RU2702549C1 - Method for detection of slipping and skidding of wheels of vehicle with electric transmission - Google Patents
Method for detection of slipping and skidding of wheels of vehicle with electric transmission Download PDFInfo
- Publication number
- RU2702549C1 RU2702549C1 RU2018144759A RU2018144759A RU2702549C1 RU 2702549 C1 RU2702549 C1 RU 2702549C1 RU 2018144759 A RU2018144759 A RU 2018144759A RU 2018144759 A RU2018144759 A RU 2018144759A RU 2702549 C1 RU2702549 C1 RU 2702549C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- traction
- skidding
- amplitude
- signal
- vehicle
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title abstract description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 25
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 101100365087 Arabidopsis thaliana SCRA gene Proteins 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
- B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
- B60L3/10—Indicating wheel slip ; Correction of wheel slip
- B60L3/106—Indicating wheel slip ; Correction of wheel slip for maintaining or recovering the adhesion of the drive wheels
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
- B61C15/00—Maintaining or augmenting the starting or braking power by auxiliary devices and measures; Preventing wheel slippage; Controlling distribution of tractive effort between driving wheels
- B61C15/08—Preventing wheel slippage
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и предназначено для повышения тяговых качеств локомотивов с тяговыми электродвигателями постоянного тока.The invention relates to the field of railway transport and is intended to improve the traction qualities of locomotives with traction DC motors.
Известен способ обнаружения боксования и юза колесных пар локомотивов с электрической передачей и параллельным соединением тяговых электродвигателей (ТЭД), основанный на сравнении токов, протекающих по цепям параллельно соединенных ТЭД, при этом токи измеряются косвенным способом посредством контроля и сравнения потенциалов равнопотенциальных точек цепей ТЭД (Схемы электрических цепей тепловозов ТЭП70, 2ТЭ116: Учебное иллюстрированное пособие / В.В. Грачев, Б.Н. Морошкин, С.В. Сергеев, Д.Н. Курилкин, А.А. Надежин. - М.: Маршрут, 2006. - стр. 81). Устройство, реализующее этот способ, включает шестифазный полупроводниковый мост, средние точки которого подключены к равнопотенциальным точкам цепей ТЭД, а катодные и анодные выводы моста - к исполнительным реле боксования и юза.There is a method of detecting boxing and skidding of locomotive wheel pairs with electric transmission and parallel connection of traction electric motors (TED), based on a comparison of currents flowing in parallel connected TED chains, while currents are measured indirectly by monitoring and comparing potentials of equal potential points of TED chains (Schemes electric circuits of diesel locomotives TEP70, 2TE116: Illustrated tutorial / V.V. Grachev, B.N. Moroshkin, S.V. Sergeev, D.N. Kurilkin, A.A. Nadezhin. - M .: Route, 2006. - p. 81). A device that implements this method includes a six-phase semiconductor bridge, the midpoints of which are connected to equal potential points of the TED circuits, and the cathode and anode terminals of the bridge are connected to the executive relays of boxing and skid.
Известен способ обнаружения боксования и юза колесных пар локомотивов с электрической передачей и последовательно-параллельным соединением ТЭД, основанный на сравнении напряжений на якорных обмотках последовательно соединенных ТЭД (Богатырев С.Б. Электрическая схема тепловоза ТЭМ18ДМ [Текст] / Богатырев С.Б., Мамочкина Л.Н., Кашников Г.Ф. и др. // Журнал «Локомотив». - 2009. - №8. - с. 22-25). Устройство, реализующее этот способ, включает цепь из трех (по количеству последовательно соединенных якорных обмоток ТЭД) последовательно соединенных резисторов с одинаковым омическим сопротивлением, включенную параллельно последовательно соединенным якорным обмоткам ТЭД, и датчик напряжения (или исполнительное электромагнитное реле), входы которого подключены к эквипотенциальным точкам цепи последовательно соединенных якорных обмоток ТЭД и цепи резисторов. Боксование определяется в случаях, когда контролируемое датчиком значение напряжения (напряжение на катушке исполнительного электромагнитного реле) превышает заданное пороговое значение (20В).There is a method of detecting boxing and skidding of locomotive wheel pairs with electric transmission and series-parallel connection of TED, based on a comparison of voltages on the armature windings of series-connected TED (Bogatyrev SB. Electric circuit of the TEM18DM locomotive [Text] / Bogatyrev SB, Mamochkina L.N., Kashnikov G.F. et al. // The Lokomotiv Magazine. - 2009. - No. 8. - p. 22-25). A device that implements this method includes a circuit of three (by the number of series-connected anchor windings of a TED) series-connected resistors with the same ohmic resistance, connected in parallel with a series-connected anchor windings of a TED, and a voltage sensor (or an executive electromagnetic relay) whose inputs are connected to equipotential points of a chain of series-connected anchor windings of a TED and a chain of resistors. Boxing is determined in cases where the voltage controlled by the sensor (voltage across the coil of the executive electromagnetic relay) exceeds a predetermined threshold value (20V).
