СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МАГНИТОРЕЛЬСОВЫМ ТОРМОЗНЫМ УСТРОЙСТВОМ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD FOR CONTROLLING MAGNETIC RAIL BRAKE DEVICE OF RAILWAY VEHICLE

Изобретение относится к способу управления магниторельсовым тормозным устройством рельсового транспортного средства, содержащим по меньшей мере одну питаемую от источника энергии через электрическое соединение магнитную катушку электрического магниторельсового тормоза, причем в ответ на сигнал активирования магниторельсового тормоза устанавливается электрическое соединение между источником энергии и по меньшей мере одной магнитной катушкой магниторельсового тормоза, а в ответ на сигнал деактивирования магниторельсового тормоза разъединяется для возбуждения по меньшей мере одной магнитной катушки с целью создания магнитной силы и для ее развозбуждения, в соответствии с ограничительной частью п. 1 формулы, к магниторельсовому тормозному устройству рельсового транспортного средства, содержащему по меньшей мере одну питаемую от источника энергии через электрическое соединение магнитную катушку электрического магниторельсового тормоза, и к устройству управления, причем в ответ на поданный в устройство управления сигнал активирования магниторельсового тормоза устанавливается электрическое соединение между источником энергии и по меньшей мере одной магнитной катушкой магниторельсового тормоза, а в ответ на сигнал деактивирования магниторельсового тормоза разъединяется для возбуждения по меньшей мере одной магнитной катушки с целью создания магнитной силы и ее развозбуждения, в соответствии с ограничительной частью п. 9 формулы.
Такое магниторельсовое тормозное устройство известно, например, из DE 10111685 А1. Создающим силу главным компонентом электрического магниторельсового тормоза является тормозной магнит. Это, в принципе, электромагнит, состоящий из проходящей в направлении рельса, расположенной на каркасе магнитной катушки и подковообразного магнитного сердечника, который образует основное или несущее тело. На своей обращенной к рельсу стороне подковообразный магнитный сердечник образует полюсные башмаки. Протекающий в магнитной катушке постоянный ток вызывает магнитное напряжение, которое создает в магнитном сердечнике магнитный поток, замыкающийся накоротко через головку рельса, как только тормозной магнит своими полюсными башмаками будет прилегать к рельсу. Находящаяся в промежутке между полюсными башмаками промежуточная планка из немагнитного материала препятствует короткому замыканию магнитного потока через полюсные башмаки. За счет замыкающегося накоротко через головку рельса магнитного потока возникает сила магнитного притяжения между тормозным магнитом и рельсом. За счет кинетической энергии движущегося рельсового транспортного средства магниторельсовый тормоз тянется через поводки вдоль рельса. При этом в результате трения скольжения между тормозным магнитом и рельсом в сочетании с силой магнитного притяжения возникает тормозная сила.
Магниторельсовые тормоза за счет включения тока возбуждения, т.е. за счет подачи тока в магнитную катушку, приводятся в активное состояние, в котором действует тормозная сила, или за счет включения тока возбуждения, т.е. за счет прекращения подачи тока в магнитную катушку, приводятся в неактивное состояние, в котором тормозная сила не действует. При включении тока возбуждения магниторельсовый тормоз резко создает тормозную силу, а при выключении тока возбуждения резко разгружает рельсовое транспортное средство от тормозной силы, что влечет за собой соответственно нежелательный рывок при затяжке тормоза или нежелательный рывок при его отпускании. Такой рывок представляет собой потенциальную угрозу для находящихся в рельсовом транспортном средстве пассажиров.
В основе изобретения лежит задача усовершенствования способа и устройства описанного выше рода таким образом, чтобы минимизировать рывок при включении или выключении магниторельсового тормоза.
Эта задача решается, согласно изобретению, посредством признаков независимых пп. 1 и 9 формулы.
