СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОРМОЖЕНИЯ СОСТАВА ПОЕЗДА Российский патент 2021 года по МПК B60L15/32 B60L7/18 B60T17/22 

Изобретение относится к способу торможения состава поезда. Кроме того, изобретение относится к устройству для торможения состава поезда, в частности, к устройству для ограничения рекуперативного электрического тока при рекуперативном торможении состава поезда. Изобретение относится, кроме того, к компьютерному программному продукту.

Известно, что двойную тягу или многократную тягу поезда осуществляют в режиме ZDS/ZMS (управление двойной тягой с временным разделением /управление многократной тягой с временным разделением), который также известен как режим TMC (система передачи с временным разделением каналов), при этом максимальное предельное значение электрического тока на высоковольтной стороне, определяемое на один локомотив машинистом, не может передаваться посредством поездной шины от ведущего локомотива к ведомому локомотиву поезда. Вследствие этого, недостатком является отсутствие возможности ограничения обратного электрического тока ведомого локомотива при осуществлении им рабочего электрического торможения, используя электрический рекуперативный тормоз, посредством воздушной тормозной магистрали.

Если все локомотивы в составе поезда, т.е. включая ведомые локомотивы, индивидуально устанавливают свои заданные значения тормозного усилия в соответствии со снижением давления в воздушной тормозной магистрали, то это может приводить к превышению верхнего предела максимального сетевого тока.

Предельные значения электрического тока на высоковольтной стороне для ведомых локомотивов могут устанавливаться с помощью сетевой идентификации только в зависимости от системы электрического напряжения и страны; индивидуальный ввод данных машинистом из ведущего локомотива невозможен.

Регулирование величины силы тока на высоковольтной стороне с индивидуальными заданными значениями возможно только в том случае, если электрический тормоз (Е - тормоз) используется независимо от главной воздушной тормозной магистрали, т.е. не в случае запроса на торможение через главную воздушную магистраль или воздушную тормозную магистраль.

Было бы возможным, в частности, введение для каждого локомотива через дисплей ведомого локомотива предельного значения электрического тока на высоковольтной стороне. Но это потребует больших трудозатрат со стороны машиниста, который должен был бы вводить вручную указанное предельное значение электрического тока на высоковольтной стороне для каждого конкретного ведомого локомотива, соответственно для всех ведомых локомотивов.

Поэтому задача предложенного изобретения, предоставить улучшенное, в частности, оптимизированное в отношении сети, торможение поезда.

Задача решается способом, характеризующимся признаками п.1 формулы изобретения.

Предпочтительные частные варианты осуществления изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.

В кратком изложении, способ торможения состава поезда, в котором ведущий локомотив соединен по меньшей мере с одним ведомым локомотивом посредством системы поездной шины с временным разделением, содержит следующие этапы:

- регистрация фактического электрического рабочего тока ведомого локомотива;

- регистрация фактического электрического рабочего тока ведущего локомотива;

-регистрация максимальной величины обратного тока;

- регистрация величины запроса на пневматическое торможение воздушной тормозной магистрали;

- определение максимального электрического обратного тока и заданной величины электрического торможения ведомого локомотива, исходя из фактического электрического рабочего тока ведомого локомотива, фактического электрического рабочего тока ведущего локомотива, максимальной величины рабочего тока и величины запроса на пневматическое торможение воздушной тормозной магистрали; и

- осуществление электрического торможения состава поезда с использованием заданной величины электрического торможения так, чтобы не превышался указанный максимальный электрический обратный ток ведомого локомотива.

Таким образом, рекуперированный ведомым локомотивом электрический ток ограничивается так, чтобы не происходила перегрузка электрической сети электроснабжения. Этого достигают благодаря уменьшению, в случае необходимости, электрического тормозного усилия и применению вместо недостающего тормозного усилия пневматического тормоза.

Вследствие этого, даже с системами поездной шины с невысокой пропускной способностью можно получить преимущество, состоящее в обеспечении ограничения электрической рекуперации ведомого локомотива.

Предпочтительный усовершенствованный вариант способа предусматривает, что регистрируют введенную вручную максимальную величину обратного тока. Таким образом, машинист предпочтительно может вводить максимально допустимую величину рекуперативного электрического тока (например, для каждого участка пути), считываемое и обрабатываемое при осуществлении способа.

