电力机车及受电弓控制装置及方法.pdf

本发明公开了一种电力机车的受电弓控制装置，包括：与气源连通的先导式调压阀(3)；与所述先导式调压阀(3)的主阀体连通的气囊(8)；串接于所述先导式调压阀(3)与气囊(8)之间的压力反馈单元(7)；与电力机车信号和所述压力反馈单元(7)连接的控制单元(9)；与控制单元(9)连接的排气阀(4)和进气阀(5)，所述排气阀(4)和进气阀(5)与先导式调压阀(3)的先导腔气路连通，所述排气阀(4)和进气阀(5)能够调节所述先导腔内的压力。该受电弓控制装置有效地解决了受电弓动态调节控制装置的灵敏度较低，响应时间较长等问题。本发明还公开了一种电力机车的受电弓控制方法和一种包括上述受电弓控制装置的电力机车。

权利要求书
1.  一种电力机车的受电弓控制装置，其特征在于，包括：
先导式调压阀(3)，所述先导式调压阀(3)具有主阀体和先导 腔，所述先导式调压阀(3)的主阀体与气源连通；
气囊(8)，所述气囊(8)与所述先导式调压阀(3)的主阀体连 通；
压力反馈单元(7)，所述压力反馈单元(7)串接于所述先导式 调压阀(3)的主阀体与气囊(8)之间的主气路上；
控制单元(9)，所述控制单元(9)的信号输入端分别与电力机 车信号输出端和所述压力反馈单元(7)的信号输出端通信连接，所述 压力反馈单元(7)能够向所述控制单元(9)反馈所述气囊(8)内的 压力值；
排气阀(4)和进气阀(5)，所述排气阀(4)和进气阀(5)的 信号输入端均与控制单元(9)的信号输出端通信连接；所述排气阀(4) 的进气口和进气阀(5)的出气口均与先导式调压阀(3)的先导腔连 通，所述排气阀(4)和进气阀(5)能够调节所述先导腔内的压力。

2.  根据权利要求1所述的受电弓控制装置，其特征在于，所述 进气阀(5)的进气口与所述先导式调压阀(3)与气囊(8)之间的主 气路连通。

3.  根据权利要求1所述的受电弓控制装置，其特征在于，所述 先导式调压阀(3)与气囊(8)之间的主气路上串接有溢流阀(6)；
所述气源与所述先导式调压阀(3)之间的主气路上还串接有气 体过滤器(1)。

4.  根据权利要求1所述的受电弓控制装置，其特征在于，所述 气体过滤器(1)与所述先导式调压阀(3)之间的主气路上还串接有 电磁阀(2)，在所述电磁阀(2)的供电线路上还串联有控制所述电磁 阀(2)通断的控制器。

5.  一种电力机车，包括受电弓控制装置及安装所述受电弓控制 装置的车体，其特征在于，所述受电弓控制装置具体为权利要求1至 4任一项所述的受电弓控制装置。

6.  一种电力机车的受电弓控制方法，其特征在于，包括以下步 骤：
1)检测气囊(8)内的压力值，并反馈所述压力值；
2)比较反馈压力值和目标压力值的大小，判断是否需要调整所 述气囊(8)内的压力值，如果需要，则调整输入所述气囊(8)内的 压缩气体量。

7.  根据权利要求6所述的受电弓控制方法，其特征在于，步骤1) 具体为通过压力传感器检测气囊(8)内的压力值；通过压力反馈单元 (7)将反馈压力值反馈给所述控制单元(9)。

8.  根据权利要求6所述的受电弓控制方法，其特征在于，步骤2) 中对输入所述气囊(8)内的压缩气体量的调整为所述控制单元(9) 调整先导式调压阀(3)先导腔内的压力，控制所述先导式调压阀(3) 主阀体输出到所述气囊(8)内的压缩气体量。

9.  根据权利要求8所述的受电弓控制方法，其特征在于，所述 控制单元(9)控制进气阀(5)进气或者排气阀(4)排气来调整先导 式调压阀(3)先导腔内的压力。

10.  根据权利要求6所述的受电弓控制方法，其特征在于，还包 括判断气源与气囊(8)之间主气路上的压力值，在达到设定压力值时 溢流阀(6)打开；
通过串联电磁阀(2)控制主气路通断；
在压缩气体进入所述先导式调压阀(3)之前用气体过滤器(1) 对压缩气体进行过滤。

