CN110371160A - 一种机车车轮减磨降噪的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机车车轮减磨降噪的控制方法，当机车运行时，包括以下步骤：判断机车状态，当机车处于第一状态时：进行回转量的收集；将回转量与设定阈值进行比较；当回转量大于第一设定阈值或者当回转量小于第二设定阈值时，将回转量换算为曲线半径；根据曲线半径的值计算喷脂量及确定需喷脂的车轮轮缘位置；向需喷脂的车轮轮缘定量地喷脂。当机车处于第二状态时，不执行上述任何步骤。本发明还公开了一种机车车轮减磨降噪的控制装置。本发明作为一种全新的机车车轮自动减磨降噪装置及控制方法，通过收集车体相对于转向架的回转量和变化趋势，自动判断曲线半径大小，进而实现喷脂轮位的独立动作和喷脂量的变化。

Description

一种机车车轮减磨降噪的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及机车控制领域，并且更具体地，涉及一种机车车轮减磨降噪的控制方法及装置。

背景技术

机车通过曲线时需要通过轮缘引导，使转向架与车体发生相对转动，此时车轮与钢轨剧烈摩擦，大大影响了车轮的使用寿命。车轮减磨降噪装置根据运行工况自动向轮缘喷洒润滑脂，有效减小轮轨之间的摩擦，提高车轮的使用寿命。目前减磨装置的喷脂方式多为定距喷脂，通过计算机车的行走距离控制喷脂次数，导致喷脂次数过多污染环境或是喷脂较少，机车在通过曲线轮缘与钢轨剧烈摩擦时得不到有效润滑。

现有技术中，利用机车已有的LKJ2000型监控主机***和TAX2监测装置再增加一个插件对机车行驶中轮缘自动润滑，该方法一定程度解决了直线段喷脂量大的问题，但无法及时准确的根据车轮与钢轨的摩擦程度控制润滑脂的多少。

目前车轮减磨降噪装置在第一轴两个车轮设置润滑喷头，通过计算机车的行走距离控制喷脂次数，且工作时两个喷头同时喷脂。该方法的缺点为：

1)通过定距喷脂导致平直轨道上喷脂次数过多造成环境污染，曲线轨道上喷脂过少造成车轮摩损严重。

2)在机车出现晃动或蛇形时容易出现勿喷脂。

3)在机车通过曲线时不能及时、足量的喷脂。

4)在机车通过连续曲线时轮缘不能得到有效润滑。

5)喷脂时两喷头同时动作浪费油脂，不能精准有效的判断轮轨摩擦部位，进行润滑。

6)无法实时准确的判断轨道曲线与轮轨摩擦情况。

因此，仍需一种机车车轮自动减磨降噪装置及控制方法，其能够自动判断曲线半径大小，进而实现喷脂轮位的独立动作和喷脂量的控制。

发明内容

为了克服现有技术不足，本发明的目的在于提供一种机车车轮减磨降噪的控制装置及装置，用以解决现有技术中喷脂量不易控制、误喷脂的问题，解决机车在曲线时及时、足量喷脂的问题，解决机车通过连续曲线时及时有效的喷脂问题以及实现不同轮位喷头的独立控制。

基于上述目的，采用如下技术方案：

根据本发明，提供一种机车车轮减磨降噪的控制方法，当机车运行时，包括以下步骤：

判断机车状态，当机车处于第一状态时：

获得速度信号；

进行回转量的收集；

将回转量与设定阈值进行比较；

当回转量大于第一设定阈值时，将回转量换算为曲线半径；或者，当回转量小于第二设定阈值时，将回转量换算为曲线半径；

根据曲线半径的值计算喷脂量及确定需喷脂的车轮轮缘位置；

向需喷脂的车轮轮缘定量地喷脂；

当机车处于第二状态时，不执行上述任何步骤。

进一步地，回转量为机车车体与转向架发生相对转动时回转量收集装置在测量点测得的相对位移量；其中，回转量的测量手段为在转向架前端两侧分别设置回转量收集装置，回转量收集装置的一端连接到转向架以及另一端连接到车体上；机车通过曲线轨道时，转向架与机车车体发生相对转动，产生回转量；回转量收集装置产生拉力信号或压力信号。