Изобретение основано на той идее, что
- в ответ на сигнал активирования магниторельсового тормоза однажды установленное электрическое соединение между источником энергии и по меньшей мере одной магнитной катушкой магниторельсового тормоза в установленной последовательности циклов разъединяется и снова устанавливается как средство против возникающего при включении магниторельсового тормоза рывка при его затяжке или
- в ответ на сигнал деактивирования магниторельсового тормоза однажды разъединенное электрическое соединение между источником энергии и по меньшей мере одной магнитной катушкой магниторельсового тормоза в установленной последовательности циклов устанавливается и снова разъединяется как средство против возникающего при выключении магниторельсового тормоза рывка при его отпускании.
Под термином «сигнал активирования магниторельсового тормоза» следует понимать при этом сигнал, посредством которого магниторельсовый тормоз, в принципе, затягивается. В противоположность этому под термином «сигнал деактивирования магниторельсового тормоза» следует понимать сигнал, посредством которого магниторельсовый тормоз, в принципе, отпускается. Сигнал деактивирования магниторельсового тормоза может быть формирован также из отрицания сигнала его активирования, т.е. в случае отсутствия сигнала активирования магниторельсового тормоза сигнал его деактивирования формируется для принципиального отпускания магниторельсового тормоза.
Другими словами, управление током возбуждения магнитной катушки или приложенным к ней напряжением при принципиальном переходе из активированного состояния (сигнал активирования магниторельсового тормоза) в деактивированное состояние (сигнал деактивирования магниторельсового тормоза) или наоборот происходит по определенной характеристике. Это происходит соответственно за счет многократного и кратковременного выключения и включения тока возбуждения магнитной катушки, так что ток возбуждения и, тем самым, тормозная сила уменьшаются в течение определенного промежутка времени замедленно с максимального значения до нуля. Продолжительность включения/выключения и продолжительность соединения/разъединения лежат при этом в диапазоне, который достигается традиционными электрическими или электронными выключателями. За счет более медленного возрастания и уменьшения тормозной силы магниторельсового тормоза по сравнению с уровнем техники уменьшаются рывок при его затяжке и рывок при его отпускании, и эффективность способа особенно высока тогда, когда магниторельсовый тормоз используется вплоть до остановки рельсового транспортного средства, а ступенчатое отключение тока возбуждения происходит синхронно с замедлением рельсового транспортного средства вплоть до его остановки.
В то время как прежде из-за рывка при включении и выключении использование магниторельсового тормоза при торможении вплоть до остановки было проблематичным, предложенный магниторельсовый тормоз можно использовать также для торможения вплоть до остановки либо сам по себе, либо в комбинации с другими тормозами, что приводит к сокращению тормозного пути.
За счет приведенных в зависимых пунктах формулы мер возможны предпочтительные варианты осуществления изобретения, охарактеризованного в независимых пунктах.
В ответ на принципиальный сигнал деактивирования магниторельсового тормоза в течение определенного промежутка времени перед последним и финальным моментом выключения магниторельсового тормоза, в который рельсовое транспортное средство, например, только что остановилось, ток возбуждения выключателем выключается, а затем опять включается, причем соотношение между продолжительностью разъединения, в течение которой магнитная катушка развозбуждена или отключена от источника энергии, и продолжительностью соединения, в течение которой магнитная катушка возбуждена или подключена к источнику энергии, смещается предпочтительно в пользу продолжительности разъединения, пока ток возбуждения и, тем самым, тормозное действие не достигнут практически нулевого значения.
Другими словами, в ответ на принципиальный сигнал деактивирования магниторельсового тормоза с течением времени продолжительность разъединения, в течение которой электрическое соединение между магнитной катушкой и источником энергии разъединено, становятся предпочтительно длиннее, а продолжительность соединения, в течение которой это электрическое соединение установлено, становится предпочтительно короче.
Наоборот, в ответ на принципиальный сигнал активирования магниторельсового тормоза с течением времени продолжительность разъединения, в течение которой электрическое соединение разъединено, становится предпочтительно короче, а продолжительность соединения, в течение которой это электрическое соединение установлено, становится предпочтительно длиннее.
Во избежание резонансов предпочтительно изменяется длительность периода каждого цикла включения/выключения и соединения/разъединения. Число циклов зависит от индуктивности магнитной катушки и нужной продолжительности вплоть до активирования/деактивирования.
