本發(fā)明涉及機(jī)車(chē)壓縮機(jī)系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于控制編組中的機(jī)車(chē)壓縮機(jī)的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在重型運(yùn)輸貨運(yùn)列車(chē)操作中，在列車(chē)的頭部通常存在多個(gè)機(jī)車(chē)，其全部提供牽引力以在來(lái)自最前面的機(jī)車(chē)的領(lǐng)頭控制下使列車(chē)移動(dòng)。機(jī)車(chē)通常由四個(gè)空氣管道被相互連接成多個(gè)單元(MU)系統(tǒng)，四個(gè)空氣管道包括制動(dòng)管道、20-Pipe,13-Pipe和MR Pipe(主風(fēng)缸)以及標(biāo)準(zhǔn)的“27管腳”跨接線纜。該組合允許領(lǐng)頭機(jī)車(chē)中的駕駛員在推進(jìn)和制動(dòng)兩者的MU控制下驅(qū)動(dòng)作為從機(jī)車(chē)的尾隨列車(chē)。

在MU配置中，機(jī)車(chē)中的每個(gè)上的主風(fēng)缸經(jīng)由MR管道端軟管相互連接，從而使組合的MR體積對(duì)機(jī)車(chē)編組可用。每個(gè)機(jī)車(chē)還包括用于對(duì)主風(fēng)缸加壓的空氣壓縮機(jī)。另外，27管腳列車(chē)線纜包括針對(duì)MU壓縮機(jī)控制的列車(chē)線纜(通常為列車(chē)線纜#22)。這允許領(lǐng)頭機(jī)車(chē)上的壓縮機(jī)調(diào)節(jié)器同時(shí)開(kāi)始和停止所有機(jī)車(chē)上的壓縮機(jī)，從而得到相互連接的MR系統(tǒng)的非?？焖偬畛?。另外，壓縮機(jī)的MU操作甚至在領(lǐng)頭機(jī)車(chē)上的壓縮機(jī)發(fā)生故障的情況下確保不中斷的足夠的空氣供應(yīng)。

然而，如果所有MR處于低裝載狀態(tài)或者如果列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)被卸載則期望MR系統(tǒng)的快速填充，因?yàn)樵谶@些狀況下，可以完全地利用多個(gè)壓縮機(jī)的較高的總空氣容量。然而，大多數(shù)情況下，機(jī)車(chē)和列車(chē)制動(dòng)上的空氣系統(tǒng)被裝載，并且空氣壓縮機(jī)在壓縮機(jī)調(diào)節(jié)器上控制界限和下控制界限之間循環(huán)，通常在120psi和140psi之間循環(huán)。因此，一般不需要MU中的壓縮機(jī)的完全容量。

到列車(chē)制動(dòng)管道中的所有氣流由領(lǐng)頭機(jī)車(chē)上的空氣制動(dòng)系統(tǒng)控制。機(jī)車(chē)空氣制動(dòng)系統(tǒng)包括限制在MR2的出口與制動(dòng)管道壓力控制回路的入口之間的流的標(biāo)稱(chēng)19/64”直徑的扼流圈。制動(dòng)管道壓力通常以90psi被完全地裝載。完全服務(wù)制動(dòng)管道減少通常為26psi，其對(duì)應(yīng)于64psi制動(dòng)管道壓力。為了釋放列車(chē)制動(dòng)，制動(dòng)管道被重新裝載到90psi。因?yàn)榱熊?chē)上的制動(dòng)管道是列車(chē)的長(zhǎng)度，常常超過(guò)6000英尺，并且歸因于管道中的摩擦的效應(yīng)，在列車(chē)的前面的制動(dòng)管道在列車(chē)的尾部的制動(dòng)管道之前良好地裝載。因此，機(jī)車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中的制動(dòng)管道調(diào)控設(shè)備(制動(dòng)管道繼電器)在列車(chē)中的制動(dòng)管道被完全裝載之前基于在列車(chē)的頭部的制動(dòng)管壓力開(kāi)始扼制氣流。在重新裝載的低頭部壓力(其為流動(dòng)到64到90psi制動(dòng)管中的120到140psi MR壓力)、19/64”裝載扼流圈以及制動(dòng)管道繼電器的扼制的凈組合意味著所需要的氣流的速率比僅僅一個(gè)機(jī)車(chē)上的壓縮機(jī)的氣流容量少得多。

