D1型8轴电力机车是我国采用当代先进技术精心打造的铁路重载牵引平台,其在机车控制中首次融入了先进的网络技术,引入了现代控制论机车控制理念,实现了交流传动技术的跨越发展。尝试对HX D1型机车关键技术进行深入解读,为我国电力牵引技术的发展作一些有益的探索。     

多机牵引用无线电远程控制

德国铁路用2台分布在车列中的机车牵引长大重载货物列车,以此进行多机牵引的无线电远程控制试验.用无线电远程控制系统可将列车中多至5台机车通过无线电连接,列车前端的1个机车司机可控制和监视列车中的所有机车.     

复杂轨面接触条件下轮轨动态相互作用研究

表面接触状态对轮轨摩擦系数和黏着特性影响显著。基于车辆—轨道耦合动力学理论,建立了考虑轮轨防空转控制的重载列车—轨道耦合动力学模型。利用该数值模型分析了接触状态对轮轨动态相互作用的影响,系统地对比研究了不同防空转控制策略对轮轨黏着性能的影响。分析结果表明：轨面接触状态和防空转控制阈值对轮轨法向相互作用及黏着特性影响显著;相比于定阈值的PID轮轨防空转控制,当采用最优转矩控制策略时牵引效率更高。     

和谐型机车制动系统在重载列车操作中的适应性分析

HXD1及HXD2型机车在大秦线承担牵引重载列车的任务,牵引模式主要为单机牵引1万吨和双机牵引2万吨组合列车。文章根据和谐型机车在进行长大列车制动操作时的实际情况,对机车制动系统的供风能力及列车制动控制等方面进行分析,总结重载机车制动系统的运用经验。