WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Многочисленные исследования показали, что зависимость момента сцепления от угловой скорости скольжения колеса имеет восходящий и падающий участки, где – критическая угловая скорость скольжения, соответствующая максимальному моменту сцепления.

Если точка а находится на восходящем участке характеристики сцепления и не выходит за его пределы, то привод реализует устойчивый режим тяги (или выбега – при ). Если точка а находится на падающем участке характеристики сцепления, то имеет место боксование.

Момент сцепления колесной пары с рельсами определяется выражением

, (1)

где - радиус колеса;

- статическая нагрузка от колесной пары на рельсы;

- вертикальная динамическая составляющая в контакте колесной пары с рельсами, обусловленная колебаниями экипажа;

- безразмерная характеристика сцепления;

- мгновенный коэффициент сцепления;

- потенциальный (максимальный) коэффициент сцепления.

Так как является функцией времени, то и момент сцепления является во времени величиной переменной –.

Тяговый момент, приложенный к колесной паре, имеет динамическую составляющую, обусловленную угловыми колебаниями привода:

(2)

В процессе возмущенного движения равновесная точка а совершает флуктуации в окрестности стационарного режима. Форма области флуктуаций зависит от величины динамических составляющих и, а также фазовых соотношений между ними и по мере увеличения среднего тягового момента смещается к вершине восходящего участка характеристики сцепления. При этом возможен кратковременный заход равновесной точки на падающий участок характеристики с последующим возвращением (или не возвращением) на восходящий участок.

Режим, при котором зона флуктуаций равновесной точки охватывает и восходящий, и падающий участки в окрестности вершины характеристики сцепления, является режимом реализации максимальной силы тяги или переходным режимом. Этот режим занимает промежуточное положение между режимами устойчивой тяги и боксования.

Устойчив или неустойчив данный режим, можно судить по тому, как ведет себя равновесная точка: если она возвращается на восходящий участок кривой, то режим устойчив. Если же заход равновесной точки на падающий участок сопровождается её дальнейшим движением в область высоких скоростей скольжения, то считается, что устойчивая реализация тяги нарушена, и начинается боксование. Поэтому боксование традиционно регистрируется по факту роста скорости скольжения колес относительно рельсов.

Практически невозможно заранее предсказать, при каком среднем тяговом моменте произойдет "срыв" к боксованию, так как характеристика сцепления не стабильна, а колебания экипажа и привода имеют случайный характер. Поэтому задача прогнозирования "предбоксовочного" состояния колесной пары на первый взгляд кажется неразрешимой или решаемой весьма не точно.

Так как переходный режим формируется из режима тяги, то его исследование начинаем с рассмотрения закономерностей режима тяги, а затем, увеличивая тяговый момент, исследуем эволюцию поведения системы и особенности переходного режима до потери системой устойчивости и начала боксования.

Движение модели, показанной на рис.1а, описывается системой дифференциальных уравнений:

(3)

Система (3) получена из уравнений Ланранжа II рода с учетом соотношения, где - передаточное отношение тягового редуктора;

- кинематическая неровность пути.

Математическая модель привода построена с допущениями, общепринятыми для аналогичных динамических систем.

Методика исследования режима тяги, при котором равновесная точка а в процессе флуктуаций, не выходит за пределы восходящего участка, сводится к линеаризации системы (3) в окрестности равновесного режима путем перехода к динамическим координатам, исключающим постоянные составляющие и.

В динамических координатах система (3) имеет вид:

, (4)

где - угловая скорость скольжения колеса;

- относительная динамическая составляющая вертикальной реакции в контакте колеса с рельсом, ;

- крутизна характеристики сцепления в окрестности равновесного режима.

Система (4) может быть исследована с применением метода комплексных амплитуд и теории случайных функций. В качестве возмущения принят "белый шум" по ускорению. Тогда спектральная плотность ускорения обобщенной координаты с точностью до множителя будет, дисперсия -, среднеквадратичное значение -.

В третьей главе "Режим реализации максимальной тяги" обоснован критерий оценки устойчивости системы при реализации максимальной силы тяги. Исследованы закономерности динамических процессов в тяговом приводе при переходе от тяги к боксованию. Сформированы информативные признаки переходного процесса.