Другой предпочтительный усовершенствованный вариант способа предусматривает, что регистрируют установленное на нуль максимальную величину обратного тока. Благодаря этому предпочтительно обеспечивается надежное торможение состава поезда при въезде в станционную зону. Как правило, многие железнодорожные операторы предписывают, что въезд на конечные (тупиковые) железнодорожные станции возможен исключительно посредством пневматического торможения, так что в этом случае электрическое торможение полностью отключается.

Другой предпочтительный усовершенствованный вариант способа предусматривает, что фактический электрический рабочий ток ведомого локомотива и заданную величину электрического торможения передают по шине TMC (система передачи с временным разделением каналов). Таким образом, ограниченную по пропускной способности поездную шину можно использовать для информирования ведомого локомотива о максимальном рекуперативном электрическом токе и осуществлять, вследствие этого, подходящее торможение, не перегружая сеть электроснабжения.

Далее изобретение более подробно поясняется с помощью чертежей, на которых:

фиг.1 - изображение поезда с ведомым локомотивом и ведущим локомотивом;

фиг.2 - числовой пример без вмешательства предложенной системы регулирования тока на высоковольтной стороне;

фиг.3 - числовой пример с вмешательством предложенной системы регулирования тока на высоковольтной стороне;

фиг. 4 - принципиальная блок-схема устройства для торможения состава поезда;

фиг.5 - принципиальная схема способа торможения состава поезда.

На фиг. 1 показан в сильно упрощенном виде состав 100 поезда с ведущим локомотивом 10 и по меньшей мере одним ведомым локомотивом 20. Хотя на фиг. 1 изображен только один отдельный ведомый локомотив 20, предложенный способ можно использовать также для двух или нескольких ведомых локомотивов 20. Далее более подробно разъясняется предложенный способ для одного отдельного ведомого локомотива 20. Ведущий локомотив 10 соединен функционально с ведомым локомотивом 20 посредством системы 50 поездной шины с временным разделением, имеющей ограниченную пропускную способность из-за определенной длины данных (например, 10 байт), причем указанные байты передаются по очереди в режиме временного разделения.

Известная система 50 поездной шины с временным разделением может быть реализована в виде ZDS/ZМS – шины, которая реализует двойную тягу (с помощью ZDS шины) или многократную тягу (с помощью ZMS шины) локомотивов 10,20 поезда 100. Например, система 50 поездной шины с временным разделением может быть в виде поездной шины ТМС (система передачи с временным разделением). Вследствие этого система 50 поездной шины с временным разделением имеет ограниченную пропускную способность или возможность передачи данных, так что ведущий локомотив 10 не может передать ведомому локомотиву 20 соответствующее значение, относящееся к току на высоковольтной стороне, который максимально может быть подано обратно.

Показано, что локомотивы 10, 20 работают в режиме движения с двойной тягой, вследствие чего состав 100 поезда передвигается вперед в направлении, обозначенном с помощью стрелки, причем электрическая мощность поступает из электрического контактного провода 30, и генерируемый при электрическом торможении электрический ток (рекуперационный ток) возвращается обратно в контактный провод 30. Кроме того, можно увидеть воздушную тормозную магистраль 40 (главную воздушную магистраль НL), по которой от ведущего локомотива 10 к ведомому локомотиву 20 передаются запросы на пневматическое торможение сжатым воздухом.

На ведущем локомотиве 10 можно видеть устройство 11 ограничения тока на высоковольтной стороне, предназначенное для ограничения рекуперационного тока на высоковольтной стороне, соединенное функционально посредством системы 50 поездной шины с временным разделением со вторым смесительным устройством 21 ведомого локомотива 20. На устройство 11 ограничения тока на высоковольтной стороне подают следующие величины или сигналы: I_max, который может быть максимальным рекуперационным током и который может вводиться вручную машинистом тяговой единицы подвижного состава на дисплее ведущего локомотива 10, фактический электрический ток I_{ist LF} ведущего локомотива 10, фактический электрический ток I_{ist LG} ведомого локомотива 20 и параметр HL_Soll пневматического тормозного усилия.

