制动机模拟EP阀输出压强滞后的原因探讨

摘要：制动机模拟EP阀输出压强滞后的原因有三点：即磁滞现象引起的滞后、干摩擦引起的滞后、预紧力造成的滞后。本文进行初探，进一步研究措施。

关键词：磁滞现象干摩擦 预紧力滞后

中图分类号:TM277+.7文献标识码： A 文章编号：

在中国交通业起主导作用的铁路运输，正不断提高速度和和牵引重量，而制动技术也由传统的空气制动机向电空制动机方向发展，其控制技术也由传统的气压控制向计算机技术发展。而计算机控制的最直接器件就是EP阀。其工作原理如图1所示：当电磁阀线圈励磁时，空心动铁心向上移动，打开供气阀，由制动风缸a来的压力空气进入制动缸预控压力风缸b和模板活塞的上方，当模板活塞受力平衡时，呈保压位。当需缓解时，减少或停止供向励磁线圈的励磁电流，则制动缸预控压力风缸b和模板活塞的上方的压力空气经EX排向大气，实现缓解。在控制中，我们希望电流与输出压力成为线性关系，即电流增加时，输出压强正比例的增加，减少时，输出压强正比例的减少。即如图2所示的曲线1的关系。而实际上由于电磁原因和摩擦等原因，控制电压或电流与输出压强之间的关系在控制量增加时，依曲线1变化，而在控制电压或电流减少时，却依曲线2变化，输出压强与期望的出现了滞后，了解和掌握出现滞后的原因对于正确控制制动机具有十分重要的作用，本文就出现滞后的原因分析如下：

1、磁滞现象引起的滞后：在生产实际中，EP阀的驱动装置最常用的是比例电磁阀，比例电磁阀的线圈绕制在铁磁材料的铁心上，而铁心材料与外加磁场的关系如图3所示，可以看出，两者并不是线性关系，且有磁滞现象，有磁滞回线和剩磁，即当励磁电流减少到零时，磁场强度仍不为零。当电流从最大值减少时，电磁力并不随着电流减少到零，而是由于剩磁的原因，存在一定的剩余电磁力。为了消除这个剩余电磁力，只能继续减少电流，才能使电磁力回到初始的大小。

另外，在励磁电流逐渐增大的过程中，磁感应强度B并不随着电流增大而增大，而是在电流增大的过程中，励磁电流和磁感应强度B先是接近线性关系，过了一定的数值，磁感应强度B不再增加，出现了磁饱和现象。

上述两个原因使得柱塞运动出现了滞后，从而造成了励磁电流与输出压力之间的非线性现象

2、干摩擦引起的滞后：

活塞运动时，阀的内部存在摩擦，在刚加载电流时，电磁力与弹簧的合力没有增大到足够克服最大静摩擦力之前，活塞并不产生运动；当电流增大到一定数值时，才能克服较大的静摩擦力，当机构运动后，变成滑动摩擦力，又较静摩擦力小。这些原因也造成了滞后现象。

3、预紧力造成的滞后：

模拟EP阀中的复原弹簧的作用是保证进出口有一定的预紧力，在供气口打开的时候，要保证排气口的关闭。在排气口打开的时候，要保证供气口的关闭。从而也造成了滞后现象。

由于滞后现象的出现，给模拟EP阀的控制带来了困难，为了使控制符合要求，满足励磁电流与输出压力之间为线性关系，综上所述，可以通过以下措施：

比例电磁铁尽量要具有水平吸力特性，即输出压力与励磁电流大小成比例，可选择剩磁小的冷轧硅钢片。

阀体的加工与制造要保证足够的精度，以减少干摩擦的影响。

复原弹簧得预紧力要选择恰当，既要保证其良好的工作性能，有能减少滞后。

采用闭环控制。

参考文献：王淑红，肖旭亮 直流恒力电磁铁特性. 机械工程学报，2008，44（2）：244—247

王月明，动车组制动技术 北京：中国铁道出版社 2012