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CN111971198B - 用于调节车辆的集电弓的设备和方法 - Google Patents

用于调节车辆的集电弓的设备和方法 Download PDF

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CN111971198B CN201880092151.0A CN201880092151A CN111971198B CN 111971198 B CN111971198 B CN 111971198B CN 201880092151 A CN201880092151 A CN 201880092151A CN 111971198 B CN111971198 B CN 111971198B
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Abstract

本发明涉及一种用于调节车辆的以气动方式操纵的集电弓（1）的设备以及方法，所述设备具有受控系统，所述受控系统具有第一压力调节器（2）、第二压力调节器（3）以及操纵设备（4）。在此，有利的是：在所述集电弓（1）上能布置至少一个传感器（5），所述至少一个传感器与所述受控系统的接触力调节器（6）以传导信号的方式连接；所述第一压力调节器（2）与所述接触力调节器（6）、所述第二压力调节器（3）以及压力供应装置（7）以传导信号的方式耦合，其中所述第二压力调节器（3）具有用于来自所述第一压力调节器（2）的实际先导压力pP,Ist的连接端；而且在所述第二压力调节器（3）与所述压力供应装置（7）之间以及在所述第二压力调节器（3）与所述操纵设备（4）之间设置以传导信号的方式的连接。由此，能够实现接触力FK与多变的运行条件的迅速适配。

Description

用于调节车辆的集电弓的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于调节车辆的以气动方式操纵的集电弓的设备，其中设置受控系统，该受控系统具有第一压力调节器、第二压力调节器以及操纵设备。
背景技术
为了减少或避免集电弓的接触条的磨损或损坏，需要对在这些接触条与触线或汇流排等等之间的接触力的准确调节。高接触力造成由于在接触条与触线或汇流排之间的强烈摩擦而引起的磨损，过小的接触力造成在接触条与触线或汇流排之间的电弧，由此又造成了磨损。标准（例如欧洲50367标准）规定了取决于行驶速度的所容许的接触力范围。集电弓接触力常常在利用空气动力的情况下被调整，所述空气动力借助于导风板来被影响。还公知具有气动压力调节的集电弓。
这样，例如EP 1 862 347 B1描述了一种用于借助于空气波纹管来操纵的集电弓的控制设备和控制方法，其中该控制设备具有压力调节器。基于借助传感器所测量的压力信号和速度信号，调整压力额定值。对该压力额定值的预先调整以机械方式进行，对所述预先调整的动态适配以气动方式进行。
从现有技术中还公知EP 1 975 584 B1，在该EP 1 975 584 B1中公开了一种用于在集电弓与触线之间的接触力测量的设备和方法。设置传感测力器以及构造为应变传感器的接触力传感器，由此可以同步地测量和分析静态以及动态的接触力。在此，传感测力器以如下方式来实施：温度对接触力的影响由于表征性的传感器响应特性而可以从接触力分析中被排除，也就是说接触力分析的结果不受温度变化影响。
所提到的方案在它们公知的形式方面具有如下缺点：既没有规定基于接触力对集电弓的调节也没有规定基于压力对集电弓的调节。
发明内容
因而，本发明所基于的任务在于：说明一种相对于现有技术而言进一步发展并且特别准确以及有冗余并且因而可靠的用于调节集电弓的设备或一种进一步发展的用于调节集电弓的方法。
按照本发明，该任务利用一种用于调节开头提到的类型的以气动方式操纵的集电弓的设备来解决，
其中在集电弓上能布置至少一个传感器，该至少一个传感器与受控系统的接触力调节器以传导信号的方式连接；