Предлагаемое решение позволяет информировать ведомый локомотив 20 о токе на высоковольтной стороне, который максимально может быть подан обратно ведомым локомотивом 20, и осуществлять электрическое торможение, управляемое с помощью воздушной тормозной магистрали, так чтобы не превышался указанный ток на высоковольтной стороне, максимальный обратный ток.

Из указанных величин или сигналов устройство 11 ограничения тока на высоковольтной стороне формирует заданную величину E_Soll электрического торможения, которая передается по системе 50 поездной шины с временным разделением во второе смесительное устройство 21 ведомого локомотива 20. Таким образом, ведомому локомотиву 20 в любое время известно, какая величина тока на высоковольтной стороне является максимальной, которая возвращается в контактный провод 30, или не может быть превышена, причем тормозная мощность, прикладываемая ведомым локомотивом 20 при торможении, управляемом по воздушной тормозной магистрали, реализуется посредством заданной величины E_{Soll LG} электрического торможения и заданной величины P_{Soll LG} пневматического торможения.

Таким образом, предпочтительно соблюдается условие, что ведомый локомотив 20 производит электрическое торможение только в такой степени, чтобы не был превышен максимально допустимый электрический ток рекуперации.

С этой целью, машинист тяговой единицы подвижного состава устанавливает вручную на соответствующих участках пути на дисплее ведущего локомотива 10 величину допустимого для участка пути электрического тока на высоковольтной стороне.

При торможении с помощью воздушной тормозной магистрали 40 ведущий локомотив 10 посылает в ведомый локомотив 20 через систему 50 поездной шины с временным разделением заданную величину торможения Е, соответствующую запросу на торможение, при этом указанная заданная величина торможения Е снижена, в случае необходимости, посредством указанного регулирования тока на высоковольтной стороне, в зависимости от фактических значений тока на высоковольтной стороне ведомого локомотива 20.

Ведомый локомотив 20 использует с помощью предложенного решения введенную заданную величину E_Soll электрического торможения при запросе на торможение через воздушную тормозную магистраль 40 в качестве порогового значения для регулировки или расчета электрического тормозного усилия. При недостаточном усилии электрического торможения для выполнения переданного по воздушной тормозной магистрали 40 запроса на торможение HL_Soll , недостающая сила торможения создается на ведомом локомотиве 20 пневматическим смесительным тормозом, который регулируется с возможностью бесступенчатого регулирования с помощью второго смесительного устройства 21.

Посредством заданной величины E_Soll электрического торможения равного 0% , при запросе на торможение по воздушной тормозной магистрали 40, использование электрического тормоза деактивируется по всему составу 100 поезда. Этого достигают за счет того, что величина тока I_max , который может быть максимальным рекуперативным током, устанавливается машинистом на нуль, вследствие чего указанная заданная величина E_Soll электрического торможения получается равной 0%. Это может потребоваться, например, на станционных участках станции, при необходимости осуществления торможения состава 100 поезда с точной остановкой состава 100 поезда относительно путевого упора.

В результате это обеспечивает преимущество, состоящее в том, что освобождает машиниста от стресса, так как ему самому не нужно контролировать заранее заданное предельное значение электрического тока на высоковольтной стороне.

В случае запроса на торможение через воздушную тормозную магистраль 40 ведомый локомотив 20 осуществляет рекуперативное торможение с максимально допустимым рекуперативным током I_max. Для оператора электрической сети это обеспечивает преимущество, состоящее в том, что при эксплуатации состава 100 поезда происходит экономия энергетических затрат, поскольку рекуперативный электрический ток приносит оператору финансовую выгоду.

Только добавляемое тормозное усилие создается пневматически, вследствие чего на ведомом локомотиве 20 предпочтительно снижается или минимизируется износ пневматического тормоза, что предпочтительно влечет за собой увеличенную продолжительность эксплуатации пневматического тормоза ведомого локомотива 20.

На фигуре 1 можно увидеть также, что устройство 11 ограничения тока на высоковольтной стороне формирует величину электрического тормозного усилия для ведущего локомотива 10, указанная величина тормозного усилия преобразуется посредством первого смесительного устройства 12 в заданную величину E_{Soll LF} электрического торможения и заданную величину P_{Soll LF} пневматического торможения ведущего локомотива 10. Получение этих заданных величин торможения ведущего локомотива 10 само по себе известно.

