本发明涉及受电弓的气动控制技术领域。
背景技术：
电力列车(包括采用气囊式受电弓驱动的城轨列车、电力机车和动车组)在运行过程中所需要的电能通过列车顶部的受电弓从接触网上获取的。
受电弓与接触网之间接触压力的变化直接影响受流性能，接触压力小，容易造成受电弓离线，造成弓网接触界面的烧伤；相反，当接触网压力大时，会使接触线局部弯曲，引起接触线疲劳损伤，同时也使滑板和接触线磨耗增大，增加滑板的更换频率，增加运营成本，严重时会造成滑板或者接触线折断，造成弓网事故。为此，iec(国际电工委员会)、en(欧盟标准)、gb(中国国家标准)和tb(中国铁路标准)等相关标准都对弓网接触力有明确的要求。
接触压力的变化与电力列车的运行线路、接触网参数、地理参数、列车速度、受电弓形状以及受电弓开闭口运行方向等都有密切的关系。为了保证电力列车受流良好，就要求弓网接触处的接触压力波动小，需要对弓网接触压力进行补偿调整。受电弓与接触网之间的接触压力，主要依靠受电弓控制系统实现。
专利zl200520142757.0描述了一种采用精密调压阀为调整器件的受电弓控制阀组，此控制阀组只能在电力列车运营前依靠人力的调整提供一个恒定不变的抬升力，控制方式为被动式控制，不能基于列车速度、运行环境进行实时改变，不适应于高速及恶劣工况使用。
专利zl200710107353.1描述了一种受气垫驱动引航的受电弓控制系统，包括电路、压力调节器、两个电动阀、压力传感器等主要器件，其核心为采用压力调节器配合两个电动阀实现对受电弓气囊压力值的调整，两个电动阀分别实现补气和泄气操作，同时还在气囊口设置有压力传感器，监测气囊中的压力变化反馈给电路，电路还接收车组或者网络的信息、地质定位传感器、气候传感器信息和列车速度等信息，综合分析后控制电动阀，通过压力调节器实现气囊压力的调节。基于上述分析可知，专利zl200710107353.1所述的系统通过调节受电弓气囊中的压力值进而间接影响弓网间接触力，虽能实时调节，但并没有考虑气囊压力值传递到弓网接触间时发生的衰减或者放大效果，因而是一种开环控制系统。而且，此控制系统实现复杂，需要用到多个部件，成本较高。
专利zl201010165635.9描述了一种受电弓控制装置，包括主控电路单元，减压阀、大流量精确比例换向阀、电磁阀、压力传感器等主要元器件，主控电路单元在获取列车速度信息、线路状况信息(明线、隧道等信息)、受电弓状况信息(受电弓类型、额定静态接触压力值等信息)、受电弓位置信息(单弓、双弓、前弓、后弓等信息)、接触网状况信息(接触网类型、张力、跨距等信息)、气候信息(外界风速、温度、湿度等信息)和运行方向信息(受电弓开口运行、闭口运行等信息)等信息后，通过控制大流量精确比例换向阀实现对受电弓气囊中压力值进行调节，进而间接影响弓网间接触力。同样地，专利zl201010165635.9所述的控制系统也为一种开环控制系统，且大流量精确比例换向阀使用过程中存在抗电磁干扰能力差，价格昂贵等缺点。
上述技术方案中，至少存在如下问题：
弓网接触压力受到外界环境和受电弓结构的影响，现有受电弓控制系统一种是被动式系统，不能随车速、外界环境变化而实时调整；一种是开环式控制系统，只能对受电弓气囊中压力值进行实时调整进而影响弓网接触力，不能考虑受电弓结构体对气囊压力传递到弓网接触力时的衰减或者放大作用，同时存在着实现方式所用元器件多，抗干扰能力差，成本高等缺点。