进一步地，第一设定阈值为回转量为15mm和回转量维持时间为2S(秒)；或者第二设定阈值为回转量变化频率为5Hz。

回转量变化频率定义为车体相对于转向架往复摆动的频率。

进一步地，第二状态对应于机车出现晃动或出现蛇形运动的状态；解决了误喷脂的问题。

其中，机车出现晃动的状态为：车体相对于转向架单次摆动，机车车轮轮缘和轨道未接触或接触后摩擦较小，不需润滑；

机车出现蛇形运动的状态为：车体相对于转向架往复摆动，此时机车车轮轮缘与轨道并未接触，不需润滑。

进一步地，对应于机车出现晃动的阈值为回转量小于15mm且回转量维持时间小于2S(秒)。

进一步地，对应于机车出现蛇形运动的阈值为回转量变化频率f大于5Hz，此时回转量可能大于15mm或小于15mm。

进一步地，回转量换算为曲线半径的公式为：

其中，回转量为ΔX，其公式为：

其中，F-回转量收集装置测得的拉力值，H-转向架回转中心距收集装置的距离，S₁-转向架中心距车体中心的距离，L-转向架轴距，X₁-转向架一轴转心距，K-回转量收集装置的刚度。

进一步地，需喷脂的车轮轮缘位置的判断步骤为：机车通过曲线轨道时，产生拉力信号的一侧的车轮进行喷脂润滑。

进一步地，根据曲线半径的值计算喷脂量的公式为：

Q＝A/R

其中，Q为每秒喷脂量(单位为克)，A＝300gm(克米)，R为半径(单位为米)。

根据本发明，还提供一种实施如上所述方法的机车车轮减磨降噪的控制装置，包括：总控装置、回转量收集装置以及喷脂阀控制部分；

总控装置控制回转量收集装置进行回转量的收集，总控装置计算喷脂量且确定需喷脂的车轮轮缘位置，总控装置对喷脂阀控制部分发送喷脂信号，喷脂阀控制部分控制需喷脂的车轮的喷脂阀进行喷脂。

进一步地，回转量收集装置包含弹簧和压力传感器；回转量收集装置设置在转向架的前端的两侧，回转量收集装置的一端连接到转向架以及另一端连接到车体。

本发明的有益效果：

本发明作为一种全新的机车车轮自动减磨降噪装置及控制方法，通过收集车体相对于转向架的回转量和变化趋势，自动判断曲线半径大小，进而实现喷脂轮位的独立动作和喷脂量的变化。喷脂量随着曲线半径的变化而变化，机车通过的轨道曲线半径较小时，相对回转量较大，轮轨摩擦剧烈喷脂量大；机车通过的轨道曲线半径较大时，相对回转量小，喷脂量少。

本发明有效的控制喷脂量，通过设定阈值，排除机车蛇形时和小幅摆动时的误喷动作；通过判断转向架相对于车体的回转量变化趋势判断曲线的方向，控制喷脂轮位；使机车在通过曲线时能够及时、足量、准确的喷脂；大大节约润滑脂，有效减小车轮摩损提高使用寿命。

本发明更加直接的反映了机车与转向架的相对运动情况，及时的反映了车轮与钢轨的接触情况。

现有技术中存在通过加速度传感器和陀螺仪测量车体的倾斜和相信加速度判断线路的曲线情况，本申请通过测量车体与转向架的相对回转量判断曲线半径，可避免由于线路欠超高时陀螺仪误判和低速通过曲线时加速度较小等问题，本发明的方法可更加真实、直接的反映出曲线半径的大小及方向。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施案例，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为本发明实施例的机车车轮减磨降噪的控制方法流程图；

图2为本发明实施例的机车通过直线路段时的车体与转向架状态的示意图；

图3为本发明实施例的机车通过曲线路段时的车体与转向架状态的示意图；

图4为本发明实施例的回转量收集装置布置示意图；

图5为本发明实施例的机车通过曲线路段时的转向架相对车体的各参数示意图。

附图标记列表

1-转向架、2-车体、4-曲线轨道中心线、5-回转量收集装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

机车车轮减磨降噪的控制方法和装置用于机车轮缘与钢轨之间的润滑，减小两者之间的摩擦，延长车轮的使用寿命。在机车通过曲线轨道时，车轮轮缘与钢轨紧密贴合，摩擦剧烈车轮摩损较快，需要较多的润滑脂进行润滑；机车在平直轨道运行时，轮轨摩擦较小，轮轨之间不需润滑脂。

机车车轮减磨降噪的控制装置包括：总控装置、回转量收集装置以及喷脂阀控制部分；

总控装置控制回转量收集装置进行回转量的收集，总控装置计算喷脂量且确定需喷脂的车轮轮缘位置，总控装置对喷脂阀控制部分发送喷脂信号，喷脂阀控制部分控制需喷脂的车轮的喷脂阀进行喷脂；