Недостатком обоих способов является низкая чувствительность, обусловленная, с одной стороны, неизбежно высоким порогом срабатывания исполнительных реле или системы регулирования напряжения тягового генератора, связанным с различием электромеханических характеристик ТЭД, активных сопротивлений якорных обмоток ТЭД и разностью диаметров колесных пар тепловоза, а с другой стороны, снижением разности потенциалов в контролируемых точках силовой цепи при одном и том же проскальзывании колесных пар по мере снижения напряжения тягового генератора. В результате при движении локомотива с малой скоростью и высоких значениях тока (разгон состава поезда), когда вероятность потери сцепления с рельсами и возникновения боксования колесных пар наиболее высока, чувствительность обоих способов резко снижается вследствие низкого напряжения на якорных обмотках ТЭД.The disadvantage of both methods is the low sensitivity, due, on the one hand, to the inevitably high threshold of operation of the executive relays or the traction generator voltage control system, due to the difference in the electromechanical characteristics of the TED, the active resistances of the armature windings of the TED and the difference in the diameters of the locomotive’s wheel pairs, and on the other hand, a decrease in the potential difference at the controlled points of the power circuit with the same wheel pair slippage as the traction voltage decreases eratora. As a result, when the locomotive moves at low speed and high current values (acceleration of the train), when the probability of loss of adhesion to rails and the occurrence of blocking of wheel sets is highest, the sensitivity of both methods decreases sharply due to the low voltage on the armature windings of the TED.
Известен способ обнаружения боксования и юза колесных пар, основанный на анализе спектральных характеристик сигнала измеренной угловой скорости вращения колеса (J.H. Yu. Re-Adhesion control based on wheelset dynamics in railway traction system/, T.X. Mei, D.A Wilson // United Kingdom Automatic Control Council papers. Available at: http:/ukacc.group.shef.ac.uk/proceedings/control2006/papers/f97.pdf), согласно которому измеряют угловою скорость вращения каждого из колес колесной пары, вычисляют их разность, выполняют спектральный анализа сигнала разности угловых скоростей вращения колес и контролируют амплитуду гармонической составляющей спектра, соответствующей собственной частоте крутильных колебаний двухмассовой системы "колесо - ось - колесо".There is a method of detecting blocking and skid wheel sets based on the analysis of the spectral characteristics of the signal of the measured angular velocity of rotation of the wheel (JH Yu. Re-Adhesion control based on wheelset dynamics in railway traction system /, TX Mei, DA Wilson // United Kingdom Automatic Control Council papers. Available at: http: /ukacc.group.shef.ac.uk/proceedings/control2006/papers/f97.pdf), according to which the angular velocity of rotation of each of the wheels of a pair of wheels is measured, their difference is calculated, spectral analysis of the difference signal is performed angular speeds of rotation of the wheels and control the amplitude of the harmonic component cn ktra corresponding to the natural frequency of the two-mass torsional vibration system "tire - axis - the wheel."
Недостатком способа является сложность реализации, обусловленная, во-первых, потребностью в большом количестве датчиков угловой скорости колес, причем монтироваться они должны на буксе каждого из колес, увеличивая таким образом величину неподрессоренной массы экипажа, что отрицательно сказывается на его динамических характеристиках, а, во-вторых, чрезвычайно высокой потребной точностью измерения угловой скорости вращения колес. Амплитуда сигнала разности угловых скоростей колес на начальной стадии развития боксования не превышает 0.05 рад/с. Для измерения такой разности при скорости 30 км/ч погрешность измерения угловой скорости каждой из колесных пар не должна превосходить 0,00048%.The disadvantage of this method is the difficulty of implementation, due, firstly, the need for a large number of sensors of the angular velocity of the wheels, and they should be mounted on the axle box of each of the wheels, thereby increasing the unsprung mass of the crew, which negatively affects its dynamic characteristics, and, in -second, extremely high required accuracy of measuring the angular speed of rotation of the wheels. The signal amplitude of the difference in the angular velocities of the wheels at the initial stage of boxing development does not exceed 0.05 rad / s. To measure this difference at a speed of 30 km / h, the error in measuring the angular velocity of each of the wheelsets should not exceed 0,00048%.
Известен способ обнаружения боксования и юза колес транспортного средства с электрической передачей (RU №2657157, B60L 3/10, В61С 15/08, B60L 15/10, G01R 23/16, 08.06.2018, Бюл. №16), принятый за прототип, основанный на анализе спектральных характеристик напряжения на обмотках возбуждения тяговых электродвигателей и состоящий в том, что выходной сигнал датчика одного из параметров цепи тягового электродвигателя подвергают спектральному анализу, в результате которого определяют амплитудно-частотную характеристику сигнала и контролируют уровень амплитуд гармонических составляющих сигнала, в качестве параметра цепи тягового электродвигателя используют падение напряжения на обмотках полюсов тягового электродвигателя, а боксование и юз определяют по увеличению относительной мощности гармонических составляющих амплитудно-частотного спектра выходного сигнала датчика в ограниченной полосе частот, определяемой инерционными характеристиками тягового привода транспортного средства.A known method of detecting boxing and skidding of vehicle wheels with electric transmission (RU No. 2657157, B60L 3/10,
Недостатки способа заключается в следующем.The disadvantages of the method are as follows.
