粘著控制中空轉滑行力矩減載恢復策略

李科

摘 要：輪軌粘著控制問題實質上是輪軌間的摩擦控制問題。本文首先對粘著控制的相關背景進行闡述，針對判斷空轉/滑行后對力矩的減載和恢復方式進行論述，指出在不同的力矩調整方式下的效果不同。最后對粘著控制方法進行了總結。

關鍵詞：粘著；空轉滑行；力矩減載；力矩恢復

1 粘著控制背景知識

粘著是指輪軌在一定壓力下相互接觸處于嚙合并傳遞作用力的一種物理狀態或物理現象。粘著是一種介于純滾動狀態和空轉滑行狀態之間的一種狀態，它對牽引/制動力的發揮起到直接作用，列車的運行要借助于輪軌間的粘著狀態，輪軌之間的最大粘著力受到粘著系數的限制[1]。

蠕滑是指動輪向前滾動時，車輪滾動前進的速度v總是小于車輪的圓周速度（R·ω）的現象[2]。蠕滑速度是指車輪的圓周速度與車輪滾動前進的速度之間的差值。常采用無量綱的蠕滑率來表示蠕滑的大小。粘著系數（μ）為輪軌間能傳遞（或產生）的最大切向力 與垂向靜荷重P之比[3]。

空轉/滑行的定義為車輪相對于鋼軌發生明顯的相對運動的一種現象，在牽引過程中為空轉現象，在制動過程中為滑行現象。粘著控制研究的主要問題是如何有效防止輪對空轉/滑行的發生，并不斷提高防空轉防滑的效率[4]。

2 力矩減載與恢復的策略

2.1 力矩減載

2.1.1 采用線性方式減載

線性方式減載是指在單個周期電機力矩減載的大小不變，線性減載的斜率由單個周期內電機力矩減載的大小決定；力矩減載采用增量式減載方式，若空轉滑行判據一直成立，則當前力矩為上一周期力矩減去單周期內減載量，直到空轉滑行判據不成立為止。

2.1.2 采用曲線方式減載

曲線方式減載是指在單周期電機力矩減載大小不一樣，電機力矩的大小可通過函數關系確定。采用這種方式減載力矩可使力矩減載反應迅速，能盡快抑制空轉/滑行現象的產生。

2.2 力矩保持與恢復

當空轉/滑行判據不成立后，為了使力矩符合當前輪軌粘著狀態，在力矩進行恢復之前先保持一段時間，讓當前輪軌粘著狀態有所好轉時再對力矩進行恢復。力矩在保持一段時間后可采取線性方式或曲線方式進行恢復，分別介紹如下。

2.2.1 采用線性方式恢復

線性恢復即力矩的恢復速率恒定，在單周期內力矩增量保持不變，有些在恢復最后階段改變恢復斜率，使恢復過程變緩慢。保持+線性恢復的示意圖如圖1所示，圖1（a）中力矩減載后保持減載一段時間，再按一定斜率進行線性恢復，圖1（b）中是在恢復最后階段改變恢復斜率的情況。

2.2.2 采用曲線方式恢復

曲線方式恢復時的單周期力矩增量不是固定的，曲線方式恢復的策略可利用減載量來實施，減載量是指粘著控制系統輸出力矩與給定力矩之間的差值（取絕對值）；力矩在恢復過程中的恢復速率由減載量確定。采用曲線恢復方式可使力矩發揮比較平穩，不會出現較大的波動，圖2是保持+曲線恢復的示意圖，該圖中出現連續的減載情況。

3 總結

通過以線性或曲線方式對力矩進行減載和恢復，采用曲線恢復方式可使力矩發揮比較平穩，不會出現較大的波動，提高了粘著利用效率。

參考文獻

[1] 李江紅，馬建，彭輝水.機車粘著控制的基本原理和方法[J].機車電傳動，2002，33（11）：4-7.

[2] 彭輝水，李艷，肖功彬，劉雄，崔巍.120km/h大功率交流傳動內燃機車的粘著控制[J].機車電傳動，2011，01（15）：4-7.

[3] 鮑維千.關于機車粘著的一些概念及提高機車粘著性能的措施[J].內燃機車，1999，299（1）：8-13.

[4] 萬廣.機車粘著控制技術現狀與發展[J].機車電傳動.1996，22（3）：1-4.

（作者單位：株洲中車時代電氣股份有限公司）