说明书电力机车及受电弓控制装置及方法
技术领域
本发明涉及电力机车技术领域，特别是涉及一种电力机车的受电 弓控制装置及方法。此外，本发明还涉及一种包括上述受电弓控制装 置的电力机车。
背景技术
受电弓是电力机车获取并传输电流的重要装置，通过驱动装置驱 动受电弓升降，驱动装置通常为气囊驱动装置，实现受电弓的碳滑板 与接触网接触，从接触网获取电流。在电力机车实际的运行过程中， 受电弓与接触网的接触状态直接影响了弓网的受流质量，当受电弓与 接触网的接触压力偏小时，弓网间的振动容易产生弓网间虚接触甚至 不接触，导致弓网间火花，加大电蚀磨耗，降低弓网受流质量；当受 电弓与接触网的接触压力偏大时，接触网局部抬升过大，弓网机械磨 耗加大，降低受电弓及接触网的使用寿命，严重时甚至产生恶性的弓 网事故。
随着电力机车运行速度的逐步提高，受电弓预设的静态接触压力 无法满足高速运行的受流性能要求，采用具有比例换向结构的控制装 置可以实现气囊压力的动态调节。但是，电控比例换向结构的阀件相 比于精密调压阀，其灵敏度较低，响应时间较长，导致采用电控比例 换向结构的受电弓在升降弓过程中，同高度上受电弓的碳滑板与接触 网的接触压力差进一步扩大，难以满足受电弓相关标准的要求。
综上所述，如何有效地解决受电弓动态调节控制装置的灵敏度较 低，响应时间较长等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种电力机车的受电弓控制装置及方法，有 效地解决了受电弓动态调节控制装置的灵敏度较低，响应时间较长等 问题；本发明的另一目的是提供一种包括上述受电弓控制装置的电力 机车。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种电力机车的受电弓控制装置，包括：
先导式调压阀(3)，所述先导式调压阀(3)具有主阀体和先导 腔，所述先导式调压阀(3)的主阀体与气源连通；
气囊(8)，所述气囊(8)与所述先导式调压阀(3)的主阀体连 通；
压力反馈单元(7)，所述压力反馈单元(7)串接于所述先导式 调压阀(3)的主阀体与气囊(8)之间的主气路上；
控制单元(9)，所述控制单元(9)的信号输入端分别与电力机 车信号输出端和所述压力反馈单元(7)的信号输出端通信连接，所述 压力反馈单元(7)能够向所述控制单元(9)反馈所述气囊(8)内的 压力值；
排气阀(4)和进气阀(5)，所述排气阀(4)和进气阀(5)的 信号输入端均与控制单元(9)的信号输出端通信连接；所述排气阀(4) 的进气口和进气阀(5)的出气口均与先导式调压阀(3)的先导腔连 通，所述排气阀(4)和进气阀(5)能够调节所述先导腔内的压力。
优选地，所述进气阀(5)的进气口与所述先导式调压阀(3)与 气囊(8)之间的主气路连通。
优选地，所述先导式调压阀(3)与气囊(8)之间的主气路上串 接有溢流阀(6)；
所述气源与所述先导式调压阀(3)之间的主气路上还串接有气 体过滤器(1)。
优选地，所述气体过滤器(1)与所述先导式调压阀(3)之间的 主气路上还串接有电磁阀(2)，在所述电磁阀(2)的供电线路上还串 联有控制所述电磁阀(2)通断的控制器。
本发明还提供一种电力机车，包括受电弓控制装置及安装所述受 电弓控制装置的车体，所述受电弓控制装置具体为上述任一项所述的 受电弓控制装置。
本发明还提供一种电力机车的受电弓控制方法，包括以下步骤：
1)检测气囊(8)内的压力值，并反馈所述压力值；
2)比较反馈压力值和目标压力值的大小，判断是否需要调整所 述气囊(8)内的压力值，如果需要，则调整输入所述气囊(8)内的 压缩气体量。
优选地，步骤1)具体为通过压力传感器检测气囊(8)内的压力 值；通过压力反馈单元(7)将反馈压力值反馈给所述控制单元(9)。
优选地，步骤2)中对输入所述气囊(8)内的压缩气体量的调整 为所述控制单元(9)调整先导式调压阀(3)先导腔内的压力，控制 所述先导式调压阀(3)主阀体输出到所述气囊(8)内的压缩气体量。
优选地，所述控制单元(9)控制进气阀(5)进气或者排气阀(4) 排气来调整先导式调压阀(3)先导腔内的压力。
优选地，还包括判断气源与气囊(8)之间主气路上的压力值， 在达到设定压力值时溢流阀(6)打开；
