[发明专利]一种气囊型受电弓弓网接触力补偿控制方法及装置

说明书

本发明提供了一种气囊型受电弓弓网接触力补偿控制方法及装置，属于列车控制技术领域。本发明装置的微控制单元包括STM32系列的单片机和阀板控制器。单片机包括主程序模块、串口通讯程序模块、预瞄程序模块和控制压力处理程序模块。通过预瞄程序模块根据当前列车速度和隧道阻塞比计算弓网接触补偿力，通过控制压力处理程序模块转换获得气囊补偿压力，由主程序模块输出气囊气压控制信号。本发明方法通过计算流体动力学仿真，拟合构建弓网接触补偿力与列车车速、隧道阻塞比的函数关系，进而转换为气囊补偿压力，通过控制气囊压力实现弓网接触力主动补偿控制。本发明安装控制简便、能够及时补偿，并降低了维护成本。

技术领域

本发明涉及列车控制技术领域，具体涉及一种气囊型受电弓弓网接触力补偿控制方法及装置。

背景技术

近年来，国内高铁的时速持续提高。随着其飞速发展，高铁受电弓与接触网保持良好接触的问题变得愈发严重。受电弓通过与接触网接触获得动车组的电能。随着列车速度的增加和操作环境的变化，由于阻力、升力变化或自身震动，受电弓受流会受到较大影响。目前，如何保证动车组良好的受流质量，已经成为高速铁路技术的重要环节。在特殊运行环境下保持良好的弓网特性，对受电弓的主动控制研究提出了更高的要求。

为了确保牵引电流的顺畅流动，受电弓和接触网之间必须有一定的预接触力。如果预接触力太小，会增加离线率，使受电弓受流质量变差，并产生电弧放电烧蚀弓头降低受电弓寿命；反之，会使滑板和接触线间产生较大的机械磨损，同样会降低受电弓寿命，这都意味着高昂的维护成本。

机车的受流质量评估是整个受电弓系统性能评估的重要组成部分。改善电流质量是受电弓控制的最终目标。根据当前的情况，不同的国家采用不同的方法。德国在受电弓系统的基础研究方面比较全面，认为应从静态弹性、弹性不均和弓网离线速度考虑当前性能，在检测技术和测试评估上都很优秀。日本新干线使用多个受电弓将悬链线与高弹性和小波动传播速度匹配，这会导致剧烈振动，弓网离线率高，接触线磨损比较严重，并且噪声相对较高。在噪音等方面，主要评估脱机速度，升程量和接触线的应力。法国发现机车在高速运行过程中受电弓的空气动力阻力增加，因此，研究重点在于抬升力，接触线应力和悬挂方式的优化方法。

目前，参考文献[1]研究了通过调整脉冲宽度控制气缸内压强来控制弓网接触力；参考文献[2]提出可以通过液压机构控制弓网接触力；参考文献[3]采用电磁操动方式控制弓网接触力；参考文献[4]通过某种线性机构加之伺服电机控制弓网接触力等。但是，加装电机虽然反应较快但是容易受到电磁扰，液压缸或者气缸由于体积较大安装在受电弓底部，虽然通过控制液压或者气压易于实施，但是响应时间较长，不能达到实时控制的效果。

当列车进出隧道时，列车及受电弓附近的流场会发生较大变化，因此作用在受电弓上的力会发生突变，如果不进行补偿，弓头若压紧电网会造成磨损加剧；弓头若松离电网，会造成电弧放电，烧蚀弓头，都会降低弓头的使用寿命。因此，需要研究受电弓弓网接触力的补偿控制。

参考文献：

[1]吴赟松,吴学杰.多功能协调式液压控制系统[J].工程与试验,2013(S1):6-9+30.

[2]Tieri R.Innovative active control strategies for pantographcatenary interaction[J].2012.