当机车运行时，总控装置获得速度信号，回转量开关得电开启，回转量收集装置收集到回转量后，总控装置将回转量与设定的阈值进行比较，并且当回转量大于第一设定阈值或者回转量小于第二设定阈值时，将回转量换算为曲线半径；总控装置根据曲线半径的值计算喷脂量及确定需喷脂的车轮轮缘位置；喷脂阀控制部分向需喷脂的轮缘定量地喷脂；

其中，回转量收集装置5设置在转向架1的前端的两侧，回转量收集装置5的一端连接到转向架1以及另一端连接到车体2上(如图4所示)。

本实施例的回转量收集装置包含弹簧和压力传感器，弹簧与压力传感器串联连接。直线路段上回转量为零，此时压力传感器设置为零。当机车运行在曲线段时，车体与转向架相对转动，弹簧处于拉伸或压缩状态，相应地，压力传感器产生拉力信号或压力信号。因此收集装置可收集传感器的压力大小和方向，曲线半径越小相对转动量越大，传感器的压力或拉力越大。

喷脂阀如本领域技术人员公知地设置在每个车轮的内侧，即轮缘根部。

如本领域技术人员公知的，机车的一车轴上连接有两个车轮，当机车转弯时，靠近转弯圆心的车轮所在的轨道为内轨，远离转弯圆心的车轮所在的轨道为外轨。

如图1所示，采用上述装置的机车车轮减磨降噪的控制方法，当机车运行时，包括以下步骤：

判断机车状态，当机车处于第一状态时：

车轮减磨降噪装置获得速度信号；

回转量开关得电开启，进行回转量的收集；

将回转量与设定阈值进行比较；

当回转量大于第一设定阈值时，将回转量换算为曲线半径；或者，当回转量小于第二设定阈值时，将回转量换算为曲线半径；

根据曲线半径的值计算喷脂量及确定需喷脂的车轮轮缘位置；

向需喷脂的车轮轮缘定量地喷脂；

当机车处于第二状态时，不执行上述任何步骤。

回转量为机车车体与转向架发生相对转动时回转量收集装置在测量点处测得的相对位移量，在本实施例中，由于回转量收集装置包含弹簧和压力传感器，因此回转量为机车车体与转向架发生相对转动时转动量收集装置的伸长量。车体2在直线路线运动时(如图2所示)，转向架1与车体2不发生相对运动，初始回转量为零，当车体进入曲线路线运动时，回转量收集装置在测量点处测得的的伸长量，即为此刻的回转量。如图4所示，测量点位于转向架1与回转量收集装置5的连接处。

车轮减磨降噪装置获得速度信号后，回转量开关才得电开启，进行回转量的收集；这是由于当机车在弯道处停止时，同样会产生回转量，但此时并不需要喷脂，因此，此时不进行回转量的收集；只有当机车在行驶时(即能够获得速度信号)，回转量开关才得电开启，进行回转量的收集。

其中，回转量的测量手段为在转向架1前端两侧分别设置回转量收集装置5，回转量收集装置5的一端连接到转向架1以及另一端连接到车体2上(如图4所示)；机车通过曲线轨道(以曲线轨道中心线4示出)时，转向架1与机车车体2发生相对转动(如图3所示)，产生回转量；回转量收集装置产生拉力信号或压力信号。

第一设定阈值为回转量为15mm和回转量维持时间为2S；或者所述第二设定阈值为回转量变化频率为5Hz。

第二状态对应于机车出现晃动或出现蛇形运动的阈值；即本实施例的控制方法还剔除了上述2种工况，解决了误喷脂的问题。

机车出现晃动的情况为：车体相对于转向架单次摆动，机车车轮轮缘和轨道未接触或接触后摩擦较小，不需润滑；对应于机车出现晃动的阈值为回转量小于15mm且时间小于2S。

机车出现蛇形运动的情况为：车体相对于转向架往复摆动，此时机车车轮轮缘与轨道并未接触，不需润滑。对应于机车出现蛇形运动的阈值为回转量变化频率大于5Hz。

回转量换算为曲线半径的公式为：

其中，F-回转量收集装置测得的拉力值(N)，H-转向架回转中心距收集装置的距离(m)(如图4所示)，S₁-转向架中心距车体中心的距离(m)，L-转向架轴距(m)(如图2所示)，X₁-转向架一轴转心距(m)，K-回转量收集装置的刚度(N/m)。

该公式的计算过程为：机车运行在半径为R的曲线时，转向架1对于车体2的转角为θ，如图5所示。此时此时回转量(本实施例中为转动量收集装置的伸长量)为：由此计算出曲线半径：

X₁为转向架一轴转心距，具体地，如图5所示，X₁的左侧端为转向架转心，右侧端为一轴(即车辆前端车轴)对应的位置；本实施例的转向架转心确定方式为当车辆转弯时，轨道圆心与转向架垂线的交点即为转向架转心。

