УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ БУКСОВАНИЯ И ЮЗА КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ТЯГОВОГО РУДНИЧНОГО ЭЛЕКТРОВОЗА

Полезная модель относится к электрооборудованию транспортных средств с электротягой и может быть использовано для предотвращения проскальзывания или буксования колес во время динамических процессов разгона-торможения рельсовых транспортных средств.
Известно устройство для обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива (RU 2489286 C2, МПК B61C 15/08 (2006.01), опубл. 27.08.2012), включающее датчики скорости вращения осей, выполненные, например, в виде осевых тахогенераторов постоянного тока, блоки для сравнения и усиления разности сигналов, пропорциональных скорости вращения осей колесных пар, к выходу которого подключен исполнительный орган, например реле. Для упрощения конструкции и принятии соответствующих мер по устранению причин буксования в процессе эксплуатации локомотива, например увеличением коэффициента сцепления путем подачи песка в зону контакта с рельсом колес локомотива, выходной сигнал в виде напряжения питания через контакты реле подается непосредственно к обмотке электропневматического клапана системы подачи песка каждой из буксующих колесных пар локомотива.
Недостатком этого устройства является использование тахогенераторов для измерения скорости вращения осей колес, выходные аналоговые сигналы которых подвержены влиянию помех. Недостатком также является необходимость сравнения скоростей вращения ведущих осей тягового рудничного электровоза, со скоростью вращения ведомой оси, в то время как в тяговом рудничном электровозе имеется только две ведущие колесные пары, а ведомых нет, следовательно, сравнивать эти сигналы не представляется возможным.
Известно устройство обнаружения буксования и юза колес рельсового транспортного средства (RU 2071197 C1, МПК6 B60L 3/10, опубл. 27.12.1996), выбранное в качестве прототипа, содержащее датчик колебаний механической части привода колесной пары и первый канал обнаружения буксования и юза, включающий последовательно соединенные первый полосовой фильтр, выполненный с полосой пропускания нижних частот колебаний механической части привода колесной пары, первый выпрямитель, первый сглаживающий фильтр, первый пороговый элемент и второй пороговый элемент. Второй канал обнаружения буксования и юза содержит последовательно соединенные второй полосовой фильтр, второй выпрямитель, второй сглаживающий фильтр и второй пороговый элемент. Выходы первого и второго пороговых элементов подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ. Выход датчика соединен с входами первого и второго полосовых фильтров первого и второго каналов. Второй полосовой фильтр второго канала выполнен с полосой пропускания высших частот колебаний механической части привода колесной пары.
Недостатком этого устройства является то, что изменение характера колебаний механической системы происходит в момент начала буксования или юза колесной пары, т.е. является возмущением для системы автоматического управления частотой вращения тягового двигателя. Также устройство имеет недостаток в виде использования в его структуре датчика колебаний механической части привода колесной пары, выходом которого является аналоговый сигнал малой мощности, подверженный воздействию помех и шума.
Задачей полезной модели является создание устройства обнаружения буксования и юза колесной пары тягового рудничного электровоза.
Поставленная задача решена за счет того, что устройство обнаружения буксования и юза колесной пары тягового рудничного электровоза, также как в прототипе, содержит полосовой фильтр и фильтр низких частот.
Согласно полезной модели к блоку задания электромагнитного момента частотно-регулируемого электропривода переменного тока последовательно подключены устройство управления и анализа, частотно-регулируемый электропривод, полосовой фильтр, фильтр низких частот, согласующее устройство, выход которого соединен с входом устройства управления и анализа.
Полезная модель, благодаря последовательности фильтров, позволяет выделить из входного сигнала, поданного на полосовой фильтр, составляющую, связанную с буксованием и юзом колесной пары. Также использование цифровых сигналов повышает помехозащищенность устройства.
На фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства.
Устройство обнаружения буксования и юза колесной пары тягового рудничного электровоза содержит блок задания электромагнитного момента частотно-регулируемого электропривода переменного тока 1 (БЗ), к которому последовательно подключены устройство управления и анализа 2 (УУА), частотно-регулируемый электропривод 3 (ЧРЭП), полосовой фильтр 4 (ПФ), фильтр низких частот 5 (ФНЧ), согласующее устройство 6 (СУ), выход которого соединен с входом устройства управления и анализа 2 (УУА).
В качестве блока задания электромагнитного момента частотно-регулируемого электропривода переменного тока 1 (БЗ) и устройства анализа и управления 2 (УУА) может быть использован, например, программируемый логический контроллер (ПЛК) фирмы SIEMENS, Allen Bradley. В качестве частотно-регулируемого электропривода 3 (ЧРЭП) может быть использован, например, асинхронный электропривод на базе преобразователя частоты фирмы DANFOSS. Полосовой фильтр 4 (ПФ), фильтр низких частот 5 (ФНЧ), согласующее устройство 6 (СУ) могут быть реализованы программным способом на основе ПЛК, например, фирм SIEMENS, Allen Bradley.
з
з
з
э
Устройство работает следующим образом. При запуске, от оператора подается команда на блок задания электромагнитного момента частотно-регулируемого электропривода переменного тока 1 (БЗ), в котором формируется необходимая величина электромагнитного момента M(t), а также генерируется аддитивная гармоническая составляющая h(t) к основному задающему сигналу M(t). Далее сигнал M(t)+h(t), поступает на вход устройства управления и анализа 2 (УУА), которое его анализирует и масштабирует, если это необходимо. В дальнейшем, сигнал с выхода устройства управления и анализа 2 (УУА) поступает на частотно-регулируемый электропривод 3 (ЧРЭП), который приводит в движение исполнительный орган (вал) колесной пары, а значит, передает ей вращательное движение. Фактический электромагнитный момент частотно-регулируемого электропривода 3 (ЧРЭП) M определяется в реальном масштабе времени наблюдателем момента, который программно реализован в системе управления частотно-регулируемого электропривода 3 (ЧРЭП) и, зная его, вычисляют момент сопротивления, пренебрегая моментом потерь:
кп
з
1
M(t)=M{t)-JεE(t),
1
где J - момент инерции колесной пары,
ε(t) - угловое ускорение колеса.
кп
кп
Вычисленная величина проходит через полосовой фильтр 4 (ПФ), который, выделяя необходимую гармонику, формирует сигнал, пропорциональный величине скольжения, а значит связанный с эффектом буксования. Прошедший фильтрацию момент M(t) колесной пары характеризует наличие или отсутствие буксования и юза степени буксования и юза колесной пары тягового электровоза. При наличии эффекта буксования и юза величина M(t) не будет иметь периодическую составляющую из-за достижения предельного своего значения, а значит выходной сигнал полосового фильтра 4 (ПФ) будет иметь пороговое значение близкое к нулю. После полосового фильтра 4 (ПФ) сигнал фильтруется фильтром низких частот 5 (ФНЧ), который усекает все высокочастотные составляющие сигнала, что позволяет выделить и оценить основную форму сигнала. Фильтр низких частот 5 (ФНЧ) выполняет в данном случае операцию сглаживания. В дальнейшем сигнал идет через согласующее устройство 6 (СУ), которое проводит операцию преобразования и масштабирования. Этот сигнал приходит на устройство управления и анализа 2 (УУА), где он сравнивается с пороговым значением и на основании этого формируется управляющий сигнал для компенсации эффекта буксования и юза.