DE2503703B2

DE2503703B2 - Anordnung zur Unterdrückung unzulässiger Schlupfwerte zwischen Rad und Schiene eines motorgetriebenen Schienenfahrzeugs

Info

Publication number: DE2503703B2
Application number: DE2503703A
Authority: DE
Inventors: Bo Dipl.-Ing. Vaesteraas Soederberg (Schweden)
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-09-06
Filing date: 1975-01-30
Publication date: 1980-05-22
Also published as: ATA22675A; SE384822B; AT346898B; DE2503703A1; GB1483747A; SE7411269L; CH593155A5; DE2503703C3; CA1044350A; US4037143A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die im Oberbegriff des Patentanspruches genannte Anordnung nach dem Hauptpatent 2406479.

Bei der Anordnung nach dem Hauptpatent mißt das am Fahrzeug angebrachte Schwingungsmeßglied mechanische Schwingungen mit einer bestimmten Eigenfrequenz des Antriebssystems. Es hat sich gezeigt, daß beim Schleudern verschiedene Arten von Schwingungen im Antriebssystem mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen auftreten. Bei einem Ausführungsbeispiel nach dem Hauptpatent nutzt man in erster Linie eine dieser Schwingungsarten aus, nämlich die Torsionsschwingungen des aus Antriebswelle und Treibrad bestehenden schwingungsfähigen Systems, welches in einem typischen Fall eine Eigenschwingfrequenz von ca. 50 Hz hat. Zur Messung dieser Schwingung wird bei der Anordnung nach dem Hauptpatent ein in einer Reaktionsstütze angebrachter Kraftgeber, der beispielsweise magnetoelastisch oder nach dem Meßdehnstreil'enprinzip arbeitet, oder ein am Drehgestell angeordneter Beschleunigungsmesser verwendet. Zur Feststellung dieser Schwingungen kann alternativ z. B. auch ein auf der Antriebswelle oder am Treibrad angebrachter Momenengeber oder Geschwindigkeitsgeber (Tachometergenerator) verwendet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung nach dem Hauptpatent derart weitcrzucntwickeln, daß der Aufwand für das erfor-

derliche Schwingungsmeßglied vermindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruches genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches genannten Merkmale hat.

Diese alternative Ausführungsart des im Hauptpatent angegebenen Erfindungsgedankens nutzt die Tatsache aus, daß sich wenigstens die sehr niederfrequenten der beim Schleudern auftretenden Schwingungen im Antriebssystem und Fahrgestell auf den Antriebsmotor fortpflanzen. Hierdurch wird die Motordrehzahl mit einer Wechselkomponente überlagert, deren Frequenz der Eigenfrequenz des beim Schleudern schwingenden Systems entspricht. Bei einem typischen Drehgestell sind torsionsfedernde Elemente zwischen dem Antriebsmotor und der Treibradachse angeordnet. Diese Elemente verhindern, daß der Motor von Schwingungen mit höherer Frequenz beeinflußt wird. Niederfrequente Schwingungen dagegen können dem Motor Geschwindigkeitsvariationen von solcher Größe geben, daß sie zur Feststellung eines Schleuderns praktisch verwendbar sind. Diese Geschwindigkeitsvariationen verursachen direkt entsprechende Variationen in der Motorspannung und damit im Motorstrom.

Bei einer typischen Drehgestellkonstruktion tritt beim Schleudern eine Wechselkomponente in der Spannung und im Strom des Antriebsmotors mit einer Frequenz in der Größenordnung von 1 Hz auf. Diese Komponente tritt ebenso wie die im Hauptpatent genannte Schwingung auf, wenn das Schleudern den Wert übersteigt, bei dem man eine maximale Adhäsion erhält, und kann daher in derselben Weise zur Anzeige des Überschreitens eines Adhäsionsmaximums und zur Steuerung der Zugkraft verwendet werden, um das Antriebssystem im Punkte der maximalen Adhäsion zu betreiben.

Bei der Erfindung wird der Antriebsmotor selbst als Geber für die Schwingungen ausgenutzt. Der Motor wandelt die Geschwindigkeitsänderungen in ein elektrisches Signal um, nämlich einer der Spannung und dem Strom des Motors überlagerten Wechselkomponente. Irgendwelche besonderen Geber sind also bei dieser Ausführungsform nicht erforderlich. Bei Antriebsausrüstungen dieser Art sind die Motorspannung und der Motorstrom oder zumindest eine dieser beiden Größen im allgemeinen über Meßgeräte zugänglich. Die Anordnung nach der Erfindung erfordert also nur eine geringfügige Ergänzung der bereits vorhandenen Ausrüstung.

