Повышение эффективности реостатного тормоза

Проблематика транспортных систем

37

В. О. Иващенко, Е. В. Ткаченко, Е. Л. Киселев

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕОСТАТНОГО ТОРМОЗА

Рассмотрены вопросы увеличения эффективности реостатного тормоза скоростных электровозов серии ЧС. Определены пути повышения точности расчета величины действительной тормозной силы.

реостатный тормоз, микропроцессорная система управления, тормозная сила, электровоз.

Введение

В настоящее время пассажирское движение предполагает высокие скорости. Это необходимое требование для конкурентной способности железнодорожного транспорта. Для обеспечения безопасности движения высокоскоростной подвижной состав должен быть оборудован сразу несколькими тормозными системами. На участке Санкт-Петербург - Москва скоростное движение осуществляется электровозами ЧС6, ЧС200, оборудованными реостатным тормозом. Для повышения технических скоростей движения необходимо повысить эффективность реостатного тормоза.

1 Причины недоиспользования возможностей реостатного тормоза

На тормозные характеристики электровозов ЧС6, ЧС200 накладываются ограничения по мощности реостатного тормоза в зоне высоких скоростей (линия 3 на рис. 1) и максимальному току возбуждения в зоне низких скоростей (линия 1 на рис. 1). Эти ограничения определяются конструкцией тягового электродвигателя (ТЭД) и изменены быть не могут. В зоне средних скоростей тормозная сила ограничена условиями сцепления колес с рельсами (линия 2 на рис. 1). Однако в связи с тем, что система управления реостатным тормозом выполнена на аналоговых элементах, максимальная тормозная сила, реализуемая электровозом, оказывается ниже ограничения по сцеплению (линия 4 на рис. 1).

Некоторый запас по максимальной тормозной силе объясняется тем, что аналоговая система управления не позволяет производить точные вычисления величины тормозной силы [1].

Таким образом, имеется возможность повысить эффективность реостатного тормоза, приблизив максимальную реализуемую тормозную силу к ограничению по сцеплению.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2006/3

38

Проблематика транспортных систем

2 Повышение точности вычисления тормозной силы

Тормозная сила электрического тормоза на ободе колеса, по определению, является функцией двух переменных величин тока якоря и магнитного потока машины:

В = СФ/,

Перемножение сигналов при аналоговой системе управления реализовать очень сложно. Поэтому для вычисления действительной тормозной силы используется алгебраическое сложение сигналов, пропорциональных току якоря и току возбуждения. Для учета нелинейности кривой намагничивания ТЭД вводится поправочный коэффициент. Такой метод возможно использовать в определенном диапазоне изменения тока якоря и возбуждения.

Использование в системе управления микропроцессора в качестве вычисляющего и управляющего элемента позволяет реализовать не только перемножение сигналов, но и наиболее точный учет кривой намагничивания тягового двигателя.

Кривую намагничивания можно рассчитать исходя из паспортных данных ТЭД. Для учета реакции якоря необходимо иметь нагрузочные характеристики двигателя. Кроме того, ее можно рассчитать исходя из тяговых или тормозных характеристик. С точки зрения учета реакции якоря данный способ предпочтительнее, так как опытные характеристики двигателя построены с учетом реакции якоря.

Для использования кривой намагничивания в микропроцессоре необходимо математическое выражение, описывающее кривую с достаточной точностью. Среди всего многообразия функций, которыми может быть описана кривая намагничивания, следует выделить три:

аппроксимация функций логарифма;

2006/3

Proceedings of Petersburg Transport University

39

Проблематика транспортных систем

аппроксимация функций арктангенса; аппроксимация степенным полиномом.

При аппроксимации опытной кривой намагничивания функцией логарифма выражение имеет вид:

СФ = А • Ьп(/в) - В,

где А и В - коэффициенты, зависящие от типа двигателя;

/в - ток возбуждения.