Особенно предпочтительно оценка сигнала скорости, представляющего скорость рельсового транспортного средства, происходит на предмет того, лежит ли в момент формирования сигнала активирования или сигнала деактивирования магниторельсового тормоза скорость рельсового транспортного средства между нижним и верхним пределами, и в этом случае разъединение и восстановление однажды установленного электрического соединения между источником энергии и по меньшей мере одной магнитной катушкой магниторельсового тормоза происходит в установленной последовательности циклов, в противном же случае поддержание однажды установленного электрического соединения, по меньшей мере, вплоть до остановки рельсового транспортного средства или установление и повторное разъединение однажды разъединенного электрического соединения между источником энергии и по меньшей мере одной магнитной катушкой магниторельсового тормоза происходит в установленной последовательности циклов, а в противном случае происходит поддержание разъединения однажды разъединенного электрического соединения.
Предложенный способ осуществляется предпочтительно в диапазоне между нижним пределом скорости, которая может быть также равна остановке рельсового транспортного средства, и верхним пределом, поскольку, во-первых, при более высоких скоростях выше верхнего предела экстренное срабатывание магниторельсового тормоза является решающим, в частности, когда он используется для аварийного или экстренного торможения рельсового транспортного средства. Тогда речь идет о максимальной тормозной мощности, и предложенное включение/выключение магниторельсового тормоза не осуществляется. Во-вторых, при скоростях, например, более 50 км/ч в качестве верхнего предела возникающее при активировании магниторельсового тормоза давление включения относительно слабое и потому мало влияет на комфорт.
Особенно предпочтительно однажды установленное или однажды разъединенное электрическое соединение между источником энергии и по меньшей мере одной магнитной катушкой магниторельсового тормоза в течение заданной продолжительности в установленной последовательности циклов разъединяется и снова устанавливается или устанавливается и снова разъединяется.
Согласно одному варианту период циклов установления и период циклов разъединения электрического соединения постоянные. В качестве альтернативы период циклов установления и период циклов разъединения электрического соединения можно варьировать во избежание, в частности, возбуждения колебаний в области резонанса.
Согласно одному варианту в ответ на сигнал активирования магниторельсового тормоза установленная последовательность циклов разъединения и восстановления электрического соединения выполняется только однажды. Аналогичным образом и предпочтительно также в ответ на сигнал деактивирования магниторельсового тормоза установленная последовательность циклов восстановления и разъединения электрического соединения выполняется только однажды.
Изобретение относится также к вихреточной тормозной системе рельсового транспортного средства, которая содержит описанное выше магниторельсовое тормозное устройство.
Сигнал активирования магниторельсового тормоза является предпочтительно сигналом аварийного, экстренного, принудительного или рабочего торможения, т.е. магниторельсовый тормоз в рамках аварийного, экстренного или принудительного или рабочего торможения активируется (сигнал активирования магниторельсового тормоза), а после такого аварийного, экстренного или принудительного или рабочего торможения деактивируется (сигнал деактивирования магниторельсового тормоза).
Для осуществления описанного выше способа предложено упомянутое магниторельсовое тормозное устройство, в котором в электрическом соединении между источником энергии и по меньшей мере одной магнитной катушкой магниторельсового тормоза расположен по меньшей мере один выключатель, управляемый электронным устройством управления таким образом, что возникает описанная выше характеристика магниторельсового тормоза. Кроме того, предусмотрен по меньшей мере один датчик скорости для подачи представляющего скорость рельсового транспортного средства сигнала скорости в устройство управления.
Точный ход предложенного способа управления магниторельсовым тормозным устройством и его точная конструкция поясняются в нижеследующем описании примера осуществления изобретения.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
- фиг. 1: блок-схема магниторельсового тормозного устройства в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения;
- фиг. 2: диаграмма напряжение-время, изображающая временную характеристику напряжения, приложенного к магнитной катушке магниторельсового тормозного устройства по фиг. 1;
- фиг. 3: диаграмма ток-время, изображающая временную характеристику тока возбуждения магнитной катушки магниторельсового тормозного устройства по фиг. 1.