Во-первых, при последовательном соединении обмоток возбуждения нескольких ТЭД увеличивается суммарная индуктивность цепи кратно количеству последовательно включенных обмоток, вследствие чего при изменении напряжения генератора (например, при изменении положения рукоятки контроллера) в силовой цепи возникают автоколебания с частотами, близкими к собственным частотам тягового привода при движении на пределе сцепления, что приводит к увеличению амплитуд гармонических составляющих в контролируемой полосе спектра в отсутствии боксования. Это обуславливает необходимость повышения порогового значения относительной мощности гармонических составляющих контролируемой части спектра во избежание ложного срабатывания устройства, реализующего данный способ обнаружения боксования, что означает снижение чувствительности способа.Firstly, when the field windings of several TEDs are connected in series, the total inductance of the circuit increases by a multiple of the number of series-connected windings, as a result of which, when the voltage of the generator changes (for example, when the position of the controller handle is changed), self-oscillations occur in the power circuit with frequencies close to the natural frequencies of the traction drive when moving at the limit of adhesion, which leads to an increase in the amplitudes of harmonic components in a controlled spectrum band in the absence of a box Niya. This necessitates increasing the threshold value of the relative power of the harmonic components of the controlled part of the spectrum in order to avoid false triggering of the device that implements this method of boxing detection, which means a decrease in the sensitivity of the method.
Во-вторых, для раздельного контроля напряжения на обмотках каждого из ТЭД, предусмотренного прототипом изобретения, потребуется шесть датчиков напряжения (по количеству ТЭД). Между тем, без поосного (индивидуального) управления ТЭД локализация боксующей колесной пары в приводе является излишней, поскольку, меры по ликвидации боксования (снижение напряжения тягового генератора) будут приниматься ко всем ТЭД одновременно. По этой причине использование шести датчиков напряжения является избыточным и приводит к ненужному удорожанию системы противобоксовочной защиты.Secondly, to separately control the voltage across the windings of each TED provided by the prototype of the invention, six voltage sensors (by the number of TED) are required. Meanwhile, without the axial (individual) control of the TED, the localization of the boxing wheelset in the drive is unnecessary, since measures to eliminate boxing (reducing the voltage of the traction generator) will be taken to all TEDs simultaneously. For this reason, the use of six voltage sensors is redundant and leads to unnecessary rise in price of the anti-skid protection system.
Изобретением решается задача повышения чувствительности системы обнаружения боксования и юза транспортного средства с тяговыми электродвигателями постоянного тока, соединенными последовательно или последовательно - параллельно.The invention solves the problem of increasing the sensitivity of the boxing and skid detection system of a vehicle with DC traction motors connected in series or in series - in parallel.
Техническим результатом реализации предлагаемого способа является повышение чувствительности системы обнаружения боксования и юза колес танспортного средства с электрической передачей и последовательно или последовательно-параллельно соединенными тяговыми электродвигателями за счет использования в качестве параметра, контролируемого датчиком, разности потенциалов между точками цепи последовательно соединенных якорных обмоток тяговых электродвигателей и цепи включенных параллельно им последовательно соединенных резисторов, при этом боксование и юз определяют по увеличению относительной мощности гармонических составляющих амплитудно-частотного спектра выходного сигнала датчика в ограниченной полосе частот, определяемой инерционными характеристиками тягового привода транспортного средства.The technical result of the implementation of the proposed method is to increase the sensitivity of the system for detecting boxing and skidding of wheels of a vehicle with electric transmission and in series or in series-parallel connected traction motors due to the use of a potential difference between the circuit points of the chain-connected anchor windings of traction motors and circuit connected in series with them in series connected resistors, When this skid and locomotive wheelslip determined to increase the relative power of harmonic components of the amplitude-frequency spectrum of the sensor output signal in a limited frequency band defined by the inertial characteristics of the vehicle traction drive.
Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения боксования и юза колес транспортного средства с электрической передачей, состоящем в том, что выходной сигнал датчика одного из параметров цепи тягового электродвигателя подвергают спектральному анализу, в результате которого определяют амплитудно-частотную характеристику сигнала и контролируют уровень амплитуд гармонических составляющих сигнала, а боксование и юз определяют по увеличению относительной мощности гармонических составляющих амплитудно-частотного спектра выходного сигнала датчика в ограниченной полосе частот, определяемой инерционными характеристиками тягового привода транспортного средства, в качестве параметра цепи тягового электродвигателя используют разность потенциалов между точками цепи последовательно соединенных якорных обмоток тяговых электродвигателей и цепи включенных параллельно им последовательно соединенных резисторов.The technical result is achieved in that in a method for detecting boxing and skidding of vehicle wheels with an electric transmission, consisting in the fact that the sensor output signal of one of the parameters of the traction motor circuit is subjected to spectral analysis, as a result of which the amplitude-frequency characteristic of the signal is determined and the amplitude level is controlled harmonic components of the signal, and boxing and use are determined by increasing the relative power of the harmonic components of the amplitude-frequency spec The sensor output signal in a limited frequency band determined by the inertial characteristics of the vehicle traction drive uses the potential difference between the points of the chain of the series-connected anchor windings of the traction motors and the chain of series-connected resistors connected in parallel to them as a parameter of the traction motor circuit.
Заявленный способ поясняется чертежами.The claimed method is illustrated by drawings.
Фиг. 1. Функциональная схема устройства для реализации способа.FIG. 1. Functional diagram of a device for implementing the method.
Фиг. 2. Кривые изменения значений параметров силовой цепи тепловоза ТЭМ18ДМ при его движении при его движении.FIG. 2. The curves of changes in the values of the parameters of the power circuit of the TEM18DM diesel locomotive during its movement during its movement.
