一种轨道车辆踏面修形控制方法、装置及系统与流程

本发明属于轨道车辆测控技术领域，涉及轨道车辆踏面修形控制系统。

背景技术：

踏面修形器是在轨道车辆运行过程中对踏面上的油污、锈迹等杂质进行清除以及规整踏面外形的装置，达到改善轮轨间黏着系数，降低车轮抱死滑行的概率，减小制动距离，提高乘坐舒适度的目的。

目前，关于轨道车辆踏面修形的控制方法中大多采用基于轨道车辆自身制动信号进行开环控制，具体体现在：1)获取轨道车辆自身制动信号需要通过网络传输或硬线传输，增加了通讯的不确定性和系统复杂性，存在可靠性不高的问题；2)目前开环控制方法控制不够精确，造成修形效果不好；3)现有控制采用车控模式，缺乏故障导向安全设计和冗余设计。

技术实现要素：

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种轨道车辆踏面修形控制方法、装置及系统，以解决如何基于运行状态进行轨道车辆踏面修形自/手动冗余控制以及闭环控制的问题，进一步提高了系统的可靠性、安全性、可用性以及控制的精确性。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：

首先提供一种轨道车辆踏面修形控制方法，包括以下步骤：

1)将电子控制单元与气路控制单元一体化设计，集成于箱体内，箱体安装于车底架上；

2)当所述轨道车辆运行，所述电子控制单元内嵌一种运行传感器用于识别轨道车辆运行状态；

3)所述气路控制单元包含压力传感器用于监测踏面修形器实时工作压力；

4)所述电子控制单元采集并处理所述运行状态和所述踏面修形器实时工作压力并转化为控制信号；

5)所述控制信号自动控制所述气路控制单元充气、保压或排气，进而控制所述轨道车辆踏面修形器按目标压力动作。

进一步，在上述控制方法中，所述步骤2)中还包括：所述运行状态包括运行方向、牵引状态、惰行状态、制动状态、停车状态、折返状态等，且无需获取轨道车辆自身的信号，只需提供运行传感器。

优选地，在上述控制方法中，所述步骤5)中还包括：所述气路控制单元充气、保压或排气既可以由所述控制信号自动控制，也可以通过手动方式实现。

优选地，在上述控制方法中，所述步骤5)中还包括：所述目标压力根据运行状态可自动调节。

为更好地实现前述目的，本发明还提供一种轨道车辆踏面修形控制装置，包括车底架、箱体、电子控制单元以及气路控制单元，所述电子控制单元与气路控制单元一体化设计，集成于所述箱体内，所述箱体安装于所述车底架上。所述电子控制单元内嵌一种运行传感器用于识别轨道车辆运行状态，所述气路控制单元设置有所述电子控制单元控制的气动回路和故障导向安全回路，包含压力传感器用于监测踏面修形器实时工作压力。所述电子控制单元采集并处理所述运行状态和所述踏面修形器实时工作压力并转化为控制信号，所述控制信号自动控制所述气路控制单元充气、保压或排气，进而控制所述轨道车辆踏面修形器按目标压力动作。

优选地，在上述控制装置中，所述气路控制单元设置有所述电子控制单元控制的气动回路和故障导向安全回路，包括气路板、总风压力入口、进气球阀、安全阀、减压阀、手/自动转换球阀、排气球阀、充气电磁阀、排气电磁阀、压力传感器、消音器、压力测试接口以及连通踏面修形器的工作压力出口。

优选地，在上述控制装置中，所述气路板上设有总风压力入口、连通踏面修形器的工作压力出口以及所述进气球阀、安全阀、减压阀、手/自动转换球阀、排气球阀、充气电磁阀、排气电磁阀、压力传感器、消音器和所述压力测试接口的安装孔和内部空气气路。所述总风压力入口与所述轨道车辆总风管连通，所述进气球阀用于截断所述总风管压力并排空后端压力，所述安全阀在所述总风管输出压力过低时截断气路控制单元供风，保证不影响所述轨道车辆用风安全，所述减压阀负责将所述安全阀输出压力减小至所述目标压力附近，便于调节，所述手/自动转换球阀和所述排气球阀组合可以实现所述气路控制单元充气、保压或排气的自动控制或手动控制，所述充气电磁阀用于控制所述气路控制单元充气，所述排气电磁阀用于控制所述气路控制单元排气，且在断电时自动排空所述踏面修形器的工作压力，避免影响所述轨道车辆正常运行，所述压力传感器用于监测所述踏面修形器实时工作压力并反馈给所述电子控制单元用于闭环控制，所述消音器用于降低所述气路控制单元排气时的声音，减小噪声污染，所述压力测试接口用于外接压力传感器测试所述减压阀输出压力，为所述轨道车辆踏面修形控制装置故障诊断提供依据，所述工作压力出口与所述轨道车辆踏面修形器连通。

