WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Udз Ud dt, U d T где РДi – мощность дизеля на i-й позиции КМ (i=1…15), приведенная к звену постоянного тока; Udз - заданное выходное напряжение генератора, приведенное к звену постоянного тока; k1 – коэффициент усиления пропорциональноинтегрального регулятора (ПИ-регулятора); Т1 – постоянная времени ПИрегулятора; Iогр – ограничение по току на заданной позиции КМ; Iмn – ток двигателя n-й оси секции тепловоза (n=1…6); Ud – выходное напряжение генератора, приведенное к звену постоянного тока; Т2– постоянная времени цепи генератора.

В системе (2) первое уравнение отражает работу электропривода в зоне ограничения по току (до выхода на заданную для соответствующей позиции КМ мощность), второе - соответствует работе тепловоза при постоянстве мощности, третье – описывает работу в зоне ограничения по напряжению. Четвертое уравнение системы (2) учитывает инерционность процессов в системе автоматического регулирования (САР) генератора.

При нормальных условиях сцепления напряжение Ud, вычисленное в соответствии с (2), подается непосредственно на инерционное звено первого порядка, включенное перед каждым двигателем и учитывающее динамические процессы в выпрямителе, и далее - на тяговые двигатели. Следовательно, задание на напряжение Udn, идущее на небуксующий двигатель, равно Ud..

При увеличении скорости проскальзывания колес выше заданного порогового значения срабатывает защита от буксования, и напряжение, подаваемое на звено, учитывающее инерционность выпрямителя и подводимое далее к буксующему двигателю, регулируется по закону Udn = Ud0n – k1b Vn – k2b an, (3) где Udn – задание на напряжение буксующего двигателя; Ud0n – задание напряжения двигателя в момент, предшествующий буксованию; k1b – коэффициент усиления по разности скоростей; Vn= Vkn – Vл - разность между линейной скоростью обода колеса буксующей оси (Vkn) и скоростью локомотива (Vл); an – ускорение обода колеса буксующей оси; k2b – коэффициент усиления по ускорению.

Моделирование электрической подсистемы выполнено в среде MatLab 7.средствами основной библиотеки Simulink, так как использование прикладного пакета SimPowerSystems вызывает осложнения при совмещении уравнений MatLab с ПК UM.

Для моделирования механической части использован ПК UM, разработанный в БГТУ под руководством профессора Д.Ю. Погорелова и зарекомендовавший себя как надежный и эффективный инструмент анализа динамики сложных механических систем. UM позволяет полностью автоматизировать построение уравнений движения локомотива как механической системы, что дает возможность использовать расчетные схемы с практически любой степенью детализации и, тем самым, максимально приблизить модель к реальному объекту.

При этом тепловоз (и при необходимости состав) представляется в виде системы твердых тел (кузова, рам тележек, зубчатых колес редукторов, колесных пар, остовов и якорей тяговых двигателей и т. д.), связанных друг с другом через элементы, обладающие упругими и диссипативными свойствами. Соединение такой модели с моделью электрической (силовой и управляющей) подсисль механической епловоза 2ТЭтемы открывает новые возможности для более полного анализа динамических и ПК UM тяговых свойств тепловозов.

В рамках развития ПК UM на кафедре «Прикладная механика» БГТУ был разработан дополнительный модуль, обеспечивающий интеграцию моделей, на основе комплекса MatLab/Simulink в модели ПК UM. С использованием такой интеграции разработана электромеханическая модель нового магистрального тепловоза 2ТЭ25К.

Модель позволяет выполнять расчеты с учетом динамического перераспределения нагрузок по осям тепловоза в нормальных и нестационарных режимах тяги для различных конструкций ходовой части. Тепловоз имеет трехосные тележки с опорно-осевым подвешиванием тяговых двигателей. Для оценки тяговых качеств тепловоза при различных конструкциях ходовой части рассмотрены варианты экипажа с серийной тележкой тепловоза 2ТЭ116 и тележками с двухступенчатым рессорным подвешиванием: с низко опущенным шкворнем (рис. 4) или наклонными тягами.

Расчетная схема механической части включает 85 степеней свободы, но используемые в ПК UM новые методы исследования движения систем связанных твердых тел, отличающиеся высокой эффективностью, позволяют при сохранении требуемой точности максимально сократить время вычислений.

Рис. 4. Вариант модели тележки магистрального тепловоза в ПК UM Адекватность модели проверена на основе расчета нормальных и нестационарных режимов модернизированного тепловоза 2ТЭ116, оборудованного системой поосного регулирования. В модель магистрального тепловоза подставлены параметры механической части тепловоза 2ТЭ116 и тягового электродвигателя ЭД118. Сравнение результатов моделирования с осциллограммами эксплуатационных испытаний тепловоза 2ТЭ116, полученными ВНИКТИ МПС, показывает хорошее совпадение качественной картины процесса индивидуального регулирования осей. Количественно расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 17 %.

