[发明专利]机车车轮打滑控制系统

说明书

总体上说，本发明涉及内燃电力传动机车或一般电气机车等的电气牵引车辆的控制系统，较具体地说，是涉及对这种车辆控制的完善措施，以期能避免或最大可能地减小车轮在“驱动”（运行中的推动态）或“制动”（运行中的动态减速态）时不利的打滑。

每一台现代机车及其它大型自驱动的牵引车辆，一般至少具有四组轮轴装置（每组由一对被固定在转轴两端的轮子组成），每一组轮轴装置经由适当的齿轮机构联结到一个独立的电动机-驱动电机的转轴上。在驱动状态下，此驱动电机由一可控电源（例如说，一发动机驱动的牵引交流发电机）供给电流从而对车轮施加转矩，这就在车辆所行驶的表面上（如铁道的平行钢轨）施加了切向作用力，即牵引力，由此来推动车辆正确地沿着所希望的方向前进。另一方面，在运行中处于电气制动状态时，电动机被用作为被轴驱动的发电机，转矩由各自与转轴相联结的轮轴装置加到它们的转轴上，这就对上述运动表面施加了制动力，从而阻滞（减慢）了车轮的前进。在这两种情况下，为保证车辆的有效运行，每一车轮与运动表面之间都必须附着良好。

众所周知，如果车辆的每一主（驱）动轮转动时的角速度使其圆周速度稍高于（驱动时）或稍低于（制动时）车辆的实际速度（即车辆行进的线速度，通常称之为“地面速度”或“轨速”）的话，就能得到最大的牵引或制动力。这种轮速与轨速间的差称为“滑速”。在牵引或制动力成为最大时，滑速存在一个相对来说的最低极限。其数值，通常称为最大“爬行速度”，是取决于轨速和轨道条件的一个变量。只要不超过此最大爬行速度，滑速就是正常，车辆就能以平稳的细微滑动或爬行状态运行。

实际情况中，常常由于轨道情况的变化或由于不适当的增加转矩发生，降低或丧失车轮与轨道的附着作用的现象，而使某些或全部车轮过度打滑，就是说实际滑速将大于最大爬行速度。车轮的这种打滑情况，在驱动状态下表现为一组或多组轮轴机构空转，而在制动状态下则表现为一组或多组轮轴机构打滑或滑行。这种情况加快了车轮的磨损、道轨的损坏、增大驱动系统驱动部件中的机械应力，并不适当地减小了牵引（或制动）效果。

有关的先有技术揭示了许多不同的方法，用以自动检测和克服不恰当的车轮打滑条件，或者首先预防这类情况，例如说美国专利No3437896和No3728596。实际上，所有的车轮打滑控制或纠正系统都是临时降低或“减小”牵引力来解决或避免车轮打滑的情况，在实现这种功率降低的过程期间，车辆的功效不理想地降低了，鉴于这一原因，这种减小的量及其延续时间两者都应该尽可能地小。

在正常的驱动运行中，内燃电力传动机车的推进系统被控制以处于平衡稳定的条件下，此时，被发动机驱动的交流发电机对于节流手柄的每一独立位置都能为牵引电动机产生基本上不变的，最佳电功率值。在发生车轮失去附着作用或负荷超过了节流阀调节发动机速度的能力这些异常情况时，实际应用的适当的措施是，取代驱动控制的正常操作并降低发动机的负荷。这种响应（通常叫做减少荷值）降低了牵引功率，从而协助机车脱离上述的暂时情况，和/或防止对发动机的严重损坏。

此外，推进控制系统一般还具有在必要时限制或降低交流发电机输出电压的措施，以使此电压幅值和负荷电流的幅值均不致超过预定的最大安全水平或极限。当机车起动时，电流限制将起作用。机车低速运行时，牵引电动机转子旋转缓慢，所以它们的反电势（EMF）很低。一个低的发电机电压就能产生最大的电动机电流，从而产生为加速所需的高牵引力。另一方面，只要机车处于高速，发电机电压幅值必须在其最高电增值上保持恒定。高速时牵引电动机转子旋转迅速，反电势高，因此交流发电机必须以高电压来产生所需的负荷电流。

某些先有技术的车轮打滑控制系统，如果或当滑速超出电动机电流值（因而亦即电动机的总扭矩）所允许的范围时，通过对滑速的监控和改变正常驱动控制，来降低牵引功率以减少不希望的车轮打滑（见美国专利No4463289和英国专利No1246053）。这种爬行调整装置是有效的，因为它们将车轮打滑情况的延续时间和严重程度减到最低，从而增加了车轮的使用寿命和车辆的功效。