其中第一压力调节器与接触力调节器、第二压力调节器以及压力供应装置以传导信号的方式耦合，其中第二压力调节器具有用于来自第一压力调节器的实际先导压力的连接端；而且
其中在第二压力调节器与压力供应装置之间以及在第二压力调节器与操纵设备之间设置以传导信号的方式的连接。
由于传感器和与该传感器连接的接触力调节器，即使有不可测量的运行条件（例如空气动力学影响）造成接触力变化，该接触力变化需要修正以便确保集电弓的可靠且磨损少的运行，也可以实现对集电弓的接触力调整或接触力适配。除了接触力调节器和第一压力调节器之外，还设置第二压力调节器，由此来实现一定的冗余并且因此实现被提高的运行安全性。如果接触力调节器、第一压力调节器和第二压力调节器借助于物理原理不同的能量供应装置来被馈能，则特别有效地实现了该冗余。
在接触力调节器和/或第一压力调节器有缺陷、故障、失灵等等的情况下，第二压力调节器提供最小压力并且因此提供在集电弓与触线或汇流排之间的最小接触力，由此确保了可靠的集电。此外，在第二压力调节器上的实际先导压力连接端引起：借助于第二压力调节器所调整的最小压力（也就是说不能低于的压力）可以暂时被提高，以便能够对（例如由于空气动力学影响、不规则的触线走向等等而引起的）动态的接触力波动迅速做出反应，也就是说以便能够迅速提供在集电弓与触线或汇流排之间的足够的接触力。
由于接触力调节器，用于使对在集电弓与触线之间的接触力有影响的集电弓导风板适配的某些测量行驶可以在轨道车辆的批准过程中被缩短或省去，因为通过接触力调节器进行了准确的接触力调节并且这些集电弓导风板只须粗略地被确定尺寸。此外，接触力调节造成集电弓与触线的磨损减小，由此可以延长维护和保养间隔期。
有利的是：该至少一个传感器构造为布置在集电弓的接触条上的应变传感器。通过该措施，实现了对接触力的简单且鲁棒的确定。如果应变传感器实施为光学传感器（例如实施为光纤布拉格光栅传感器（Faser-Bragg-Gitter-Sensor）），则实现了特别高的测量灵敏度，该特别高的测量灵敏度能够实现对非常微小的应变的测量。此外，光学传感器也可以布置在高电压环境下，也就是说例如直接布置在集电弓上。
如果在接触力调节器的数据存储器中存储接触力，则得到有利的解决方案。通过该措施，能够实现对接触力或接触力变化过程的立即或时间上有延迟的分析。由此，可以探测触线或集电弓的损坏。
如果将特性曲线实现到接触力调节器中，则实现了有利的解决方案。这些特性曲线向接触力调节器例如规定了取决于轨道车辆的行驶速度的压力或者额定接触力。
通过该措施，能够实现特别准确的接触力调节以及对所测量到的接触力的控制。此外，由此即使在传感器或测量链有缺陷、故障等等的情况下，该接触力调节也至少作为受限制的、也就是说纯基于特性曲线的调节来保持功能能力。
附图说明
随后，依据实施例进一步阐述本发明。
其中：
图1示例性地示出了按照本发明的用于调节集电弓的设备的示例性的实施变型方案的框图；以及
图2示例性地示出了按照本发明的用于调节集电弓的设备的示例性的实施变型方案的接线图。
图1示出了按照本发明的用于调节未示出的轨道车辆的能借助于操纵设备4来升高和下降的集电弓1的设备的示例性的实施变型方案的框图，该集电弓构造为单臂集电弓或受电弓（Pantograph）。沿着级联调节的受控系统，设置电动气动的第一压力调节器2、机械气动的第二压力调节器3以及电子接触力调节器6。集电弓1和用于调节该集电弓的设备部分地布置在轨道车辆的车厢上，部分地布置在轨道车辆的车厢中。为了测量在集电弓1与未示出的触线之间的接触力FK，设置传感器5，该传感器构造为已知的光学光纤布拉格光栅传感器（应变传感器）。该传感器布置在未示出的应变元件上。应变元件布置在与集电弓1的上侧连接的未示出的保持架与接触条之间，该接触条同样未示出地与触线接触。在集电弓1与触线之间发生的接触力FK造成应变元件的与该接触力成比例的应变并且因此造成传感器5的与该接触力FK成比例的应变。该应变借助于在应变、弹性模量、应力、面积和接触力FK之间的已知的物理数学关联（虎克定律）来被换算成接触力FK，并且作为接触力信号经由电的第一线路9并且经由比较环节8被传导到接触力调节器6中。按照本发明，也可设想的是：将由传感器5产生的信号直接、也就是说作为光信号传输给接触力调节器6，其中第一线路9为此实施为光学线路。借助于比较环节8，根据接触力FK的反馈和充当指令变量的额定接触力FK,Soll来求得差动接触力ΔF，该差动接触力充当调节差。
