鐵路物料運輸車與清篩機隨動作業控制裝置及其控制方法與流程

2023-04-30 08:11:11

本發明涉及鐵路清篩作業，尤其是一種採用連掛作業模式，物料運輸車隨清篩機同步工作，實現自動控制的鐵路物料運輸車與清篩機隨動作業控制裝置及其控制方法。

背景技術：

鐵路清篩作業時,會產生大量需要廢棄的汙土，同時還要補充新的道砟，在清篩作業中，鐵路物料運輸車的用途就是提供補充用的新道砟，同時裝載作業產生的汙土。而隨著鐵路清篩機作業效率的提高，物料運輸車裝載重量大，一般都會配備自身走行動力，每次作業都需要數臺物料運輸車跟隨作業。

目前，缺乏一種控制方法，讓每臺物料運輸車都隨著清篩機的作業工況同時啟動、走行和制動。現行的兩種作業模式，第一種是物料運輸車與清篩機脫開連掛，需要一位操作人員在物料運輸車旁觀察與清篩機的距離，實時通過旋鈕調整走行速度與清篩機匹配；該模式可避免清篩機拖動物料運輸車造成的動力損失及動力傳輸部件損傷，但到達現場需要額外的解除連掛操作，對現場人員的操作要求較高，且有一定危險隱患，同時在清篩機急停操作時物料運輸車不能及時作出反應。第二種則是物料運輸車不輸出動力，連掛後靠清篩機拖動作業，該模式可以減少現場操作人員勞動強度，但對清篩機作業走行動力有損失，在負載較重時也存在損傷清篩機動力傳送部件的隱患。

總之，目前物料運輸車跟隨清篩機作業的兩種模式，一個存在現場操作難度大，對操作人員技能要求高的問題，另一個則存在適用範圍窄，對清篩機有動力損失或部件損壞的隱患。

技術實現要素：

本發明所要解決的就是現有鐵路清篩作業過程中，物料運輸車跟隨清篩機作業的不足，提供一種採用連掛作業模式，物料運輸車隨清篩機同步工作，實現自動控制的鐵路物料運輸車與清篩機隨動作業控制裝置及其控制方法。

本發明的鐵路物料運輸車與清篩機隨動作業控制裝置及其控制方法，其特徵在於該控制裝置包括清篩機隨動控制器及物料運輸車隨動控制器，清篩機隨動控制器安裝在清篩機上，物料運輸車隨動控制器安裝在物料運輸車上，清篩機隨動控制器通過無線信號與物料運輸車隨動控制器連接，其中：

清篩機隨動控制器包括清篩機主控制器、清篩機信號調理板以及清篩機無線數傳模塊，清篩機信號調理板與清篩機制動設備、走行手柄以及先導控制閥連接，清篩機無線數傳模塊集成在清篩機主控制器上，清篩機主控制器利用清篩機無線數傳模塊分別與清篩機信號調理板、物料運輸車隨動控制器通過無線信號連接；

物料運輸車隨動控制器包括運輸車主控制器、運輸車信號調理板以及運輸車無線數傳模塊，運輸車信號調理板與物料運輸車走行驅動裝置連接，運輸車無線數傳模塊集成在運輸車主控制器上，運輸車主控制器利用運輸車無線數傳模塊分別與運輸車信號調理板、清篩機隨動控制器通過無線信號連接。

鐵路物料運輸車與清篩機隨動作業控制裝置及其控制方法，其特徵在於該控制方法包括以下步驟：

1、物料運輸車連掛在清篩機上，數輛物料運輸車連掛在清篩機前方或後方，每一輛物料運輸車分別通過無線信號與清篩機連接，並由清篩機主控制器給予唯一編號；

2、控制裝置啟動後，清篩機主控制器每隔一個時間段，採集一次清篩機的走行方向、制動情況和走行手柄控制信號等清篩機的工作數據，並通過無線信號將清篩機的工作數據傳送給每一個物料運輸車隨動控制器，通過物料運輸車隨動控制器調整該輛物料運輸車的走行驅動裝置的走行動力，並將物料運輸車的走行壓力回傳給清篩機主控制器；

3、物料運輸車隨動控制器採集物料運輸車的走行壓力，利用增量式PID調節算法進行修正，具體算法如下：

走行信號調節量Δu = Aek - Bek-1 + Cek-2…………………………………………（1）

其中Δu為物料車走行控制信號電壓調整量，A為積分係數，B為比例係數，C為微分係數，eK為走行壓力測量值，eK-1為上一次走行壓力測量值，eK-2為上兩次走行壓力測量值；

因物料運輸車質量大，液壓系統反應速度慢，所以算法中微分係數影響小，為簡化系統控制複雜程度，將微分係數設定為0，則公式（1）調節算法修改為：

Δu = Aek - Bek-1……………………………………………………………………（2）

A = Kp(1+T/Ti)

B = Kp

上述公式中，Kp為比例係數，T為積分時間，Ti為積分常數；

因物料運輸車隨清篩機走行，清篩機走行手柄的調整影響物料車隨動響應速度，因此在公式（2）中加入走行控制手柄調整變化量影響，公式（2）修正為：

Δu = Aek - Bek-1 + Δp …………………………………………………………………（3）

Δp為清篩機手柄變化量

完成物料運輸車與清篩機隨動作業調整控制。

清篩機與物料運輸車以連掛方式作業。整個連掛編組高速走行到作業位置後，通過清篩機隨動控制器操作界面配置受控物料運輸車進入「聯機」隨動控制模式，此時物料運輸車的制動/緩解制動、走行方向及走行驅動信號隨清篩機操作同時變化。操作人員按照清篩機操作規範，切換作業方向、緩解制動、推動走行手柄，所有受控物料運輸車隨清篩機同步動作。