在MU編組中，來(lái)自機(jī)車(chē)中的每個(gè)上的壓縮機(jī)上的組合的氣流容量因此比所需要的大得多，并且因此，壓縮機(jī)占空比很短。例如，在一些情況下，從120psi到140psi的MR重新裝載可以占用少于30秒。這出于幾個(gè)原因是不期望的。第一，壓縮機(jī)啟動(dòng)包括組件上的高浪涌電流、高加速度和高扭矩，其全部最終對(duì)壓縮機(jī)有害。第二，因?yàn)閴嚎s機(jī)運(yùn)行如此短的時(shí)間，其不能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化的穩(wěn)定的操作溫度。因此，存在歸因于瞬時(shí)熱膨脹問(wèn)題的冷卻部件的加速磨損，并且冷卻壓縮機(jī)更易于從產(chǎn)生的空氣累積冷凝水。最終，除了腐蝕的問(wèn)題，液態(tài)水的累積可以在冬天的操作中凍結(jié)，由此造成在冷卻器之后的壓縮機(jī)和排放線纜的阻斷。

優(yōu)選地，壓縮機(jī)具有較長(zhǎng)的占空比，使得壓縮機(jī)和相關(guān)組件歸因于壓縮到與所排放的空氣大致相同的溫度的加熱而被加熱。壓縮機(jī)的正常操作溫度導(dǎo)致壓縮機(jī)系統(tǒng)中的少得多的凝結(jié)，并且在之后的冷卻器和排放線纜中的足夠的熱以在那些關(guān)鍵位置中防止任何液態(tài)水凍結(jié)。因此，在機(jī)車(chē)編組中的所有壓縮機(jī)的同步控制可能在干排放期間是優(yōu)點(diǎn)時(shí)，或者在領(lǐng)頭機(jī)車(chē)上的壓縮機(jī)發(fā)生故障的情況下，同步控制顯然對(duì)壓縮機(jī)壽命不利并且在寒冷天氣操作期間是有問(wèn)題的，因?yàn)閴嚎s機(jī)占空比太短。

在一些情況下，編組中的領(lǐng)頭機(jī)車(chē)能夠被設(shè)置以允許獨(dú)立壓縮機(jī)控制，因此每個(gè)機(jī)車(chē)上的壓力調(diào)節(jié)器獨(dú)立地打開(kāi)和關(guān)閉該壓縮機(jī)。該控制方案解決了太多裝載容量的問(wèn)題，因?yàn)樗兄黠L(fēng)缸由MR管道連接，并且因此每個(gè)機(jī)車(chē)上的MR壓力標(biāo)稱(chēng)上是相同的，并且因此存在每個(gè)機(jī)車(chē)壓縮機(jī)控制上的壓力調(diào)節(jié)器設(shè)置中的自然公差。然而，在該方案中，機(jī)車(chē)編組中的一個(gè)壓縮機(jī)將歸因于壓力調(diào)節(jié)器的公差變化以比編組中的其他壓縮機(jī)更高的壓力打開(kāi)，并且將提供針對(duì)列車(chē)的所有空氣，并且因此，壓縮機(jī)利用率和壓縮機(jī)維護(hù)需要是不平衡的。通常，按規(guī)劃的定期的排程完成壓縮機(jī)維護(hù)，其中某些維護(hù)動(dòng)作以規(guī)則的日歷間隔發(fā)生。因此，受制于該控制方案的壓縮機(jī)將在維護(hù)間隔期間比其他做更多功，因此一些壓縮機(jī)將被維護(hù)得太晚并且一些將比所需要的更早地服務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明包括一種用于控制機(jī)車(chē)編組中的多個(gè)空氣壓縮機(jī)的系統(tǒng)，其中每個(gè)機(jī)車(chē)的空氣壓縮機(jī)與網(wǎng)絡(luò)化控制器相關(guān)聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)化控制器可以發(fā)送或接收與相關(guān)聯(lián)的壓縮機(jī)的操作相關(guān)的命令。一個(gè)預(yù)定控制器被編程以向其他控制器發(fā)出命令，使得每個(gè)壓縮機(jī)更有效地被操縱。例如，每個(gè)壓縮機(jī)可以被順序地啟用以在每次MR系統(tǒng)需要重新填充時(shí)重新填充MR系統(tǒng)。領(lǐng)頭控制器還可以監(jiān)視其他壓縮機(jī)自預(yù)定時(shí)間點(diǎn)或使用的總利用率，使得領(lǐng)頭控制器可以實(shí)現(xiàn)使每個(gè)壓縮機(jī)的利用率最大化的壓縮機(jī)使用的排程，由此確保每個(gè)壓縮機(jī)在其調(diào)度的維護(hù)時(shí)間段期間被完全地利用。領(lǐng)頭控制器還可以被耦合到溫度計(jì)或其他傳感器以控制壓縮機(jī)使用從而避免凍結(jié)或其他溫度相關(guān)的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