Изобретение реализовано в электрическом магниторельсовом тормозном устройстве 1, в котором создающим силу главным компонентом является тормозной магнит, являющийся, в принципе, электромагнитом, состоящим из проходящей в направлении рельса, расположенной на каркасе магнитной катушки 6 и подковообразного магнитного сердечника, который образует основное или несущее тело. На своей обращенной к рельсу стороне подковообразный магнитный сердечник образует полюсные башмаки. Протекающий в магнитной катушке 6 постоянный ток вызывает магнитное напряжение, которое создает в магнитном сердечнике магнитный поток, замыкающийся накоротко через головку рельса, как только тормозной магнит своими полюсными башмаками будет прилегать к рельсу. Находящаяся в промежутке между полюсными башмаками промежуточная планка из немагнитного материала препятствует короткому замыканию магнитного потока через полюсные башмаки. За счет замыкающегося накоротко через головку рельса магнитного потока возникает сила магнитного притяжения между тормозным магнитом и рельсом. За счет кинетической энергии движущегося рельсового транспортного средства магниторельсовый тормоз 8 тянется через поводки вдоль рельса. При этом в результате трения скольжения между тормозным магнитом и рельсом в сочетании с силой магнитного притяжения возникает тормозная сила. Конструкция и принцип действия таких магниторельсовых тормозных устройств достаточно известны, поэтому ниже подробно не описаны.
На фиг. 1 показано, что магниторельсовое тормозное устройство 1 содержит питаемую от источника энергии 2 через электрическое соединение 4 магнитную катушку 6 магниторельсового тормоза 8 и электронное устройство управления 10. При этом электрическое соединение 4 между источником энергии 2 и магнитной катушкой 6 магниторельсового тормоза 8 устанавливается в ответ на поданный в устройство управления 10 сигнал активирования магниторельсового тормоза и разъединяется в ответ на поданный в устройство управления 10 сигнал его деактивирования для возбуждения магнитной катушки 6 с целью создания магнитной силы и ее развозбужения. Электрическое соединение 4 между источником энергии 2 и магнитной катушкой 6 магниторельсового тормоза 8 реализовано соответствующим электрическим кабелем 4.
При этом в электрическом соединении 4 между источником энергии 2 и магнитной катушкой 6 магниторельсового тормоза 8 расположен электрический или электронный выключатель 12, которым устройство управления 10 управляет для установления или разъединения электрического соединения 4 между магнитной катушкой 6 и источником энергии 2. Выключателем 12 может быть, например, реле.
Далее предусмотрен по меньшей мере один датчик 14 скорости для подачи представляющего скорость рельсового транспортного средства сигнала скорости в устройство управления 10. Для этого от датчика 14 скорости к электронному устройству управления 10 протянут электрический сигнальный провод 16.
Сигнал активирования магниторельсового тормоза является предпочтительно сигналом аварийного, экстренного, принудительного или рабочего торможения, т.е. магниторельсовый тормоз в рамках аварийного, экстренного или принудительного или рабочего торможения активируется, а после такого торможения деактивируется. Для этого электронное устройство управления 10 другим электрическим сигнальным проводом 18 соединено с блоком 20 управления торможением, который, например, через предохранительный контур или шину данных рельсового транспортного средства получает команду на активирование или деактивирование соответствующего вида торможения.
При этом установленные в памяти устройства управления 10 управляющие команды выполнены таким образом, что управление расположенным в электрическом соединении 4 между источником энергии 2 и магнитной катушкой 6 магниторельсового тормоза 8 выключателем 12 происходит так, что в ответ на сигнал активирования магниторельсового тормоза однажды установленное электрическое соединение 4 между источником энергии 2 и магнитной катушкой 6 магниторельсового тормоза 8 в установленной последовательности циклов разъединяется и снова устанавливается.
Другими словами, в ответ на принципиальный сигнал активирования магниторельсового тормоза, например в рамках аварийного торможения, за счет замыкания выключателя 12 электрическое соединение 4 устанавливается, а магниторельсовый тормоз 8 сначала активируется или затягивается. После этого однажды установленное электрическое соединение 4 между источником энергии 2 и магнитной катушкой 6 магниторельсового тормоза 8 в установленной последовательности циклов разъединяется и снова устанавливается за счет соответствующего управления выключателем 12.
