ЭКСПЛУАТАЦИЯ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С УПРАВЛЕНИЕМ И/ИЛИ РЕГУЛИРОВАНИЕМ СИЛЫ ТЯГИ МЕЖДУ КОЛЕСОМ И ХОДОВЫМ РЕЛЬСОМ
OPERATION OF THE RAIL VEHICLE WITH CONTROL AND/OR ADJUSTMENT OF THE TRACTION FORCE BETWEEN THE WHEEL AND THE RUNNING RAIL

Изобретение относится к способу эксплуатации рельсового транспортного средства, причем управляется и/или регулируется сила тяги между по меньшей мере одним колесом рельсового транспортного средства и соотнесенным с ним ходовым рельсом. Помимо этого изобретение относится к устройству управления и/или устройству регулирования для установки такой силы тяги. Кроме того, изобретение относится к рельсовому транспортному средству с устройством управления и/или устройством регулирования.
Приводные колеса рельсовых транспортных средств подвергаются износу вследствие истирания на соотнесенных рельсах, причем истирание зависит от боксования между колесом и рельсом и дополнительных факторов воздействия. Прежде всего, боксование возникает при процессах торможения и ускорения транспортного средства.
Как упоминает, например, US 4944539, сцепление при тяге и, этим самым, достигаемая сила тяги, может быть улучшено посредством устройства управления боксованием. Боксование колес регулируется способом, который ограничивает максимальное боксование колеса и, тем не менее, позволяет колесам скользить в достаточной степени, чтобы достичь более высокого сцепления.
US 4944539 предлагает систему регулирования боксования для локомотивов, которая оптимизирует сцепление, в то время как минимизируются излишнее расходование энергии, износ рельсов и колес, и толчки нагрузки на цепи привода между колесом и приводным двигателем. Постоянно поддерживается положительное значение подъема кривой сцепления-боксования колеса/рельса. Когда по причине внезапного усиления загрязнения рельсов соответствующая функция управления становится отрицательной, микропроцессорное устройство управления ступенчато снижает возбуждение генератора, пока функция снова не станет положительной и будет находиться в диапазоне рабочих режимов. Кроме того, микропроцессорное устройство управления управляет системой очистки рельсов и системой посыпки рельсов песком, которые при необходимости включаются и выключаются.
Целью настоящего изобретения является разработка способа эксплуатации рельсового транспортного средства, устройства управления и/или регулирования и рельсового транспортного средства с таким устройством, причем управляется и/или регулируется сила тяги между по меньшей мере одним приводным колесом и соотнесенным с ним ходовым рельсом, и причем в течение длительных промежутков времени, в течение которых эксплуатируется рельсовое транспортное средство, износ вследствие боксования между колесом и ходовым рельсом является небольшим.
Настоящее изобретение основано на осознании того, что имеющиеся устройства управления и/или устройства регулирования силы тяги выполнены с учетом определенных рабочих условий. К рабочим условиям относятся не только упомянутое в US 4,944,539 загрязнение рельсов, но и, прежде всего, также климатические условия, которые в свою очередь оказывают влияние на рабочее состояние ходовых рельсов и приводных колес. Факторами влияния на боксование между колесом и рельсом при этом является температура ходовых рельсов и колес, также как и возможное покрытие ходовых рельсов влагой, льдом и снегом, а также возможно песком из устройства посыпки песком.
Имеющиеся способы регулирования силового замыкания, как, например, описанный в US 4944539 способ, исходят из определенных допущений относительно рабочих условий и оптимизируют с учетом этих допущений силовое замыкание между колесом и рельсам. Действительно, благодаря этому могут предотвращаться высокие коэффициенты боксования. Однако для улучшения сцепления между колесом и рельсами используется посыпка песком. Это, в свою очередь, приводит к повышенному износу колес и ходовых рельсов.
Анализы показали, что существующие способы регулирования силового замыкания, которые рассчитаны на оптимизацию возможностей силы тяги (то есть достижимой силы тяги), в центрально-европейских регионах приводили зимой к определенным за соответствующий период времени скоростям износа приводных колес, которые были максимально в три раза выше, чем летом. Это можно считать приемлемым. Впрочем, использование этих способов регулирования силового замыкания в Скандинавии при субарктических зимних условиях приводило к средним степеням износа, который были до десяти раз выше, чем летом. Это не может считаться приемлемым.
Основываясь на знании того, что оптимизация возможностей силы тяги с учетом допущений на условия эксплуатации при экстремальных зимних условиях может, тем не менее, приводить к неприемлемым степеням износа, предлагается способ управления и/или регулирования или соответствующее устройство, причем оптимизируется не силовое замыкание, а уменьшается мощность при боксовании. Это имеет то преимущество, что уменьшается износ на контактной поверхности между колесом и ходовым рельсом.
Этот способ будет выполняться, прежде всего, как дополнительный рабочий режим устройства, который будет обозначаться как первичный или первый рабочий режим. Напротив, в рабочем режиме, обозначаемом в дальнейшем как второй рабочий режим, происходит другое управление и/или регулирование силы тяги, например, согласно известным способам. Когда выполняется второй рабочий режим, придется мириться с повышенной, не уменьшенной или минимизированной, по сравнению с первым рабочим режимом, мощностью при боксовании, то есть при одинаковых рабочих условиях мощность при боксовании в первом рабочем режиме была бы меньше. В случае второго рабочего режима речь идет, прежде всего, о рабочем режиме, в котором через приводное колесо к рельсу является передаваемой максимальная сила тяги и/или мощность тяговых двигателей.
Под мощностью при боксовании понимается произведение действующей между колесом и ходовым рельсом силы тяги на боксование. Поэтому мощность при боксовании может быть также обозначена как удельная энергия боксования. Интеграл по времени мощности при боксовании дает энергию боксования, которая, прежде всего, ответственна за большую часть удаления материала (износ) на поверхности качения колеса и на верхней поверхности ходового рельса. Разумеется, одинаковая мощность при боксовании или энергия боксования в зависимости от других величин воздействия и факторов воздействия (как, например, наличие песка) может приводить к разному по величине износу.