通过串联电磁阀(2)控制主气路通断；
在压缩气体进入所述先导式调压阀(3)之前用气体过滤器(1) 对压缩气体进行过滤。
本发明所提供的电力机车的受电弓控制装置，包括：先导式调压 阀、气囊、压力反馈单元、控制单元、排气阀和进气阀，先导式调压 阀具有主阀体和先导腔，先导式调压阀的主阀体与气源连通，气囊与 先导式调压阀连通，气源内的压缩气体进入气囊，压力反馈单元串接 于先导式调压阀的主阀体与气囊之间的主气路上，反馈单元能够向控 制单元反馈气囊内的压力值，控制单元的信号输入端分别与电力机车 信号输出端和压力反馈单元的信号输出端通信连接，排气阀和进气阀 的信号输入端均与控制单元的信号输出端通信连接，控制单元通过比 较计算的目标压力值和反馈压力值来控制排气阀排气或者进气阀进 气，排气阀的进气口和进气阀的排气口均与先导式调压阀的先导腔气 路连通，排气阀和进气阀能够调节先导腔内的压力，先导腔内的压力 可以控制主阀体的输出压力，进而控制气囊的压力，实现对受电弓与 接触网动态接触力的控制。先导式调压阀不仅具有调压阀灵敏度较高， 响应时间较短的优点，先导式调压阀同时具有主阀体和先导腔，调整 先导腔的内部压力能够调节主阀体的输出压力值，完成对受电弓气囊 压力的动态闭环控制，从而实现对弓网动态接触力的实时调节，可以 改善弓网的受流性能，保障电力机车高速、安全、可靠运行。
本发明提供的受电弓控制方法，首先检测气囊内的压力值，并反 馈此压力值；然后比较反馈压力值和目标压力值的大小，判断是否需 要调整气囊内的压力值，如果需要，则调整输入气囊内的压缩气体量。 对受电弓进行动态闭环控制，根据反馈的压力值和计算的压力值对受 电弓气囊的压力进行调整，从而实现对弓网动态接触力的实时调节， 改善弓网的受流性能。
本发明提供的电力机车，包括受电弓控制装置及安装受电弓控制 装置的车体，该受电弓控制装置具体为上述任一种受电弓控制装置。 由于上述的受电弓控制装置具有上述技术效果，具有该受电弓控制装 置的电力机车也应具有相应的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而 易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域 普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。
图1为本发明中一种具体实施方式所提供的受电弓控制方法气路 及电气原理示意图。
附图中标记如下：
1-气体过滤器、2-电磁阀、3-先导式调压阀、4-排气阀、5-进气阀、 6-溢流阀、7-压力反馈单元、8-气囊、9-控制单元、10-运行方向信号、 11-运行速度信号、12-受电弓位置信号、13-接触网条件信号。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种电力机车的受电弓控制装置及方法，有 效地解决了受电弓动态调节控制装置的灵敏度较低，响应时间较长等 问题；本发明的另一核心是提供一种包括上述受电弓控制装置的电力 机车。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普 通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明中一种具体实施方式所提供的受电弓 控制方法气路及电气原理示意图。
在一种具体实施方式中，本发明所提供的电力机车的受电弓控制 装置，包括：先导式调压阀3、气囊8、压力反馈单元7、控制单元9、 排气阀4及进气阀5，先导式调压阀3、气囊8、压力反馈单元7、控 制单元9、排气阀4和进气阀5是市面上常见的部件。先导式调压阀3 具体可以为先导式精密调压阀，先导式精密调压阀比电控换向比例阀 的灵敏度更高，响应时间更短，当然，只要满足要求，使用其它适宜 的先导式调压阀也可以。先导式调压阀3具有主阀体和先导腔，先导 式调压阀3的主阀体与气源连通，气囊8与先导式调压阀3的主阀体 连通，气源内的压缩气体先进入先导式调压阀3，经先导式调压阀3 调压后进入气囊8，气源内的压缩气体具体可以为压缩空气，空气来 源广泛，成本较低，当然还可以是其它压缩气体。