一种钢轨铣磨车牵引控制系统以及低恒速控制方法与流程

本发明涉及钢轨修复设备技术领域，特别是涉及一种钢轨铣磨车牵引控制系统以及低恒速控制方法。

背景技术：

钢轨铣磨列车是一种新型钢轨修复设备，它通过若干组铣刀盘采用成型铣削的方式去除钢轨表面材料，消除钢轨缺陷，改善平顺性。钢轨铣磨列车一次铣削深度大，一遍即可完成作业，作业速度可达1500m/h。工作过程中无火花、粉尘等，铁屑可收集，环境友好。横向及纵向修复精度高、使用维护成本低、线路适应性好，无须拆除护轨及信号装置，能适应地铁等小限界要求。

钢轨铣磨列车由两节组成，分为动力车和作业车，两车通过刚性连接杆连接。动力车A用于为整车走行、作业提供动力，，并具有砂带打磨功能。主要包括车体、从动转向架、动力转向架、司机室、动力及传动系统、燃油箱、砂带打磨装置、电器柜、制动系统、电气系统等。作业车B是钢轨铣磨作业的独立单元，主要由车体、车架、两组从动转向架、铣削装置、集屑系统，电气系统、作业控制系统及辅助系统等组成。

低恒速运行是指机车或列车以较低且恒定的速度运行，是铁路工程机械产品特有的一种工作方式，通过低恒速运行完成对铁道线路和供电设备的检修与维护，其性能好坏对作业效果影响较大，是铁路工程机械产品研发的一项关键技术。因此，提供一种既能满足高速运行要求，也能满足低恒速作业需要的钢轨铣磨车牵引控制系统是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种钢轨铣磨车牵引控制系统以及低恒速控制方法，以满足钢轨铣磨车对高速运行工况以及低恒速作业公开的要求。

为解决上述技术问题，本发明提供一种钢轨铣磨车牵引控制系统，包括：

发电机、牵引变流器、制动电阻以及牵引电动机；所述牵引变流器包括整流器以及逆变器；

所述发电机输出的交流电经所述整流器整流，输出直流电；所述逆变器用于将所述直流电转换为变压变频交流电；所述牵引电动机用于驱动钢轨铣磨车的轮对，以使所述钢轨铣磨车运行；

所述制动电阻与所述牵引变流器相连，用于在制动时，对所述牵引变流器输出的直流电进行消耗，以使所述牵引变流器的中间电压恒定。

可选地，所述牵引变流器具体用于：

在作业工况下，根据钢轨铣磨车的当前运行车速与预设的恒定速度值，实时调整对应的输出频率；当所述当前运行车速小于所述预设的恒定速度值时，增大所述牵引变流器的输出频率；当所述当前运行车速大于所述预设的恒定速度值时，降低所述牵引变频器的输出频率。

可选地，在运行工况下，所述发电机的输出电压为300-550V，频率为30-50Hz；在作业工况下，所述发电机的输出电压为380V，频率为50Hz。

可选地，所述牵引电动机采用强迫冷却的方式进行冷却。

可选地，还包括：复合冷却装置，用于对所述牵引变流器、所述制动电阻进行冷却。

可选地，所述复合冷却装置包括：冷却风道、储水罐、水泵机组、冷却风扇、热交换器、管路和箱体；其中，所述冷却风扇运转时，冷却空气由箱体一侧吸入，经所述热交换器、所述冷却风扇、所述冷却风道和所述制动电阻后，由另一侧排出。

可选地，还包括：

辅助变流器，用于为钢轨铣磨车的辅助设备提供所需的电源。

本发明还提供了一种钢轨铣磨车低恒速控制方法，包括：

检测钢轨铣磨车的当前运行车速；

将所述当前运行车速与预设的恒定速度值进行比较；

当所述当前运行车速小于所述预设的恒定速度值时，增大牵引变流器的输出频率，以使车速保持恒定；当所述当前运行车速大于所述预设的恒定速度值时，降低所述牵引变频器的输出频率，以使车速保持恒定。

本发明所提供的钢轨铣磨车牵引控制系统，包括发电机、整流器、牵引变流器、制动电阻以及牵引电动机；发电机输出的交流电经整流器整流，输出直流电；牵引变流器将直流电转换为变压变频交流电；牵引电动机将变压变频交流电经车轴齿轮箱减速后，驱动钢轨铣磨车的轮对使所述钢轨铣磨车运行；制动电阻与牵引变流器相连，用于在制动时，对牵引变流器输出的直流电进行消耗，以使牵引变流器的中间电压恒定。本发明所提供的钢轨铣磨车牵引控制系统，不仅能满足高速运行要求，也能够满足低恒速作业需要。在作业时还能够自动适应线路坡道和铣磨负载的变化，可以达到较高的恒速控制精度，满足了钢轨铣磨的要求。此外，本发明还提供了一种具有上述技术优点的钢轨铣磨车低恒速控制方法。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的钢轨铣磨车牵引控制系统的一种具体实施方式的示意图；