В главе 4 выполнены расчеты нестационарных режимов тепловоза 2ТЭ25К при использовании трех вариантов конструкции тележек:

1) штатных тележек тепловоза 2ТЭ116;

2) тележек с низко опущенным шкворнем;

3) тележек с наклонными тягами.

Моделировались следующие режимы движения тепловоза 2ТЭ25К:

- пуск и разгон тепловоза с составом при нормальных условиях сцепления (потенциальный коэффициент сцепления 0,28-0,33) и выводе позиций контроллера машиниста 1 - 15 с интервалом 1-2 с;

- пуск и разгон тепловоза с составом при ухудшенных условиях сцепления (потенциальный коэффициент сцепления 0,15-0,25) и выводе позиций контроллера машиниста с интервалом 1-2 с до начала буксования всех колесных пар;

- наезд на масляное пятно (потенциальный коэффициент сцепления снижается в процессе движения с 0,32 до 0,05-0,1);

- пуск и разгон тепловоза с составом при ухудшенных условиях сцепления и неработающей системе индивидуального регулирования осей.

Для опытов с работающей системой поосного регулирования варьировалась постоянная времени управляемого выпрямителя от 0,002 до 0,01 с. Диапазон скоростей движения составлял 1-15 км/ч.

В качестве примера на рис. 5 приведены результаты моделирования пуска и разгона секции тепловоза 2ТЭ25К с составом массой 3000 т при использовании тележек с низко опущенным шкворнем.

Рис.5. Результаты моделирования тепловоза 2ТЭ25К при использовании тележек с низко опущенным шкворнем:

а) силы тяги секции тепловоза (7) и осей (1-6); б) силы тяги осей (1-6) секции (увеличено);

в) скорости колесных пар 1-й (1) и 4-й (4) осей;

г) напряжения на двигателях осей 1- 6 (1-6 соответственно) На приведенных графиках: F – сила тяги; Vk – скорости колесных пар; U – напряжение; t – время. Моделирование подтверждает, что при срабатывании защиты от буксования наиболее разгруженных осей (в данном случае первой и четвертой) увеличивается нагрузка небуксующих осей – второй, третьей, пятой и шестой (рис. 5 б), – в результате чего мощность и сила тяги тепловоза снижаются незначительно (рис. 5 а). Однако при регулировании выходного напряжения тягового модуля по уравнениям (2), даже в зоне постоянства мощности, при буксовании одной оси и, тем более, нескольких осей локомотива суммарная мощность тепловоза все-таки снижается, так как небуксующие оси нагружаются в меньшей степени, чем разгружаются буксующие. Это происходит потому, что при увеличении скорости колесных пар (рис. 5 в) напряжение двигателей буксующих осей понижается (рис. 5 г) в соответствии с законом (3), и его среднее значение становится меньше, чем требуемое, согласно (2), для поддержания заданной мощности значение Udз.

Для поддержания постоянства мощности при буксовании части осей локомотива следовало бы вместо второго уравнения системы (2) использовать выPДi UбукI,бук, ражение Udз Iнорм где Uбук, Iбук – напряжения и токи двигателей соответствующих буксующих осей;

Iнорм – токи двигателей небуксующих осей.

Вместе с тем моделирование показывает, что при движении лимитирующей оси на пределе по сцеплению и срабатывании защиты от буксования догружаемые оси в ряде случаев тоже достигают 1 - предела по сцеплению и начинают буксовать. У них также срабатывает защита, в результате чего, хотя буксование и не переРис.6. Результаты моделирования тепловоза 2ТЭ25К ходит в разносное, мощность и при использовании тележек с наклонными тягами:

7 - сила тяги секции тепловоза; 1-6 силы тяги осей 1-сила тяги все же снижаются. На этом этапе тяговые свойства тепловоза при заданных параметрах двигателя и механической передачи определяются, прежде всего, настройкой коэффициентов нелинейных регуляторов (3), порогом срабатывания защиты и быстродействием системы регулирования. При буксовании всех осей тепловоза 2ТЭ25К в диапазоне поступательных скоростей движения 1-15 км/ч не удается получить коэффициент использования потенциальных условий сцепления (коэффициент использования сцепного веса) более 0,8. Моделирование тепловоза 2ТЭ25К с различными типами тележек позволяет количественно оценить реализацию локомотивом предельных сил тяги для заданных условий сцепления. Наибольшие силы тяги в одинаковых условиях сцепления удается получить при использовании тележек с наклонными тягами, имеющими более равномерное распределение осевых нагрузок и позволяющими в ряде случаев вообще избежать срабатывания защиты от буксования при движении на пределе по сцеплению. В качестве примера на рис. 6 приведены результаты моделирования секции тепловоза 2ТЭ25К с составом 3000 т при применении тележек с наклонными тягами в тех же условиях сцепления, что и с низко опущенным шкворнем (рис. 5).