Боксование имеет размерность скорости. Прежде всего, боксование измеряется для приводного колеса или приводной колесной оси, или множества приводных колес или колесных осей. В зависимости от измеренного боксования, например, когда измеренное боксование удовлетворяет заданному условию, сила тяги может быть уменьшена или ограничена. В особом варианте осуществления измерение боксования проводится таким образом, что сравниваются друг с другом скорости разных колес, прежде всего колес разных колесных осей. Кроме того, факультативно может учитываться скорость вращения или число оборотов трансмиссии, через которую приводится в движение колесо или колесная ось. Например, боксование определяется путем измерения скоростей разных или всех колес рельсового транспортного средства и образования разности скоростей. Когда по меньшей мере одно из колес не приводится в движение, скорость этого колеса или этих колес служит как эталон для приводного колеса или приводных колес для определения боксования. Когда приводятся в движение все колеса, то во время процесса ускорения рельсового транспортного средства в качестве эталона может быть использовано колесо с самой низкой скоростью, если только оно само не имеет слишком высокое боксование. В этом случае может быть использована отдельная система измерения скорости транспортного средства, которая обеспечивает независимый от колес эталон для вычисления боксования. Прежде всего, из измеренной этой системой измерения скорости транспортного средства и частоты вращения колеса может быть вычислено боксование каждого колеса. При этом, например, из частоты вращения колеса и наружного периметра поверхности качения колеса может быть вычислена фактическая скорость колеса. Боксование равно разности фактической скорости колеса и скорости транспортного средства.
Прежде всего, оба вышеупомянутые рабочие режимы делают возможным объединение противоположных целей при управлении и/или регулировании силы тяги, а именно, снижение или ограничение износа, с одной стороны, и максимизация силы тяги, с другой стороны. Оба рабочие режимы и факультативно по меньшей мере еще один рабочий режим выполняются по времени друг за другом и, таким образом, делают возможным приспособление работы рельсового транспортного средства к разным рабочим условиям и к поставленным перед транспортным средством и водителем транспортного средства требованиям (как, например, приоритет высокой достижимой силы тяги над снижением износа).
Переключение между рабочими режимами может запускаться водителем транспортного средства и/или автоматически. Это будет дополнительно описано более подробно. Предпочтительно, установленным является первый, снижающий боксование рабочий режим. Например, переключение (автоматически или человеком) в соответствующий рабочий режим может происходить (например, за счет того, что будет выработан соответствующий сигнал для переключения), когда рельсовое транспортное средством достигает участка пути, которому жестким заданием поставлен в соответствие, например, рабочий режим. Аналогичная ситуация имеет место, когда определенный вид участка пути (например, участок пути с определенной топологией) поставлен в соответствие рабочему режиму. Альтернативно или дополнительно, при проверке, должен ли быть подан переключающий сигнал для переключения в другой рабочий режим, могут учитываться действующие в данный момент условия в отношении сцепления и/или коэффициента трения между колесом и ходовым рельсом. Далее, альтернативно или дополнительно, может происходить переключение в один из рабочих режимов, когда достигнута соотнесенная календарная дата и/или действительно установились заданные погодные условия. Кроме того, альтернативно или дополнительно, может быть автоматически, например, посредством основанной на спутниках системы определения координат, такой как GPS, путем связи транспортного средства с маяком на участке пути и/или с помощью радарного устройства на борту рельсового транспортного средства, установлено местоположение рельсового транспортного средства, и заданным областям пребывания поставлен в соответствие определенный рабочий режим, который затем, по меньшей мере, устанавливается. С помощью находящегося на борту радарного устройства или другого устройства для исследования окрестностей на борту транспортного средства может быть, например, также определена вышеупомянутая топология участка пути. Из установленного рабочего режима может происходить, прежде всего по требованию водителя транспортного средства, переключение в другой или другие рабочие режимы. Однако, например, когда выполнено заданное условие, может автоматически происходить переключение в установленный режим. Например, заданное условие может быть выполнено, когда с момента переключения из установленного рабочего режима прошел промежуток времени установленной длительности. Факультативно длительность промежутка времени может устанавливаться водителем транспортного средства.
Переключение между первым рабочим режимом, в котором проводится ограничение силы тяги для уменьшения мощности при боксовании, и вторым рабочим режимом, в котором допускаются более высокие силы тяги, происходит, как уже упоминалось, например, посредством ручного сигнала переключения, посланного водителем транспортного средства, или альтернативно внешним пунктом управления. Например, пульт управления рельсового транспортного средства имеет исполнительное устройство, при приведении которого в действие вырабатывается сигнал переключения. Например, сигнал переключения приводит к переключению установленного рабочего режима в другой рабочий режим. Однако факультативно исполнительным устройством посылается также сигнал переключения, который приводит к обратному переключения в установленный (например, первый) рабочий режим. Предпочтительно, водителю транспортного средства будет сообщено о наличии не установленного предварительно (например, второго) рабочего режима. Прежде всего, если на основании сравнения скоростей разных колес обнаруживается боксование и поэтому рельсовое транспортное средство находится в соответствующем рабочем режиме, это также может быть сообщено водителю транспортного средства. Может быть также сообщено, что определение боксования на основании разных скоростей колес в данное время отсутствует.
По меньшей мере один из рабочих режимов может зависеть от по меньшей мере одного устанавливаемого параметра, так что рабочий режим может выполняться в зависимости от установленной величины параметра. Например, возможным параметром может быть длительность промежутка времени ограничения силы тяги после уменьшения силы тяги в первом рабочем режиме. Другим возможным параметром является максимально допустимая сила тяги в течение промежутка времени ограничения.
Также возможно, что разные приводные колеса или колесные оси рельсового транспортного средства приводятся в движение устройством управления и/или регулирования независимо друг от друга, то есть одно колесо или одна колесная пара может приводиться в движение в первом рабочем режиме, а другое колесо или другая колесная пара может приводиться в движение во втором или другом рабочем режиме. Прежде всего, когда, как упомянуто выше, по меньшей мере один из рабочих режимов зависит от устанавливаемого параметра, действующая на разные колеса или колесные пары сила тяги может альтернативно управляться и/или регулировать хотя и в одном рабочем режиме, но с разными величинами параметра.
Более обще говоря, рельсовое транспортное средство может иметь перемещающееся относительно одного и того же рельса в направлении движения спереди первое колесо и перемещающееся сзади второе колесо, причем устройство управления и/или регулирования силы тяги осуществляет управление и/или регулирование независимо друг от друга силой тяги первого колеса и силой тяги второго колеса.