Существенным недостатком этого метода является то, что данная кривая имеет недостаточною сходимость с реальной кривой намагничивания на участке малых значений тока.

При аппроксимации кривой намагничивания степенным полиномом выражение имеет вид:

С,Ф = Ё А.' /в.

i=0

Коэффициенты полинома Ai, а также его степень n определяется потребной точностью аппроксимации.

Недостатком данного способа является непредсказуемое поведение полинома за границами, определенными опытными точками.

Описание кривой намагничивания функцией арктангенса [2] подразумевает использование номинальных данных тягового двигателя. Выражение имеет вид:

С Ф

С Ф = —v—н . arctg v 1,2

f /Л

2,6- в

V

/

вн 0

где СгФн - магнитный поток, соответствующий номинальному току возбуждения /вн.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2006/3

40

Проблематика транспортных систем

Рис. 2. Опытная и расчетные кривые намагничивания

На рисунке 2 приведены кривые намагничивания ТЭД AL4741FLT электровоза ЧС200. На рисунке обозначены:

линия 1 - кривая намагничивания, полученная из тормозных характеристик;

линия 2 - кривая аппроксимации линии 1 степенным полиномом; линия 3 - кривая, полученная с помощью функции арктангенса; линия 4 - кривая аппроксимации линии 1 функцией натурального логарифма.

Из рисунка 2 следует, что в качестве математического выражения, наиболее точно описывающего кривую намагничивания ТЭД, следует использовать степенной полином. Однако в связи с тем, что вычисление магнитного потока посредствам степенного полинома требует значительных ресурсов микропроцессора, рекомендуется использовать аппроксимацию логарифмической функцией. Для компенсации погрешности в зоне малых токов рекомендуется при токах возбуждения ниже 100 А аппроксимировать кривую намагничивания прямой вида у = к х.

Заключение

На основании изложенного следует сделать вывод о том, что повышение эффективности реостатного тормоза существующих электровозов возможно за счет приближения максимально допустимой тормозной силы к ограничению по условиям сцепления колеса с рельсом. Реализация этого возможна в случае применения микропроцессора как управляющего и вычисляющего элемента системы управления.

2006/3

Proceedings of Petersburg Transport University

41

Проблематика транспортных систем Библиографический список

1. Раба Ф., Кир Л., Гончарук И. Электродинамический тормоз электровозов ЧС2т и ЧС200. - М.: Транспорт, 1978. - 80 с.

2. Проектирование систем управления электроподвижным составом / Под ред. Н. А. Ротанова. - М.: Транспорт, 1986. - 327 с.

УДК629.424

Д. Н. Курилкин, В. В. Кручек

КИНЕМАТИКА КАРДАННЫХ ПЕРЕДАЧ ЛОКОМОТИВОВ

Динамические нагрузки в карданной передаче во многом определяют надежность и долговечность элементов группового тягового привода. Рассмотрены различные методы расчета кинематических характеристик карданных передач локомотивов с групповым тяговым приводом колесных пар.

групповой привод, кинематика карданных передач, пространственная карданная передача.

Введение

Одной из основных причин возникновения динамических нагрузок в групповом карданном тяговом приводе локомотивов является его кинематическое несовершенство. Поэтому от правильности расчета кинематических характеристик карданных передач локомотивов во многом зависит точность определения динамических нагрузок в элементах привода, а также эффективность мероприятий по их снижению.

1 Основные подходы к кинематике карданных передач

Известны два подхода к решению вопросов кинематики карданных передач. В первом случае карданная передача рассматривается как пространственный механизм с постоянными углами между осями карданных валов [1]. Этот подход приемлем при рассмотрении карданной передачи при движении в кривых участках пути малого радиуса. При втором подходе карданная передача рассматривается как плоская карданная передача с переменными углами между осями карданных валов [2]. Этот подход применим к карданной передаче при рассмотрении индивидуального привода с карданной передачей или группового привода с расположением тяговых двигателей на тележке локомотива.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2006/3