踏面清扫器控制系统、踏面清扫器控制方法及轨道车辆与流程

1.本技术属于轨道车辆装备技术领域，具体涉及轨道车辆的踏面清扫器控制系统及控制方法。


背景技术：

2.目前，轨道车辆已成为主要的交通运输工具之一，其运行安全一直备受人们关注。车轮作为转向架中重要的走形部件，其踏面出现失圆、擦伤及低黏着等现象时直接影响列车的运行安全，而作为轨道车辆转向架的标准配置之一，踏面清扫装置可以对车辆踏面进行清扫，实现提高轮轨增粘、车轮修形等功能，从而有效改善车轮踏面状况、抑制车轮踏面失圆，并防止车轮出现打滑空转等现象，有效提高轨道车辆的制动性能和舒适性能，这已经在实际使用过程得到了验证。
3.通常配置有踏面清扫器控制系统来辅助控制踏面清扫器的动作执行。但此类控制系统的辅助功能尚不完善，难以实现在各种异常状况下的可靠清扫与故障适应。例如，中国专利cn206012587u提供了一种踏面清扫控制系统，其利用单个电磁阀接收信号控制踏面清扫器工作。中国专利申请cn107031668a针对现有的机车踏面清扫控制装置连接线路较长且繁杂的技术问题，提出一种集成化程度高的机车踏面清扫控制装置。
4.然而前述踏面清扫控制系统在使用过程中存在控制电磁阀单一，无法动态准确地控制系统的进气压力，易于出现研磨块异常磨耗、改善车轮状况不明显的问题，效果普遍不佳。同时，还缺乏诸多安全设计，包括总风欠压保护、故障导向安全、停车动作检查、故障检测报警等，无法确保车辆运行安全。


技术实现要素：

5.为有效解决或者至少缓解现有的用于轨道车辆的踏面清扫器控制系统中存在的部分问题或不足，本技术提供一种改进的踏面清扫器控制系统、踏面清扫器控制方法及应用其的轨道车辆。
6.根据本技术的一方面，提供一种踏面清扫器控制系统，其包括：供气管路，其包括：进气支路、排气支路和用于连接至踏面清扫器的驱动气缸的供气支路；其中，所述排气支路与所述供气支路并联地连接至所述进气支路的下游；第一电控开关阀，其设置在所述进气支路上，以用于控制所述进气支路的通断；以及第二电控开关阀，其设置在所述排气支路上，以用于控制所述排气支路的通断。
7.根据本技术又一个实施例或以上任一个实施例的踏面清扫器控制系统，还包括：旁通支路，其与所述第一电控开关阀并联设置；且所述旁通支路上设置有第一手控开关阀。
8.根据本技术又一个实施例或以上任一个实施例的踏面清扫器控制系统，所述旁通支路具有位于所述进气支路上的接入点与位于所述供气支路上的接出点；其中，所述接入点位于所述第一电控开关阀的上游。
9.根据本技术又一个实施例或以上任一个实施例的踏面清扫器控制系统，还包括：
第二手控开关阀，其设置在所述排气支路上，并位于所述第二电控开关阀的上游。
10.根据本技术又一个实施例或以上任一个实施例的踏面清扫器控制系统，还包括：减压阀，其设置在所述进气支路上，并位于所述第一电控开关阀与所述旁通支路的上游；所述减压阀用于将进气压力调节至踏面清扫器的设定供气压力。
11.根据本技术又一个实施例或以上任一个实施例的踏面清扫器控制系统，还包括：压力控制安全阀，其设置在所述进气支路上，并位于所述减压阀的上游；所述压力控制安全阀在进气压力高于设定值时开启，并在进气压力不高于设定值时关闭。
12.根据本技术又一个实施例或以上任一个实施例的踏面清扫器控制系统，还包括：第三手控开关阀，其设置在所述进气支路上，并位于所述压力控制安全阀的上游。
13.根据本技术又一个实施例或以上任一个实施例的踏面清扫器控制系统，还包括：压力传感器，其设置在所述进气支路、所述排气支路和所述供气支路的公共连接点处。
14.根据本技术又一个实施例或以上任一个实施例的踏面清扫器控制系统，所述第一电控开关阀被配置成常闭电磁阀，且所述第二电控开关阀被配置成常开电磁阀。
15.根据本技术的另一方面，还提供一种轨道车辆，其包括：踏面清扫器以及如前所述的踏面清扫器控制系统。
16.根据本技术的又一方面，还提供一种踏面清扫器控制方法，其用于如前所述的踏面清扫器控制系统，其包括电控模式：通过所述第一电控开关阀导通所述进气支路来控制对所述踏面清扫器的供气；通过所述第二电控开关阀导通所述排气支路来控制对所述踏面清扫器的排气。
