СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2013 года по МПК B60T13/58 

Настоящее изобретение относится к способу торможения рельсового транспортного средства.

Известны рельсовые транспортные средства с несколькими системами торможения. Так, в DE 101 35797 С2 описано транспортное средство с электродинамическим и механическим фрикционным тормозом. При каждом процессе торможения кинетическая энергия рельсового транспортного средства должна восприниматься имеющимися системами торможения. В случае электродинамического тормоза это происходит либо путем рекуперации кинетической энергии в сеть электроснабжения, способную к рекуперации, либо через так называемое тормозное сопротивление, причем кинетическая энергия сначала преобразуется в электрическую энергию с помощью приводной системы, действующей в качестве генератора. Электрическая энергия затем подводится к тормозному сопротивлению, которое ее, в итоге, преобразует в тепло.

В рекуперирующем электродинамическом тормозе кпд торможения зависит от степени рекуперирующей способности сети электроснабжения. Она определяется воспринимающей способностью и готовностью сети электроснабжения. Если электродинамический тормоз содержит только одно тормозное сопротивление, то кпд торможения ограничивается посредством самого тормозного сопротивления, которое рассчитано только на определенную максимальную энергию для преобразования в тепло. Тормозные сопротивления, помимо этого, повышают нагрузку на ось рельсового транспортного средства и к тому же являются недостатком ввиду ограниченного имеющегося на рельсовом транспортном средстве пространства для монтажа. Чтобы удовлетворить указанные требования, тормозные сопротивления согласно уровню техники выполняются по возможности легкими и малыми.

При недостаточном действии торможения электродинамического тормоза вся кинетическая энергия торможения должна преобразовываться в тепловую энергию посредством механического фрикционного тормоза. Эта высокая доля энергии, прикладываемая к тормозному диску, приводит, однако, особенно при высоких скоростях, к преждевременному износу тормозного диска. Поэтому известные фрикционные тормоза выполняются соответственно мощными, так что и существенный ввод мощности и/или энергии в тормозной диск возможен без необратимого повреждения тормоза. Однако это приводит к соответственно дорогостоящему фрикционному тормозу.

Поэтому задачей изобретения является создание способа торможения рельсового транспортного средства с электродинамическим и механическим фрикционным тормозом, который может использоваться более экономичным и надежным образом, причем можно отказаться от тормозного сопротивления, требующего пространства для монтажа.

Изобретение решает эту задачу с помощью способа, который использует электродинамический тормоз, рекуперирующий при торможении в сеть электроснабжения, и механический фрикционный тормоз, при котором определяется степень рекуперирующей способности энергии торможения, которую при торможении вырабатывает электродинамический тормоз, и предоставляется блоку регулирования, причем блок регулирования таким образом согласовывает скорость рельсового транспортного средства со степенью рекуперирующей способности, что при торможении предотвращает повреждение фрикционного тормоза.

В соответствии с изобретением рекуперирующая способность сети электроснабжения постоянно контролируется во время движения. Если устанавливается рекуперирующая способность, степень которой снижается ниже ранее установленного порогового значения, то в случае торможения это приводило бы к слишком высокой нагрузке энергии на тормозной диск механического фрикционного тормоза. Соответствующее изобретению решение предусматривает ограничение скорости рельсового транспортного средства таким образом, чтобы предотвращалось повреждение фрикционного тормоза. Таким образом, соответствующий изобретению способ приводит к экономичному и одновременно более надежному рельсовому транспортному средству, система торможения которого содержит электродинамический тормоз без компонентов, требующих пространства для монтажа.

Способ, которым определяется степень рекуперирующей способности в рамках изобретения, в принципе, является любым. Однако предпочтительным образом рекуперирующая способность определяется во время процесса торможения. Это требует минимальных затрат для способа, соответствующего изобретению, причем, однако, механический фрикционный тормоз однократно высоко нагружается в процессе торможения, при котором для заданной скорости устанавливается слишком низкая степень рекуперирующей способности. Однако с этим можно мириться.