Фиг. 3. Амплитудный спектр фрагмента контролируемого сигнала (Uбокс) в окне 1 (боксование отсутствует).FIG. 3. The amplitude spectrum of the fragment of the monitored signal (Ubox) in window 1 (no boxing).
Фиг. 4. Амплитудный спектр фрагмента контролируемого сигнала (Uбокс) в окне 2 (боксование отсутствует).FIG. 4. The amplitude spectrum of the fragment of the controlled signal (Ubox) in window 2 (no boxing).
Фиг. 5. Амплитудный спектр фрагмента контролируемого сигнала (Uбокс) в окне 3 (через 0,1 с после начала боксования одного из ТЭД).FIG. 5. The amplitude spectrum of the fragment of the monitored signal (Ubox) in window 3 (0.1 s after the start of boxing of one of the TEDs).
Фиг. 6. Амплитудный спектр фрагмента контролируемого сигнала (Uбокс) в окне 4 (развитие процесса боксования).FIG. 6. The amplitude spectrum of the fragment of the monitored signal (Ubox) in window 4 (development of the boxing process).
Фиг. 7. Амплитудный спектр фрагмента контролируемого сигнала (Uбокс) в окне 5 (устойчивое боксование).FIG. 7. The amplitude spectrum of the fragment of the monitored signal (Ubox) in window 5 (stable boxing).
Фиг. 8. Амплитудный спектр фрагмента контролируемого сигнала (Uбокс) в окне 6 (прекращение боксования вследствие снижения напряжения тягнового генератора).FIG. 8. The amplitude spectrum of the fragment of the monitored signal (Ubox) in window 6 (cessation of boxing due to lower voltage of the traction generator).
Фиг. 9. Кривая изменения признака боксования
Предлагаемый способ может быть реализован с использованием устройства, функциональная схема которого приведена на фиг. 1.The proposed method can be implemented using a device whose functional diagram is shown in FIG. one.
Оно включает датчик напряжения 1, подключенный к цепи последовательно соединенных якорных обмоток ТЭД 2-4 и к цепи последовательно включенных резисторов 5-7, подключенной параллельно цепи якорных обмоток ТЭД. Выход датчика напряжения 1 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 8, выход которого подключен к шине данных вычислительного модуля 9, выход которого связан с одним из входов системы управления локомотивом 10.It includes a
Функционирует устройство следующим образом. Датчик напряжения 1 постоянно измеряет величину разности потенциалов между эквипотенциальными (при отсутствии боксования) точками цепи якорных обмоток ТЭД 2-4 и параллельно ей включенной цепи резисторов 5-7. Выходной сигнал датчика напряжения 1 преобразуется в цифровую форму посредством аналого-цифрового преобразователя 8 и считывается вычислительным модулем 9. После накопления выборки в вычислительном модуле 9 для этой выборки выполняется дискретное преобразование Фурье (А.Б. Сергиенко. Цифровая обработка сигналов. - СПб.: Питер, 2002 - стр. 250), в результате которого определяются значения амплитуд гармонических составляющих спектра и вычисляется значение относительной мощности гармонических составляющих в ограниченной полосе частот, определяемой величиной моментов инерции колесной пары и якоря тягового электродвигателя, а также индуктивностью обмоток полюсов тяговых электродвигателей.The device operates as follows.
Это значение по каналу обмена данными передается в систему управления локомотивом 10, которая, в зависимости от полученного значения, осуществляет воздействие на привод в соответствии с таблицей.This value is transmitted via the data exchange channel to the
В качестве датчика напряжения 1 может использоваться датчик LA 25-NP/SP11 (ООО "ЛЕМ Россия"). Аналого-цифровой преобразователь 8 и вычислительный модуль 9 могут быть реализованы с помощью одноплатного многофункционального модуля РСМ-3718Н формата PC/104 (Advantech Co., Ltd.). Поддерживаемые этим модулем интерфейсы Ethernet и RS232/RS485 позволяют обеспечить его взаимодействие практически с любой бортовой микропроцессорной системой управления современного локомотива, в том числе с системой МСУ-ТП тепловоза 2ТЭ116У ("Система МСУ-ТП на тепловозе 2ТЭ116У" / С.И. Ким, С.В. Сергеев, В.И. Харитонов и др. - Журнал "Локомотив", 2009 г., №8 - стр. 15).As a
При устойчивом (без избыточного проскальзывания) движении колесных пар значения напряжений UД1-UД3 на якорных обмотках ТЭД примерно равны и соответствуют напряжениям UR1-UR3 на резисторах R1-R3, в результате разность потенциалов между точками подключения датчика 1 равна нулю.With a steady (without excessive slippage) movement of the wheel pairs, the voltage values U D1 -U D3 on the armature windings of the TED are approximately equal and correspond to the voltages U R1 -U R3 on the resistors R 1 -R 3 , as a result, the potential difference between the connection points of the
При движении колесной пары на пределе сцепления имеют место пульсации ее угловой скорости вследствие проскальзывания с амплитудой не более 2% и частотой до 20 Гц. Эти пульсации приводят к соответствующим изменениям электродвижущей силы (ЭДС) якоря ТЭД, связанного с проскальзывающей колесной парой и направленной против напряжения тягового генератора, приложенного к цепи ТЭД, что, в свою очередь, приводит к изменению напряжения на якорной обмотке соответствующего ТЭД, которое связано с ЭДС этой обмотки зависимостью:When the wheelset moves at the adhesion limit, pulsations of its angular velocity occur due to slippage with an amplitude of no more than 2% and a frequency of up to 20 Hz. These ripples lead to corresponding changes in the electromotive force (EMF) of the TED armature associated with a slipping wheel pair and directed against the voltage of the traction generator applied to the TED circuit, which, in turn, leads to a change in the voltage at the armature winding of the corresponding TED, which is associated with EMF of this winding is dependent:
где Uk - напряжение на якорной обмотке k-го ТЭД, В;where U k is the voltage at the anchor winding of the k-th TED, V;
wk - угловая скорость якоря k-го ТЭД, с-;w k - angular velocity of the anchor of the k-th TED, s - ;
i - ток якорных обмоток ТЭД, А;i is the current of the armature windings of the TED, A;
rя - омическое сопротивление якорной обмотоки ТЭД, Ом;r i - ohmic resistance of the armature winding TED, Ohm;
E(wk, i) - ЭДС якорной обмотки ТЭД - функция от wk и i, В.E (w k , i) - EMF of the armature winding of the TED - a function of w k and i, V.
