基于台架试验的黏着特性研究

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轨道列车的制动主要通过轮轨间的黏着力产生,在一定程度上会受黏着力的约束。当制动施加的作用力过大,会导致轮对滑行甚至抱死,反之力过小,又会出现制动距离过长,制动效率低等安全性问题,因此对黏着状态的研究显得很有必要。目前国内外对列车轮轨黏着特性已经展开众多研究,主要包括理论研究和试验研究,理论研究主要的成果以干轨为前提,部分研究者利用有限元方法展开了存在第三介质的研究,但是理论研究对真实条件的模拟依旧存在一定的局限,故不得不依靠试验研究。事实上先后有研究者对线路的黏着情况进行了大量试验,但是由于试验设备的差异和轨面条件的不确定性,带来试验结果的离散性很大,而轮轨关系中存在的非线性,决定了无法用相似关系直接从小比例试验台试验结果中较准确的估计出列车运行的状态。本文依托南京中车浦镇海泰制动设备有限公司的1∶1制动系统试验台,进行轮轨黏着特性试验研究,帮助对制动工况下的黏着特性参数有更深刻的认识,为制动工况下的黏着利用、防滑控制判据参数优化和防滑控制策略改进等提供一定的参考依据。本文主要进行以下研究:
  首先,围绕研究对象,充分调研相关文献资料,对国内外的黏着特性研究现状进行了详细的比较,了解了当前黏着特性参数试验方法的局限以及不足,提出本文的研究方法和内容。
  其次,对制动系统综合试验台进行主要功能结构分析,基于试验台基本参数和试验原理进行了可行性分析,并提出了黏着特性参数相关物理量的采集方案。
  再次,为扩大可试验范围,满足试验需求,对试验台提出了详细的改进方案,包括应用应力应变原理设计轮轨垂向力测量专用轨道轮;利用先进的直接转矩电机控制技术来提高轨道轮在制动过程中速度补偿精度和响应速度;还针对制动系统现有防滑阀排气速率较慢的问题,设计增加远程缓解阀来加快缓解时制动缸排气速度以防止出现擦轮;在制动轴上额外增加制动夹钳来增大制动时的制动力,达到扩大可试验范围的目的。
  然后,利用高度集成化的NICompactRIO采集平台,结合cRIO硬件架构开发上位机、RT状态机、FPGA数据通信模块等实现数据采集和存储,根据现场数据存在不同程度干扰的特点,对比克服大脉冲滤波法、抑制小幅波动滤波法和复合滤波法,选取合适的方法对轴速、轨道轮速等进行处理,在保证更接近真实值的前提下去除了噪声干扰,增加数据的平滑度。
  最后,对已经完成的工况进行了黏着系数、滑移率等参数的处理、计算和归纳,发现水介质条件下,速度是影响黏着特性的主要因素之一,且随着速度的增加,轮轨黏着系数将呈现下降的趋势;黏着系数随滑移率的增加出现先增加后下降,最大黏着系数对应的滑移率在1%以下,且随着速度的提高黏着系数峰值点对应的滑移率有所减小;此外,在水介质存在的条件下,轴重增大,轮轨间黏着系数反而降低。
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