МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ОТ БОКСОВАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
DC ELECTRIC LOCOMOTIVE ANTI-SLIPPAGE SYSTEM

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и предназначено для использования в электровозах постоянного тока, в частности ВЛ10 и ВЛ11, в том числе включенных по системе многих единиц.
Известно устройство для защиты от боксования и юза колесных пар электроподвижного состава [1], содержащее датчики, пороговые элементы, задатчик тока тяговых двигателей, систему автоматического управления электроподвижным составом и блок управления работой песочниц. Недостатком данного устройства является его сложность и негибкий алгоритм работы устройства.
Известен способ [2] регулирования приводного и/или тормозного усилия колес единицы подвижного состава до оптимальной силы сцепления при минимально возможном проскальзывании. Основным недостатком данного способа является постоянное проскальзывание одной или нескольких колесных пар, что приводит к ускоренному износу бандажей колес и самих рельс.
Наиболее близким является устройство защиты от боксования [3], в котором шунтирующие резисторы обмоток ТЭД включены постоянно на сериесном соединении двигателей. Основным недостатком устройства является повышенный расход электроэнергии.
Для улучшения энергетических характеристик, а также полной автоматизации процесса управления в устройство вводятся микропроцессорный блок, датчики температуры тягового электродвигателя (ТЭД), датчик позиции контроллера машиниста, блок управления контакторами, блок управления форсунками песка и шаговый двигатель, соединенный с контроллером машиниста.
Известно [4], что при скорости скольжения, составляющей от 7% до 15% от абсолютной скорости, коэффициент сцепления колес с рельсами увеличивается на 35…50% и может достигать значений до 0,3. При этом, управляя жесткостью характеристик тяговых электродвигателей (ТЭД) за счет шунтирования их обмоток резисторами, можно добиться самопрекращающегося процесса боксования, а следовательно, процесс боксования будет самопрекращаться.
На чертеже показан вариант микропроцессорной системы защиты от боксования.
1
2
3
4
1
2
1
2
5
1
3
4
3
4
5
2
На первый вход микропроцессорного блока 1 поступает сигнал с датчика 8 позиции контроллера машиниста 2, соединенного с шаговым двигателем 11. Ко второму и третьему входам микропроцессорного блока 1 подключены выходы штатных реле боксования 3 и 4. К четвертому и пятому входам подключаются выходы датчика температуры 5 первого ТЭД и датчика температуры 6 второго ТЭД. Первый выход микропроцессорного блока 1 соединен с шаговым двигателем 11. Второй, третий, четвертый и пятый выходы соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока управления контакторами 9. Шестой выход соединен с блоком управления форсунками песка 10. Первый, второй, третий и четвертый выходы блока управления контакторами 9 соединены соответственно с первым контактором 12, вторым контактором 12, третьим контактором 12 и четвертым контактором 12. Первый контактор 12, второй контактор 12, первое шунтирующее сопротивление 13, второе шунтирующее сопротивление 13 и пятое шунтирующее сопротивление 13составляют шунтирующий контур первого тягового электродвигателя 14. Третий контактор 12, четвертый контактор 12, третье шунтирующее сопротивление 13, четвертое шунтирующее сопротивление 13 и пятое шунтирующее сопротивление 13 составляют шунтирующий контур второго тягового электродвигателя 14.
УСТ1
Микропроцессорная система работает следующим образом. При возникновении боксования сигналы со штатных реле боксования 3 и 4 поступают на соответственно второй и третий входы микропроцессорного блока 1, где происходит их обработка. Если в случае боксования напряжение, поступающее с реле боксования 3 или реле боксования 4, превышает напряжение уставки U, то происходит опрос датчика 8 позиции контроллера машиниста 2. В зависимости от положения контроллера машиниста 2 микропроцессорная система работает в трех режимах:
1
4
2
3
1
4
1
1. При сериесном соединении двигателей (позиции контроллера машиниста 11 с 1 по 8) система вырабатывает сигналы управления, поступающие на блок управления контакторами 9, который включает контакторы 12 и 12, а через время t, если боксование не прекратилось, - контакторы 12 и 12. После прекращения боксования контакторы 12…12 выключаются.
1
4
1
4
2. При сериесном соединении двигателей (позиции контроллера машиниста 11 с 9 по 16) система вырабатывает сигналы управления, поступающие на блок управления контакторами 9, который включает контакторы 12 и 12. После прекращения боксования контакторы 12 и 12выключаются.
1
4
1
4
3. При сериес-параллельном соединении двигателей (позиции контроллера машиниста 11 с 17 по 27) система определяет номера боксующих колесных пар и включает соответствующие контакторы 12 или 12. После прекращения боксования контактор 12 или 12 выключается.
2
УСТ2
3
4
1
4
Если боксование не прекратилось через время t(напряжение на обмотке реле боксования превышает напряжение уставки U, то контакторы 12…12 остаются включенными и микропроцессорная система вырабатывает сигналы управления, поступающие на блок управления форсунками песка 10. Если в течение заданного интервала времени t боксование не прекратилось, то микропроцессорный блок 1 по первому выходу вырабатывает сигналы управления, поступающие на шаговый двигатель 11, который сбрасывает 1 позицию контроллера машиниста 2, а если через время t боксование не прекратилось, то еще 1.
Контроль температуры двигателей осуществляется непрерывно путем последовательного опроса датчиков температуры ТЭД 5 и 6. Если измеренная температура превысит заданную, то микропроцессорная система вырабатывает управляющие сигналы, поступающие на шаговый двигатель 11, который сбрасывает 2 позиции контроллера машиниста.
1
4
Если в течение 15 с процесс боксования не прекратился, то контакторы 12…12 выключаются. Выдерживается пауза 20…30 с, проверяется наличие боксования, и если оно отсутствует, то алгоритм работы системы восстанавливается. В противном случае, после трех попыток устранить боксование путем подачи песка система отключается.
1
2
Контролер машиниста 2, ТЭД 14 и 14, реле боксования 3 и 4, блок управления форсунками песка 10 являются штатными элементами электровозов постоянного тока.
Микропроцессорный блок 1 может быть выполнен в виде стандартного контроллера, имеющего аналого-цифровые преобразователи, например [5].
Шаговый двигатель 11 может быть использован любой имеющий плату управления и возможность интеграции в контроллер машиниста 2, например [6].
Датчик температуры ТЭД 5 и 6 могут быть стандартными, например [7].
Источники информации
1. Патент РФ №2025310.
2. Патент РФ №2124445.
3. А.с. 407757.
4. Самме Г.В. Фрикционное взаимодействие колесных пар локомотива с рельсами. - М.: Маршрут, 2005. - 80 с.
5. http://www.indautomation.ru/.
6. http://electroprivod.ru/.
7. http://www.zamer.ru/catalog/14.