Изменение ЭДС одной из последовательно включенных якорных обмоток ТЭД приводит к перераспределению напряжения между ними, в результате которого напряжение на обмотке ТЭД, соединенного с проскальзывающей колесной парой, изменяется пропорционально ее угловой скорости, а напряжение на остальных двух соединенных с ней обмоткой изменяется в противоположную сторону, т.е. при увеличении угловой скорости колесной пары напряжение на якорной обмотке связанного с ней ТЭД возрастает, в то время, как на остальных двух снижается, и наоборот. Поскольку распределение напряжения на резисторах 5-7 остается неизменным и равным между ними, между точками подключения датчика 1 возникает разность потенциалов, которая измеряется датчиком 1 с заданной частотой дискретизации и преобразуется в цифровой сигнал аналого-цифровым преобразователем 8. Вычислительный блок 9 накапливает заданный объем выборки (окно сигнала), после чего она подвергается спектральному анализу с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье, в результате которого определяются амплитуды гармоник спектра в определенном частотном диапазоне. При наличии избыточного проскальзывания хотя бы одной из трех колесных пар, якорные обмотки тяговых электродвигателей которых последовательно соединены, амплитуды этих гармоник возрастают, что и является признаком боксования одной или нескольких колесных пар.A change in the EMF of one of the TED anchor windings connected in series leads to a redistribution of voltage between them, as a result of which the voltage on the TED winding connected to a slipping wheel pair changes in proportion to its angular velocity, and the voltage on the other two windings connected to it changes in the opposite direction, those. with an increase in the angular velocity of the wheel pair, the voltage on the armature winding of the associated TED increases, while on the other two it decreases, and vice versa. Since the voltage distribution across resistors 5-7 remains unchanged and equal between them, a potential difference arises between the connection points of
Этот вывод подтверждается результатами обработки значений напряжения между точками подключения датчика 1 в соответствии с заявляемым способом. Из исходного массива значений напряжения, полученного его измерением во время работы тепловоза с дискретностью 0,01 с, формируется выборка из 100 значений (отсчетов). Эта выборка подвергается дискретному оконному преобразованию Фурье (ДПФ) (А.Б. Сергиенко. Цифровая обработка сигналов. - СПб.: Питер, 2002 - стр. 250), в результате которого определяются амплитуды гармонических составляющих сигнала. Разрешение спектра по частоте составит 1/(100*0,01)=1 Гц. Учитывая осевую симметрию спектра, вычисляемая ширина спектра составит 50*1=50 Гц. Сдвиг окна прямоугольной формы осуществлялся с шагом 0,25 с.This conclusion is confirmed by the results of processing voltage values between the connection points of the
На фиг. 2 представлены кривые изменения нескольких параметров силовой цепи тепловоза ТЭМ18ДМ, полученные измерением их непосредственно во время работы локомотива, с границами нескольких окон ДПФ. Кривая красного цвета соответствует напряжению датчика Uбокс (фиг. 1).In FIG. Figure 2 shows the curves of changes in several parameters of the power circuit of the TEM18DM diesel locomotive, obtained by measuring them directly during operation of the locomotive, with the boundaries of several DFT windows. The red curve corresponds to the voltage of the U box sensor (Fig. 1).
На фиг. 3 - фиг. 7 представлены результаты спектрального анализа напряжения Uбокс в окнах, указанных на фиг. 2. На рисунках изображена информативная полоса спектра шириной 10 гц (гармоники 1-10).In FIG. 3 - FIG. 7 shows the results of a spectral analysis of the voltage U box in the windows indicated in FIG. 2. The figures show an informative spectrum band with a width of 10 Hz (harmonics 1-10).
Как следует из фиг. 2, окна №1 и №2 соответствуют устойчивому движению всех трех колесных пар, связанных с ТЭД1-3, поэтому разность потенциалов между эквипотенциальными точками цепи якорных обмоток ТЭД1-3 и включенных параллельно им резисторов не превышает 1 В. Как следует из спектров окон №1 и №2, приведенных, соответственно, на фиг. 3 и фиг. 4, амплитуды низкочастотных составляющих в спектре Uбокс не превышают 0,07 В.As follows from FIG. 2, windows No. 1 and No. 2 correspond to the stable movement of all three wheelsets associated with TED1-3, therefore, the potential difference between the equipotential points of the chain of anchor windings TED1-3 and resistors connected in parallel does not exceed 1 V. As follows from the spectra of windows No. 1 and No. 2, respectively shown in FIG. 3 and FIG. 4, the amplitudes of the low-frequency components in the spectrum of the U box do not exceed 0.07 V.