Обобщение результатов моделирования показывает, что достижение желаемого результата – получение максимально возможной для данных условий силы тяги одновременно зависит от многих факторов: жесткости падающего участка характеристики сцепления, настройки регуляторов системы управления, быстродействия системы регулирования, параметров двигателя и механической передачи, диапазона изменения потенциального коэффициента сцепления при ухудшении условий сцепления.

При движении локомотива на пределе по сцеплению, которое может сопровождаться буксованием лимитирующей оси, большую роль для реализации максимальной силы тяги играет конструкция тележек.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. Разработана электромеханическая модель магистрального тепловоза на базе совмещения программных комплексов MatLab и «Универсальный механизм», позволяющая оценить тяговые свойства тепловоза с различной конструкцией ходовой части при нестационарных режимах.

2. Подтверждено, что применяемая на тепловозе 2ТЭ25К система индивидуального регулирования осей позволяет предотвратить разносное буксование и существенное снижение силы тяги при буксовании части осей. Величина коэффициента использования сцепного веса (коэффициента использования потенциальных условий сцепления), реализуемая при буксовании всех осей, определяется жесткостью падающего участка характеристики сцепления, выбором коэффициентов усиления нелинейных регуляторов, порогом срабатывания защиты и быстродействием системы регулирования.

3. Определено, что при использовании на тепловозе 2ТЭ25К серийной тележки тепловоза 2ТЭ116 максимальная динамическая разность осевых нагрузок 1 и 6-й осей при разгоне тепловоза с составом доходит до 5 т; для тепловоза, имеющего тележки с низко опущенным шкворнем она составляет в тех же условиях 6 т. При использовании тележки с наклонными тягами в том же режиме движения максимальная динамическая разность осевых нагрузок не превышает 1,8 т, причем она возникает между осями 1 и 2-й тележек, а в пределах одной тележки - не превосходит 0,3 т.

4. Установлено, что применяемый закон регулирования предопределяет незначительное снижение общей мощности локомотива при буксовании части осей, так как небуксующие оси догружаются в меньшей степени, чем разгружаются буксующие.

5. Показано, что для реализации максимально возможной для данных условий силы тяги необходимо регулирование всех осей на максимуме характеристики сцепления.

6. Выявлено, что на тепловозе 2ТЭ25К с тяговыми двигателями ЭДУпри буксовании всех осей локомотива быстродействие замкнутой системы тягового привода недостаточно для получения коэффициента использования сцепного веса более 0,8.

7. Установлено, что для повышения тяговых свойств магистрального тепловоза с тяговыми двигателями постоянного тока и индивидуальным регулирование осей есть два пути: совершенствование конструкции механической части и повышение быстродействия системы управления.

8. Определено, что применение тележек с наклонными тягами позволяет при пуске и разгоне тепловоза 2ТЭ25К с составом в ряде случаев практически избежать срабатывания защиты от буксования и в одинаковых условиях сцепления реализовать силу тяги на 5 –7% большую, чем с другими рассмотренными вариантами тележек.

9. Показано, что уменьшение постоянной времени выпрямителя с 10 мс до 2 мс позволяет увеличить коэффициент использования сцепного веса при буксовании всех осей локомотива до 0,89.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Федяева, Г.А. Программный комплекс для расчета электромеханических процессов в тяговых электроприводах локомотивов при нестационарных и аварийных режимах/ Г.А. Федяева, В.Н. Федяев// Вест. Брянского гос. техн. унта.- Брянск: Изд-во БГТУ, 2004. - № 2.- С. 117-123.

2. Федяев, В.Н. Математическое моделирование защиты тягового привода локомотива с двигателями постоянного тока от срыва сцепления/ В.Н. Федяев// Тезисы докладов 57-й научной конференции профессорскопреподавательского состава. Ч. 1. - Брянск: Изд-во БГТУ, 2005. – С. 161-163.

3. Федяева, Г.А. Моделирование нестационарных режимов в тяговых электроприводах постоянного тока/Г.А.Федяева, В.Н.Федяев//Вест.Восточноукр. нац.

ун-та. Технические науки. Ч. 2.–Луганск: Изд-во ВНУ,2005.-№ 8.-С.65-68.

4. Михальченко, Г.С. Взаимовлияние динамических процессов в электрической и механической подсистемах тягового привода тепловозов при переходных режимах/ Г.С. Михальченко, Г.А. Федяева, В.Н. Федяев// Тяжелое машиностроение, 2005, № 12 С. 28-32.

5. Ковалев, Р.В. Моделирование электромеханической системы тепловоза/ Р.В. Ковалев, Федяева Г.А., Федяев В.Н.// Тезисы LXVI Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта». – Днепропетровск: Изд-во ДИИТ, 2006.- С. 62.

6. Федяев, В.Н. Моделирование электромеханической системы тепловоза 2ТЭ25К при срыве сцепления/В.Н. Федяев// Вест. Брянского гос. техн. ун-та.

- Брянск: Из-во БГТУ, 2006. - № 3.- С. 23-30.

Pages:     | 1 || 3 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.