Является предпочтительным, что через второе колесо по меньшей мере периодически и, предпочтительно, длительное время на ходовой рельс передается большая сила тяги, чем через первое колесо. В основе этого лежит идея о том, что первое колесо улучшает адгезию для контакта колесо-рельс.
Прежде всего, уменьшение действующей через второе колесо на ходовой рельс силы тяги может проводиться уже при достижении меньшей заданной максимальной величины боксования, чем уменьшение действующей на ходовой рельс силы тяги через первое колесо.
Идея изобретателей основана на том, что боксование между приводными колесами и ходовым рельсом является решающим для достижимой силы тяги, которая вызывает и/или поддерживает движение рельсового транспортного средства. Поэтому факультативно приводное колесо или приводная колесная ось могут временно приводиться в движение так, что возникает дополнительное боксование между колесом или колесами колесной оси, с одной стороны, и ходовым рельсом или ходовыми рельсами, с другой стороны. Понятие «дополнительно» относится, прежде всего, к боксованию, при котором в отношении приводного колеса или приводной колесной оси и соответствующих условий является достижимой максимальная сила тяги между колесом и ходовым рельсом. На прилагаемых фигурах показаны соответствующие характеристические кривые силового замыкания, которые имеют максимум передаваемой силы тяги. Поэтому боксование при дополнительном боксовании лежит на характеристической кривой справа от максимума и приводит преднамеренно к повышенному износу. Прежде всего, вследствие этого происходит кондиционирование ходового рельса, и катящиеся сзади колеса имеют более благоприятные условия сцепления, то есть их характеристическая кривая сдвинута к более высоким значениям силы тяги.
Эта мера может быть предпринята во втором рабочем режиме или в еще одном рассчитанном на высокую силу тяги рабочем режиме, чтобы переносить на ходовой рельс более высокие силы тяги. Однако она может предприниматься также устройством управления/регулирования транспортного средства, которое не осуществляет первый рабочий режим, то есть ни в одном рабочем режиме не произойдет (не произошло) уменьшение и/или минимизация мощности при боксовании. Предпочтительно, эта мера может быть предпринята только начиная с минимальной скорости движения транспортного средства, например с 10 км/час. Прежде всего, эта мера предпринимается для перемещающегося спереди в направлении движения колеса, так что улучшается сцепления для перемещающегося сзади на одном и том же ходовом рельсе колеса, и на ходовой рельс является передаваемой более высокая сила тяги.
Первый рабочий режим используется, прежде всего, при сухих или обледеневших ходовых рельсах и/или при низких температурах. Прежде всего, водитель транспортного средства может, тем не мене, в любое время подавать переключающий сигнал для переключения во второй рабочий режим. При этом изобретение основывается на знании о том, что колеса рельсовых транспортных средств, а также ходовые рельсы, прежде всего при низких температурах от -10°C и ниже, проявляют хрупкое поведение, так что материал удаляется с более высокой скоростью удаления, чем при более высоких температурах, например около 0°C.
Прежде всего, водитель транспортного средства может установить заданную силу тяги. Если это установленное значение из-за неблагоприятного сцепления не достигается, то или автоматически и/или обслуживающим персоналом (например, водителем транспортного средства) может быть запущено переключение во второй рабочий режим. Такое неблагоприятное сцепление может иметь место, например, в случае влажных поверхностей качения ходовых рельсов, возможно, при образовании росы или начавшемся дожде или снегопаде.
Если рельсы дополнительно посыпаются песком для улучшения сцепления, то, предпочтительно, автоматически или обслуживающим персоналом происходит переключение в первый рабочий режим, чтобы избежать особенно высокого износа в области контакте между колесом и ходовым рельсом. Дополнительно посыпка песком осуществляется, когда в результате переключения во второй рабочий режим сила тяги не увеличивается до требуемого значения, или не увеличивается с требуемой скоростью, или транспортное средство непреднамеренно замедляется.
В дальнейших разделах этого описания речь идет о силе тяги между колесом и ходовым рельсом. Сила тяги может также становиться отрицательной. Это имеет место при процессе торможения, во время которого колесо через трансмиссию вырабатывает электрическую энергию, которая накапливается, возвращается в сеть энергопитания и/или рассеивается в виде тепла. Поэтому такие процессы торможения обозначаются как электрические процессы торможения. Когда во время такого процесса торможения (отрицательная) сила тяги уменьшается, это относится к величине силы тяги, то есть уменьшение приводит к меньшей по величине отрицательной силе тяги. Соответственно, при электрическом торможении ограничение силы тяги происходит таким образом, что величина отрицательной силы тяги ограничивается.
Прежде всего, предлагается: способ эксплуатации рельсового транспортного средства, причем управляется и/или регулируется сила тяги по меньшей мере одного приводного колеса рельсового транспортного средства, которая действует между соответствующим колесом и соотнесенным ходовым рельсом, причем действующая между колесом и ходовым рельсом мощность при боксовании, которая приводит к износу, системой управления и/или регулирования силы тяги, по меньшей мере, временно уменьшается посредством того, что
- исходя из первой величины силы тяги, которая во время боксования действует между колесом и ходовым рельсом, сила тяги уменьшается, и
- сила тяги в течение следующего за началом уменьшения промежутка времени ограничения заданной или предсказанной длительности ограничивается до величин силы тяги, которые меньше, чем первые величины силы тяги.
Кроме того, в объем изобретения входит устройство управления и/или регулирования силы тяги, которое выполнено для выполнения способа в одном из его вариантов осуществления, и рельсовое транспортное средство, которое имеет систему для управления и/или регулирования силы тяги в одном из ее вариантов осуществления.
Благодаря уменьшению силы тяги предотвращается, что боксование происходит дальше в той же степени. Благодаря уменьшению, боксование, по меньшей мере, снижается или даже временно прекращается. Предпочтительно, оно временно прекращается. Благодаря ограничению силы тяги в течение следующего промежутка времени ограничения предотвращается, что боксование может снова немедленно появиться в такой же мере, как в момент начала уменьшения силы тяги. Промежуток времени ограничения начинается с уменьшением силы тяги, начиная от первой величины силы тяги. Поэтому фаза уменьшения силы тяги находится уже в промежутке времени ограничения. В течение промежутка времени ограничения и непосредственно после него боксование уменьшено, и поэтому в течение промежутка времени ограничения уменьшена также и средняя мощность при боксовании и, таким образом, энергия боксования.