Целесообразным способом после каждого процесса торможения определяется минимальное время охлаждения механического тормоза, и допустимая максимальная скорость рельсового транспортного средства так долго ограничивается, пока не будет превышено минимальное время охлаждения. Минимальное время охлаждения определяется, например, посредством восприятия падения температуры на тормозном диске с помощью температурного датчика. При высоких измеренных температурах минимальное время охлаждения увеличивается. Если механический тормоз, например тормозной диск, достаточно охлажден, то в рамках изобретения максимальная скорость рельсового транспортного средства снова повышается.

Целесообразным способом степень рекуперирующей способности сети электроснабжения при торможении определяется посредством восприятия возвращенного тока и/или возвращенного напряжения в сеть электроснабжения. Если, например, как ток, так и напряжение определяются, то может непосредственно определяться возвращенная (рекуперированная) энергия или мощность. Рекуперированная мощность сравнивается, например, с установленной перед этим пороговой энергией. Если рекуперированная электрическая энергия снижается ниже упомянутой пороговой энергии, то происходит снижение максимальной скорости рельсового транспортного средства. При этой скорости затем механический тормоз вместе с остающимся тормозным усилием электродинамического тормоза может надежно и без износа затормозить рельсовое транспортное средство.

Предпочтительным образом блок регулирования устанавливает сумму усилий торможения, которые предоставляются электродинамическим тормозом и механическим тормозом в зависимости от заданного номинального замедления при торможении. Номинальное замедление при торможении задается, например, машинистом поезда. После получения номинального замедления при торможении блок регулирования сначала задействует электродинамический тормоз, чтобы избыточную кинетическую энергию вновь рекуперировать в электрическую энергию и предоставить в распоряжение сети электроснабжения. Если номинальное замедление при торможении, обеспечиваемое электродинамическим торможением, не достаточно, то блок регулирования дополнительно задействует механический тормоз, причем тогда вырабатывается такое усилие торможения, чтобы получаемое полное номинальное замедление при торможении по возможности точно соответствовало номинальному замедлению при торможении. Для того чтобы иметь возможность определить номинальное замедление при торможении, блок регулирования целесообразным способом соединен с измерительными датчиками, например датчиками числа оборотов колеса. Датчики числа оборотов колеса передают блоку регулирования значение числа оборотов колеса, которое соответствует числу оборотов колес рельсового транспортного средства за определенную единицу времени. Диаметр и окружность колес известны, так что блок регулирования из числа оборотов колеса в единицу времени может определить мгновенную скорость. Из временного изменения мгновенной скорости в процессе торможения можно, наконец, определить замедление при торможении.

Согласно целесообразному дальнейшему развитию данного аспекта степень рекуперирующей способности при торможении определяется через определение усилия торможения механического фрикционного тормоза. Как уже было изложено выше, при торможении рельсового транспортного средства сначала приводится в действие электродинамический тормоз, чтобы кинетическую энергию перевести в электрическую энергию. Механический тормоз, например, приводится в действие только тогда, когда замедление при торможении, обеспечиваемое посредством электродинамического тормоза, недостаточно. Из меры срабатывания механического тормоза могут затем делаться выводы относительно степени рекуперирующей способности сети электроснабжения. Меру срабатывания механического тормоза получают, например, посредством измерения гидравлического давления в тормозном цилиндре гидравлического тормоза или пневматического давления в тормозном цилиндре пневматического тормоза или посредством измерения тока в контуре тормозного тока электромеханического тормоза.

Согласно предпочтительному дальнейшему развитию изобретения после многократного следующего друг за другом распознавания слишком малой для допустимой максимальной скорости степени рекуперирующей способности допустимая максимальная скорость транспортного средства продолжительно ограничивается, причем продолжительное ограничение может сниматься только уполномоченным лицом. За счет этого соответствующий изобретению способ может удовлетворять также высоким требованиям по надежности.

Другие признаки и преимущества изобретения являются предметом последующего описания примеров выполнения изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковым образом действующие конструктивные элементы и на которых показано следующее:

фиг.1 - электрически приводимое рельсовое транспортное средство на виде сборку,

фиг.2 - пример выполнения способа, соответствующего изобретению, в схематичном представлении.