优选地，在上述控制装置中，所述气路板内部空气气路敷设和安装孔容腔结构经流场仿真分析与实物试验验证不会形成负压区。

优选地，所述控制装置的外接接口只需要压缩空气气源供给，12-110v直流电源供电即可。

优选地，所述控制系统既可与一般的踏面清扫器直接连接，也可以与设定的气动执行器连接。

采用上述轨道车辆踏面修形控制装置的轨道车辆踏面修形控制系统，根据需要可以配置为车控、架控、轴控、轮控等四种模式。

由于采用上述技术方案，本发明一种轨道车辆踏面修形控制方法、装置及系统的有益效果包括：

1)不用获取轨道车辆自身的信号，降低了通讯的不确定性和系统复杂性；

2)能够进行轨道车辆踏面修形自/手动冗余控制；

3)能够进行轨道车辆踏面修形闭环控制；

4)设置有故障导向安全回路；

5)设置有故障诊断用压力测试接口；

6)根据需要可以配置为车控、架控、轴控、轮控等四种模式；

7)电子控制单元与气路控制单元一体化设计，结构简单，体积小，维护方便。

附图说明

图1为本发明一种轨道车辆踏面修形控制装置总体构成图。

图2为本发明一种轨道车辆踏面修形控制装置局部详细构成示意图。

图3为本发明实施例的气路原理图(包括电控气动回路和故障导向安全回路)。

图4为本发明控制系统实施例的车控模式示意图。

图5为本发明控制系统实施例的架控模式示意图。

图6为本发明控制系统实施例的轴控模式示意图。

图7为本发明控制系统实施例的轮控模式示意图。

图中标号：1--车底架；2—箱体；3--总风压力入口；4—电子控制单元；5--气路控制单元；6—运行传感器；7—连通踏面修形器的工作压力出口；8--气路板；9--进气球阀；10--安全阀；11--减压阀；12--手/自动转换球阀；13--排气球阀；14—充气电磁阀；15--排气电磁阀；16--压力传感器；17--消音器；18--压力测试接口；19--辅助管路；20--踏面修形器；a--轨道车辆踏面修形控制系统。

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的方案，以下结合附图所示实施例对本发明进一步加以说明。

如图1、图2所示，本发明首先提供了一种轨道车辆踏面修形控制方法，包括以下步骤：

1)将电子控制单元4与气路控制单元5一体化设计，集成于箱体2内，箱体2安装于车底架1上；

2)当轨道车辆运行，电子控制单元4内嵌一种运行传感器用于识别轨道车辆运行状态；

3)气路控制单元5包含压力传感器16用于监测踏面修形器实时工作压力；

4)电子控制单元4采集并处理运行状态和踏面修形器实时工作压力并转化为控制信号；

5)控制信号自动控制气路控制单元5充气、保压或排气，进而控制轨道车辆踏面修形器按目标压力动作。

在上述方法的基础上，本发明还公开了一种轨道车辆踏面修形控制装置，本发明上述方法亦可通过该装置进行实施，如图1所示，本发明装置包括车底架1、箱体2、电子控制单元4以及气路控制单元5等组成部件。

具体地，电子控制单元4与气路控制单元5一体化设计，集成于箱体2内，箱体2通过吊耳安装于车底架1上，电子控制单元4内嵌一种运行传感器6用于识别轨道车辆运行状态，这里的运行状态包括运行方向、牵引状态、惰行状态、制动状态、停车状态、折返状态等，且无需获取轨道车辆自身的信号，只需提供运行传感器6。

气路控制单元5包含压力传感器16用于监测踏面修形器实时工作压力，电子控制单元4采集并处理运行状态和踏面修形器实时工作压力并转化为控制信号，控制信号控制气路控制单元5充气、保压或排气，进而控制轨道车辆踏面修形器20按目标压力动作，这里气路控制单元5充气、保压或排气既可以由所述控制信号自动控制，也可以通过手动方式实现，目标压力根据运行状态可自动调节。

气路控制单元5设置有电子控制单元4控制的气动回路和故障导向安全回路，包括气路板8、总风压力入口3、进气球阀9、安全阀10、减压阀11、手/自动转换球阀12、排气球阀13、充气电磁阀14、排气电磁阀15、压力传感器16、消音器17、压力测试接口18以及连通踏面修形器的工作压力出口7，各部件相对位置关系如图2所示，气路原理如图3所示。在控制系统正常供电的情况下，执行电子控制单元4控制的气动回路，此时，手/自动转换球阀12为关闭状态，排气球阀13为打开状态。充气模式下：充气电磁阀14得电打开，排气电磁阀15得电关闭，气路流向为总风压力入口3→进气球阀9→安全阀10→减压阀11→充气电磁阀14→连通踏面修形器的工作压力出口7；保压模式下：充气电磁阀14失电关闭，排气电磁阀15得电关闭；排气模式下：充气电磁阀14失电关闭，排气电磁阀15失电打开，气路流向为连通踏面修形器的工作压力出口7→排气球阀13→排气电磁阀15→消音器17→大气。在控制系统断电的情况下，执行故障导向安全回路，此时，充气电磁阀14失电关闭，排气电磁阀15失电打开，踏面修形器的工作压力通过连通踏面修形器的工作压力出口7连通排气电磁阀15排空，气路流向为连通踏面修形器的工作压力出口7→排气球阀13→排气电磁阀15→消音器17→大气。这种情况下，可通过手动方式实现气路控制单元5充气、保压或排气，充气模式下，手/自动转换球阀12打开，排气球阀13关闭，气路流向为总风压力入口3→进气球阀9→安全阀10→减压阀11→手/自动转换球阀12→连通踏面修形器的工作压力出口7；保压模式下：手/自动转换球阀12关闭，排气球阀13关闭；排气模式下，手/自动转换球阀12关闭，排气球阀13打开，气路流向为连通踏面修形器的工作压力出口7→排气球阀13→排气电磁阀15→消音器17→大气。

