粘着控制中空转滑行力矩减载恢复策略

李科

摘 要：轮轨粘着控制问题实质上是轮轨间的摩擦控制問题。本文首先对粘着控制的相关背景进行阐述，针对判断空转/滑行后对力矩的减载和恢复方式进行论述，指出在不同的力矩调整方式下的效果不同。最后对粘着控制方法进行了总结。

关键词：粘着；空转滑行；力矩减载；力矩恢复

1 粘着控制背景知识

粘着是指轮轨在一定压力下相互接触处于啮合并传递作用力的一种物理状态或物理现象。粘着是一种介于纯滚动状态和空转滑行状态之间的一种状态，它对牵引/制动力的发挥起到直接作用，列车的运行要借助于轮轨间的粘着状态，轮轨之间的最大粘着力受到粘着系数的限制[1]。

蠕滑是指动轮向前滚动时，车轮滚动前进的速度v总是小于车轮的圆周速度（R·ω）的现象[2]。蠕滑速度是指车轮的圆周速度与车轮滚动前进的速度之间的差值。常采用无量纲的蠕滑率来表示蠕滑的大小。粘着系数（μ）为轮轨间能传递（或产生）的最大切向力 与垂向静荷重P之比[3]。

空转/滑行的定义为车轮相对于钢轨发生明显的相对运动的一种现象，在牵引过程中为空转现象，在制动过程中为滑行现象。粘着控制研究的主要问题是如何有效防止轮对空转/滑行的发生，并不断提高防空转防滑的效率[4]。

2 力矩减载与恢复的策略

2.1 力矩减载

2.1.1 采用线性方式减载

线性方式减载是指在单个周期电机力矩减载的大小不变，线性减载的斜率由单个周期内电机力矩减载的大小决定；力矩减载采用增量式减载方式，若空转滑行判据一直成立，则当前力矩为上一周期力矩减去单周期内减载量，直到空转滑行判据不成立为止。

2.1.2 采用曲线方式减载

曲线方式减载是指在单周期电机力矩减载大小不一样，电机力矩的大小可通过函数关系确定。采用这种方式减载力矩可使力矩减载反应迅速，能尽快抑制空转/滑行现象的产生。

2.2 力矩保持与恢复

当空转/滑行判据不成立后，为了使力矩符合当前轮轨粘着状态，在力矩进行恢复之前先保持一段时间，让当前轮轨粘着状态有所好转时再对力矩进行恢复。力矩在保持一段时间后可采取线性方式或曲线方式进行恢复，分别介绍如下。

2.2.1 采用线性方式恢复

线性恢复即力矩的恢复速率恒定，在单周期内力矩增量保持不变，有些在恢复最后阶段改变恢复斜率，使恢复过程变缓慢。保持+线性恢复的示意图如图1所示，图1（a）中力矩减载后保持减载一段时间，再按一定斜率进行线性恢复，图1（b）中是在恢复最后阶段改变恢复斜率的情况。

2.2.2 采用曲线方式恢复

曲线方式恢复时的单周期力矩增量不是固定的，曲线方式恢复的策略可利用减载量来实施，减载量是指粘着控制系统输出力矩与给定力矩之间的差值（取绝对值）；力矩在恢复过程中的恢复速率由减载量确定。采用曲线恢复方式可使力矩发挥比较平稳，不会出现较大的波动，图2是保持+曲线恢复的示意图，该图中出现连续的减载情况。

3 总结

通过以线性或曲线方式对力矩进行减载和恢复，采用曲线恢复方式可使力矩发挥比较平稳，不会出现较大的波动，提高了粘着利用效率。

参考文献

[1] 李江红，马建，彭辉水.机车粘着控制的基本原理和方法[J].机车电传动，2002，33（11）：4-7.

[2] 彭辉水，李艳，肖功彬，刘雄，崔巍.120km/h大功率交流传动内燃机车的粘着控制[J].机车电传动，2011，01（15）：4-7.

[3] 鲍维千.关于机车粘着的一些概念及提高机车粘着性能的措施[J].内燃机车，1999，299（1）：8-13.

[4] 万广.机车粘着控制技术现状与发展[J].机车电传动.1996，22（3）：1-4.

（作者单位：株洲中车时代电气股份有限公司）