將通過(guò)結(jié)合附圖閱讀以下詳細(xì)描述更完全地理解和認(rèn)識(shí)本發(fā)明，在附圖中：

圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的多個(gè)單元編組的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于編組中的每個(gè)機(jī)車(chē)的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)化壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)控制的流程圖；以及

圖5是根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)系統(tǒng)控制的流程圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參考附圖，其中類(lèi)似的附圖標(biāo)記在其中指代類(lèi)似的部件，在圖1中可見(jiàn)，優(yōu)化壓縮機(jī)壽命、寒冷天氣操作和平衡利用率以進(jìn)行維護(hù)優(yōu)化的智能的分布式機(jī)車(chē)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)10。系統(tǒng)10將多個(gè)單元編組中的每個(gè)機(jī)車(chē)14的壓縮機(jī)12相互連接。在多個(gè)單元編組中，每個(gè)機(jī)車(chē)14可以被設(shè)計(jì)為領(lǐng)頭機(jī)車(chē)14a，而隨后的機(jī)車(chē)14b至14n用作從機(jī)車(chē)。盡管圖1將領(lǐng)頭機(jī)車(chē)14a描繪在編組的頭部，但是被設(shè)計(jì)為用作領(lǐng)頭機(jī)車(chē)14a的機(jī)車(chē)14能夠被定位在沿著編組的任何位置中。

如圖2中可見(jiàn)，系統(tǒng)10是一系列個(gè)體機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)，其中的每個(gè)具有與編組中的每個(gè)機(jī)車(chē)14的每個(gè)壓縮機(jī)12相關(guān)聯(lián)的個(gè)體控制器16。控制器16經(jīng)由將控制器14連接到跨度編組的網(wǎng)絡(luò)20的接口18被網(wǎng)絡(luò)連接到列車(chē)編組中的其他機(jī)車(chē)。網(wǎng)絡(luò)20可以包括無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，例如IEEE 802.11或蜂窩3G或4G網(wǎng)絡(luò)、或有線網(wǎng)絡(luò)，例如以太網(wǎng)或IEEE 802.5，或者甚至采用用于列車(chē)內(nèi)通信的現(xiàn)有27管腳列車(chē)線纜的備用電線的定制網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)選地，接口18包括被疊加在現(xiàn)有27管腳列車(chē)線纜壓縮機(jī)控制電線(其通常為電線號(hào)22)的上的電力線載體網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。