作業過程中某臺物料運輸車裝滿後，在清篩機控制器界面選擇對應物料運輸車「脫機」，則該物料運輸車進入手動控制模式，不在隨清篩機操作動作。操作人員可以單獨操作該物料運輸車脫開連掛去卸載。

完成作業後，可以直接關閉清篩機隨動控制器，或通過界面操作所有物料運輸車「脫機」後按高速走行操作規範撤回。

在工作過程中，如果某臺物料運輸車未收到指令，5秒後切換為手動控制模式，清篩機未收到物料車響應信息3次後通過聲光發出報警。

本發明的鐵路物料運輸車與清篩機隨動作業控制裝置及其控制方法，採集清篩機的各種操作信號，通過無線數傳方式與各臺物料運輸車的反饋信號進行運算，控制並充分利用各臺物料運輸車的動力以達到以下功效：

1.採用連掛作業模式，自動控制各臺物料運輸車，不需要人工現場操作；

2.各臺物料運輸車隨清篩機的操作同時啟動、制動、調整作業方向；

3.各臺物料運輸車根據清篩機作業工況設定要求，自動調整輸出走行壓力值，滿足輕車、重車、上坡、平道、下坡多種組合工況；

4.各臺物料運輸車隨清篩機走行手柄控制及時調整輸出壓力；

5.在清篩機急停緊急情況下同時控制所有物料運輸車切斷動力輸出及制動；

6.在通信故障、各臺物料車制動、方向與清篩機不一致時發出聲光報警。

附圖說明

圖1為本發明連接結構示意圖。

圖2為本發明控制原理圖。

具體實施方式

實施例1：一種鐵路物料運輸車與清篩機隨動作業控制裝置及其控制方法，該控制裝置包括清篩機隨動控制器及物料運輸車隨動控制器，清篩機隨動控制器安裝在清篩機上，物料運輸車隨動控制器安裝在物料運輸車上，清篩機隨動控制器通過無線信號與物料運輸車隨動控制器連接，其中：

清篩機隨動控制器包括清篩機主控制器、清篩機信號調理板以及清篩機無線數傳模塊，清篩機信號調理板與清篩機制動設備、走行手柄以及先導控制閥連接，清篩機無線數傳模塊集成在清篩機主控制器上，清篩機主控制器利用清篩機無線數傳模塊分別與清篩機信號調理板、物料運輸車隨動控制器通過無線信號連接；

物料運輸車隨動控制器包括運輸車主控制器、運輸車信號調理板以及運輸車無線數傳模塊，運輸車信號調理板與物料運輸車走行驅動裝置連接，運輸車無線數傳模塊集成在運輸車主控制器上，運輸車主控制器利用運輸車無線數傳模塊分別與運輸車信號調理板、清篩機隨動控制器通過無線信號連接。

鐵路物料運輸車與清篩機隨動作業控制方法，包括以下步驟：

1、物料運輸車連掛在清篩機上，數輛物料運輸車連掛在清篩機前方或後方，每一輛物料運輸車分別通過無線信號與清篩機連接，並由清篩機主控制器給予唯一編號；

2、控制裝置啟動後，清篩機主控制器每隔一個時間段，採集一次清篩機的走行方向、制動情況和走行手柄控制信號等清篩機的工作數據，並通過無線信號將清篩機的工作數據傳送給每一個物料運輸車隨動控制器，通過物料運輸車隨動控制器調整該輛物料運輸車的走行驅動裝置的走行動力，並將物料運輸車的走行壓力回傳給清篩機主控制器；

3、物料運輸車隨動控制器採集物料運輸車的走行壓力，利用增量式PID調節算法進行修正，具體算法如下：

走行信號調節量Δu = Aek - Bek-1 + Cek-2…………………………………………（1）

其中Δu為物料車走行控制信號電壓調整量，A為積分係數，B為比例係數，C為微分係數，eK為走行壓力測量值，eK-1為上一次走行壓力測量值，eK-2為上兩次走行壓力測量值；

因物料運輸車質量大，液壓系統反應速度慢，所以算法中微分係數影響小，為簡化系統控制複雜程度，將微分係數設定為0，則公式（1）調節算法修改為：

Δu = Aek - Bek-1……………………………………………………………………（2）

A = Kp(1+T/Ti)

B = Kp

上述公式中，Kp為比例係數，T為積分時間，Ti為積分常數；

因物料運輸車隨清篩機走行，清篩機走行手柄的調整影響物料車隨動響應速度，因此在公式（2）中加入走行控制手柄調整變化量影響，公式（2）修正為：

Δu = Aek - Bek-1 + Δp …………………………………………………………………（3）

Δp為清篩機手柄變化量

完成物料運輸車與清篩機隨動作業調整控制。

清篩機與物料運輸車以連掛方式作業。整個連掛編組高速走行到作業位置後，通過清篩機隨動控制器操作界面配置受控物料運輸車進入「聯機」隨動控制模式，此時物料運輸車的制動/緩解制動、走行方向及走行驅動信號隨清篩機操作同時變化。操作人員按照清篩機操作規範，切換作業方向、緩解制動、推動走行手柄，所有受控物料運輸車隨清篩機同步動作。

作業過程中某臺物料運輸車裝滿後，在清篩機控制器界面選擇對應物料運輸車「脫機」，則該物料運輸車進入手動控制模式，不在隨清篩機操作動作。操作人員可以單獨操作該物料運輸車脫開連掛去卸載。

完成作業後，可以直接關閉清篩機隨動控制器，或通過界面操作所有物料運輸車「脫機」後按高速走行操作規範撤回。

在工作過程中，如果某臺物料運輸車未收到指令，5秒後切換為手動控制模式，清篩機未收到物料車響應信息3次後通過聲光發出報警。