Фиг.1 показывает рельсовое транспортное средство 2, движущееся по контактному проводу 1. Рельсовое транспортное средство 2 имеет электрическую приводную систему с электромоторами, которая на фиг.1 не видна. Электрическое соединение между рельсовым транспортным средством 2 и контактным проводом 1 осуществляется через токосъемник 3. Поток энергии, возникающий при приводе рельсового транспортного средства 2, обозначен верхней стрелкой 4. Электрическая мощность снимается с контактного провода 1, который является частью сети электроснабжения, и посредством электромоторов рельсового транспортного средства преобразуется в энергию движения. При электродинамическом торможении электромоторы рельсового транспортного средства 2 работают как генераторы, так что вращение колесных осей при тормозящем действии вырабатывает электрическую энергию, которая затем в направлении 5 рекуперирует в контактный провод 1 и тем самым в сеть электроснабжения. Если формируемое таким образом замедление при торможении недостаточно, то вступает в действие механический фрикционный тормоз, с помощью которого замедление при торможении может быть увеличено. Также не показанный на чертеже фрикционный тормоз имеет неподвижно связанный с осью тормозной диск и тормозные колодки. При торможении тормозные колодки посредством фрикционного соединения прижимаются к тормозным дискам.

Как уже было упомянуто, при отказе электродинамического тормоза кинетическая энергия только механическим фрикционным тормозом преобразуется в тепловую энергию. Это приводит к вводу высокой температуры в тормозной диск механического фрикционного тормоза. Это приводит при высоких скоростях к повреждению механического фрикционного тормоза.

Фиг.2 показывает пример выполнения соответствующего изобретению способа в схематичном представлении. Вновь показан контактный провод 1 как часть сети электроснабжения. Токосъемник вновь обеспечивает соединение между контактным проводом 1 и рельсовым транспортным средством 2. В рельсовом транспортном средстве предусмотрены электрические конструктивные элементы 6, с помощью которых электрическая энергия контактного провода 1 может изменяться в соответствии с конкретными требованиями. Эти электрические конструктивные элементы 6 включают в себя, как правило, входной трансформатор для установки определенного напряжения, а также связанный по переменному току с входным трансформатором полупроводниковый преобразователь, который на стороне постоянного напряжения связан с другим полупроводниковым преобразователем. Первый полупроводниковый преобразователь вырабатывает в процессе привода из переменного напряжения, полученного от контактного провода 1, постоянное напряжение, причем второй полупроводниковый преобразователь преобразует постоянное напряжение в переменное напряжение, которое имеет желательную частоту для привода рельсового транспортного средства. Кроме того, может быть предусмотрен вспомогательный токовый контур с вспомогательными трансформаторами, вспомогательными полупроводниковыми преобразователями и т.п. Преобразованная таким образом электрическая энергия затем подается на электромоторы 7, которые обеспечивают привод рельсового транспортного средства 2.