控制器16可以在壓縮機(jī)12正在使用被耦合到諸如第一主風(fēng)缸28的MR系統(tǒng)的傳感器22操作的同時(shí)監(jiān)視MR系統(tǒng)中的壓力增加的速率。主風(fēng)缸28可以被連接到機(jī)車(chē)的主風(fēng)缸管道36。第一主風(fēng)缸28還可以經(jīng)由止回閥30被連接到第二主風(fēng)缸32。第二主風(fēng)缸32可以被連接到制動(dòng)系統(tǒng)34，其還被連接到制動(dòng)管道40。電源44可以經(jīng)由響應(yīng)于風(fēng)缸28中的壓力而操作的開(kāi)關(guān)42被耦合到系統(tǒng)10。

系統(tǒng)10還可以被配置為使得每個(gè)控制器16包括監(jiān)視模塊24，監(jiān)視模塊24跟蹤其對(duì)應(yīng)的壓縮機(jī)12自預(yù)定時(shí)間點(diǎn)或使用(例如上次檢修或重大維護(hù))的總利用率。監(jiān)視模塊24可以因此將使用信息報(bào)告給領(lǐng)頭控制器16，領(lǐng)頭控制器16可以之后建立并實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)使用的排程，該排程優(yōu)選地命令編組中的具有最低累積利用率的壓縮機(jī)的使用。系統(tǒng)10還可以通過(guò)對(duì)每個(gè)控制器16增加實(shí)時(shí)時(shí)鐘并將累積壓縮機(jī)利用率與直到下次調(diào)度的維護(hù)剩余的時(shí)間(或自上次維護(hù)的時(shí)間)進(jìn)行比較來(lái)優(yōu)化，使得系統(tǒng)10可以瞄準(zhǔn)壓縮機(jī)使用以在調(diào)度的維護(hù)間隔的最后實(shí)現(xiàn)每個(gè)壓縮機(jī)12的百分之100的利用率。例如，具有為通過(guò)其維護(hù)間隔的路途的百分之95的百分之75的累積利用率的壓縮機(jī)將優(yōu)選于具有為通過(guò)其維護(hù)間隔的路途的僅百分之10的百分之10的利用率的壓縮機(jī)被使用。將溫度傳感器26增加到系統(tǒng)10將還允許系統(tǒng)10管理壓縮機(jī)溫度并避免相關(guān)問(wèn)題。例如，壓縮機(jī)控制方案能夠優(yōu)選地操作編組中的僅僅一個(gè)壓縮機(jī)以當(dāng)環(huán)境溫度在冰點(diǎn)以下時(shí)在對(duì)壓縮機(jī)的使用期間優(yōu)化壓縮機(jī)溫度。

如圖3中可見(jiàn)，系統(tǒng)10包括任何數(shù)量的個(gè)體機(jī)車(chē)，其中的每個(gè)包括如圖2中可見(jiàn)的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)。因此，領(lǐng)頭機(jī)車(chē)14a的指定的領(lǐng)頭控制器16a可以異步地控制編組中的剩余機(jī)車(chē)14b到14n上的壓縮機(jī)中的每個(gè)以?xún)?yōu)化裝載率、壓縮機(jī)溫度和平衡壓縮機(jī)利用率。使用下標(biāo)(為了說(shuō)明的目的選擇三個(gè)，a、b、c)指示每個(gè)機(jī)車(chē)的個(gè)體系統(tǒng)中的對(duì)應(yīng)元件。

為了避免維護(hù)間隔問(wèn)題，系統(tǒng)10可以被編程為以幾種不同的方式管理壓縮機(jī)利用率。例如，在領(lǐng)頭壓縮機(jī)控制器16a的控制下，主風(fēng)缸系統(tǒng)的重新填充可以通過(guò)順序地啟用編組中的每個(gè)壓縮機(jī)12b至12n來(lái)實(shí)現(xiàn)。編組中的MR系統(tǒng)第一次需要被重新填充時(shí)，第一機(jī)車(chē)上的壓縮機(jī)12a被利用。下次，對(duì)第二機(jī)車(chē)上的壓縮機(jī)12b發(fā)送命令以重新填充MR系統(tǒng)，其中系統(tǒng)10順序地循環(huán)通過(guò)剩余的壓縮機(jī)12n中的每個(gè)。以這種方式，機(jī)車(chē)編組中的壓縮機(jī)12a至12n中的全部將經(jīng)歷相同量的利用率并具有優(yōu)化的占空比。