在接触力调节器6中，根据差动接触力ΔF来求得额定先导压力pP,Soll，作为对在要经由第二压力调节器3来调整的、充当最小压力的基础压力pA基础上的暂时的压力或接触力提高的规定值。在接触力调节器6的未示出的计算单元中，差动接触力ΔF借助于已知的、被实现到该计算单元中的在差动接触力ΔF、操纵设备4的表征性的第一面积、操纵设备4的其它参数、接触条和触线之间的表征性的第二面积、效率（例如未示出的集电弓传动杆的效率）以及额定先导压力pP,Soll之间的关联来被换算成额定先导压力pP,Soll，并且经由电的第二线路10被传输给第一压力调节器2。按照本发明，也可设想的是：被分配给接触力调节器6的计算单元在位置上与接触力调节器6分开地布置并且与接触力调节器6经由相对应的线路路径连接。将调节算法实现到接触力调节器6中，借助于该调节算法来切换第一压力调节器2，使得差动接触力ΔF的绝对值被减小到最低限度。
第一压力调节器2实施为电动气动调节器。借助于该第一压力调节器2，将作为电信号被传输给第一压力调节器2的额定先导压力pP,Soll转换成气动信号。
第一压力调节器2经由在图2中示出的供应压力连接端21以及气动的第三线路11和气动的第四线路12来与压力供应装置7连接，该压力供应装置具有未示出的压缩机并且在该压力供应装置中充满着供应压力pV。借助于额定先导压力pP,Soll的电信号作为规定参量，根据供应压力pV来形成实际先导压力pP,Ist，该实际先导压力经由气动的第五线路13被传输给第二压力调节器3。
第二压力调节器3实施为机械气动调节器。该第二压力调节器经由供应压力连接端21和第三线路11来与压力供应装置7连接，并且具有手轮。经由该手轮，根据供应压力pV来调整基础压力pA。形成集电弓操纵压力pB，其中将基础压力pA提高实际先导压力pP,Ist，据此作为总和压力或比例压力来得到集电弓操纵压力pB。该集电弓操纵压力pB经由气动的第六线路14被传送给集电弓1的操纵设备4，该操纵设备构造为已知的具有未示出的空气波纹管的空气弹簧设备。在空气波纹管中的压力变化引起：集电弓1升高或下降并且因此在集电弓1与触线之间的接触力FK增加或减小。
由传感器5测量的接触力FK被存储在接触力调节器6的计算单元中并且经由该计算单元的无线电接口利用天线被传输给维护站用于分析。该计算单元具有时间记录设备，并且与轨道车辆的未示出的全球定位系统（Global Positioning System，GPS）接收器连接。因而，接触力FK与被分配给这些接触力FK的时间和位置戳共同被存储。由此，依据所存储的接触力FK或由此形成的接触力变化过程，对集电弓1和/或触线的损坏的时间上和位置上的探测是可行的。按照本发明，也可设想的是：直接在该计算单元中进行该分析。如果例如接触力FK低于所限定的阈值，则在该计算单元中产生报警事件，经由未示出的信号线将该报警事件作为报警信号传输到轨道车辆的驾驶台中并且在那里将该报警事件作为报警指示显示在显示器上。
在传感器5有缺陷或失灵的情况下或者在有其它故障的情况下，借助于额定压力特性曲线来求得额定先导压力pP,Soll，所述额定压力特性曲线作为额定先导压力pP,Soll与行驶速度之间的数学关联被实现到接触力调节器6的计算单元中。该计算单元包括供电装置，该供电装置独立于接触力调节器6的其它组件，因而该计算单元在接触力调节器6有缺陷、失灵或损坏等等的情况下保持活跃并且借助于所述额定压力特性曲线将额定先导压力pP,Soll传送给第一压力调节器2。所述额定压力特性曲线规定了取决于行驶速度的额定先导压力pP,Soll。该计算单元与轨道车辆的未示出的行驶速度测量装置连接。借助于所测量到的行驶速度和所提到的在额定先导压力pP,Soll与行驶速度之间的数学关联，确定与所测量到的行驶速度匹配的额定先导压力pP,Soll并且将其经由第二线路10传输给第一压力调节器2。