17.根据本技术又一个实施例或以上任一个实施例的踏面清扫器控制方法，当所述踏面清扫器控制系统包括所述第一手控开关阀与所述第二手控开关阀时，所述控制方法还包括手控模式：通过所述第一手控开关阀导通所述进气支路来控制对所述踏面清扫器的供气；通过所述第二手控开关阀导通所述排气支路来控制对所述踏面清扫器的排气。
18.根据本技术又一个实施例或以上任一个实施例的踏面清扫器控制方法，当所述踏面清扫器控制系统包括减压阀时，所述控制方法还包括压力调节步骤：通过所述减压阀将进气压力调节至所述踏面清扫器的设定供气压力。
19.根据本技术又一个实施例或以上任一个实施例的踏面清扫器控制方法，当所述踏面清扫器控制系统包括压力控制安全阀时，所述控制方法还包括欠压保护步骤：通过所述压力控制安全阀在进气压力高于设定值时开启进气支路，并在进气压力不高于设定值时关闭进气支路。
20.根据本技术又一个实施例或以上任一个实施例的踏面清扫器控制方法，当所述踏面清扫器控制系统包括第三手控开关阀时，所述控制方法还包括启停步骤，通过所述第三手控开关阀控制所述进气支路的通断来实现所述控制方法的启停。
21.根据本技术的踏面清扫器控制系统、踏面清扫器控制方法及应用其的轨道车辆，采用双电控开关阀进行闭环控制，控制过程更为稳定可靠，能够有效改善车轮表面状况、防止打滑空转以及修正车轮踏面，还能够确保车辆的安全运行。
附图说明
22.从结合附图的以下详细说明中，将会使本技术的上述和其他目的及优点更加完整
清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
23.图1是根据本技术的一个实施例的踏面清扫器控制系统的供气管路部件连接示意图；以及图2是根据本技术的一个实施例的踏面清扫器控制系统的控制流程示意图。
具体实施方式
24.下文将参照附图中的示例性实施例来详细地描述本技术。但应当知道的是，本技术可通过多种不同的形式来实现，而不应该被理解为限制于本文所阐述的实施例。在此提供这些实施例旨在使得本技术的公开内容更为完整与相近，并将本技术的构思完全传递给本领域技术人员。
25.此外，对于在本文所提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本技术仍然允许在这些技术特征（或其等同物）之间继续进行任意组合或者删减而不存在任何的技术障碍，由此获得可能未在本文中直接提及的本技术的更多其它实施例。
26.再者，文中述及的特征术语“电控开关阀”及“手控开关阀”意指两类能够实现管路通断的阀件，区别在于一者经受电力控制，另一者经受人工手动控制。此类阀件可能具有多种具体的实现形式，本文中选用了电磁阀来作为电控开关阀，例如，第一电磁阀5、第二电磁阀7等；并选用了球阀来作为手控开关阀，例如，第一球阀4、第二球阀6及第三球阀1等。
27.参见图1，其以供气管路部件连接的方式示意性地示出了一种踏面清扫器控制系统的实施例。该踏面清扫器控制系统主要包括控制器与受控地为踏面清扫器提供气体压力的供气管路。具体而言，该供气管路包括进气支路、排气支路与供气支路三个区段；其中，进气支路连接至进风口，以便从风源引入空气；排气支路连接至排气口，以便于在系统停止或异常时排空整个供气管路内的气体；而供气支路则连接至踏面清扫器的驱动气缸，以便于将空气引入驱动气缸内来驱动踏面清扫器运动及执行清扫工作。在供气管路的区段布置上，排气支路与供气支路并联地连接至进气支路的下游，其中，进气支路上设置有用于控制进气支路的通断的第一电磁阀5，且排气支路上设置有用于控制排气支路的通断的第二电磁阀7，以便选择性地将进入管路的气体用作供气或予以排出。
28.在此种布置下，该踏面清扫器控制系统，采用双电磁阀进行闭环控制，其可以通过接收控制器输出信号动态控制踏面清扫装置的进气与排气，使得踏面清扫器进气压力精确维持在可调设定区间值范围（例如，在
±