Окно №3 на фиг. 2 соответствует началу повышенного проскальзывания одной из трех колесных пар, о чем свидетельствует увеличение среднего значения напряжения датчика с изменением его знака. Эти изменения значения и характера изменения напряжения Uбокс заметно изменяют амплитуды низкочастотных гармоник его спектра, соответствующего этому окну (фиг. 5). Величина их возрастает до 0,12-0,22 В, т.е. в 1,5-3 раза.Window No. 3 in FIG. 2 corresponds to the beginning of increased slippage of one of the three wheelsets, as evidenced by the increase in the average voltage of the sensor with a change in its sign. These changes in the value and nature of the change in the U box voltage noticeably change the amplitudes of the low-frequency harmonics of its spectrum corresponding to this window (Fig. 5). Their value increases to 0.12-0.22 V, i.e. 1.5-3 times.
Окно №4 на фиг. 2 соответствует периоду развития боксования, причем, судя по изменению знака Uбокс, участвует в нем как минимум две колесных пары. Как следует из. фиг. 6, это приводит к дальнейшему увеличению амплитуд низкочастотной полосы спектра Uбокс (до 0,5 В).Window No. 4 in FIG. 2 corresponds to the period of development of boxing, and judging by the change in the sign of U boxing , at least two wheelsets are involved in it. As follows from. FIG. 6, this leads to a further increase in the amplitudes of the low-frequency band of the U box spectrum (up to 0.5 V).
Окно №5 на фиг. 2 соответствует полной потере сцепления третьей колесной парой и переходу ее к устойчивому боксованию. Этот процесс сопровождается резким многократным увеличением амплитуд низкочастотных гармоник спектра Uбокс (фиг. 7).Window No. 5 in FIG. 2 corresponds to a complete loss of adhesion of the third wheelset and its transition to stable boxing. This process is accompanied by a sharp multiple increase in the amplitudes of the low-frequency harmonics of the U box spectrum (Fig. 7).
Только на этом этапе развития боксования, т.е. уже после полной потери сцепления колесной парой, когда для ликвидации боксования требуется глубокое снижение напряжения тягового генератора с большой потерей силы тяги тепловоза, боксование обнаруживается штатной системой противобоксовочной защиты тепловоза, которая реагирует на уровень напряжения датчика Uбокс, причем порог срабатывания защиты составляет 20 В.Only at this stage of boxing development, i.e. after a complete loss of traction by the wheelset, when eliminating boxing requires a deep reduction in the voltage of the traction generator with a large loss of traction power of the locomotive, boxing is detected by the standard anti-slip protection system of the locomotive, which responds to the voltage level of the sensor U box , and the protection threshold is 20 V.
После восстановления сцепления в результате резкого снижения напряжения тягового генератора с 300 В до 200 В и тока тягового генератора с 1550 А до 1200 А (окно №6 на фиг. 2), амплитуды гармоник информативной полосы спектра также снизились до уровня 0,05-0,07 В.After the clutch was restored as a result of a sharp decrease in the voltage of the traction generator from 300 V to 200 V and the current of the traction generator from 1550 A to 1200 A (window No. 6 in Fig. 2), the harmonics amplitudes of the informative spectrum band also decreased to the level of 0.05-0 , 07 V.
Таким образом, колебания угловой скорости колеса при движении на пределе сцепления с рельсами в процессе реализации тягового или тормозного момента приводят к увеличению амплитуды и энергии низкочастотных гармонических составляющих напряжения Uбокс между эквипотенциальными точками цепи последовательно соединенных ТЭД и включенной параллельно ей цепи последовательно соединенных резисторов.Thus, fluctuations in the angular velocity of the wheel when moving at the limit of adhesion to rails during the realization of traction or braking torque lead to an increase in the amplitude and energy of the low-frequency harmonic components of the voltage U box between equipotential points of the circuit of the series-connected TED and the chain of series-connected resistors connected in parallel to it.
Границы информативной области спектра определяются инерционными характеристиками звеньев тягового привода (колесной пары, якоря тягового электродвигателя) и индуктивностью обмоток полюсов тягового электродвигателя. Для тягового привода тепловоза серии ТЭМ18ДМ эта область включает гармонические составляющие порядка 1-10 с частотами 1-10 Гц. Границы информативной области амплитудно-частотного спектра напряжения на полюсах ТЭД для тяговых приводов локомотивов других серий и иных транспортных средств с электрической передачей постоянного тока определяются экспериментально в результате анализа изменения параметров привода при движении на пределе сцепления колес с рельсами.The boundaries of the informative region of the spectrum are determined by the inertial characteristics of the links of the traction drive (wheel pair, anchors of the traction motor) and the inductance of the windings of the poles of the traction motor. For the traction drive of a locomotive of the TEM18DM series, this region includes harmonic components of the order of 1-10 with frequencies of 1-10 Hz. The boundaries of the informative region of the amplitude-frequency voltage spectrum at the poles of the TED for traction drives of locomotives of other series and other vehicles with direct current electric transmission are determined experimentally as a result of the analysis of changes in drive parameters when driving at the wheel-to-rail coupling limit.