Сила тяги в первой части промежутка времени ограничения может поддерживаться на второй величине силы тяги, которая меньше, чем первая величина силы тяги, и причем сила тяги во второй части промежутка времени ограничения, которая следует за первой частью, постоянно увеличивается до достижения первой величины силы тяги или выше.
Первая часть промежутка времени ограничения начинается с начала промежутка времени ограничения только после уменьшения силы тяги. Прежде всего, сила тяги перед первой частью промежутка времени ограничения может быть уменьшена до величины силы тяги, которая меньше, чем вторая величина силы тяги, которая во время первой части промежутка времени ограничения поддерживается, прежде всего, постоянной. За счет поддержания постоянной силы тяги по время первой части промежутка времени ограничения гарантируется, что боксование в течение первой части промежутка времени ограничения уменьшено и, предпочтительно, боксование даже отсутствует. Это, разумеется, справедливо лишь в случае, когда сцепление между колесом и рельсом существенно не ухудшается. За счет постоянного увеличения силы тяги во второй части промежутка времени ограничения, тяга транспортного средства снова увеличивается. Прежде всего, во время этой второй части промежутка времени ограничения непрерывно или многократно проверяется, не достигло ли боксование заданного допустимого максимального значения или, альтернативно, не превышено ли заданное максимальное значение. Когда будет установлено достижение или превышение, сила тяги снова может быть уменьшена и в последующем промежутке времени ограничения ограничена. Подобное многократное выполнение уменьшения силы тяги с последующим ограничением может выполняться не только тогда, когда промежуток времени ограничения имеет первую часть с поддерживаемой постоянной силой тяги, но и при других выполнениях промежутка времени ограничения. Поэтому, в целом, можно следить, как упомянуто, за боксованием и при необходимости (например, вообще говоря, при выполнении заданного критерия) уменьшать и затем ограничивать силу тяги. Это может быть названо циклическим уменьшением и ограничением силы тяги.
Более обще говоря, сила тяги может быть уменьшена и затем ограничена, когда боксование между колесом и ходовым рельсом достигает заданной или определяемой соответственно заданному критерию максимальной величины боксования или превышает такую максимальную величину боксования. Выражение «максимальный» относится к абсолютной величине силы тяги. Поэтому также и при электрическом торможении может иметь место максимальная величина боксования и, например, при ее достижении тормозящая сила тяги уменьшаться и ограничиваться.
Прежде всего, сила тяги может, исходя от первой величины силы тяги, уменьшаться на заданную величину или заданную долю первой величины силы тяги до третьей величины силы тяги и, исходя из третьей величины силы тяги, снова увеличиваться (прежде всего до тех пор, когда к началу первой части промежутка времени ограничения будет достигнута вторая величина силы тяги), причем заданная величина или заданная доля факультативно зависит от имеющегося к моменту начала уменьшения боксования между колесом и ходовым рельсом и/или от скорости движения рельсового транспортного средства.
Благодаря заданию величины или доли может быть гарантировано, что произойдет требуемое уменьшение или минимизация боксования. «Заданный» следует понимать так, что установлены все инструкции по вычислению величины или доли, однако может быть получена дополнительная информация, например, к моменту времени начала уменьшения, причем величина или доля зависит от информации.
Как упомянуто выше, имеются по меньшей мере два разных рабочих режима. Прежде всего, уменьшение и последующее ограничение силы тяги выполняется в первом рабочем режиме устройства управления и/или регулирования силы тяги, причем во втором рабочем режиме устройства управления и/или регулирования силы тяги:
- уменьшение силы тяги выполняется только при большем боксовании между колесом и ходовым рельсом,
- ограничение силы тяги выполняется до меньших величин силы тяги, чем первая сила тяги, в течение более короткого промежутка времени ограничения и/или
- в промежутке времени ограничения выполняется более быстрое увеличение силы тяги, чем в первом рабочем режиме, или после уменьшения силы тяги не выполняется ограничение силы тяги. Во всех этих случаях во втором рабочем режиме создается более высокая сила тяги.
Прежде всего, при приеме сигнала переключения в зависимости от существующего рабочего режима и/или в зависимости от вида сигнала переключения происходит переключение во второй рабочий режим или в первый рабочий режим. Соответствующие подробности и выполнения уже были рассмотрены выше. Прежде всего, сигнал переключения для переключения в первый рабочий режим может автоматически вырабатываться, когда
- действующая в данный момент сила тяги между колесом и ходовым рельсом удовлетворяет заданному условию, или
- устройство ограничения увеличения боксования определяет, что увеличение боксования между колесом и ходовым рельсом удовлетворяет заданному условию, или
- отключение первого рабочего режима (то есть переключение во второй рабочий режим), вопреки соответствующему требованию к силе тяги, не приводит к большей по величине силе тяги, чем прежде в первом рабочем режиме, или
- отключение первого рабочего режима приводит к уменьшению скорости движения рельсового транспортного средства.
Теперь примеры осуществления изобретения будут описаны со ссылкой на прилагаемый рисунок. На отдельных фигурах рисунка показано:
Фиг. 1 схематически рельсовое транспортное средство, например локомотив, с двумя поворотными тележками, в которых приводятся в движение обе колесные оси,
Фиг. 2 схематически представленное на фиг. 1 рельсовое транспортное средство, которое имеет устройство управления и/или регулирования, причем измеряются скорости колес и на основании этого определяется боксование колес относительно ходового рельса,
Фиг. 3 разделенная на две части диаграмма с левой и правой частью, причем в левой части показаны физические величины при управлении силой тяги во втором рабочем режиме со в среднем высокой силой тяги, и причем в правой части показаны соответствующие физические величины в рабочем режиме с периодически ограниченной силой тяги (и поэтому в среднем более низкой силой тяги) и уменьшенным боксованием,
Фиг. 4 множество характеристических кривых силы тяги как функций боксования, причем нижняя характеристическая кривая соотнесена с перемещаемся спереди по рельсу колесом, а другая характеристическая кривая соотнесена с перемещаемся сзади по рельсу колесом,
Фиг. 5 разделенная на две части диаграмма, в левой части которой показано множество характеристических кривых согласно фиг. 4 и дополнительная самая верхняя характеристическая кривая, которая соответствует кондиционированию ходового рельса при увеличенном по сравнению с фиг. 4 боксовании перемещающегося спереди колеса, и причем в правой части показано множество характеристических кривых из левой части и дополнительно еще одна расположенная выше дополнительная характеристическая кривая для рабочего режима с увеличенной мощностью с еще более высокими силами тяги, которые можно объяснить кондиционированием ходового рельса еще одним приводным колесом,
Фиг. 6 разделенная на две части диаграмма как на фиг. 5, в левой части и правой части которой показаны множество характеристических кривых с рабочими точками для приводных колес двух приводных групп, причем коэффициента боксования для колес отдельных приводных групп равны по величине, и причем в левой части рабочие точки перемещающейся сзади приводной группы соответствуют первому рабочему режиму, а рабочие точки перемещающейся спереди приводной группы соответствуют второму рабочему режиму с дополнительным боксованием, и
Фиг. 7 разделенная на две части диаграмма как на фиг. 6, причем, однако, колеса соответствующей приводной группы имеют разное боксование.