5kpa波动），由此整个控制过程更为稳定可靠，能够有效改善车轮表面状况、防止打滑空转以及修正车轮踏面，还能够确保车辆的安全运行。
29.如下将进一步结合附图来描述踏面清扫器控制系统的主要零部件的具体构造及其与其他零部件之间的配合关系。
30.例如，为进一步改善系统可靠性，还可以为系统设置手动控制方案。此时，该供气管路还可包括与第一电磁阀5并联设置的旁通支路，且在旁通支路上设置有第一球阀4。更具体而言，该旁通支路具有位于进气支路上的接入点与位于供气支路上的接出点。其中，该接入点位于第一电磁阀5的上游。另一方面，该供气管路还可包括设置在排气支路上并位于第二电磁阀2的上游的第二球阀6。此时，若在未通电状态或因异常而导致断电的状态下，还可通过手动控制第一球阀4来实现旁通支路的导通（此时，应将第一电磁阀5选定为常闭电
磁阀），进而实现对踏面清扫器的驱动；也可通过手动控制第二球阀6来实现排气支路的导通（此时，应将第二电磁阀7选定为常开电磁阀），进而实现对踏面清扫器的排气缓解。
31.又如，该供气管路还可包括设置在进气支路上的减压阀3，该减压阀3位于第一电磁阀5与旁通支路的上游，其用于将进入气体的总风风压（也即，进气压力）调节至踏面清扫器的设定供气压力，以便于按需驱动踏面清扫器。
32.再如，该供气管路还可包括设置在进气支路上的压力控制安全阀2，该压力控制安全阀2位于减压阀的上游。该压力控制安全阀2能够起到车辆气体压力的保护作用，当进气压力高于设定值时，车辆风缸压力会高于安全阀设置点，此时压力控制安全阀2开启；当进气压力不高于设定值时，风缸压力低于安全阀设定点，此时压力控制安全阀2关闭。此种布置可以确保系统压力稳定，保障行车安全，避免因踏面清扫装置系统故障导致总风异常。
33.还如，该供气管路还可包括设置在进气支路上的第三球阀1，其位于压力控制安全阀2的上游，以用于切换控制系统的进排气，该第三球阀1开启时可以启用气路，而其关闭时可以停用气路并排空阀体本身的后端空气压力。
34.再者，为实现对各个电磁阀的开闭控制，还可在在进气支路、排气支路和供气支路的公共连接点处设置压力传感器8。该压力传感器8可用于检测踏面清扫装置输出压力变化，反馈气体压力信号给控制器，与车轮踏面状况传感器配合用于提供反馈信号，且前述电磁阀可以接收控制器的反馈控制信号来执行开启操作，由此实现闭环控制。此种布置下，该踏面清扫控制系统可监测车轮踏面状况，双电磁阀控制闭环稳定，使用pid动态恒定压力调节，使得踏面清扫器进气压力精确维持在可调设定区间值范围（
±
5kpa波动），研磨块异常磨耗、改善车轮状况不明显的问题得到改善，同时可实现诸多安全保护，包括总风欠压保护、故障导向安全、停车动作检查等，在稳定地发挥踏面清扫作用同时，确保车辆运行安全。
35.此外，虽然图中未示出，在此还提供一种轨道车辆的实施例。该轨道车辆包括踏面清扫器与前述任意实施例或其组合中的踏面清扫器控制系统，故也具有其所带来的各种效果，在此不再赘述。
36.还应当知道的是，可以将根据本技术所提供的踏面清扫器控制系统及轨道车辆中的其他部分分别进行设计、制造和销售，也可以将它们组装在一起后再进行整体销售。无论在进行组合之前所形成的单体、还是在组合之后所形成的整体，它们都落入本技术的保护范围。
37.再者，参见图2，在此还提供一种踏面清扫器控制方法的实施例，其可用于前述任意实施例或其组合中的踏面清扫器的控制系统。具体而言，该控制方法可包括电控模式：通过第一电磁阀5导通进气支路来控制对踏面清扫器的供气；通过第二电控开关阀导通排气支路来控制对踏面清扫器的排气。此时，控制器以内部气压信号及车轮踏面状况信号作为输入，并与设定压力值（例如，在该实施例中分别设定100kpa、200kpa和300kpa）进行对比后，使用pid算法经对常闭电磁阀5和常开电磁阀7的进气、排气实时控制进行恒定压力调节，使得踏面清扫器进气压力始终维持在设定区间（例如，在该实施例中分别对应100
±
5kpa、200
±
5kpa和300
±