现有控制方式由于不能精确控制弓网间接触力，使得运行中增加滑板的磨耗，运营成本变大。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种受电弓闭环控制系统，它能有效地解决弓网间接触力精确控制问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种受电弓闭环控制系统，包括设置在受电弓滑板上的光纤力传感器和升弓气压系统，从列车空压机引出的压缩空气管路中串接滤清器后与五位两通电磁阀的输入口连接，五位两通电磁阀的输出端口与伺服调压阀的输入口连接，五位两通电磁阀的控制端口与受电弓控制单元的端口一相连，用于反馈五位两通电磁阀的状态给受电弓控制单元；伺服调压阀的输入端与受电弓控制单元的输出控制端口六相连，用于控制伺服调压阀的输出；伺服调压阀的输出管路串接升弓单向节流阀后接入气囊，单向节流阀连接的气囊管路中并接安全阀和压力传感器，压力传感器的数据输出端与受电弓控制单元上的端口二相连；气囊另一支路设有快速排气阀和压力开关；快速排气阀的控制端与受电弓控制单元上的端口三相连，用于快速排出气囊中的压缩空气，滑板上设置的光纤力传感器的数据输出端与受电弓控制单元上的端口四相连，用于反馈检测的弓网间接触力数据；压力开关的输出端与受电弓控制单元上的端口五相连，用于检测受电弓的故障检测。
所述受电弓控制单元设有与列车通信的端口七。
所述的列车通信端口七通过与列车通信获取用于闭环控制的列车运行速度、列车运行状态和线路状态。
所述的列车通信端口七与列车的通信方式为：串口，多功能列车总线mvb或以太网。
所述伺服调压阀的排风口设有降弓节流阀，用于对降弓速度的调节。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的受电弓闭环控制系统可以实现闭环控制，实时检测受电弓和接触网间的接触压力并反馈给受电弓控制单元，综合分析列车运行速度、列车运行状态和线路状态等外界条件，自动、快速、精确地调节气囊的压力，进而动态控制弓网间的接触压力，以减少火花和弓网间的磨耗，达到了保障列车安全、可靠、高速运行及减少碳滑板磨耗以节省运营成本的目的，同时当部件发生故障后，系统可以自动切除闭环控制，仅以开环控制或被动方式运行，以及紧急状态下，快速自动降弓以保护受电弓和接触网受到更大破坏的功能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
如图1所示，一种受电弓闭环控制系统，可实时检测受电弓和接触网间的接触压力并反馈给受电弓控制单元，综合分析列车运行速度、列车运行状态和线路状态等外界条件，利用来自列车的压缩空气对受电弓进行实时闭环控制，动态调整弓网接触压力以利于受流，包括：滤清器1、五位两通电磁阀2、伺服调压阀3、升弓单向节流阀4、安全阀5、气囊6、受电弓控制单元7、压力传感器8、快速排气阀9、压力开关10、滑板11和光纤力传感器12；伺服调压阀3具有被动和自动调节两种工作模式；光纤力传感器12用于实时检测弓网间接触力，通过端口四13输入给受电弓控制单元7；受电弓控制单元7综合分析检测数据和列车线路状态信息通过端口六18输出控制信号给伺服调压阀3来动态调整弓网间接触力；而当受电弓闭环控制系统发生故障，端口六18无输出信号或者输出紊乱时，伺服调压阀3自动切换成被动工作模式，在此模式下已提前调整好输出值，压缩空气不经调整直接进入气囊6，此时受电弓气囊内压力恒定不变即不实时调节弓网间接触力；同时在紧急状态下，受电弓控制单元7可以通过端口三15控制快速排气阀9，使受电弓快速降下，防止受电弓和接触网发生更大的破坏，起到主动保护受电弓和接触网的作用；
其具体连接方式如下：所述滤清器1接收来自列车的压缩空气并进行过滤干燥处理，然后将其输出给五位两通电磁阀2；五位两通电磁阀2由列车操作者通过硬线控制，并通过端口一19将其状态反馈给受电弓控制单元7；得电时，五位两通电磁阀2导通，压缩空气直接通过五位两通电磁阀2，失电时，五位两通电磁阀2断开，阻断压缩空气进入气囊6中；从五位两通电磁阀2输出的压缩空气顺序流经伺服调压阀3、升弓单向节流阀4、和安全阀5后，进入气囊6；压力传感器8和气囊6连接，其数据输出端与受电弓控制单元7上的端口二16相连，用于检测气囊6的压力信息；伺服调压阀3的输入端与受电弓控制单元7的输出控制端口六18相连，用于控制伺服调压阀3的输出；光纤力传感器12安装在滑板11上，其数据输出端与受电弓控制单元7上的端口四13相连，用于反馈检测的弓网间接触力数据；