С другой стороны, в ответ на принципиальный сигнал деактивирования магниторельсового тормоза, например для полного прекращения происходящего аварийного торможения, за счет размыкания выключателя 12 или разъединения электрического соединения 4 магниторельсовый тормоз 8 сначала деактивируется или отпускается. После этого однажды разъединенное электрическое соединение 4 между источником энергии 2 и магнитной катушкой 6 магниторельсового тормоза 8 в установленной последовательности циклов устанавливается и разъединяется за счет соответствующего управления выключателем 12 посредством устройства управления 10.
Этот вид циклического управления магниторельсовым тормозом 8 происходит предпочтительно в зависимости от скорости, т.е. в зависимости от господствующей в момент формирования сигнала активирования или сигнала деактивирования магниторельсового тормоза скорости рельсового транспортного средства, причем датчик 14 скорости подает в устройство управления 10 соответствующий сигнал скорости.
Устройство управления 10 выполнено с возможностью проведения оценки сигнала скорости на предмет того, лежит ли в момент формирования сигнала активирования или сигнала деактивирования магниторельсового тормоза скорость рельсового транспортного средства между нижним и верхним пределами. При этом верхний предел скорости составляет, например, 50 км/ч.
Если в рамках подаваемого сигнала активирования магниторельсового тормоза это так, то устройство управления 10 управляет выключателем 12 таким образом, что однажды установленное электрическое соединение 4 между источником энергии 2 и магнитной катушкой 6 магниторельсового тормоза 8 в установленной последовательности циклов разъединяется и снова устанавливается. В противном случае устройство управления 10 управляет выключателем 12 таким образом, что однажды установленное электрическое соединение 4 поддерживается, а магниторельсовый тормоз 8 за счет этого удерживается постоянно затянутым, например, по меньшей мере, вплоть до остановки рельсового транспортного средства.
Если в рамках подаваемого сигнала активирования магниторельсового тормоза это так, то устройство управления 10 управляет выключателем 12 таким образом, что однажды разъединенное электрическое соединение 4 между источником энергии 2 и магнитной катушкой 6 магниторельсового тормоза 8 в установленной последовательности циклов устанавливается и снова разъединяется. В противном случае устройство управления 10 управляет выключателем 12 таким образом, что разъединение однажды разъединенного электрического соединения 4 поддерживается постоянным, в результате чего магниторельсовый тормоз 8 остается отпущенным.
Особенно предпочтительно однажды установленное или однажды разъединенное электрическое соединение 4 между источником энергии 2 и магнитной катушкой 6 магниторельсового тормоза 8 в заданной продолжительности в установленной последовательности циклов устанавливается и снова разъединяется. Эта установленная продолжительность измеряется от момента формирования сигнала активирования или сигнала деактивирования магниторельсового тормоза.
Циклы выключения/включения и соединения/разъединения могут в качестве альтернативы осуществляться также без временного ограничения таким образом, что устанавливается средний ток в диапазоне 10-90% от номинального тока магниторельсового тормоза. В случае циклов без временного ограничения предпочтительно скважность и период могут варьироваться по отношению друг к другу так, что средний ток остается постоянным, однако резонансные частоты предотвращаются.
Далее в ответ на сигнал активирования магниторельсового тормоза установленная последовательность циклов разъединения и восстановления электрического соединения может выполняться только однажды. Аналогичным образом и предпочтительно также в ответ на сигнал деактивирования магниторельсового тормоза установленная последовательность циклов разъединения и восстановления электрического соединения может выполняться только однажды.
На фиг. 2 показана диаграмма напряжение-время, которая иллюстрирует временную характеристику напряжения, приложенного к магнитной катушке 6 магниторельсового тормоза 8 из фиг. 1, когда она, как это описано выше, возбуждается и развозбуждается. На фиг. 3 изображена соответствующая диаграмма ток-время, которая показывает вытекающую из этого временную характеристику тока возбуждения магнитной катушки 6.