Наиболее характерные особенности переходного режима исследованы на модели колесной пары с приводом (рис. 2а), что продиктовано стремлением исключить влияние всех иных динамических процессов, кроме взаимодействия в контакте колеса с рельсом.

Поскольку необходимо определить признак перехода системы из устойчивого динамического состояния в неустойчивое, не зависящий от формы характеристики сцепления и отражающий только результат фрикционного взаимодействия в условиях возмущенного движения, характеристика сцепления задана отрезками прямых, соответствующих восходящему и падающему участкам (рис. 2б).

Тяговый момент не зависит от скорости скольжения колесной пары и не имеет динамической составляющей.

Вращение колесной пары под действием тягового момента и момента сцепления описывается дифференциальным уравнением

(6)

Выполняя для (6) процедуру перехода к динамическим координатам по описанной ранее методике, получим:

(7)

Полагая, что изменяется по закону, и, решая (7) методом комплексных амплитуд, получим выражение для амплитуды угловой скорости колесной пары в режиме тяги

. (8)

Выражение (8) получено для динамического процесса с постоянной крутизной характеристики сцепления в окрестности равновесного режима.

Но может иметь смысл эквивалентного демпфирования системы с нелинейной характеристикой демпфирования, если ее движение близко к гармоническому, и амплитуда колебаний равна амплитуде колебаний линейной (линеаризованной) системы.

Такое сопоставление линейной и нелинейной систем в теории колебаний называют методом гармонической линеаризации. В данном случае метод гармонической линеаризации применяется для идентификации параметра (демпфирования) линейной и нелинейной систем.

Выражение для определения получим из (8):

(9)

Для вычисления подставляем в (9) значения, полученные в результате численного интегрирования нелинейного уравнения (6) при заданном тяговом моменте или его нормированной величине, где - максимальный момент сцепления без возмущений.

Увеличивая тяговый момент от значений, соответствующих устойчивой тяге, до значений, при которых начинается боксование, получим зависимости:,,,, показанные на рис. 3.

Как следует из рис. 3, в процессе перехода от тяги к боксованию происходит уменьшение от некоторой большой величины, соответствующей режиму устойчивой тяги, до нуля – в момент потери устойчивости.

Такой же результат дает исследование исходной нелинейной системы в переходном режиме методом энергетического баланса.

Для переходного режима также характерным являются то, что при увеличении тягового момента на 5-8 % возрастают в 3-5 раз амплитуды динамических составляющих угловой скорости и углового ускорения колесной пары.

Ярко выраженная нелинейность характеристики сцепления приводит к асимметрии колебательных процессов угловой координаты колесной пары.

Тенденция к снижению до нуля величины в переходном процессе сохраняется при различных частотах возмущения (рис. 4).

Установленные закономерности переходного режима обусловлены изменением параметров фрикционного взаимодействия в контакте колес с рельсами. Они сохраняются и в том случае, когда колесная пара является частью более сложной динамической системы.

Изменение в широких пределах коэффициента демпфирования в связях многомассовых систем равноценно изменению структуры системы, что проявляется в изменении ее собственных частот.

Влияние на собственные частоты моделей крутильных систем одностороннего привода с недеформируемой (рис. 5а) и упругой (рис. 5б) осью колесной пары показано на рис. 6.

Установленный факт снижения до нуля коэффициента демпфирования в контакте колеса с рельсом в переходном режиме позволяет определить параметры динамических процессов в системе "экипаж-привод-путь", наиболее "чувствительные" к изменению свойств фрикционного контакта и сформировать информативные признаки "предбоксовочного" состояния привода.

Спектральные плотности ускорений обобщенных координат модели опорно-осевого привода при ("тяга") и ("срыв") показаны на рис. 7. Изменение среднеквадратичных значений ускорений обобщенных координат опорно-осевого привода в переходном режиме показано на рис. 8.

Как следует из рис. 8, характер изменения среднеквадратичных значений ускорений угловых координат модели (,) и вертикальных ускорений буксы () существенно зависит от направления движения привода.