其中，气囊6还连接有快速排气阀9和压力开关10；快速排气阀9的控制端与受电弓控制单元7上的端口三15相连，用于快速排出气囊6中的压缩空气；
所述的压力开关10的输出端与受电弓控制单元7上的端口五14相连，用于受电弓的故障检测，当气囊6中的压力值达到设定值，则认为受电弓已升起且工作正常，反之，则有故障；
其中，所述受电弓控制单元7采用型号为stm32f103vet6单片机,根据实际需求安排七个接线端口，包括列车通信端口七17。列车通信端口七17通过列车获取用于闭环控制的列车运行速度、列车运行状态(受电弓在列车的位置、列车及受电弓的运行方向、是否有涉及受电弓的故障)和线路状态(是否有隧道、里程信息、温湿度信息)；列车通信端口七17与列车的通信方式为：串口，mvb(多功能列车总线)或以太网；
所述的伺服调压阀3的排风口连接有降弓节流阀20，用于对降弓速度的调节，以避免砸伤车顶或受电弓本体；
所述的光纤力传感器12采用光纤传输数据，具有良好的抗干扰性。
进一步地，本受电弓闭环控制系统的工作原理如下：
正常工作情况下，由电力列车司机发出升弓信号，五位两通电磁阀2得电导通，压缩空气依次经过滤清器1、五位两通电磁阀2、伺服调压阀3、升弓单向节流阀4和安全阀5到达气囊6；此时压力开关10闭合输出受电弓工作正常信号给受电弓控制单元7，而受电弓控制单元7控制快速排气阀9闭合。此时，伺服调压阀3工作在自动调节模式且当速度大于零时，受电弓控制单元7接收来自压力传感器8，光纤力传感器12和通过列车通信端口七17得到的外界信息，以精确、快速地控制气囊6的充气量和泄气量，从而使弓网间的接触压力一直保持合理的水平。而当速度等于零时，受电弓控制单元7端口六18输出信号为零，即伺服调节阀输出值为恒值。相应的升弓单向节流阀4对所述压缩空气的流速进行控制，以控制进入气囊6的压缩空气的流速。降弓节流阀20用于控制压缩空气的排出流速；
当光纤力传感器12发生故障时，受电弓控制单元7主动关闭端口四13数据的传输，此时受电弓控制单元7不接收来自光纤力传感器12的数据，整个控制系统工作成开环控制状态；
当伺服调节阀3、受电弓控制单元7或压力开关10中任一发生故障时，伺服调节阀3自动进入被动工作模式。在此模式下已提前调整好输出值，压缩空气不经调整直接进入气囊6，即此时进入气囊6的压缩空气压力值恒定不变；此种情况作为一种应急方案，可以给气囊提供一个近似不变的静态弓网间接触压力，以保障列车在精确控制气囊压力的系统出现故障的情况下仍能继续行驶，减少整个系统故障率，提高可用性。
当发生受电弓刮弓，接触线断裂等需要受电弓紧急降下情况时，列车操作员或者受电弓控制单元7自动发生紧急降弓指令，受电弓控制单元7得到此指令时自动关闭端口六18的输出，并通过端口三15控制快速排气阀9导通，因快速排气阀9的设计排气量大于气囊6的进气量，则气囊6中压缩空气快速排出，受电弓降下；同时，受电弓控制单元7通过列车通信接口七17反馈受电弓控制系统已实施快速降弓指令，则列车控制系统自动使五位两通电磁阀2断电，压缩空气不能进入气囊6中。
本发明实施例的实现可以使受电弓控制系统实现闭环控制，实时检测受电弓和接触网间的接触压力并反馈给受电弓控制单元，综合分析列车运行速度、列车运行状态和线路状态等外界条件，自动、快速、精确地调节气囊6的压力，进而动态控制弓网间的接触压力，以减少火花和弓网间的磨耗，达到了保障列车安全、可靠、高速运行及减少碳滑板磨耗以节省运营成本的目的，同时当部件发生故障后，系统可以自动切除闭环控制，仅以开环控制或被动方式运行，以及紧急状态下，快速自动降弓以保护受电弓和接触网受到更大破坏的功能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。