На фиг. 2 показано распределение электрических токов между локомотивами 10, 20 без вмешательства предложенной системы регулирования тока на высоковольтной стороне. Отсутствие активации указанного вмешательства обусловлено тем, что граничное значение максимального электрического тока I_{max ≥} 400 A настолько велико, что на ведомом локомотиве 20 не требуется создавать пневматическую тормозную мощность. Указанный максимальный электрический ток I соответствует электрическим токам I_{Ist LF}, I_{Ist LG} на высоковольтной стороне ведущего и ведомого локомотива 10, 20, соответственно равным 200 A.

Однако, поскольку при этом значении не достигают превышения максимально допустимого электрического тока на высоковольтной стороне, активирование пневматического торможения в этом случае не осуществляется, поэтому полное торможение ведомого локомотива 20 на 100% осуществляется посредством заданной величины Е_Soll электрического торможения, что соответствует тормозному усилию HL_{Soll LG} запроса на пневматическое торможение ведомого локомотива 20 в 100 kN (кН), полностью преобразуемого (т.е. на 100%) в заданную величину Е_{Soll LG} электрического торможения ведомого локомотива 20 в 100 kN (кН). Таким образом, ограничение рекуперативного электрического тока на высоковольтной стороне в этом случае не требуется. Можно видеть, что заданная величина Е_Soll электрического торможения может быть использована на 100%, поскольку при электрическом торможении ведомого локомотива 20 не достигается превышение максимального рекуперативного тока.

На фиг. 3 показано определенное формирование, в числовом виде, электрических токов локомотивов 10, 20. В данном случае на основании того факта, что введенный максимальный электрический ток I_max , равный 300 A меньше, чем на фиг. 2, активируется обеспечение пневматического торможения на ведомом локомотиве 20. Это приводит к тому, что в локомотиве 20 обеспечивается доля в 25% на пневматическое торможение P_{Soll LG}, так чтобы максимально допустимый электрический ток на высоковольтной стороне в 300 A не был превышен, что означает максимально допустимый электрический ток I_{Ist LF} на высоковольтной стороне в 150 A для локомотива 20. Таким образом, с помощью устройства 11 ограничения тока на высоковольтной стороне определяется заданная величина Е_Soll электрического торможения ведомого локомотива 20, равная 75%, все тормозное усилие в соответствии с запросом HL_{Soll LG} на пневматическое торможение, равное 100 kN (кН), делится на пневматическое тормозное усилие 25 kN (кН) и на электрическое тормозное усилие 75 kN (кН).

На фиг. 4 показана в сильно упрощенном виде блок-схема устройства 200 для торможения состава 100 поезда. На ней видно устройство 11 ограничения тока на высоковольтной стороне ведущего локомотива 10 (не изображен), соединенное посредством системы 50 поездной шины с временным разделением со вторым смесительным устройством 21 локомотива 20 и осуществляющее определение выше указанной заданной величины торможения для локомотива 20.

На фиг. 5 показана принципиальная блок-схема варианта осуществления предлагаемого согласно изобретению способа торможения состава 100 поезда.

На этапе 300 осуществляют регистрацию фактического электрического рабочего тока I_{Ist LG} ведомого локомотива 20, фактического электрического рабочего тока I_{Ist LF} ведущего локомотива 10, максимального значения обратного тока I_max, и величины HL_Soll запроса на пневматическое торможение воздушной тормозной магистрали 40.

На этапе 310 осуществляют определение максимального электрического обратного тока и заданной величины электрического торможения ведомого локомотива 20 исходя из фактического электрического рабочего тока I_{Ist LG} ведомого локомотива 20, фактического электрического рабочего тока I_{Ist LF} ведущего локомотива 10, максимального значения I_max рабочего тока и величины HL_Soll запроса на пневматическое торможение воздушной тормозной магистрали 40.

На этапе 320 электрическое торможение состава 100 поезда посредством заданной величины Е_Soll электрического торможения осуществляют так, чтобы максимальный электрический обратный ток локомотива 20 не был превышается.

