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

（中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412001）

0 引言

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

FHQ-Q-1 型空氣防滑系統(tǒng)采用軸控方式對輪對進(jìn)行防滑保護(hù)，適用于機(jī)車空氣制動系統(tǒng)，同時，對國內(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，具有速度采集與計算、滑行判斷與控制、數(shù)據(jù)存儲、以太網(wǎng)通信、自檢、故障查詢與顯示等功能；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)測速齒輪輸出脈沖信號；防滑排風(fēng)閥安裝于制動管與制動缸之間的連接管路上，由防滑主機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)制動缸的充風(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)檢測到輪對發(fā)生或即將發(fā)生滑行時，控制防滑排風(fēng)閥排風(fēng)，降低作用在輪對上的制動缸壓力降到黏著力以下，防止車輪滑行。 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)輪對的制動缸壓力，保證車輛安全停車。

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（第一個速度差判據(jù)），防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥動作，使制動缸保壓；當(dāng)ΔV≥ΔV2時（第二個速度差判據(jù)），防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥動作， 使制動缸階段排風(fēng)； 當(dāng)ΔV≥ΔV3時（第三個速度差判據(jù)），防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥動作，使制動缸一次排風(fēng)。

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

2.2 減速度判據(jù)

當(dāng)車輛所有軸以相近速度同時發(fā)生滑行時，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，a的值相應(yīng)增大。 當(dāng)a小于預(yù)定值a1時，防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥使制動缸排風(fēng)；隨著軸速回升，當(dāng)a恢復(fù)到預(yù)定值a2時，防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥使制動缸保壓；當(dāng)軸減速度a恢復(fù)到大于預(yù)定值a3時，防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥階段充風(fēng)，使制動缸壓力逐漸恢復(fù)；當(dāng)a恢復(fù)到大于預(yù)定值a4時，防滑主機(jī)控制防滑排風(fēng)閥一次充風(fēng)，使制動缸壓力迅速恢復(fù)。

3 防滑控制關(guān)鍵技術(shù)

3.1 參考速度

防滑控制過程中，參考速度要盡可能與列車速度接近，通常選擇車輛中最高的軸速度值中作為參考速度；當(dāng)車輛所有軸同時滑行時，可根據(jù)制動減速度計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輪因磨損對速度計算的影響，以車輛中最低的脈沖頻率值作為標(biāo)稱輪徑的基準(zhǔn)，計算出各軸的修正系數(shù)λ，在速度計算中，利用系數(shù)λ對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)向架某一輪對的速度傳感器故障時，若該輪對的防滑排風(fēng)閥無故障，則該防滑排風(fēng)閥的動作由轉(zhuǎn)向架另一輪對的防滑排風(fēng)閥動作保持一致；當(dāng)轉(zhuǎn)向架上二個輪對的速度傳感器均故障時，此轉(zhuǎn)向架的二個防滑排風(fēng)閥的動作與另一轉(zhuǎn)向架相鄰輪對的防滑排風(fēng)閥動作保持一致；如果二個轉(zhuǎn)向架上至少三個輪對的速度傳感器同時故障，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

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

4.2 速度傳感器故障檢測

結(jié)合硬件電路和軟件設(shè)計，實(shí)現(xiàn)對速度傳感器的短路、斷路、突變、超限等多種故障狀態(tài)檢測，當(dāng)檢測到速度傳感器故障時，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，提高防滑控制效果。

4.3 防滑排風(fēng)閥故障檢測

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

4.4 連續(xù)排風(fēng)超時監(jiān)測

采用軟/硬件相結(jié)合的方式，設(shè)計了軟件定時器和硬件定時器，當(dāng)防滑排風(fēng)閥處于排風(fēng)狀態(tài)時，同時觸發(fā)軟/硬件定時器對排風(fēng)狀態(tài)計時，如果計時時間超過TB/T 3009—2019 《機(jī)車車輛制動系統(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，且硬件定時器關(guān)斷防滑排風(fēng)閥電源，使制動缸處于充風(fēng)狀態(tài)，保證車輛停車安全。

5 試驗(yàn)

FHQ-Q-1 型防滑系統(tǒng)裝用廣州地鐵18#-22#工程車，并根據(jù)TB/T 3009—2019《機(jī)車車輛制動系統(tǒng)用防滑裝置》標(biāo)準(zhǔn)要求，在北京環(huán)鐵開展120 km/h 緊急制動防滑試驗(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 緊急制動防滑

6 結(jié)語

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)、故障檢測及安全導(dǎo)向，并通過動態(tài)試驗(yàn)對防滑系統(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)。