Показанное на фиг. 1 рельсовое транспортное средство перемещается, как представлено указывающей влево стрелкой, в данный момент влево. Оно имеет две поворотные тележки 3, 4, которые, в свою очередь, имеют по две приводные оси. Из каждой оси на схематическом виде сбоку видно колесо 3а, 3b, 4а, 4b. Эти колеса перемещаются по одному и тому же ходовому рельсу 2.
На фиг. 2 видно, что рельсовое транспортное средство 1 имеет устройство 5 управления и/или регулирования, которое управляет и/или регулирует выработку силы и/или передачу силы через трансмиссии 6, 7 к приводным колесам. Двумя стрелками на фиг. 2 обозначено, что устройство 5 имеет соответствующие сигнальные соединения для управления и/или регулирования. Каждая из трансмиссий 6, 7 соединена с осями одной из поворотных тележек, так что колеса 3а, 3b приводятся в движение трансмиссией 6, а колеса 4а, 4b приводятся в движение трансмиссией 7. Как обычно, трансмиссия, включая по меньшей мере один приводной двигатель, может находиться в соответствующей поворотной тележке. Однако изобретение не ограничивается определенным выполнением трансмиссий. Кроме того, изобретение не ограничивается примерами осуществления согласно фиг. 1 и фиг. 2. Скорее рельсовое транспортное средство может иметь больше или меньше приводных осей и/или колес, и факультативно по меньшей мере одно колесо или одна колесная ось могут не приводиться в движение. Например, поезд может иметь несколько вагонов, из которых по меньшей мере один имеет поворотную тележку по меньшей мере с одним приводным колесом или приводной осью.
Штриховыми линиями на фиг. 2 обозначено, что каждое из колес 3а, 3b, 4а, 4b или колесная ось соответствующего колеса объединены по меньшей мере с одним датчиком скорости, который измеряет скорость вращения колеса и передает измеренное значение или обработанное значение, образованное путем обработки измеренного значения, устройству 5. Измерение и передача происходят непрерывно или многократно. Из измеренных скоростей колес и факультативно из дополнительной информации (например, скорости колес на показанных, ведомых колес) устройство 5 определяет боксование колес, когда они катятся по ходовому рельсу 2. В экстремальном случае одно из колес может быть заблокировано, и тогда будет измерена равная нуля скорость, хотя рельсовое транспортное средство перемещается относительно ходового рельса.
Колеса одной и той же поворотной тележки и/или разных поворотных тележек во время работы могут приводиться в движение в разных рабочих режимах или в одном и том же рабочем режиме, то есть к ним подводится одна сила тяги, причем сила тяги является, прежде всего, действующей в области контакта между колесом и ходовым рельсом в направлении ходового рельса силой тяги. Этой силе тяги в соответствующей трансмиссии в зависимости от места в трансмиссии соответствует движущая сила (в общем случае разной величины) и крутящий момент. Даже когда колеса приводятся в движение в одном и том же рабочем режиме, сила тяги перемещающихся сзади колес, предпочтительно, больше, так как перемещающееся спереди колесо, как правило, кондиционирует ходовой рельс и вследствие этого улучшает сцепление.
Прежде всего, на колеса первой поворотной тележки 3 и второй поворотной тележки 4 действует сила в одном и том же рабочем режиме. Предпочтительно, при этом речь идет о заранее установленном первом рабочем режиме, в котором боксование между колесами и ходовыми рельсами уменьшается. Альтернативно колеса первой поворотной тележки 3 могут приводиться в движение во втором рабочем режиме, в котором происходит большее усредненное по времени работы боксование и/или большие максимальные коэффициента боксования, чем это бы имело место, когда колеса первой поворотной тележки 3 приводятся в движение в первом рабочем режиме. Примеры для второго рабочего режима и еще одного рабочего режима будут еще рассмотрены, причем еще один рабочий режим может быть обозначен как вариант второго рабочего режима.
В то время как колеса первой поворотной тележки 3 приводятся в движение во втором или в еще одном рабочем режиме, колеса второй поворотной тележки 4 могут приводиться в движение или в первом рабочем режиме или во втором рабочем режиме. Чаще всего является достаточным первый рабочий режим, вследствие чего уменьшается боксование колес 4а, 4b на ходовом рельсе 2 и, этим самым, уменьшается также износ колес и ходовых рельсов. Поскольку колеса первой поворотной тележки 3 перемещаются впереди в направлении движения и, прежде всего, вследствие боксования кондиционируют ходовой рельс, то есть улучшают сцепление между колесом и ходовым рельсом, колеса второй поворотной тележки 4 при меньшем боксовании, чем колеса первой поворотной тележки 3, тем не менее, могут оказывать на ходовой рельс большую силу тяги. Примеры будут рассмотрены позднее со ссылкой на характеристические кривые на фиг. 4 и 5.
Нанесенные в левой части фиг. 3 над проходящей в горизонтальном направлении осью времени (время обозначено через t) изменения во времени физических характеристических величин соответствуют второму рабочему режиму или другому известному из уровня техники рабочего режиму, в котором не происходит снижение боксования за счет уменьшения и последующего ограничения силы тяги до меньших значений силы тяги. В правой части фиг. 3 показаны изменения во времени соответствующих физических величин для первого рабочего режима с уменьшением боксования, а именно, для предпочтительного примера осуществления.