如圖4中可見(jiàn)，系統(tǒng)10可以被編程為優(yōu)選地使用具有最低使用時(shí)間的壓縮機(jī)。第一步驟涉及對(duì)編組中的所有壓縮機(jī)的識(shí)別50。接下來(lái)，基于總允許使用和實(shí)際使用的假設(shè)來(lái)計(jì)算針對(duì)編組中的每個(gè)壓縮機(jī)的利用率因子52。例如，檢修之間的八年使用壽命和每年加電使用的1500小時(shí)的假設(shè)將得到12,000小時(shí)的使用壽命。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，八年和1500小時(shí)是示例性變量，并且可以由系統(tǒng)10使用其他值。一旦針對(duì)每個(gè)壓縮機(jī)52計(jì)算了利用率因子，壓縮機(jī)就可以根據(jù)利用率來(lái)排序54，例如從最低利用率至最高利用率。當(dāng)需要56壓縮機(jī)打開(kāi)信號(hào)時(shí)，例如當(dāng)主要的主風(fēng)缸等于或低于大約125psi時(shí)，可以使用利用率因子排序?qū)⒚畎l(fā)送到合適的壓縮機(jī)58。當(dāng)止回閥60確定主要的主風(fēng)缸等于或高于大約145psi時(shí)，所有的壓縮機(jī)可以被關(guān)閉62并且相應(yīng)地更新64針對(duì)每個(gè)壓縮機(jī)的使用小時(shí)。

在需要高氣流的情況下，例如在列車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)的干裝載期間，領(lǐng)頭機(jī)車(chē)14a的控制器16a可以在壓縮機(jī)12a正在使用被耦合到MR系統(tǒng)的傳感器22a操作的同時(shí)監(jiān)視MR系統(tǒng)中的壓力增加的速率。傳感器22a可以基于MR系統(tǒng)的風(fēng)缸28a中的壓力增加的低速率來(lái)檢測(cè)高氣流需要。在這種狀態(tài)下，領(lǐng)頭壓縮機(jī)12a的控制器16a可以在網(wǎng)絡(luò)20上經(jīng)由接口18a將命令發(fā)送到從壓縮機(jī)12b至12n以打開(kāi)它們對(duì)應(yīng)的壓縮機(jī)12b至12n，直到滿(mǎn)足空氣需要。類(lèi)似地，使用相同的方法，領(lǐng)頭壓縮機(jī)12a的控制器16a可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)20發(fā)送指令壓縮機(jī)12b至12n中的一個(gè)或多個(gè)在MR壓力增加的速率太快或者已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了期望的量時(shí)關(guān)閉的命令。如圖5中可見(jiàn)，第一步驟(例如途徑)是要確定主要的主風(fēng)缸中的壓力是否已經(jīng)下降為低于閾值70，例如125psi?？刂破鲏嚎s機(jī)，例如壓縮機(jī)12a可以之后被打開(kāi)72。做出檢查74以確定壓力是否保持低于第二較低閾值(例如120psi)，其可以指示歸因于極低的壓力而需要打開(kāi)額外的壓縮機(jī)。如果檢查74確定壓力低于第二閾值，則做出再裝載速率檢查76以確定壓力的增加的速率是否高于預(yù)定速率。如果不是的話，則發(fā)送命令78以打開(kāi)額外的壓縮機(jī)，例如壓縮機(jī)12n。然而，如果檢查74確定壓力不低于第二閾值，則無(wú)需打開(kāi)額外的壓縮機(jī)并且做出檢查80以確定主要的主風(fēng)缸是否已經(jīng)被足夠地重新加壓。如果是的話，則關(guān)閉82所有壓縮機(jī)。