Anhand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figur zeigt die Antriebs- und Regelausrüstung für einen Antriebsmotor Ml eines Schienenfahrzeuges.

Der Anker des Motors M1 wird in bekannter Weise von einem steuerbaren Gleichrichter Cl mit Gleichstrom gespeist, der seinerseits an die Klemmen AC eines Wcchselstromnetzes angeschlossen ist. Die Größe der vom Gleichrichter CX gelieferten Gleichspannung wird von dem von einem Verstärker FTt an ein Steuerimpulsgerät 5PD gelieferten Signal bestimmt. An den Motor ist ein Tachometergenerator TG angekuppelt, welcher ein der Motorgeschwindigkeit ν proportionales Signal liefert. Dieses Signal wird in einem Summierungsglied Sl mit einem von einem Potentiometer Pl gelieferten Geschwindigkeitswert v_n,, verglichen. Der gebildete Differenzwert wird ei-

nem Verstärker Fl mit geeigneter Charakteristik zugeführt, dessen Ausgangssignal den Sollwert I_ref für Jen Motorstrom darstellt. I₁. wird einem Begrenzungsverstärker FI zugeführt. Dessen Ausgangssignal I'ref ^lsi proportional dem Eingangssignal l_rej, solange I_ref kleiner als oder gleich einem mit Hilfe eines Potentiometers PI eingestellten Grenzwert i ist. Für / _; > / ist V_nJ = /. Mit Hilfe von PI kann also die maximale Zugkraft und damit die maximale Beschleunigung eingestellt werden. Ein Strommeßgerät /Λ-/ erzeugt ein dem Molorstrom proportionales Signal /, welches in einem Summierungsglied 52 mit I'_re) verglichen wird. Die Differenz aus V_rej und / ist der Stromfehler (Regelabweichung) und wird über den Verstärker (Stromregler) F3 dem Steuerimpulsgerät 5PD des Stromrichters Cl zugeführt. Auf an sich bekannte Weise ist das beschriebene Regelsystem bestrebt, die Geschwindigkeit entsprechend dem am Potentiometer Pl eingestellten Wert konstant zu halten und den mit Hilfe des Potentiometers PI eingestellten maximalen Motorstrom (und damit die Zugkraft und die Beschleunigung) nicht zu überschreiten.

Das Signal vom Strommeßgerät IM wird einem Bandpaßfilter BP zugeführt. Dieses ist so bemessen, daß es Schwingungen mit einer Frequenz durchläßt, die beim Schleudern im Antriebssystem und im Motor auftreten. Wie bereits erwähnt, kann die Frequenz in einem typischen Fall in der Größenordnung von 1 Hz liegen. In einem Gleichrichter R wird das Ausgangssignal vom Bandpaßfilter in ein der Schwingungsamplitude proportionales Gleichspannungssignal umgewandelt, welches einem Summierungsglied 53 zugeführt wird. Von einem Potentiometer Pi erhält man einen Schwellwert. Im Summierungsglied 53 wird die Schwingungsamplitude mit diesem Schwellwert verglichen. Ein Verstärker F4 gibt ein Ausgangssignal / an den Begrenzungsverstärker FI. Dieses Signal beeinflußt den Verstärker FI in derselben Weise wie das Signal / vom Potentiometer PI. Bei normalem Betrieb, d. h. wenn das Ausgangssignal vom Gleichrichter R den vom Potentiometer P3 bestimmten Schwellwert nicht erreicht, ist das Ausgangssignal / des Verstärkers F4 so groß, daß es keine Begrenzung des Ausgangssignals des Verstärken; FI veranlaßt. Wenn die Schwingungsamplitude den vom Potentiometer P3 bestimmten Schwellwert überschreitet, dann wird das Ausgangssignal / des Verstärkers F4 kleiner, wodurch der Stromsollwcrt /' begrenzt wird. Der Ankerstrom / des Motors und damit auch die Zugkraft werden in entsprechendem Maße verringert, wodurch die Schwingungsamplitude abnimmt. Hierdurch entsteht ein geschlossener Regelkreis, der, wenn eine hohe Beschleunigung gewünscht wird, automatisch dafür sorgt, daß das Antriebssystem im Punkt maximaler Adhäsion arbeitet. Aul diese Wi'isc wird die maximal zur Verfugung siehende Adhäsion unter allen Umständen voll ausgenutzt werden.