Предложенный способ эксплуатации транспортного средства может быть предпочтительно выполнен в виде программного обеспечения, запускаемого в центральном блоке управления транспортного средства ведущего локомотива 10. Таким образом, обеспечивается простая изменяемость и гибкость способа.

Подводя итог, настоящее изобретение предоставляет способ и устройство с помощью которых можно регулировать на ведомом локомотиве предельную величину электрического тока на высоковольтной стороне, при этом ведомый локомотив обычно может использовать насколько это возможно электрический тормоз, не превышая соответствующую предельную величину электрического тока на высоковольтной стороне или рекуперативного электрического тока.

Хотя изобретение проиллюстрировано и описано подробно на предпочтительных примерах его исполнения, оно не ограничено известными примерами и, специалист может вывести и другие варианты, не выходя из объема правовой охраны изобретения.

Список ссылочных позиций.

10. Ведущий локомотив.

11. Устройство ограничения тока на высоковольтной стороне.

12. Первое смесительное устройство.

20. Ведомый локомотив.

21. Второе смесительное устройство.

30. Контактный провод.

40. Воздушная тормозная магистраль.

50. Система поездной шины с временным разделением.

100. Состав поезда.

200. Устройство.

300... 320. Этапы способа.

Предложен способ торможения состава (100) поезда, в котором ведущий локомотив (10) соединен по меньшей мере с одним ведомым локомотивом (20) посредством системы (50) поездной шины с временным разделением. Способ включает этапы: регистрации фактического электрического рабочего тока (I_{Ist LG}) ведомого локомотива (20); регистрации фактического электрического рабочего тока (I_{Ist LF}) ведущего локомотива; регистрации максимальной величины (I_max) обратного тока; регистрации величины (HL_Soll) запроса на пневматическое торможение воздушной тормозной магистрали (40); определения максимального электрического обратного тока и заданной величины электрического торможения ведомого локомотива (20), исходя из фактического электрического рабочего тока (I_{Ist LG}) ведомого локомотива (20), фактического электрического рабочего тока (I_{Ist LF}) ведущего локомотива (10), максимального значения (I_max) рабочего тока и величины (HL_Soll) запроса на пневматическое торможение воздушной тормозной магистрали (40); и осуществления электрического торможения состава (100) поезда с использованием заданной величины (Е_Soll) электрического торможения так, чтобы не превышался максимальный электрический обратный ток ведомого локомотива (20). Технический результат - предоставление улучшенного, в частности оптимизированного в отношении сети, торможения поезда. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ торможения состава (100) поезда, содержащего ведущий локомотив (10), соединенный по меньшей мере с одним ведомым локомотивом (20) посредством системы (50) поездной шины с временным разделением, включающий этапы, на которых:

- регистрируют фактический рабочий ток (I_{Ist LG}) ведомого локомотива (20);

- регистрируют фактический рабочий ток (I_{Ist LF}) ведущего локомотива;

-регистрируют максимальную величину (I_max) обратного тока в качестве тока, который является максимально возможным рекуперационным током;

- регистрируют величину пневматического торможения (HL_Soll) запроса, через воздушную тормозную магистраль (40), на пневматическое торможение;

- определяют максимальный обратный электрический ток и заданную величину электрического торможения ведомого локомотива (20), исходя из указанных фактического рабочего тока (I_{Ist LG}) ведомого локомотива (20), фактического рабочего тока (I_{Ist LF}) ведущего локомотива (10), максимальной величины обратного тока (I_max) и величины пневматического торможения (HL_Soll) запроса, через воздушную тормозную магистраль (40), на пневматическое торможение;

- передают заданную величину (Е_Soll) электрического торможения ведомому локомотиву (20) по системе (50) поездной шины, и

- осуществляют электрическое торможение состава (100) поезда с использованием указанной заданной величины (Е_Soll) электрического торможения, так чтобы не превышался указанный максимальный обратный электрический ток ведомого локомотива (20).

2. Способ по п. 1, в котором регистрируют вручную заданную величину максимального обратного тока (I_max).

3. Способ по п. 1 или 2, в котором регистрируют установленную на ноль величину максимального обратного тока (I_max).

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором фактический рабочий ток (I_{Ist LG}) ведомого локомотива (20) и заданную величину (E_Soll) электрического торможения передают по шине системы передачи с временным разделением каналов (TMC).