压力反馈单元7串 接于先导式调压阀3的主阀体与气囊8之间的主气路上，压力反馈单 元7上有测量压力的原件，比如说压力传感器，通过压力传感器能够 测出气囊8内的压力值。当然，压力传感器是一种较常见的测压原件， 但不是唯一的，还可以是其它适宜的原件。压力反馈单元7的信号输 出端与控制单元9的信号输入端通信连接，压力反馈单元7能够向控 制单元9反馈气囊8内的压力值，同时，控制单元9的信号输入端与 电力机车信号的输出端通信连接，控制单元9接收电力机车的运行方 向信号10、运行速度信号11、受电弓位置信号12、接触网条件信号 13等信息，根据这些信息可以计算出控制装置的目标压力值，控制单 元9比较目标压力值与反馈压力值。排气阀4和进气阀5的信号输入 端均与控制单元9的信号输出端通信连接，需要说明的是，排气阀4 和进气阀5受控制单元9控制，与控制单元9通信连接，排气阀4优 选地为高频电子排气阀，进气阀5优选地为高频电子进气阀，高频电 子排气阀和高频电子进气阀的反应速度更快，响应更快，可以更好、 更快捷地控制先导式调压阀3。控制单元9根据比较计算的目标压力 值和反馈压力值来控制排气阀4排气或者进气阀5进气。排气阀4的 进气口和进气阀5的排气口均与先导式调压阀3的先导腔气路连接， 排气阀4排气或者进气阀5进气能够调节先导式调压阀3先导腔内的 压力，先导腔内的压力可以控制主阀体的输出压力，进而可以控制气 囊8的压力，实现对受电弓与接触网弓网动态接触力的控制。
优选地，受电弓控制方式包括正常工作状态与非正常工作状态， 或者说工作模式与安全模式，正常工作状态与非正常工作状态切换方 法较简单，当处于正常工作状态时，排气阀4和进气阀5根据控制单 元9的控制指令进行快速开断，实时调整先导式调压阀3的输出压力； 当处于非正常工作状态时，排气阀4和进气阀5停止工作，先导式调 压阀3的先导腔连通大气，先导式调压阀3按手动预设压力值调节输 出压力，受电弓进入安全工作状态。
先导式调压阀3不仅具有调压阀灵敏度较高，响应时间较短的优 点，先导式调压阀3具有主阀体和先导腔，调整先导腔的内部压力能 够调节先导式调压阀3主阀体的输出压力值，完成对受电弓气囊8压 力的动态闭环控制，实现对弓网动态接触力的实时调节，改善弓网的 受流性能，保障电力机车高速、安全、可靠的运行。
上述受电弓控制装置仅是一种优选方案，具体并不局限于此，在 此基础上可根据实际需要做出具有针对性的调整，从而得到不同的实 施方式，进气阀5的进气口与先导式调压阀3与气囊8之间的主气路 连通。控制单元9可以驱动压缩气体进入进气阀5，压缩气体从排气 阀4排出，以此调节先导腔内的气体压力。需要说明的是，这里所说 的主气路指的是气源连通气囊8的气路。进气阀5进气需要的气体较 少，可以不直接与气源连接，可以从主气路上分出一个支气路，进气 阀5与主气路连通，从主气路上分出一部分压缩气体，用以补充先导 腔的压缩气体，比如进气阀5的进气口与先导式调压阀3与气囊8之 间的主气路连通。
在上述具体实施方式的基础上，本领域技术人员可以根据具体场 合的不同，对受电弓控制装置进行若干改变，先导式调压阀3与气囊 8之间的主气路上串接有溢流阀6；气源与先导式调压阀3之间的主气 路上还串接有气体过滤器1。受电弓控制装置中的各部件可能出现故 障，不能正常工作，可能导致主气路中气体的压力较大，高压气体较 危险，可能影响其它部件。在主气路上可以串联溢流阀6，溢流阀6 起到保护主气路的作用，对溢流阀6设定安全阈值，当主气路中气体 的压力超过安全阈值时，溢流阀6打开，排出部分压缩气体，使主气 路的压力保持在安全压力范围内。气源中的压缩气体可能不干净，其 中夹杂着水分、油渍、灰尘、颗粒物质等杂物，这些杂物进入先导式 调压阀3后可能堵塞先导式调压阀3，在气源与先导式调压阀3之间 的主气路上串接气体过滤器1可以对压缩气体进行过滤，过滤掉压缩 气体中夹杂的水分、油渍、灰尘、颗粒物质等杂物，同时可以保持气 路畅通。