Der Schwellwert, mit dem die Schwingungsamplitude im Summierungsglied 53 verglichen wird, kann Null sein. In diesem Falle sind da;. Potentiometer P3 und das Summierungsglied 53 entbehrlich. Zweckmäßigerweise wird jedoch mittels des Potentiometers P3 ein solcher Schwellwert eingestellt, daß unerwünschte Eingriffe in die Zugkraft aufgiund geringer Schwingungen vermieden werden. In gewissen Fällen kann es zweckmäßig sein, eine gewisse Glättung oder Verzögerung im Signalweg aus den Gliedern W-53-F4-F2 vorzusehen, wodurch kurzzeitige Schwingungen daran gehindert werden, die Zugkraft zu reduzieren.

Al'ernativ kann ein Meßgerät angeordnet werden, um ein dem Augenbückwert der Motorspannung entsprechendes Signal zu bilden, welches dem Bandpaßlilter BP zugeführt wird. Als Meßgerät kann beispielsweise ein Spannungsteiler dienen.

Auf ein und demselben Drehgestell sind häufig zwei (evtl. auch mehrere) Antriebswellen mit ihren zugehörigen Motoren vorhanden. Jeder Motor kann dabei mit einem eigenen Speise- und Regelsystem der in der Figur gezeigten Art ausgerüstet sein.

In manchen Fällen werden die in demselben Drehgestell untergebrachten Motoren oder auch alle Motoren des Fahrzeugs von einem gemeinsamen Stromrichter gespeist. Dabei wird zweckmäßigerweise jeder Motor mit einem Strom- oder Spannungsmeßgerät, einem Bandpaßfilter BP und einem Gleichrichter R ausgerüstet. Dabei kann ein Auswahlkreis vorgesehen werden, der dem Summierungsglied 53 das jeweils größte der von den Gleichrichtern R gelieferten Signale zuführt.

Das Signal / könnte auch dem Summierungsglied 52 zugeführt und dort vom Stromsollwert V_nt subtrahiert werden.

Wie schon im Hauptpatent beschrieben, wird in einer vereinfachten Ausführungsform der Erfindung das Ausgangssignal von dem schwingungsabtastenden Organ einem Anzeigeorgan im Führerstand des Fahrzeugszugeführt. Bei auftretenden Schwingungen muß der Fahrer dann die Zugkraft manuell anpassen. Auch mit diesem vereinfachten System können wesentliche Zugkraftverbesserungen erzielt werden.

Die Anordnung nach der Erfindung wurde im vorangehenden für den Fall des Schleuderns infolge einer Beschleunigung beschrieben. Sie kann jedoch in der gleichen vorteilhaften Weise verwendet werden beim Gleiten, das bei einem Verzögern infolge einer elektrischen Motorbremsung auftritt.

Die vorgenannten typischen Eigenschwingungsfrequenzen sind natürlich nur Beispiele und variieren bei den verschiedenen Drehgestellkonstruktionen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Anordnung zur Unterdrückung unzulässiger Schlupfwerte zwischen Rad und Schiene bei einem motorgetriebenen Schienenfahrzeug mit mindestens einem Antriebssystem aus Antriebsmotor und Treibrad mit einem Schwingungsmeßglied zur Erfassung mechanischer Schwingungen des Antriebssystems und einer Auswertevorrichtung für die gemessenen mechanischen Schwingungen, um die Zugkraft bei Überschreitung bestimmter Schwingungswerte zu reduzieren, welche Auswertevorrichtung ein Bandpaßfilter umfaßt, in dem aus den abgetasteten mechanischen Schwingunger, nur Schwingungen mit einer Eigenfrequenz des Antriebssystems herausgefiltert werden, aus denen ein der Größe der Amplitude dieser Eigenschwingungen entsprechendes Signal gebildet wird, welches einem Anzeigeorgan und/ oder einem Organ zur signalabhängigen Reduzierung der Zugkraft des Antriebsmotors zugeführt wird, wobei das Maß der Reduzierung um so höher ist, je größer das Signal ist, nach Patent 2406479, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungsmeßglied Schwingungen mißt, die im Ankerstrom oder in der Ankerspannung des Antriebsmotors aufgrund einer in der Motordrehzahl enthaltenen Wechselkomponente auftreten, die von einer Eigenschwingung des Antriebssystems erzeugt wird, deren Frequenz so niedrig ist, daß sie sich über die torsionsfedernden Elemente der Drehmomentenübertragung zum Motor fortzupflanzen vermag.