АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ПОВЫШЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЯ
AUTOMATED DEVICE TO INCREASE ADHESION

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и предназначено для повышения тяговых свойств электровозов постоянного тока.
Известны устройства противобоксовочной защиты, содержащие тяговые двигатели, соединенные последовательно и последовательно-параллельно, якоря которых попарно зашунтированы через контакты контакторов резисторами. Такого вида противобоксовочные уструйства предназначены для защиты колесно-моторного блока от боксования и тем самым для реализации максимальной силы тяги по сцеплению. В этих и в аналогичных устройствах при срабатывании порогового элемента включается защита от боксования. Уставка порогового элемента в этих устройствах имеет минимальное значение по скорости скольжения (меньше 1 км/ч). За счет действия данных устройств значение потенциального коэффициента сцепления не повышается, в лучшем случае потенциальный коэффициент сохраняет свое значение. К таким устройствам относятся «Устройство для предотвращения боксования колесных пар». А.с. 806487, «Устройство защиты локомотива от боксования и юза». А.с. 8122613 и многие другие.
Известны устройства, предназначенные для поддержания скорости скольжения в заданных пределах (7-15%) для реализации максимального коэффициента сцепления. К таким устройствам относятся аппаратура и методы, описанные в патентах US 4463289 и US 3997822. Данные устройства характеризуются сложной системой регулирования, и их применение связано с повышенным износом бандажей и рельс.
За прототип предлагаемого устройства принято «Устройство для защиты от боксования электроподвижного состава постоянного тока», А.с. 407757. Данное устройство по существу является не противобоксовочной защитой, а устройством повышения сцепления за счет управляемых процессов боксования (УПС). Устройства такого типа, допуская пробоксовки с ограниченной скоростью скольжения в течение короткого времени, обеспечивают повышение потенциального коэффициента сцепления. Данные устройства используют только для прохода подъема и на время пуска, так как при работе устройства имеет место дополнительный расход электроэнергии на тягу поезда.
Использование предлагаемого устройства не приводит к дополнительному расходу электроэнергии, а обеспечивает экономию электроэнергии, повышенные значения реализуемого коэффициента сцепления, снижение расхода песка и износа бандажей. Это достигается подбором параметров аппаратуры устройства и реализацией необходимого алгоритма управления с помощью разработанной схемы управления.
Доказано, что допуская управляемые процессы боксования, можно обеспечить повышение потенциального, а следовательно, реализуемого коэффициента сцепления.
Для реализации этой возможности разработан алгоритм управления процессом боксования. В соответствии с алгоритмом управления последовательность действий устройства должна быть следующая: контактор включает цепь шунтирования якорей тяговых двигателей через 5 секунд после срабатывания реле боксования. Шунтирующая цепь остается включенной в течение 30 секунд для того, чтобы при оптимальной жесткости тяговой характеристики двигателя боксующей колесной пары машинист смог бы принять меры по прекращению боксования, если не произойдет самопрекращения боксования.
Поэтому автоматизированное устройство повышения сцепления должно состоять не только из контакторов, резисторов, реле боксования, но и на каждую пару двигателей предусмотрено два реле времени.
Существенные признаки, характеризующие изобретение по сравнению с наиболее близким аналогом, следующие: при постоянном питании устройства цепь шунтирования якорей ТЭД подключается через пять секунд после возникновения боксования по сигналу от реле боксования и остается включенным в течение заданного времени (30 секунд). Для реализации данного алгоритма использованы реле боксования и реле времени. Возможен случай перехода в устойчивый процесс боксования при включенной цепи шунтирования якорей ТЭД, выход из которого осуществляет машинист путем сброса позиций. Это осуществляется в течение 30 секунд после начала боксования.
Технический эффект использования устройства определен выполненным технико-экономическим обоснованием применения автоматизированного устройства повышения сцепления на электровозах ВЛ10. По данным ТЭО годовая экономия за счет эксплуатации одного электровоза с АУПС определена в сумме 927820 руб., а расход песка грузовыми электровозами будет снижен минимум в 10 раз, износ бандажей уменьшен в 4 раза, экономия электроэнергии одним электровозом составит порядка 20 тыс. кВт·ч.
Силовая схема устройства представлена на фиг.1
Силовая (высоковольтная) часть устройства состоит из 8-ми контакторов типа ПК и 4-х комплектов резисторов по одному ящику (в каждом ящике 16 элементов типа КФ) с установкой на крыше электровоза.
Якоря каждой пары двигателей шунтируются комплектом резисторов. Сопротивление комплекта равно 16 Ом.
Для включения шунтирующей цепи предусмотрен контактор для 1 и 2 двигателей 712, для 3 и 4 двигателей контактор 714, для 5 и 6 двигателей контактор 716 и для 7 и 8 двигателей контактор 718.
Для уменьшения сопротивления шунтирующей цепи при работе на «С» соединении предусмотрена установка контакторов 711, 713, 715, 717. Контакторы включаются и выключаются схемой управления. Схема управления представлена на фиг.2 Питание схемы управления осуществляется от контроллера машиниста через контакты шайбы 23 на позициях от 1 до 27 и от контактов шайбы 6 на позициях с 1 по 16.
С помощью предусмотренного в схеме управления, тумблера 724 (В1/В2) включают АУПС. Включенное состояние системы сигнализируется лампой на дополнительном пульте управления АУПС.
Контакторы шунтирующей цепи каждой пары двигателей управляются с помощью реле боксования РБ, промежуточного реле РП и двух реле времени РВ1 и РВ2.
При возникновении боксования какой-либо колесной пары срабатывает реле боксования, которое помимо включения сигнальной лампы и подачи песка подает питание после срабатывания первого реле времени через 5 секунд на катушку промежуточного реле. Промежуточное реле с помощью своего блока контакта встает на самоподпитку, подает тем самым питание на реле времени и на катушку вентиля контактора (712, или 714, или 716, или 718). На позициях контроллера с 1 по 16 с помощью блок-контактов промежуточных реле подается питание на катушку вентиля контактора 711, или 713, или 715, или 717.
По истечении времени уставки второго реле времени разрывается его блок-контакт, обесточивается катушка промежуточного реле и обесточивается катушка вентиля контактора 712, или 714, или 716, или 718.
Таким образом, при возникновении боксования срабатывает реле боксования, подается песок, начинает работать первое реле времени, после выдержки времени, если не прекратится боксование, контактором включается шунтирующая цепь с двигателем боксующей колесной пары. Включение шунтирующих цепей сигнализируется лампой на дополнительном пульте.
Если в течение 6-7 секунд боксование не прекратилось, то машинист должен помочь устройству, сбросив 3-4 позиции, затем надо подождать, пока не прекратится боксование, после чего можно набирать позиции. Как правило, после такого процесса боксования с ограниченной скоростью боксования в течение короткого времени электровоз работает устойчиво по сцеплению. Необходимость сброса позиций машинист определяет по включенным лампочкам срабатывания реле боксования и включения шунтирующих цепей.
Время, в течение которого включена шунтирующая цепь, ограничено 30 секундами с помощью второго реле времени.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.
На Южно-Уральской железной дороге был оборудован электровоз ВЛ10-1507 с автоматизированной системой повышения сцепления (АУПС). Выполнены испытания электровоза с АУПС. Результаты испытаний рассмотрены на совещании у вице-президента ОАО «РЖД» В.А.Гапановича, на котором было отмечено, что тягово-эксплуатационные испытания показали полную работоспособность устройства (АУПС) и принято решение об оборудовании 20 электровозов ВЛ10 автоматизированным устройством повышения сцепления.