خلاصه اختراع

هدف از “اختراع شبيه ساز حركت چرخ قطار بر روي ريل با هدف مطالعه بر انواع روش هاي كنترل سرعت قطار” ساختن دستگاهي شبيه ساز براي حركت چرخ قطار بر روي ريل با هدف مطالعه بر انواع روش هاي كنترل سرعت قطار مي باشد، چرا كه از شبيه سازي نرم افزاري تا واقعيت تفاوت هاي غير قابل پيش بيني اي وجود دارد. برجستگي هاي تكنيكي اين طرح شامل: 1) امكان تست و پياده سازي انواع روش هاي كنترل سرعت قطار به جهت پياده سازي بر روي قطار واقعي 2) امكان كنترل مدل وزن لكومتيو و مدل بار به صورت جداگانه 3) شبيه سازي شرايط پيچ مسير است. زمينه هاي كاربرد اين اختراع در حمل و نقل ريلي و مترو مي باشد كه در صورت توسعه مي تواند براي پياده سازي كنترل سرعت خودروهاي مسابقه اي نيز مورد استفاده قرار گيرد. پيشنهاد جايگزين اين طرح: پياده سازي و تست روش هاي كنترل سرعت چرخ قطار بر روي لكومتيو واقعي كه نيازمند هزينه كلان، تجربه بسيار زياد و پذيرش ريسك آسيب ديدن لكومتيو است. در نهايت پس از ساخت دستگاه فوق تست هاي موفقي از آن به عمل آمده كه در توصيف ارائه شده است.

حوزه کاربرد (زمینه فنی)

این اختراع در زمینه های مترو، حمل و نقل ریلی و در صورت توسعه می تواند برای پیاده سازی کنترل سرعت خودروهای مسابقه ای نیز مورد استفاده قرار گیرد.

مشکل فنی موجود و هدف از این اختراع:

مزیت اصلی حمل و نقل ریلی در عدم وجود اصطکاک قوی بین چرخ و ریل است که خود مشکل اصلی کنترل محرکه قطار می باشد. چرا که در هنگام افزایش سرعت و بالاخص راه اندازی، گشتاور بزرگی ناشی از اینرسی قطار در حکم بار وجود دارد در حالی که به دلیل فقدان اصطکاک قوی بین چرخ و ریل نمی توان گشتاور محرک را خیلی بزرگتر از گشتاور بار اعمال نمود، در غیر این صورت چرخ بر روی ریل لغزیده که باعث گرم شدن چرخ و ریل، کاهش مضاعف اصطکاک و در نتیجه کنترل پذیری ضعیف تر حرکت و کاهش عمر چرخ و ریل می شود. از جهت دیگر اگر این افزایش سرعت به کندی انجام پذیرد از یک سو کنترل پذیری کمتر شده و از سوی دیگر موتور می بایست مدت طولانی تری اضافه بار را تحمل کند. همین مشکل در هنگام کاهش سرعت و ترمز کردن قطار وجود دارد، چرا که به دلیل اصطکاک کم بین چرخ و ریل در صورت اعمال گشتاور ترمزی خیلی بزرگتر از اصطکاک بین چرخ و ریل، چرخ بر روی ریل سر خورده که در این صورت باز هم با مشکل گرم شدن چرخ و ریل، کاهش مضاعف اصطکاک و کاهش کنترل پذیری محرکه مواجه هستیم. با توجه با توجه به اینکه کنترل حرکت قطار ناشی از سرعت چرخ و لغزش چرخ بر روی ریل (بکسوات) می باشد و پیاده سازی و تست الگوریتم های جدید و بهینه بر روی قطار واقعی هزینه و ریسک بسیار بالایی دارد نیاز به داشتن یک سیستم سخت افزاری جهت پیاده سازی الگوریتم های کنترل سرعت و توسعه روش های دست یابی به سرعت های خیلی زیاد، محرز می گردد. تا پس از تست بر روی این سامانه و برطرف سازی ایرادات احتمالی بتوان با شانس موفقیت بالایی الگوریتم را بر روی قطار واقعی پیاده نمود.

ارایه راه حل برای مشکل فنی موجود همراه با شرح دقیق و کافی و یکپارچه اختراع

سیستم شبیه ساز حرکت چرخ و ریل از دو چرخ فولادی تشکیل شده که باعث چرخش یکدیگر می شوند. از آنجا که حرکت نسبی است، یکی از این چرخ ها در حکم چرخ قطار بوده که به موتور الکتریکی به عنوان سامانه رانش وصل گردیده است. چرخ دیگر در حکم ریل بوده که به یک ژنراتور سنکرون وصل شده است، با کم و زیاد کردن بار الکتریکی ژنراتور در واقع بار قسمت تریلر قطار کم و زیاد می گردد. اختلاف سرعت این دو چرخ بیانگر اختلاف سرعت خطی چرخ قطار و خود قطار است. در هنگام حرکت و افزایش سرعت، همواره سرعت چرخ قطار از سرعت قطار بیشتر است یعنی لغزش (بکسوات) رخ می دهد. در اینجا این اختلاف سرعت توسط اختلاف سرعت این دو چرخ مدل می شود. حال با پیاده سازی الگوریتم های کنترل لغزش (بکسوات) بر روی این سامانه می توان تا حد زیادی ایرادات احتمالی آن را برطرف نموده و از صحت عملکرد آن بر روی قطار واقعی اطمینان حاصل نمود.