Наиболее информативной и стабильной характеристикой динамических процессов в приводе в переходном режиме являются продольные ускорения буксы, анализ которых позволяет контролировать и прогнозировать состояние фрикционного контакта колеса с рельсом.

Таким образом, в качестве информативного признака для прогнозирования боксования приняты продольные ускорения буксы. Именно букса первой воспринимает и передает экипажу продольное усилие от оси колесной пары, возникающее в контакте колеса с рельсом при создании тяги.

Преимуществами сделанного выбора также являются возможность реализации принятого решения для любого типа привода и минимальные изменения конструкции ходовой части при установке на буксе датчиков ускорений.

Несмотря на очевидность этих утверждений, возможность прогнозирования боксования опорно-рамного привода по продольным ускорениям буксы также подтверждена в работе методами математического моделирования

Для повышения качества и точности прогнозирования состояния фрикционного контакта колес с рельсами целесообразно дополнительно регистрировать вертикальные колебания буксы, что позволяет формировать нормированные статистические характеристики.

Регистрация пространственных колебаний буксы переводит вопрос о прогнозировании состояния фрикционного контакта колеса с рельсом в плоскость распознания образов и процессов, что открывает большие возможности и перспективы с развитием микропроцессорной техники.

В четвертой главе описаны принцип действия "Устройства обнаружения предельных по сцеплению режимов работы тягового привода рельсового транспорта" (патент РФ № 2175612), цель, методы и средства экспериментальных исследований. Представлены результаты поездных испытаний и их анализ.

Принцип работы устройства основан на сравнении статистических характеристик пространственных колебаний буксы, вычисляемых за различные интервалы времени. По своей сути это – статистический анализатор стационарности динамических процессов. Важным достоинством устройства является его способность автоматически адаптироваться к изменяющимся в реальных условиях параметрам фрикционного контакта колеса с рельсом.

Для экспериментальной проверки принципов работы, заложенных в устройстве, был разработан и создан микропроцессорный автоматический испытательный комплекс (АИК), регистрирующий (и запоминающий) продольные ускорения буксы за 5 с до срабатывания штатного реле боксования (РБ) электровоза и в течение 5 с после срабатывания РБ. Память АИК рассчитана на хранение 500 фрагментов длительностью 10 с каждый. Частотный диапазон регистрируемых ускорений 0-500 Гц, амплитуда – до 20g. АИК имеет автономный источник питания, он гальванически развязан от цепей электровоза и устанавливается на буксе (рис. 9). Во время ТО электровоза записанная информация периодически считывается в NOTEBOOK, подзаряжается аккумулятор АИК.

Некоторые экспериментальные данные, полученные с помощью АИК, представлены на рис. 10 и рис. 11. Там же показаны результаты обработки сигнала по алгоритму, заложенному в устройстве и в разработанном на его базе комплексе предотвращения боксования (КПБ).

Точка "0" на оси времени соответствует моменту срабатывания штатного РБ. Как следует из рис. 10 и 11, обнаружение начинающегося боксования на основе анализа динамических процессов происходит на 1,2-1,8 с раньше, чем его регистрация с помощь штатного РБ.

Натурные испытания подтвердили справедливость и эффективность принципов прогнозирования боксования, предложенных и разработанных в данном исследовании.

Заключение

В данной диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

  • исследована специфика и установлены важнейшие закономерности динамических процессов в тяговых приводах локомотивов в режимах устойчивой тяги, а также – в режимах реализации предельных сил сцепления колес с рельсами;
  • на основе выявленных закономерностей динамических процессов в тяговых приводах разработан критерий оценки устойчивости максимального по условиям сцепления тягового момента, реализуемого колесной парой;
  • сформированы информативные признаки переходного процесса от режима тяги к режиму боксования;
  • разработано устройство обнаружения предельных сил сцепления для предупреждения боксования колесных пар локомотива;
  • проведена экспериментальная проверка полученных теоретических результатов и принципов, заложенных в разработанном устройстве.

В процессе решения поставленных задач:

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»