В качестве объективного вычисляемого показателя, отражающего изменение амплитудного спектра напряжения Uбокс между эквипотенциальными точками цепи последовательно соединенных ТЭД и включенной параллельно ей цепи последовательно соединенных резисторов при реализации предельных значений тягового или тормозного момента, может использоваться относительная мощность гармоник информативной области спектра. Согласно теореме Парсеваля (А.Б. Сергиенко. Цифровая обработка сигналов. - СПб.: Питер, 2002 - стр. 55), квадрат нормы сигнала, пропорциональный его мощности в заданном временном интервале, равен сумме квадратов амплитуд гармонических составляющих сигнала в этом интервале. Тогда мощность, приходящаяся на определенную область спектра, может быть вычислена как сумма квадратов амплитуд гармонических составляющих, попадающих в эту область.As an objective calculated indicator reflecting a change in the amplitude spectrum of the voltage U box between equipotential points of the circuit of a series-connected TED and a circuit of series-connected resistors connected in parallel with it when implementing the limit values of the traction or braking moment, the relative harmonic power of the informative region of the spectrum can be used. According to the Parseval theorem (AB Sergienko. Digital signal processing. - St. Petersburg: Peter, 2002 - p. 55), the square of the signal norm proportional to its power in a given time interval is equal to the sum of the squares of the amplitudes of the harmonic components of the signal in this interval. Then the power per a certain region of the spectrum can be calculated as the sum of the squares of the amplitudes of the harmonic components falling into this region.
Мощность гармоник информативной области спектра напряжения на обмотках полюсов ТЭД, приведенная к сопротивлению 1 Ом:The power of the harmonics of the informative region of the voltage spectrum at the windings of the poles of the TED, reduced to a resistance of 1 Ohm:
где k - порядок гармоники;where k is the harmonic order;
Аk - амплитуда гармоники k-го порядка, В.And k is the amplitude of the harmonic of the kth order, V.
Недостатком этого показателя с точки зрения использования его для обнаружения предельных по сцеплению режимов движения колесной пары является зависимость его от абсолютных значений амплитуд гармонических составляющих.The disadvantage of this indicator from the point of view of using it for detecting the coupling-limiting modes of movement of a wheelset is its dependence on the absolute values of the amplitudes of the harmonic components.
С целью исключения этого недостатка в качестве объективной количественной оценки изменения спектра при боксовании колесной пары предлагается использовать относительную мощность, приходящуюся на гармоники информативной области спектра и вычисляемую по формуле:In order to eliminate this drawback, it is proposed to use the relative power attributable to the harmonics of the informative region of the spectrum and calculated by the formula as an objective quantitative assessment of the change in spectrum when boxing a pair of wheels:
где k - порядок гармоники.where k is the harmonic order.
Ширина контролируемой области спектра, энергия которой используется в качестве базового значения для вычисления относительной мощности, определяется частотой дискретизации при измерении напряжения и шириной окна ДПФ.The width of the controlled region of the spectrum, the energy of which is used as the base value for calculating the relative power, is determined by the sampling frequency when measuring voltage and the width of the DFT window.
Изменение значения показателя (3) в период времени, соответствующий фиг. 2, представлено на фиг. 9. Анализ его показывает, что использование данного показателя позволяет выявить избыточное проскальзывание колесной пары задолго до начала развития процесса боксования, которое выявляется в течение 0,1 с, т.е. на 4-5 с быстрее, чем штатной системой противобоксовочной защиты тепловоза. Это позволяет своевременно принять меры по предотвращению дальнейшего развития боксования или юза.A change in the value of the indicator (3) in the time period corresponding to FIG. 2 is shown in FIG. 9. An analysis of it shows that the use of this indicator allows one to identify excessive slippage of the wheelset long before the start of the development of the boxing process, which is detected within 0.1 s, i.e. 4-5 s faster than the standard anti-skid protection system of the locomotive. This allows you to take timely measures to prevent the further development of boxing or skidding.
В зависимости от текущего значения (3) показателя и характера его изменения возможна реализация многоступенчатой защиты с применением разных способов воздействия на тяговый привод с целью ограничения проскальзывания колесной пары. Один из возможных вариантов такой защиты представлен в таблице.Depending on the current value (3) of the indicator and the nature of its change, it is possible to implement multi-stage protection using different methods of influencing the traction drive in order to limit slippage of the wheelset. One of the possible options for such protection is presented in the table.