5kpa）的范围内。在该踏面清扫装置控制系统断电后，常开电磁阀5导通，控制系统将自动排空执行器的后端压力，使踏面清扫装置得到缓解，此时研磨子远离车轮踏面。而控制系统遭遇断电故障时，同样可自动实现踏面清扫装置缓解，避免影响列车正常运行。在此基础上，这些电磁阀、压力传感器以及控制器还可具有故障检测功能，在各
部件运行出现异常时，该控制系统还可发出报警。
38.在此基础上，当踏面清扫器控制系统包括第一手控开关阀与第二手控开关阀等相应硬件时，该控制方法还可包括手控模式：通过第一手控开关阀导通进气支路来控制对踏面清扫器的供气；通过第二手控开关阀导通排气支路来控制对踏面清扫器的排气。此时，在停车状态下，可以开启第一球阀4、关闭第二球阀6，从而对踏面清扫装置进行进气，以便实现进气作业。或者，也可以关闭第一球阀4、开启第二球阀6，从而为踏面清扫装置进行排气，实现排气作业。该手动模式既可以用作应急使用，也可以实现在停车状态下对踏面清扫装置进行动作检查。
39.再者，当踏面清扫器控制系统包括减压阀时，控制方法还可包括压力调节步骤：通过减压阀将进气压力调节至踏面清扫器的设定供气压力。
40.又如，当踏面清扫器控制系统包括压力控制安全阀时，控制方法还包括欠压保护步骤：通过压力控制安全阀在进气压力高于设定值时开启进气支路，并在进气压力不高于设定值时关闭进气支路。此时，在启用气路后，当车辆风缸压力高于安全阀设置点时，安全阀全开；若风缸压力低于安全阀设定点，安全阀关闭，由此可确保系统压力稳定，保障行车安全，避免因踏面清扫装置系统故障导致总风异常。
41.还如，当踏面清扫器控制系统包括第三手控开关阀时，控制方法还包括启停步骤，通过第三手控开关阀控制进气支路的通断来实现控制方法的启停。此时可以实现控制系统的总进、排气切换，切换第三球阀1，当其开启时启用气路，而在踏面清扫装置或踏面清扫装置控制箱故障时，关闭该阀后，停用气路并排空阀体本身后端空气压力，实现单节车踏面清扫装置的整体切除。
42.在前述实施例中分别描述了该控制方法中的各个模式或步骤的目的或功能。而对于一套完整的控制方法而言，可采用如下逻辑顺序来执行这些步骤或模式选择。例如，参见图2，首先执行用于系统总进排气切换的启停步骤1（即前述实施例中展开描述的启停步骤）；随后执行总风欠压保护的步骤2（即前述实施例中展开描述的欠压保护步骤）；接着执行总风风压调节的步骤3（即前述实施例中展开描述的压力调节步骤）；继而执行工作模式选择的步骤4，以便进入电控模式或手控模式。例如，可在列车正常运行时采用电控模式，而当电控功能故障或停车状态时可转为手控功能，实现手动施加与缓解功能。
43.更具体而言，在手控模式下，可手动切换各个阀来选择使踏面清扫器控制系统进入进气作业或排气作业，进而最终驱动踏面清扫器来执行或解除踏面清扫动作。
44.在电控模式下，一方面，其可以通过控制常闭电磁阀5导通来使踏面清扫器控制系统进入进气作业，进而驱动踏面清扫器来执行踏面清扫动作；另一方面，还可以通过控制常开电磁阀7关闭来使踏面清扫器控制系统进入排气作业，进而驱动踏面清扫器来解除踏面清扫动作。在前述过程中，通过压力传感器8来检测常闭电磁阀5下游的气压来为控制系统执行调节故障报警而提供判断信号之一，并由其综合车轮踏面状况信号来做出最终判断与报警。在该报警模式被触动时，其同样会控制常开电磁阀7关闭来使踏面清扫器控制系统进入排气作业，进而临时驱动踏面清扫器来解除踏面清扫动作。
45.以上例子主要说明了本发明实施例的踏面清扫器控制系统、控制方法及轨道车辆。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施
方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

技术特征：