Обе части фиг. 3 относятся к процессу ускорения рельсового транспортного средства. В верхней области обеих частей показана изогнутая вверх кривая скорости v транспортного средства, в отношении которой речь может идти также об эталонной скорости для определения боксования колес. В левой части фиг. 3 над кривой скорости можно увидеть пилообразное изменение с течением времени t боксования dv, то есть боксование увеличивается приблизительно линейно и после достижения локального максимума падает быстро, почти вертикально, до величины, близкой к нулю, или до нуля. Когда боксование dv составляет нуль, показанное значение боксования находится на кривой скорости транспортного средства.
В показанной под кривой скорости средней области левой части фиг. 3 представлено изменение во времени силы ТЕ тяги. В интервалах времени, в которых боксование dv возрастает почти линейно, в примере осуществления сила ТЕ тяги постоянна. Чтобы боксование не возрастало до еще больших значений, происходит ограничение боксования таким образом, что задается максимальное значение, которое факультативно может еще зависеть по меньшей мере от еще одной величины, как, например, скорости v транспортного средства. Если максимальное значение будет достигнуто, вмешивается устройство управления и/или регулирования силы тяги и уменьшает силу ТЕ тяги. В средней области левой части можно увидеть соответствующее резкое снижение силы ТЕ тяги, которое приводит к одновременному уменьшению боксования. После того как сила ТЕ тяги снизилась до заметно меньшего значения и боксование dv достигло соответствующего низкого коэффициента боксования, сила ТЕ тяги в течение короткого времени снова увеличивается до значения силы тяги, которое сила тяги имела перед уменьшением.
В нижней области левой части на фиг. 3 показаны результирующая энергия SE и результирующая мощность SL как функции времени t. Показанная штриховой линией мощность при боксовании увеличивается примерно пропорционально примерно линейно увеличивающемуся боксованию dv. В примере осуществления мощность при боксовании увеличивается особенно сильно непосредственно перед тем, как боксование dv достигает локального максимума. С последующим уменьшением силы ТЕ тяги мощность при боксовании резко уменьшается приблизительно до нуля. Когда сила ТЕ тяги увеличивается, то снова увеличивается и мощность SL при боксовании. Энергия боксования SE получается путем интегрирования мощности SL боксования по времени t.
Уменьшение боксования и ее последствия в предпочтительном варианте осуществления первого рабочего режима будут теперь описаны на основании правой части фиг. 3.
В левой области шкалы времени правой части фиг. 3 можно увидеть увеличение силы ТЕ тяги (средняя область). Соответственно и боксование увеличивается примерно линейно, однако увеличение меньше, чем в левой части фиг. 3, так как сила ТЕ тяги также меньше, чем в левой части.
После достижения максимального коэффициента боксования dv и/или достижения максимального значения силы ТЕ тяги начинается промежуток времени ограничения, во время которого сила ТЕ тяги сначала уменьшается до (третьей) величины силы тяги и затем снова увеличивается, пока она не достигнет (второй) величины силы тяги. В предпочтительном примере осуществления сила ТЕ тяги в течение промежутка времени (первая часть промежутка времени ограничения) поддерживается постоянной. В средней области правой части на фиг. 3 одной указывающей вверх и одной указывающей вниз стрелками, которые находятся на некотором расстоянии друг от друга, обозначено, что вторая величина силы тяги меньше, чем первая величина силы тяги, исходя из которой началось уменьшение силы ТЕ тяги.
После того как достигнут момент времени, который в правой части фиг. 3 показан штриховой линией в вертикальном направлении, сила ТЕ тяги постоянно увеличивается (вторая часть промежутка времени ограничения). Промежуток времени ограничения заканчивается с новым достижением первой величины силы тяги (проходящая горизонтально штриховая линия на верхнем конце средней области правой части на фиг. 3) или за счет того, что боксование dv достигает максимальной величины или превышает максимальное значение. Прежде всего, когда это имеет место, величина силы ТЕ тяги снова уменьшается и затем ограничивается в течение промежутка времени ограничения. Первый по времени полностью показанный в правой части фиг. 3 промежуток времени ограничения обозначен стрелкой с двумя остриями на противоположных концах.
По причине уменьшения силы тяги с последующим ограничением, изменение во времени боксования dv в правой части фиг. 3. имеет только три фазы подъема с последующим падением. Соответственно этому и поскольку сила ТЕ тяги в промежутках времени ограничения ниже, чем во втором рабочем режиме, который показан в левой части фиг. 3, энергия SE боксования возрастает медленней и имеет пики, которые лежат ниже, чем во втором рабочем режиме. Кроме того, пики появляются реже. Следовательно, также и интеграл по времени энергии SE боксования, то есть мощность SL при боксовании, заметно ниже, чем во втором рабочем режиме. Разность энергии SE боксования на конце представленного в левой и правой части фиг. 3 промежутка времени показана двумя проходящими горизонтально штриховыми линиями в нижней области фиг. 3 и изображенной справа на фиг. 3 указывающей вниз стрелкой.
Пример осуществления согласно правой части на фиг. 3 показывает, что уменьшение силы тяги с последующим ограничением силы тяги уменьшает число промежутков времени, в течение которых боксование происходит в значительной степени. Например, сила тяги, исходя из первой величины силы тяги и относительно первой величины силы тяги, может быть уменьшена на 2%-5%, причем процент уменьшения факультативно зависит от скорости транспортного средства и, этим самым, также от скорости колеса. Кроме того, по сравнению со вторым рабочим режимом, предпочтительно, задается более низкое максимальное коэффициента боксования, при достижении или при превышении которого сила тяги уменьшается.