Использование предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволит уменьшить (в три раза) количество датчиков напряжения, используемых для обнаружения боксования, повысить тяговые и тормозные свойства локомотивов и иных рельсовых транспортных средств с последовательно и последовательно - параллельно соединенными тяговыми электродвигателями постоянного тока за счет своевременного обнаружения повышенного проскальзывания колес и уменьшения потерь силы тяги и тормозного усилия при его ликвидации.Using the proposed method in comparison with the prototype will reduce (three times) the number of voltage sensors used to detect boxing, increase the traction and braking properties of locomotives and other rail vehicles with series and series parallel-connected traction DC motors due to the timely detection of increased wheel slippage and reduction of traction and brake force losses during its elimination.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018144759A RU2702549C1 (en) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | Method for detection of slipping and skidding of wheels of vehicle with electric transmission |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018144759A RU2702549C1 (en) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | Method for detection of slipping and skidding of wheels of vehicle with electric transmission |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2702549C1 true RU2702549C1 (en) | 2019-10-08 |
Family
ID=68170777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018144759A RU2702549C1 (en) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | Method for detection of slipping and skidding of wheels of vehicle with electric transmission |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2702549C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2845291C1 (en) * | 2025-02-03 | 2025-08-15 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава" (АО "ВНИКТИ") | Method for detection of slipping and wheel slip of a vehicle with electric transmission |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1641665A1 (en) * | 1988-10-03 | 1991-04-15 | Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина | Device for detection of wheel slipping and skidding in transport vehicle with electrical transmission |
| RU2031010C1 (en) * | 1992-07-08 | 1995-03-20 | Уральское отделение Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта | Device to reveal skidding of wheelsets of diesel locomotive with traction motors connected in series |
| US5610819A (en) * | 1994-10-11 | 1997-03-11 | G&G Locotronics, Inc. | System for enhancing wheel traction in a locomotive by reapplication of excitation using an S-shaped curve |
| RU45340U1 (en) * | 2005-01-17 | 2005-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Министерства путей сообщения Российской Федерации" (ПГУПС МПС России) | DEVICE FOR CONTROL OF SPEED OF SLIDING WHEELS |
| RU2657157C1 (en) * | 2016-12-15 | 2018-06-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" | Method for detecting slipping and wheel slip of a vehicle with an electric transmission |
-
2018
- 2018-12-17 RU RU2018144759A patent/RU2702549C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1641665A1 (en) * | 1988-10-03 | 1991-04-15 | Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина | Device for detection of wheel slipping and skidding in transport vehicle with electrical transmission |
| RU2031010C1 (en) * | 1992-07-08 | 1995-03-20 | Уральское отделение Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта | Device to reveal skidding of wheelsets of diesel locomotive with traction motors connected in series |
| US5610819A (en) * | 1994-10-11 | 1997-03-11 | G&G Locotronics, Inc. | System for enhancing wheel traction in a locomotive by reapplication of excitation using an S-shaped curve |
| RU45340U1 (en) * | 2005-01-17 | 2005-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Министерства путей сообщения Российской Федерации" (ПГУПС МПС России) | DEVICE FOR CONTROL OF SPEED OF SLIDING WHEELS |
| RU2657157C1 (en) * | 2016-12-15 | 2018-06-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" | Method for detecting slipping and wheel slip of a vehicle with an electric transmission |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2845291C1 (en) * | 2025-02-03 | 2025-08-15 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава" (АО "ВНИКТИ") | Method for detection of slipping and wheel slip of a vehicle with electric transmission |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102114782B (en) | Slip rate detection method and system for electric vehicle | |
| CN103303158B (en) | The control setup of electric car | |
| CN105209309A (en) | Method and device for determining the mass of a motor vehicle, and a motor vehicle with a device of this type | |
| EP2161157B1 (en) | Controller for electric vehicle | |
| CA2452890C (en) | Wheelspeed estimation system and method | |
| RU2657157C1 (en) | Method for detecting slipping and wheel slip of a vehicle with an electric transmission | |
| CN101614754A (en) | Dynamic Detection Method and Alarm System of Unbalanced Load of Freight Cars | |
| RU2702549C1 (en) | Method for detection of slipping and skidding of wheels of vehicle with electric transmission | |
| CN104228886B (en) | Urban rail transit vehicles day-to-day operation state measurement strategy | |
| AU2013263818A1 (en) | Method for detecting locomotive traction motor speed signals using magnetoelectric sensors | |
| Kawamura et al. | Measurement of the tractive force and the new adhesion control by the newly developed tractive force measurement equipment | |
| RU2845291C1 (en) | Method for detection of slipping and wheel slip of a vehicle with electric transmission | |
| Watanabe et al. | A novel anti-slip control without speed sensor for electric railway vehicles | |
| Yamashita et al. | Readhesion control method without speed sensors for electric railway vehicles | |
| WO2007067098A1 (en) | Method for testing an aerodrome pavement friction | |
| CN111267914B (en) | Intermittent creep overrun detection and separation method of EMU wheelset | |
| CN201304933Y (en) | Dynamic detection alarm system of unbalanced load of freight car | |
| Ohishi et al. | Anti-slip readhesion control of electric commuter train based on disturbance observer considering bogie dynamics | |
| Grachev et al. | An intelligent wheelset spinning detection system in a direct current traction drive | |
| RU79839U1 (en) | DEVICE FOR DETECTING BOXING OF WHEEL COUPLES ON LOCOMOTIVES WITH TRACTION ENGINES | |
| KR100651190B1 (en) | Motor trouble diagnosis system of electric railway vehicle | |
| KR101711075B1 (en) | Smart energy metering device for electric rail car and economic driving pattern providing system | |
| Ohsawa et al. | Measurement of tractive force during acceleration and deceleration periods | |
| Yamashita et al. | Wheel Slip Suppression Control Method Using Traction Motor Current Information of EMUs Driven by Multiple Traction Motors without Speed Sensors | |
| Bonta et al. | The problem of speed measurements in the slip-slide control for electric railway traction |