图2为本发明所提供的钢轨铣磨车的发电机电路示意图；

图3为本发明实施例提供的钢轨铣磨车低恒速控制方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的钢轨铣磨车低恒速控制原理示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明所提供的钢轨铣磨车牵引控制系统的一种具体实施方式的示意图如图1所示，该系统具体包括：

发电机、牵引变流器、制动电阻以及牵引电动机；牵引变流器包括整流器以及逆变器(图中未示出)。

所述发电机由柴油机驱动进行发电，其输出的交流电经所述整流器整流，输出直流电；所述逆变器用于将所述直流电转换为变压变频交流电；所述牵引电动机用于经车轴齿轮箱减速后，驱动钢轨铣磨车的轮对使所述钢轨铣磨车运行；

所述制动电阻与所述牵引变流器相连，用于在制动时，对所述牵引变流器输出的直流电进行消耗，以使所述牵引变流器的中间电压恒定。

需要指出的是，本发明实施例中牵引变流器为两个，制动电阻同样为两个。每个牵引变流器对应的牵引电动机两个，分别对应一个车齿箱以及轮对。牵引时，发电机输出交流电先经整流器输出直流电，再经逆变器输出变压变频交流电，供给牵引电动机，经车轴齿轮箱减速后驱动轮对，使列车运行。电制动时，轮对驱动牵引电动机做发电机运行，产生与运行方向相反的制动力。牵引电动机经逆变器输出直流电，通过斩波器消耗在制动电阻上，使牵引变流器中间电压恒定。

本实施例中牵引变流器具体用于：在作业工况下，根据钢轨铣磨车的当前运行车速与预设的恒定速度值，实时调整对应的输出频率；当所述当前运行车速小于所述预设的恒定速度值时，增大所述牵引变流器的输出频率；当所述当前运行车速大于所述预设的恒定速度值时，降低所述牵引变频器的输出频率。通过控制牵引变流器的输出频率与电压，实现对牵引电动机电磁转矩的控制，从而实现对牵引力或制动力的控制。

本发明所提供的钢轨铣磨车牵引控制系统，包括：发电机、牵引变流器、制动电阻以及牵引电动机；发电机输出的交流电经整流器整流，输出直流电；逆变器将直流电转换为变压变频交流电；牵引电动机用于经车轴齿轮箱减速后，驱动钢轨铣磨车的轮对使所述钢轨铣磨车运行；制动电阻与牵引变流器相连，用于在制动时，对牵引变流器输出的直流电进行消耗，以使牵引变流器的中间电压恒定。本发明所提供的钢轨铣磨车牵引控制系统，不仅能满足高速运行要求，也能够满足低恒速作业需要。在作业时还能够自动适应线路坡道和铣磨负载的变化，可以达到较高的恒速控制精度，满足了钢轨铣磨的要求。

钢轨铣磨车具有两种运用工况，因此对发电机输出提出了不同的要求。运行工况发电机是变压变频工作方式，柴油机工作在变速状态；作业工况发电机是定压定频工作方式，柴油机工作在定速状态。两种工作方式的转换通过控制柴油机转速和发电机励磁电流来实现。

本发明所提供的钢轨铣磨车在作业时可实现低恒速运行，速度范围为0.5-1.5km/h，对应的电机转速为20.8-62.5r/min，转子频率为0.7-2.1Hz。恒速精度为±0.1km/h，对应的电机转速为±4.2r/min，转子频率为±0.1Hz。运行工况最高速度与作业工况最低速度速比为80/0.5＝160，可兼顾低速作业与高速运行两种工况。

在运行与作业两种工况下，发电机采用双电压输出，高速采用高压供电，低速采用低压供电，与轮周功率匹配，同时降低谐波的影响。

参照图2本发明所提供的钢轨铣磨车的发电机电路示意图，下面对发电机的工作过程进行进一步详细阐述。

在运行工况下：F闭合，K断开。发电机为牵引变流器和辅助变流器供电。发电机输出电压为300-550V，频率为30-50Hz，柴油机转速为900-1500r/min。空压机和牵引通风机等辅助设备所需380V/50Hz电源由辅助变流器提供。