1
В этом примере в качестве исходной точки предполагается, что скорость оборудованного магниторельсовым тормозным устройством рельсового транспортного средства выше нижнего предела около 5 км/ч и выше верхнего предела около 50 км/ч, так что датчик 40 скорости посылает на устройство управления 10 соответствующий сигнал. Магнитная катушка 6 развозбуждена, поскольку устройство управления 10 получило сигнал деактивирования магниторельсового тормоза, а сигнал его активирования еще отсутствует. Это состояние имеется по отношению к диаграммам на фиг. 2 и 3 еще незадолго до момента t.
1
1
2
1
Если затем в момент t предохранительный контур рельсового транспортного средства подает в устройство управления 10 принципиальный сигнал активирования магниторельсового тормоза, например в случае аварийного торможения, то устройство управления 10 переводит выключатель в его замкнутое положение и к магнитной катушке 6 за счет этого сначала прикладывается напряжение U, например, 110 В (фиг. 2). Это напряжение вызывает в ней с небольшой временной задержкой ток I, который в течение продолжительности соединения, во время которой магнитная катушка 6 соединена посредством выключателя 12 с источником энергии 2, т.е. в промежуток времени между t и t, возрастает примерно до 10 А (фиг. 3). Поскольку скорость рельсового транспортного средства в момент t активирования магниторельсового тормоза выше верхнего предела, к магнитной катушке 6 прикладывается напряжение U. Циклического тактирования предпочтительно не происходит.
1
2
Затем предполагается, что в промежуток времени между t (активирование магниторельсового тормоза) и t, в который сигнал активирования магниторельсового тормоза отсутствует, а сигнал его деактивирования формируется (деактивирование магниторельсового тормоза), скорость рельсового транспортного средства падает до скорости, лежащей между нижним и верхним пределами, например 30 км/ч.
2
2
Поэтому момент t обозначает момент, в который сигнал деактивирования магниторельсового тормоза сформирован, а сигнал его активирования отсутствует. Поэтому в момент t магнитная катушка 6 отключена от источника энергии 2 выключателем 12, которым для этого управляет алгоритм устройства управления 10.
2
3
3
3
4
5
5
По истечении продолжительности разъединения между t и t в момент t выключатель 12 снова переводится в замкнутое положение, в результате чего в течение промежутка времени соединения между t и t к магнитной катушке 6 приложено напряжение U предпочтительно такой же величины. Таким образом, возникают циклы разъединения магнитной катушки 6 от источника энергии 2 и ее соединения с ним вплоть до момента t, в который выключатель в последний раз переводится в разомкнутое положение для финального разъединения магнитной катушки 6 от источника энергии 2 и, тем самым, для ее развозбуждения. В момента t рельсовое транспортное средство находится тогда уже в состоянии остановки и удерживается в нем, например, стояночным тормозом, поэтому в поддержании затяжки магниторельсового тормоза 8 нет необходимости.
Поэтому в примере на фиг. 2 и 3 рассматривается случай, когда находящееся в движении рельсовое транспортное средство затормаживается (также) магниторельсовым тормозом 8.
Далее возможен случай, когда магниторельсовый тормоз 8 рельсового транспортного средства, находящегося в движении со скоростью выше нижнего предела и ниже верхнего предела, активируется (сигнал активирования магниторельсового тормоза), в результате чего возник бы нежелательный рывок при его затяжке.
Тогда для уменьшения такого рывка или во избежание него соединение между источником энергии и магнитной катушкой магниторельсового тормоза 8 также в установленной последовательности циклов устанавливается и снова разъединяется, как это описано выше. В этом случае в ответ на сигнал активирования магниторельсового тормоза с течением временем t продолжительность разъединения, в течение которой электрическое соединение 4 между магнитной катушкой 6 и источником энергии 2 разъединено, предпочтительно короче, а продолжительность соединения, в течение которой это электрическое соединение 4 установлено, предпочтительно длиннее.
Описанное изобретение применимо не только в чисто электромагнитных рельсовых тормозах 8 или магниторельсовых тормозных устройствах 1. Оно может применяться также в электрически переключаемых рельсовых тормозах с постоянными магнитами для создания магнитного встречного поля с целью устранения действия тормозной силы.