1.一种踏面清扫器控制系统，其特征在于，包括：供气管路，其包括：进气支路、排气支路和用于连接至踏面清扫器的驱动气缸的供气支路；其中，所述排气支路与所述供气支路并联地连接至所述进气支路的下游；第一电控开关阀，其设置在所述进气支路上，以用于控制所述进气支路的通断；以及第二电控开关阀，其设置在所述排气支路上，以用于控制所述排气支路的通断。2.根据权利要求1所述的踏面清扫器控制系统，其特征在于，还包括：旁通支路，其与所述第一电控开关阀并联设置；且所述旁通支路上设置有第一手控开关阀。3.根据权利要求2所述的踏面清扫器控制系统，其特征在于，所述旁通支路具有位于所述进气支路上的接入点与位于所述供气支路上的接出点；其中，所述接入点位于所述第一电控开关阀的上游。4.根据权利要求2所述的踏面清扫器控制系统，其特征在于，还包括：第二手控开关阀，其设置在所述排气支路上，并位于所述第二电控开关阀的上游。5.根据权利要求2至4任意一项所述的踏面清扫器控制系统，其特征在于，还包括：减压阀，其设置在所述进气支路上，并位于所述第一电控开关阀与所述旁通支路的上游；所述减压阀用于将进气压力调节至踏面清扫器的设定供气压力。6.根据权利要求5所述的踏面清扫器控制系统，其特征在于，还包括：压力控制安全阀，其设置在所述进气支路上，并位于所述减压阀的上游；所述压力控制安全阀在进气压力高于设定值时开启，并在进气压力不高于设定值时关闭。7.根据权利要求6所述的踏面清扫器控制系统，其特征在于，还包括：第三手控开关阀，其设置在所述进气支路上，并位于所述压力控制安全阀的上游。8.根据权利要求1至4任意一项所述的踏面清扫器控制系统，其特征在于，还包括：压力传感器，其设置在所述进气支路、所述排气支路和所述供气支路的公共连接点处。9.根据权利要求1至4任意一项所述的踏面清扫器控制系统，其特征在于，所述第一电控开关阀被配置成常闭电磁阀，且所述第二电控开关阀被配置成常开电磁阀。10.一种轨道车辆，其特征在于，包括：踏面清扫器以及如权利要求1至9任意一项所述的踏面清扫器控制系统。11.一种踏面清扫器控制方法，其用于如权利要求1至9任意一项所述的踏面清扫器控制系统，其特征在于，包括电控模式：通过所述第一电控开关阀导通所述进气支路来控制对所述踏面清扫器的供气；通过所述第二电控开关阀导通所述排气支路来控制对所述踏面清扫器的排气。12.根据权利要求11所述的踏面清扫器控制方法，其特征在于，当所述踏面清扫器控制系统包括所述第一手控开关阀与所述第二手控开关阀时，所述控制方法还包括手控模式：通过所述第一手控开关阀导通所述进气支路来控制对所述踏面清扫器的供气；通过所述第二手控开关阀导通所述排气支路来控制对所述踏面清扫器的排气。13.根据权利要求11或12所述的踏面清扫器控制方法，其特征在于，当所述踏面清扫器控制系统包括减压阀时，所述控制方法还包括压力调节步骤：通过所述减压阀将进气压力调节至所述踏面清扫器的设定供气压力。14.根据权利要求11或12所述的踏面清扫器控制方法，其特征在于，当所述踏面清扫器控制系统包括压力控制安全阀时，所述控制方法还包括欠压保护步骤：通过所述压力控制
安全阀在进气压力高于设定值时开启进气支路，并在进气压力不高于设定值时关闭进气支路。15.根据权利要求11或12所述的踏面清扫器控制方法，其特征在于，当所述踏面清扫器控制系统包括第三手控开关阀时，所述控制方法还包括启停步骤，通过所述第三手控开关阀控制所述进气支路的通断来实现所述控制方法的启停。

技术总结
本申请提供一种踏面清扫器控制系统、控制方法及轨道车辆。该踏面清扫器控制系统包括：供气管路，其包括：进气支路、排气支路和用于连接至踏面清扫器的驱动气缸的供气支路；其中，所述排气支路与所述供气支路并联地连接至所述进气支路的下游；第一电控开关阀，其设置在所述进气支路上，以用于控制所述进气支路的通断；以及第二电控开关阀，其设置在所述排气支路上，以用于控制所述排气支路的通断。根据本申请的踏面清扫器控制系统、踏面清扫器控制方法及应用其的轨道车辆，采用双电控开关阀进行闭环控制，控制过程更为稳定可靠，能够有效改善车轮表面状况、防止打滑空转以及修正车轮踏面，还能够确保车辆的安全运行。还能够确保车辆的安全运行。还能够确保车辆的安全运行。


技术研发人员：张宇宸 万梦 伍安旭 王子晨 吴波
受保护的技术使用者：常州中车铁马科技实业有限公司
技术研发日：2021.10.14
技术公布日：2023/4/20