Как уже было описано выше, электромоторы 7 работают в процессе торможения как электродинамический тормоз 7. Механический фрикционный тормоз 8 включает в себя, по меньшей мере, один неподвижно связанный с осью вращения колес тормозной диск 9 и тормозные колодки 10, которые пневматически могут прижиматься к тормозному диску 9. Для установки желательного пневматического давления и, тем самым, желательного усилия прижатия тормозных колодок 10 к тормозному диску 9 служит блок 11 обеспечения давления. Для этого блок 11 обеспечения давления устанавливает необходимое пневматическое давление в тормозном цилиндре 12. Тормозной цилиндр 12 связан с P/I-преобразователем 13, который воспринимает пневматическое давление в камере торможения и вырабатывает ток I, пропорциональный давлению. P/I-преобразователь 13 связан с блоком 14 регулирования, который управляет процессом торможения согласно заявленному изобретению. Блок 14 регулирования получает номинальное замедление при торможении от водителя рельсового транспортного средства 2. Наконец, осуществляется перевод электромоторов 7 в генераторный режим и тем самым выполнение электродинамического торможения. С помощью не показанного на фиг.2 датчика скорости блок 14 регулирования определяет в заданные моменты времени на основе сообщенного числа оборотов колес в единицу времени мгновенную скорость рельсового транспортного средства 2 и выводит отсюда фактическое замедление при торможении. Это фактическое замедление при торможении согласуется методом регулирования с заданным номинальным замедлением при торможении. Если усилие торможения электродинамического тормоза недостаточно, то блок 14 регулирования запускает блок 11 обеспечения давления, который затем вырабатывает пневматическое давление в тормозном цилиндре 12, после чего тормозные колодки 10 прижимаются к тормозному диску 9. На основе обеспеченного P/I-преобразователем 13 тока блок 14 регулирования выводит степень рекуперирующей способности электродинамического тормоза в контактный провод 1. Если блок 14 регулирования на основе реализованной в нем логики устанавливает, что степень рекуперирующей способности при текущей скорости движения рельсового транспортного средства 2 недостаточна, то блок 14 регулирования понижает скорость до максимально допустимой максимальной скорости. За счет этого можно избежать повреждения тормозных колодок 10.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта. Способ заключается в использовании рельсовым транспортным средством электродинамического тормоза и механического фрикционного тормоза. При торможении блок регулирования устанавливает сумму усилий торможения, которые предоставляются электродинамическим тормозом и механическим тормозом, в зависимости от заданного номинального значения торможения. Затем определяется степень рекуперирующей способности энергии торможения, которую при торможении вырабатывает электродинамический тормоз в сеть электроснабжения, в течение процесса торможения через определение усилия торможения механического фрикционного тормоза и предоставляется блоку регулирования. При этом блок регулирования согласует скорость рельсового транспортного средства со степенью рекуперирующей способности таким образом, что при торможении предотвращается повреждение фрикционного тормоза. Достигается возможность использования механического фрикционного тормоза более экономичным и надежным образом, за счет возможности отказа от тормозного сопротивления. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ торможения рельсового транспортного средства (2), которое использует электродинамический тормоз (7), рекуперирующий при торможении в сеть (7) электроснабжения, и механический фрикционный тормоз (9, 10, 11, 12),
при котором блок (14) регулирования устанавливает сумму усилий торможения, которые предоставляются электродинамическим тормозом (7) и механическим тормозом (9, 10, 11, 12), в зависимости от заданного номинального значения торможения, и
при котором определяется степень рекуперирующей способности энергии торможения, которую при торможении вырабатывает электродинамический тормоз (7), в сеть (1) электроснабжения в течение процесса торможения через определение усилия торможения механического фрикционного тормоза (9, 10, 11, 12) и предоставляется блоку (14) регулирования, причем блок (14) регулирования согласует скорость рельсового транспортного средства (2) со степенью рекуперирующей способности таким образом, что при торможении предотвращается повреждение фрикционного тормоза (9, 10, 11, 12).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что
блок (14) регулирования в течение процесса торможения при недостаточном усилии торможения электродинамического тормоза запускает блок (11) обеспечения сжатого воздуха фрикционного тормоза таким образом, что тот вырабатывает в тормозном цилиндре (12) пневматическое давление, после чего тормозные колодки (10) прижимаются к тормозному диску (9), и
P/I-преобразователь вырабатывает ток, который пропорционален давлению в тормозном цилиндре (12), и этот ток предоставляется в блок (14) регулирования,
причем блок (14) регулирования выводит степень рекуперирующей способности энергии торможения на основе тока, предоставленного P/I-преобразователем.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после каждого процесса торможения определяется минимальное время охлаждения механического тормоза (9, 10, 11, 12), и допустимая максимальная скорость рельсового транспортного средства (2) ограничивается так долго, пока не будет превышено минимальное время охлаждения.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что после многократного следующего друг за другом распознавания слишком малой для допустимой максимальной скорости степени рекуперирующей способности, допустимая максимальная скорость транспортного средства продолжительно ограничивается, причем продолжительное ограничение может сниматься только уполномоченным лицом.