需要特别指出的是，本发明所提供的受电弓控制装置不应被限制 于此种情形，气体过滤器1与先导式调压阀3之间的主气路上还串接 有电磁阀2，在电磁阀2的供电线路上还串联有控制电磁阀2通断的 控制器。电磁阀2得电，气路连通，气源向受电弓控制装置输入压缩 气体，驱动受电弓与接触网接触，受电弓控制装置进入工作状态，反 之，电磁阀2失电，气路断开。还可以在电磁阀2的供电线路上串联 控制器，控制器可以控制电磁阀2通断，控制简单方便。
在一种具体实施方式中，本发明所提供的电力机车的受电弓控制 方法，包括以下步骤：
1)检测气囊8内的压力值，并反馈压力值；
2)比较反馈压力值和目标压力值的大小，判断是否需要调整气 囊8内的压力值，如果需要，则调整输入气囊8内的压缩气体量。
电力机车的受电弓控制方法，检测气囊8内的压力值，并反馈压 力值，同时接收列车运行方向信号10、运行速度信号11、受电弓位置 信号12、接触网条件信号13等信息，根据这些信息计算出控制装置 的目标压力值。根据反馈的压力值和目标压力值对受电弓气囊8的压 力进行调整，对受电弓进行动态闭环控制，实现对弓网动态接触力的 实时调节。
本发明所提供的受电弓控制方法，在其它部件不改变的情况下， 检测气囊8内的压力值具体为通过压力传感器检测气囊8内的压力值， 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，一般普通压力传感 器的输出为模拟信号，压力传感器结构较简单、体积较小、重量较轻、 使用寿命较长，可以测量压力和力等。反馈压力值具体为通过压力反 馈单元7将反馈压力值反馈给控制单元9，对受电弓进行动态闭环控 制，实现对弓网动态接触力的实时调节。
为了进一步优化上述技术方案，对输入气囊8内的压缩气体量的 调整为控制单元9调整先导式调压阀3先导腔内的压力，进而控制先 导式调压阀3主阀体输出到气囊8内的压缩气体量。先导式调压阀3 不仅具有精密调压阀灵敏度较高，响应时间较短的优点，先导式调压 阀3具有主阀体和先导腔，调整先导腔的内部压力能够调节先导式调 压阀3主阀体的输出压力值，完成对受电弓气囊8压力的动态闭环控 制。
显然，在这种思想的指导下，本领域的技术人员可以根据具体场 合的不同对上述具体实施方式中的受电弓控制方法进行若干改变，控 制单元9控制进气阀5进气或者排气阀4排气来调整先导式调压阀3 先导腔内的压力。进气阀5的进气口与先导式调压阀3与气囊8之间 的主气路连通。控制单元9可以驱动压缩气体进入进气阀5，压缩气 体从排气阀4排出，以此调节先导腔内的气体压力。
为了更好的控制受电弓，确保整个主气路的安全性，可以在主气 路上串联溢流阀6，判断气源与气囊8之间主气路上的压力值，在达 到设定压力值时溢流阀6打开，使整个主气路处于安全状态下，保护 主气路及主气路上的部件。还可以在主气路上串联电磁阀2，通过串 联电磁阀2控制主气路通断，操作方便快捷。在压缩气体进入先导式 调压阀3之前可以用气体过滤器1对压缩气体进行过滤，过滤掉压缩 气体中夹杂的水分、油渍、灰尘、颗粒物质等杂物，可以防止杂物堵 塞先导式调压阀3，同时也可以保持气路畅通。
基于上述实施例中提供的电弓控制装置，本发明还提供了一种电 力机车，该电力机车包括受电弓控制装置及安装受电弓控制装置的车 体，其中受电弓控制装置为上述实施例中任意一种受电弓控制装置。 由于该电力机车采用了上述实施例中的电弓控制装置，所以该电力机 车的有益效果请参考上述实施例。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说 明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互 相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现 或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来 说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的 精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被 限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新 颖特点相一致的最宽的范围。