需喷脂的车轮轮缘位置的判断步骤为：机车通过曲线轨道时，产生拉力信号的一侧的车轮进行喷脂润滑。机车通过曲线轨道时第一轴外侧的车轮与外轨贴靠进行导向，使转向架与车体发生相对远离的转动，保证通过曲线，因此拉力信号侧(或转向架与车体相对远离侧)车轮贴靠钢轨，因此在拉力信号侧车轮进行喷脂润滑。

根据曲线半径计算公式知曲线半径与回转量(ΔX)成反比，机车通过的轨道曲线半径较小，相对转动量大，轮轨摩擦剧烈喷脂量大，喷脂量大；机车通过的轨道曲线半径较大，相对转动量小，喷脂量少。

因此，喷脂量与曲线半径成反比，根据曲线半径的值计算喷脂量的公式为：

Q＝A/R

其中，Q为每秒喷脂量(单位为克)，A＝300gm(克米)，R为半径(单位为米)。

在另一优选实施例中，回转量收集装置也可由光电或电阻装置或其他可用于测量的装置组成，用以测量横动量(相对位移量)的大小。

以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。

上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机车车轮减磨降噪的控制方法，其特征在于，当机车运行时，包括以下步骤：

判断机车状态，当机车处于第一状态时：

进行回转量的收集；

将回转量与设定阈值进行比较；

当回转量大于第一设定阈值时，将回转量换算为曲线半径；或者，当回转量小于第二设定阈值时，将回转量换算为曲线半径；

根据曲线半径的值计算喷脂量及确定需喷脂的车轮轮缘位置；

向需喷脂的车轮轮缘定量地喷脂；

当机车处于第二状态时，不执行上述任何步骤。

2.根据权利要求1所述的机车车轮减磨降噪的控制方法，其特征在于，所述回转量为机车车体与转向架发生相对转动时回转量收集装置测得的相对位移量；其中，所述回转量的测量手段为在转向架前端两侧分别设置回转量收集装置，所述回转量收集装置的一端连接到转向架以及另一端连接到车体上；机车通过曲线轨道时，转向架与机车车体发生相对转动，产生回转量；所述回转量收集装置产生拉力信号或压力信号。

3.根据权利要求1所述的机车车轮减磨降噪的控制方法，其特征在于，所述第一设定阈值为回转量为15mm和回转量维持时间为2S；或者所述第二设定阈值为回转量变化频率为5Hz。

4.根据权利要求1所述的机车车轮减磨降噪的控制方法，其特征在于，

所述第二状态对应于机车出现晃动或出现蛇形运动的状态；

其中，机车出现晃动的状态为：车体相对于转向架单次摆动，机车车轮轮缘和轨道未接触或接触后摩擦较小，不需润滑；

机车出现蛇形运动的状态为：车体相对于转向架往复摆动，此时机车车轮轮缘与轨道并未接触，不需润滑。

5.根据权利要求4所述的机车车轮减磨降噪的控制方法，其特征在于，对应于机车出现晃动的阈值为回转量小于15mm且回转量维持时间小于2S。

6.根据权利要求4所述的机车车轮减磨降噪的控制方法，其特征在于，对应于机车出现蛇形运动的阈值为回转量变化频率大于5Hz。

7.根据权利要求1所述的机车车轮减磨降噪的控制方法，其特征在于，回转量换算为曲线半径的公式为：

其中，回转量为ΔX，其公式为：

其中，F-回转量收集装置测得的拉力值，H-转向架回转中心距收集装置的距离，S₁-转向架中心距车体中心的距离，L-转向架轴距，X₁-转向架一轴转心距，K-回转量收集装置的刚度。

8.根据权利要求2所述的机车车轮减磨降噪的控制方法，其特征在于，需喷脂的车轮轮缘位置的判断步骤为：机车通过曲线轨道时，产生拉力信号的一侧的车轮进行喷脂润滑。

9.一种实施如权利要求1-8任一项所述方法的机车车轮减磨降噪的控制装置，其特征在于，包括：总控装置、回转量收集装置以及喷脂阀控制部分；

所述总控装置控制所述回转量收集装置进行回转量的收集，所述总控装置计算喷脂量且确定需喷脂的车轮轮缘位置，所述总控装置对所述喷脂阀控制部分发送喷脂信号，所述喷脂阀控制部分控制需喷脂的车轮的喷脂阀进行喷脂。

10.根据权利要求9所述的机车车轮减磨降噪的控制装置，其特征在于，所述回转量收集装置设置在转向架的前端的两侧，所述回转量收集装置的一端连接到转向架以及另一端连接到车体。