在作业工况下：F与K均闭合。发电机为牵引变流器和辅助变流器供电，同时为辅助、铣削和打磨设备供电。发电机输出电压为380V，频率为50Hz，柴油机转速为1500r/min。空压机和牵引通风机等辅助设备所需380V/50Hz电源仍由辅助变流器提供。

本发明实施例中发电机由柴油机驱动，改变柴油机转速也就改变了发电机转速。为了使发电机获得稳定的输出电压，发电机转速应工作在规定的范围内，特别是额定点。

牵引变流器和制动电阻工作时，变流元件和制动电阻均会发热，必须对其进行冷却。因此在上述实施例的基础上，本发明实施例还可以进一步包括：复合冷却装置，用于对所述牵引变流器、所述制动电阻进行冷却。

钢轨铣磨车牵引变流器为水冷方式，制动电阻为风冷方式。复合冷却装置将牵引变流器水冷装置和制动电阻风冷装置集成在一起，仅用一台冷却风扇就实现了对变流元件和制动电阻的冷却，具有结构合理简单，使用维护方便的特点。

作为一种具体实施方式，复合冷却装置可以包括：冷却风道、储水罐、水泵机组、冷却风扇、热交换器、管路和箱体；其中，所述冷却风扇运转时，冷却空气由箱体一侧吸入，经所述热交换器、所述冷却风扇、所述冷却风道和所述制动电阻后，由另一侧排出，实现对变流元件和制动电阻的冷却。

进一步地，本实施例中牵引电动机可以采用强迫冷却方式(如IC416)，解决低速作业牵引电动机冷却问题。

本发明实施例还可以包括辅助变流器，用于为钢轨铣磨车的辅助设备提供所需的电源。

此外，良好的粘着性能是低恒速控制的基础，因此本实施例可以采用增加粘着重量方法，防止空转滑行发生。

牵引变流器控制是低恒速的核心技术，控制算法和处理速度对低恒速性能影响较大。下面对本发明实施例提供的钢轨铣磨车低恒速控制方法进行介绍，下文描述的钢轨铣磨车低恒速控制方法与上文描述的钢轨铣磨车牵引控制系统可相互对应参照。

图3为本发明实施例提供的钢轨铣磨车低恒速控制方法的流程图，参照图3钢轨铣磨车低恒速控制方法可以包括：

步骤S101：检测钢轨铣磨车的当前运行车速；

步骤S102：将所述当前运行车速与预设的恒定速度值进行比较；

步骤S103：当所述当前运行车速小于所述预设的恒定速度值时，增大牵引变流器的输出频率，以使车速保持恒定；当所述当前运行车速大于所述预设的恒定速度值时，降低所述牵引变频器的输出频率，以使车速保持恒定。

低恒速控制实质是通过控制牵引变流器输出频率和电压，对牵引电动机电磁转矩的控制，也就是对牵引力或制动力的控制。为达到较高的控制精度，本发明实施例可以采用了闭环控制。闭环控制就是对电机转速施加反馈控制，使电机转速恒定在设定值上。为此，需要控制电磁转矩与负载转矩相等，才能使转速变化率为零，即转速恒定不变。参照图4低恒速控制原理示意图，下面对上坡和下坡时的调速过程进行进一步详细阐述。

1)上坡时，工作点转换顺序为a-b-c。如果变频器输出频率保持f₂不变，则运行到b点，车速降低，为保持车速不变，提高变频器输出频率至f₃，牵引力增大，即运行到工作点c，使车速不变。

2)下坡时，工作点转换顺序为a-d-e。如果变频器输出频率保持f₂不变，则运行到d点，车速升高，为保持车速不变，降低变频器输出频率至f₁，制动力增大，即运行到工作点e，使车速不变。

本发明所提供的钢轨铣磨车低恒速控制方法，通过检测钢轨铣磨车的当前运行车速；将当前运行车速与预设的恒定速度值进行比较；当当前运行车速小于预设的恒定速度值时，增大牵引变流器的输出频率，以使车速保持恒定；当当前运行车速大于预设的恒定速度值时，降低牵引变频器的输出频率，以使车速保持恒定。本发明所提供的钢轨铣磨车低恒速控制方法，使得钢轨铣磨车不仅能够满足高速运行要求，还能够满足低恒速作业需要。并且在作业时还能够自动适应线路坡道和铣磨负载的变化，可以达到较高的恒速控制精度，满足了钢轨铣磨的要求。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的钢轨铣磨车牵引控制系统以及低恒速控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。