На фиг. 4 показаны две характеристические кривые силы ТЕ тяги (например, в кН) в зависимости от боксования dv (например, заданного в км/час). Какая характеристическая линия справедлива для колеса, зависит от сцепления между колесом и ходовым рельсом. Нижняя показанная на фиг. 4 характеристическая кривая соответствует меньшему сцепления, чем верхняя характеристическая кривая. Площадь между кривыми заштрихована, чтобы сделать более заметным эффект, которые появляется, когда перемещающееся спереди колесо кондиционирует ходовой рельс и, таким образом, улучшает сцепление. Разумеется, также и перемещающееся уже спереди в направлении движения колесо поворотной тележки кондиционирует ходовой рельс для перемещающегося сзади в направлении движения колеса той же самой поворотной тележки. Прежде всего, для упрощения управления силой тяги или регулирования силы тяги колеса одной и той же поворотной тележки могут приводиться в движение в одном и том же рабочем режиме. В дальнейшем для упрощения будем исходить из того, что имеется перемещающееся спереди в направлении движения колеса и перемещающаяся спереди в направлении движения колесная ось, и перемещающееся сзади в направлении движения колесо или перемещающаяся сзади в направлении движения колесная ось. Это справедливо независимо от того, идет ли речь о колесах/колесных осях одной и той же поворотной тележки или разных поворотных тележек.
На фиг. 4 кружками соответственно показано, в какой рабочей точке или какой области рабочих точек выполняется управление силой тяги и/или регулирование силы тяги. В представленном примере согласно фиг. 4 оба колеса/колесные оси приводятся в движение в первом рабочем режиме. В этом рабочем режиме силы тяги находятся, предпочтительно, в возрастающей области соответствующей характеристической кривой (в примере осуществления в области АВ1 для перемещающегося спереди колеса/перемещающейся спереди колесной оси) или в области максимума характеристической кривой (область АВ2 для перемещающихся сзади колес/перемещающихся сзади колесных осей). В этом примере осуществления боксование dv для обоих колес/обеих колесных осей одинаково по величине. Однако перемещающееся сзади колесо/перемещающаяся сзади колесная ось прикладывают к ходовому рельсу намного большую силу тяги. Эти рабочие точки или рабочие области уже приводят к уменьшению мощности при боксовании.
На фиг. 5, в левой части, показано, что перемещающееся спереди колесо может приводиться в движение при заметно более высоком боксовании dv, чем в случае согласно фиг. 4 (рабочая точка АВ3). Благодаря этому ходовой рельс еще лучше кондиционируется для перемещающегося сзади колеса/перемещающейся сзади колесной оси. Верхняя характеристическая кривая на фиг. 4 также представлена как средняя характеристическая кривая в левой части фиг. 5. Благодаря лучшему кондиционированию, рабочая точка АВ4 перемещающегося сзади колеса находится на самой верхней представленной характеристической кривой, а именно, снова на максимуме характеристической линии. Перемещающееся сзади колесо приводится в движение в первом рабочем режиме, в то время как перемещающееся спереди колесо приводится в действие во втором рабочем режиме.
В правой части фиг. 5 множество кривых имеет лежащую еще выше характеристическую кривую. По сравнению с примером осуществления из левой части фиг. 5, кондиционирование ходового рельса еще раз улучшено. Причина этого лежит в том, что по тому же ходовому рельсу перемещается еще одно приводное колесо. Рабочая точка АВ6 этого колеса лежит на второй снизу характеристической кривой, которая соответствует средней характеристической кривой в левой части фиг. 1. Как и перемещающееся спереди колесо, дополнительное колесо также приводится в движение с высоким относительно максимума характеристической кривой дополнительным боксованием. Поэтому для перемещающегося сзади колеса является действующей характеристическая кривая (самая верхняя характеристическая кривая в правой части фиг. 5) с еще раз улучшенным кондиционированием. Это обозначено контурной стрелкой. Рабочая точка АВ7 перемещающегося сзади колеса в примере осуществления лежит на максимуме характеристической кривой, причем эксплуатация происходит во втором рабочем режиме, и поэтому допускаются особенно высокие коэффициента боксования. Такая ситуация по меньшей мере с тремя перемещающимися по одному и тому же рельсу колесами имеет место, например, у рельсовых транспортных средств с двумя поворотными тележками, причем в одной поворотной тележке приводятся в движение два колеса или две колесные оси. Когда для перемещающегося сзади колеса допускается более высокое боксование, оно кондиционирует ходовой рельс еще раз и приводит к в среднем еще раз улучшенному кондиционированию.
Когда (как это является обычным для локомотивов) в движение приводятся все колеса, допуск дополнительного (повышенного) боксования для всех колес препятствует тому, что перемещающееся в направлении движения дальше всех сзади колесо может быть использовано как эталон для измерения боксования. Поэтому является предпочтительным, что используется отдельная система измерения скорости, которая предоставляет независимый от колес эталон для вычисления боксования. Поэтому это позволяет при необходимости задавать для всех колес дополнительное боксование. Соответствующие примеры осуществления будут описаны ниже со ссылкой на фиг. 6 и фиг. 7.
Фиг. 6 и 7 касаются соответственно двух групп приводных колес, причем в варианте осуществления каждая группа имеет да приводных колеса. Например, в отношении приводных групп речь идет о поворотной тележке. В случае фиг. 6 невозможно или не допускается для колес одной и той же проводной группы задание разного боксования.
В левой части фиг. 6 на обеих нижних характеристических кривых показаны рабочие точки АВ5 и АВ6 обоих колес перемещающейся спереди приводной группы. Этим колесам задано дополнительное боксование. Рабочие точки в примере соответствуют рабочим точкам на обеих нижних характеристических кривых в правой части фиг. 5.
Однако рабочим точкам АВ8 и АВ9 перемещающихся сзади колес задано меньшее боксование. Они лежат на обеих верхних характеристических кривых слева от максимума характеристической кривой. Поэтому возможно использование одного из этих колес как эталона для измерения боксования.
Иначе чем в правой части фиг. 5, третья снизу характеристическая кривая, на которой лежит рабочая точка АВ8, соответствует фактически использованному для тяги управлению тягой или регулированию тяги. Вследствие того, что перемещающееся спереди колесо перемещающейся сзади приводной группы, которое приводится в движение в рабочей точке АВ8, еще раз кондиционирует ходовой рельс, самая верхняя характеристическая кривая лежит выше, чем вторая сверху.
В варианте, который показан в правой части фиг. 6, оба колеса перемещающейся спереди приводной группы приводятся в движение в тех же рабочих точках АВ5 и АВ6, как и в левой части фиг. 6ив правой части фиг. 5. Однако колеса перемещающейся сзади приводной группы приводятся в движение также с дополнительным боксованием, то есть более высоким боксованием, чем на максимуме соответствующей характеристической кривой. Впрочем, дополнительное боксование не такое большое, как у колес перемещающейся спереди приводной группы.