在该实施例中，集电弓1构造为受电弓。然而，按照本发明，也可设想的是：集电弓1例如实施为缩放仪式集电弓、用于汇流排的侧面集电弓或者车辆的被移到触线上的其它设备。集电弓1可以布置在轨道车辆上，但是也可以布置在其它车辆、诸如电动巴士或电动卡车上。
在图2中，示出了按照本发明的也在图1中示出的用于调节集电弓1的设备的那个示例性的实施变型方案的气动接线图。因而，部分地使用相同的附图标记。用于调节集电弓1的设备以及集电弓1本身布置在未示出的轨道车辆上。集电弓1具有气动的操纵设备4以及实施为应变传感器的传感器5，该操纵设备和该传感器结合图1来描述。关于传感器5的接触力FK的测量信号经由电的第一线路9被传送给具有比较环节8的电子接触力调节器6，并且借助于接触力调节器6被转换成额定先导压力pP,Soll。额定先导压力pP,Soll经由电的第二线路10被传输给已知的第一压力调节器2。第一压力调节器2构造为电动气动调节器并且具有：借助于可调节的电磁线圈来操纵的具有弹簧复位装置和排气装置的第一调压阀17；压力传感器19以及调节元件20，所述第一调压阀、压力传感器和调节元件经由第七线路15来彼此连接。第一压力调节器2经由供应压力连接端21来与在图1中示出的压力供应装置7连接。借助于压力传感器19和调节元件20来操控第一调压阀17，并且借此基于经由气动的第五线路13的第一支路由已知的第二压力调节器3根据供应压力pV所提供的基础压力pA以及额定先导压力 pP,Soll来形成实际先导压力pP,Ist。实际先导压力pP,Ist经由第五线路13的第二支路被传输给第二压力调节器3的第二调压阀18的连接端。第二压力调节器3具有手轮，该手轮在图2中作为第二调压阀18的弹簧符号来示出，并且经由供应压力连接端21与压力供应装置7连接。例如由在轨道车辆的驾驶台的机车驾驶员，借助于手轮根据供应压力pV来调整基础压力pA。供应压力pV经由过滤器22和第一换向阀23被馈入到第五线路13的第一支路中或被馈入到第八线路16中，该第一换向阀实施为先导式3/2换向阀。第八线路16和第五线路13的第一支路对应于在图1中示出的第三线路11和第四线路12。第一换向阀23具有弹簧复位装置以及排气装置，通过该排气装置可以对第五线路13的第一支路或第八线路16进行排气。
经由第八线路16将基础压力pA传输给可调的第二调压阀18，该第二调压阀具有排气装置。根据基础压力pA和经由第五线路13的第二支路来传输并且经由该连接端馈入到第二调压阀18中的实际先导压力pP,Ist，在第二调压阀18中形成集电弓操纵压力pB。集电弓操纵压力pB经由第六线路14和分别沿一个方向自由流经的可调的第一节流止回阀25以及可调的第二节流止回阀26被传输给集电弓1的操纵设备4的空气波纹管，并且由操纵设备4转化成集电弓1的升高或下降过程。借助于第一节流止回阀25以及第二节流止回阀26，可以调整集电弓1的升高和下降时长。
第六线路14还具有公知的压力测量设备27、公知的安全阀28以及第二换向阀24。借助于安全阀28来避免在第六线路14中的大于6bar的超压并且因此避免（例如在操纵设备4的空气波纹管处的）损坏，该安全阀针对为6bar的压力阈值来设计并且具有弹簧复位装置以及排气装置。借助于第二换向阀24，在相对应的切换的情况下使集电弓1快速下降，该第二换向阀构造为具有弹簧复位装置和排气装置的先导式2/2换向阀。
附图标记列表
1 集电弓
2 第一压力调节器
3 第二压力调节器
4 操纵设备
5 传感器
6 接触力调节器
7 压力供应装置
8 比较环节
9 第一线路
10 第二线路
11 第三线路
12 第四线路
13 第五线路
14 第六线路
15 第七线路
16 第八线路
17 第一调压阀
18 第二调压阀
19 压力传感器
20 调节元件
21 供应压力连接端
22 过滤器
23 第一换向阀
24 第二换向阀
25 第一节流止回阀
26 第二节流止回阀
27 压力测量设备
28 安全阀
FK 接触力
FK,soll 额定接触力
pP,Soll 额定先导压力
pV 供应压力
pP,Ist 实际先导压力
pA 基础压力
pB 集电弓操纵压力
ΔF 差动接触力。

Claims (12)

1.一种用于调节车辆的以气动方式操纵的集电弓的设备，包括：
