[发明专利]一种机车空转滑行保护控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机车粘着控制计算方法，尤其是一种涉及机车车辆的空转滑行保护控制方法，实现机车空转滑行保护优化控制。

背景技术

机车的牵引力产生于轮轨的粘着，轮重、轮轨材料的弹性及在车轮上施加的扭矩构成了产生轮周牵引力的三要素。如图1所示，在轮荷重P的作用下，轮轨接触部分发生弹性变形，形成椭圆形接触区。当车轮在驱动力矩T的作用下向前滚动时，轮轨材料在接触区附近发生弹性变形，从而在接触面上产生切向力F。切向力F即轮周牵引力，它使车轮滚动前进。

机车在粘着力驱动下前进时，车轮的前进速度v总是低于车轮的圆周速度R·ω。这是由于在T的作用下，轮轨接触面产生向后的弹性变形所致。这个现象称为蠕滑，蠕滑大小的程度用蠕滑率来表示，定义为：

γ=vslipv=R·ω-vv---(1)]]>

其中，v_slip为蠕滑速度。

一般而言，随着车轮相对车体的切向运动速度(蠕滑速度)的加快，能够有效施加的牵引力也将增大。但是当相对运动速度超过一定值后，能够传递的牵引力将不再增大而是不断地减少。这种能够传递的牵引力和车轮相对车体的切向运动速度之间的关系称为粘着特性。如图2所示，给出了干燥和潮湿两种不同轨面状态下轮轨间的粘着特性曲线。粘着(Adhesion)：轮轨在一定压力下相互接触处于啮合并传递作用力的一种物理状态或物理现象。空转(Roll)：机车牵引时车轮相对于钢轨发生明显的滑动。滑行(Slip)：机车制动时车轮相对于钢轨发生明显的滑动。粘着利用：实际运行中轮轨间可用粘着的利用。图中，粘着系数μ定义为沿机车纵向传递的牵引力，或者说轮/轨间接触面上的切向移动力F与法向力Q之比，即

μ=FQ---(2)]]>

从图2可以发现，虽然不同路况下的粘着特性曲线互不相同，但在各种路况下都存在相应的粘着系数最大值μ_max，记粘着系数最大值μ_max处的蠕滑速度为v_SOPT，称(v_SOPT，μ_max)为最佳粘着点，如图2中的A、B点。显然，路况不同，相应的最佳粘着点也不同，并且只有当粘着系数取最大值μ_max时，能够传递的牵引力F才能达到最大值。图2也表明，在机车牵引/制动时，机车的粘着工作点只能在位于最高粘着点左边的稳定区，一旦粘着工作点处于最高粘着点右边的非稳定区，则将出现空转或滑行，此时如不快速降低机车的牵引力/制动力以将粘着工作点转移到左边的稳定区，则空转/滑行会迅速恶化，造成轮对的擦伤，严重地损害行车安全和轮轨寿命。

轮轨粘着特性受着多种因素的影响，包括外界环境条件、轮轨表面状态、轮轨系统的振动等。严格的讲，轮轨粘着是一个范围。通常给定的机车粘着曲线具有统计的意义，是一条常规条件下保证足够高成功率的应用特性曲线。试验说明，机车运行中瞬态粘着系数始终在变化中，只是由于一般机车驱动系统的稳定性很高，瞬时的粘着变化不会对整个系统产生影响，因而感觉不到。

由于机车运用的条件千变万化，牵引中，随着司机操纵手柄的提高或轨面条件的恶化，空转是很难避免的，如图3所示为这两种情况下车轮空转发生的机理。