Однако по сравнению с левой частью фиг. 6 ходовой рельс еще лучше кондиционирован для перемещающегося сзади колеса перемещающейся сзади приводной группы, и поэтому самая верхняя характеристическая кривая в правой части фиг. 6 лежит выше, чем в левой части.
В этом рабочем состоянии невозможно использовать одно из колес перемещающейся сзади приводной группы как эталон для измерения боксования. Поэтому для вычисления боксования используется отдельная система для измерения скорости.
В случае фиг. 7 перемещающееся спереди колесо перемещающейся спереди приводной группы приводится в движение при той же рабочей точке АВ5, как и на фиг. 6. Напротив, перемещающееся сзади колесо перемещающейся спереди приводной группы хотя и приводится в движение с дополнительным боксованием, однако это дополнительное боксование меньше, чем в случае фиг. 6, то есть рабочая точка АВ12 лежит на характеристической кривой левее, чем рабочая точка АВ6 в случае фиг. 6. Вследствие этого кондиционирование ходового рельса для перемещающейся сзади приводной группы не совсем такое хорошее, как в случае фиг. 6, и поэтому третья снизу характеристическая кривая лежит немного ниже, чем на фиг. 6.
Перемещающееся спереди колесо перемещающейся сзади приводной группы приводится в движение также с дополнительным боксованием в рабочей точке АВ13, то есть лежащей справа от максимума характеристической кривой. Однако при этом дополнительное боксование меньше, чем у колес перемещающейся спереди приводной группы.
В случае левой части фиг. 7 перемещающееся сзади колесо перемещающейся сзади приводной группы приводится в движение при рабочей точке АВ14, которая лежит слева от максимума характеристической кривой. Поэтому боксование настолько мало, что колесо может быть привлечено как эталон для определения боксования. Напротив, это колесо в случае правой части фиг. 7 приводится в движение при рабочей точке АВ15 на максимуме характеристической кривой. В этом случае вычисление боксования предпринимается с использованием отдельной системы для измерения скорости. Правда, третья снизу характеристическая линия в случае фиг. 7 лежит немного ниже, чем третья характеристическая кривая на фиг. 6. Однако по причине дополнительного кондиционирования ходового рельса перемещающимся спереди колесом перемещающейся сзади приводной группы, тем не менее, достигается, в целом, очень хорошая мощность тяги. В случае левой части фиг. 7 боксование перемещающегося сзади колеса перемещающейся сзади приводной группы мало, в то время как в случае правой части фиг. 7 оно приводит к улучшенному кондиционированию ходового рельса и повышенной силе тяги.
Из фиг. 4-7 можно понять, что за счет кондиционирования ходовых рельсов перемещающее сзади колесо при одинаковом или меньшем боксовании позволяет достичь более высокой силы тяги. Дополнительное боксование для самокондиционирования перемещающейся сзади группы колес может, например, составлять до 100% коэффициента боксования перемещающейся спереди приводной колесной группы.
Когда кондиционирование является недостаточным и, прежде всего, по этой причине используется посыпка песком, чтобы улучшить сцепление между колесами и ходовым рельсом, все колеса, предпочтительно, приводятся в движение в первом рабочем режиме. Чтобы подготовиться к посыпанию песком, то есть перед началом посыпания песком, предпочтительно, любое дополнительное боксование, которое не допускается в первом рабочем режиме, снижается до тех пор, пока не будет достигнуто допустимое в первом рабочем режиме боксование. Предпочтительно, только тогда или поле этого запускается процесс посыпания песком. Благодаря этому предотвращается повышенный износ.
Как уже упоминалось, рассуждения относительно управления силой тяги и/или регулирования силы тяги справедливы не только для тяги рельсового транспортного средства, но также и для электрического торможения рельсового транспортного средства. Однако вместо управления и/или регулирования приводного момента или силы тяги трансмиссии управляется и/или регулируется электрическая сила торможения, например, путем управления преобразователем электрической энергии, прежде всего преобразователем переменного тока, к стороне переменного тока которого подключены электрические линии по меньшей мере одного приводного двигателя. Если преобразователь электрической энергии управляется и/или регулируется так, что по меньшей мере один приводной двигатель действует как электрический генератор, то он через трансмиссию тормозит по меньшей мере одно приводимое в движение от двигателя или двигателей колесо или колесную ось.
Предпочтительно, при электрическом торможении задается первый рабочий режим. Вследствие этого мощность при боксовании уменьшается также при электрическом торможении. Когда, однако, должно происходить электрическое быстрое торможение, предпочтительно, происходит переключение из первого рабочего режима во второй рабочий режим. Поэтому могут действовать более высокие коэффициента боксования, но и более высокие тормозящие силы тяги. Как и в случае тяги, более высокие коэффициента боксования перемещающихся спереди колес приводят кондиционированию ходового рельса и, этим самым, к меньшим значениям боксования и/или более высоким тормозящим силам тяги по меньшей мере одного перемещающегося сзади колеса. Поэтому по меньшей мере одно перемещающееся спереди колесо может приводиться в движение во втором рабочем режиме не только с целью быстрого торможения. Тем не менее, по меньшей мере одно перемещающееся в направлении движения спереди колесо может приводиться в движение в первом рабочем режиме или для дальнейшего увеличения тормозящей силы тяги также приводиться в движение во втором рабочем режиме. В целом, для имеющихся приводных колес возможны такие же рабочие режимы, как и в случае тяги.
Уже упоминалось о независящей от непосредственного измерения скоростей колес системе измерения скорости, прежде всего, в качестве эталона для определения коэффициента боксования. При этом, например, положение транспортного средства может многократно или непрерывно определяться через основанную на спутнике систему определения положения, такую как GPS, и из него вычисляться скорость. Альтернативно или дополнительно, может быть, например, использована радарная система, которая путем оценки отраженных электромагнитных сигналов определяет расстояние до неподвижных объектов. Также путем повторной оценки таких сигналов могут быть вычислены изменение положения транспортного средства и, с учетом времени, также скорость. Из уровня техники известны и другие независимые от скоростей колес системы измерения скорости, которые также могут быть использованы.