气路板8上设有总风压力入口3、连通踏面修形器的工作压力出口7以及进气球阀9、安全阀10、减压阀11、手/自动转换球阀12、排气球阀13、充气电磁阀14、排气电磁阀15、压力传感器16、消音器17和压力测试接口18的安装孔和内部空气气路。总风压力入口3与轨道车辆总风管连通，进气球阀9带侧排功能，用于接通或截断总风管压力并排空后端压力，安全阀10在总风管输出压力过低时截断气路控制单元5供风，一般在总风压力低于500kpa时关闭，可调节，保证不影响轨道车辆用风安全，减压阀11负责将安全阀10输出压力减小至目标压力附近，便于调节，手/自动转换球阀12和排气球阀13组合可以实现气路控制单元5充气、保压或排气的自动控制或手动控制，具体地，手/自动转换球阀12关闭、排气球阀13打开时，实现自动控制，手/自动转换球阀12打开时，实现手动控制，充气电磁阀14用于控制气路控制单元5充气，排气电磁阀15用于控制气路控制单元5排气，具体地，充气电磁阀14为常闭电磁阀，在得电时打开充气，排气电磁阀15为常开电磁阀，在断电时自动排空踏面修形器的工作压力，实现故障导向安全功能，避免影响轨道车辆正常运行，需要说明的是，充气电磁阀14和排气电磁阀15不限于图3所示的两位两通阀，也可以是两位三通阀等，压力传感器16用于监测踏面修形器实时工作压力并反馈给电子控制单元4用于踏面修形闭环控制，控制精确，修形效果好，消音器17用于降低气路控制单元5排气时的声音，减小噪声污染，压力测试接口18用于外接压力传感器测试减压阀11输出压力，为轨道车辆踏面修形控制装置故障诊断提供依据，可以提高故障定位的精度和故障诊断的覆盖率，工作压力出口7与轨道车辆踏面修形器20连通，后端根据配置可以接任意数量的踏面修形器或其它设定的气动执行器，气路板8内部空气气路敷设和安装孔容腔结构经过流场仿真分析与实物试验验证，不会形成负压区。

一种轨道车辆踏面修形控制系统，采用本发明轨道车辆踏面修形控制装置，根据需要可以配置为车控、架控、轴控、轮控等四种模式，如图4-图7所示。

(1)车控模式：以每节车包含两个转向架，四根轴，八个车轮的轨道车辆为例，如图4所示，每节车的踏面修形器由一套踏面修形控制系统a负责控制，工作压力出口7后端接8个踏面修形器，8个踏面修形器工作压力相同。

(2)架控模式：以每节车包含两个转向架，四根轴，八个车轮的轨道车辆为例，如图5所示，每个转向架上的踏面修形器由一套踏面修形控制系统a单独负责控制，整节车共需要两套，工作压力出口7后端接4个踏面修形器，每个转向架上的4个踏面修形器工作压力相同，一个转向架上的踏面修形控制系统故障时，不影响另一个转向架上的踏面修形控制系统正常工作。

(3)轴控模式：以每节车包含两个转向架，四根轴，八个车轮的轨道车辆为例，如图6所示，每根车轴上的踏面修形器由一套踏面修形控制系统a单独负责控制，每个转向架需要两套，整节车共需要四套，工作压力出口7后端接2个踏面修形器,每根车轴上的2个踏面修形器工作压力相同，一个车轴上的踏面修形控制系统故障时，不影响其他三根车轴上的踏面修形控制系统正常工作。

(4)轮控模式：以每节车包含两个转向架，四根轴，八个车轮的轨道车辆为例，如图7所示，每个车轮的踏面修形器由一套踏面修形控制系统a单独负责控制，每根轴需要两套，每个转向架需要四套，整节车共需要八套，工作压力出口7后端接1个踏面修形器，一个车轮上的踏面修形控制系统故障时，不影响其他七个车轮上的踏面修形控制系统正常工作。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

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