受控系统，所述受控系统具有接触力调节器（6）、第一压力调节器、第二压力调节器以及操纵设备，以及
至少一个传感器（5）和压力供应装置（7），
其特征在于，
所述至少一个传感器（5）能布置在所述集电弓（1）上以便测量所述集电弓（1）和触线之间的接触力(FK)，其中所述至少一个传感器（5）与所述受控系统的接触力调节器（6）以传导信号的方式连接；
所述第一压力调节器（2）与所述接触力调节器（6）、所述第二压力调节器（3）以及所述压力供应装置（7）以传导信号的方式耦合，其中所述第二压力调节器（3）具有用于来自所述第一压力调节器（2）的实际先导压力(pP,Ist)的连接端；而且
在所述第二压力调节器（3）与所述压力供应装置（7）之间以及在所述第二压力调节器（3）与所述操纵设备（4）之间设置以传导信号的方式的连接，其中由所述受控系统的所述第一压力调节器（2）、所述第二压力调节器（3）以及所述接触力调节器（6）构成级联调节。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述接触力调节器（6）实施为电子调节器，其中在所述接触力调节器（6）与所述至少一个传感器（5）之间以及在所述接触力调节器（6）与所述第一压力调节器（2）之间设置电线路路径。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述接触力调节器（6）实施为电子调节器，其中在所述接触力调节器（6）与所述至少一个传感器（5）之间设置光学线路路径，以及在所述接触力调节器（6）与所述第一压力调节器（2）之间设置电线路路径。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一压力调节器（2）实施为电动气动调节器，其中在所述第一压力调节器（2）与所述压力供应装置（7）之间以及在所述第一压力调节器（2）与所述第二压力调节器（3）之间设置气动线路路径。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述第二压力调节器（3）实施为机械气动调节器，其中在所述第二压力调节器（3）与所述压力供应装置（7）之间以及在所述第二压力调节器（3）与所述操纵设备（4）之间设置气动线路路径。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个传感器（5）构造为布置在所述集电弓（1）的接触条上的应变传感器。
7.根据权利要求2至3中任一项所述的设备，其特征在于，在所述接触力调节器（6）的数据存储器中存储接触力FK。
8.根据权利要求2至3中任一项所述的设备，其特征在于，将特性曲线实现到所述接触力调节器（6）中。
9.一种集电弓，其具有根据权利要求1至8中任一项所述的设备。
10.一种用于根据权利要求1至8中任一项所述的设备的调节方法，其特征在于，
借助于所述至少一个传感器（5）来测量在所述集电弓（1）与触线之间起作用的接触力(FK)；
借助于所述接触力调节器（6），根据所测量的接触力(FK)和额定接触力(FK,Soll)来求得额定先导压力(pP,Sol)l；
根据所述额定先导压力(pP,Soll)，借助于所述第一压力调节器（2）通过对所述压力供应装置（7）的供应压力(pV)的调整来形成所述实际先导压力(pP,Ist)；并且
借助于所述第二压力调节器（3），根据借助于所述供应压力(pV)所调整的基础压力(pA)和所述实际先导压力(pP,Ist)来产生集电弓操纵压力(pB)，其中将所述基础压力(pA)加上所述实际先导压力(pP,Ist)，由此得到所述集电弓操纵压力(pB)作为总和压力或比例压力。
11.根据权利要求10所述的调节方法，其特征在于，将所测量的接触力(FK)存储在所述接触力调节器（6）的数据存储器中。
12.根据权利要求10或11所述的调节方法，其特征在于，借助于被实现到所述接触力调节器（6）中的特性曲线来求得所述额定先导压力(pP,Soll)。
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