RU156446U1 - Стенд для моделирований динамических процессов в тяговом приводе локомотива с электропередачей - Google Patents

Abstract

Стенд для моделирования динамических процессов в тяговом приводе локомотива с электропередачей, содержащий дизель-генераторную установку, регулируемую дистанционно от контроллера машиниста и соединенную через статический преобразователь частоты со звеном постоянного тока с электродвигателем, якорь которого соединен через тяговый редуктор с колесной парой, колеса которой опираются на каток, связанный с маховиком и электрической нагрузочной машиной, нагрузочные устройства, на статор тягового электродвигателя установлен индукционный нагреватель, охватывающий статор, закрытый теплоизоляционным материалом, а к тяговому электродвигателю подсоединены система контроля температуры его обмоток и система обдува тягового электродвигателя, состоящая из воздухопровода, мотор-вентилятора с системой управления им, колеса колесной пары имеют одинаковый диаметр, в зоне контакта колес с катком установлен воздуховод, содержащий полупроводниковый термоэлектрический охладитель и датчик температуры, и подсоединенный к мотор-вентилятору, нагрузочные устройства содержат электромагниты, на валу двигателя установлен датчик частоты вращения, в воздухопроводе системы обдува двигателя установлен полупроводниковый термоэлектрический охладитель, а система управления содержит блок задания частоты вращения вала двигателя, блок сравнения, блок управления, блоки задания нагрузки на колесные пары, регуляторы тока обмоток сердечников электромагнитов нагрузочных устройств. Техническим результатом является обеспечение ускоренных испытаний, расширение функциональных возможностей стенда, упрощение конструкции механической части стенда, и приближения условий моделирования к эксплуатационным, при одновременном снижении энергозатрат.

Description

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использована для исследования динамических процессов в тяговом приводе.

Известен стенд для моделирования динамических процессов в тяговом приводе локомотива с электропередачей, содержащий по крайней мере один электродвигатель, характеристика которого аналогична характеристике тягового электродвигателя локомотива, а вал якоря фрикционно связан с установленным в подшипниковых опорах валом, несущим маховик, имитирующий массу поезда, и электрическую нагрузочную машину, имитирующую тяговую нагрузку, вал якоря которой связан с упомянутым валом, несущим маховик [Авторское свидетельство СССР №677786, кл. G01M 17/00, 1944].

Недостатком указанного стенда является то, что на нем невозможно имитировать процессы боксования и автоколебаний, возникающих в тяговом приводе локомотива при его совместной работе с колесными парами.

Известен стенд для моделирования динамических процессов в тяговом приводе локомотива с электропередачей, содержащий дизель-генераторную установку, электрически связанную с двигателем колесной пары, ось которой посредством цилиндрического редуктора связана с выходным валом тягового электродвигателя, катки, каждый из которых связан с соответствующим колесом колесной пары, смонтированный на оси катков маховик, имитирующий массу поезда, и электрическую нагрузочную машину, имитирующую тяговую нагрузку [Челноков Н.Н., и др. Стенды для испытаний подвижного состава железных дорог. М., НИИ Информтяжмаш, 1966, 11-66-4, С. 19].

Недостатком данного стенда является то, что он не в полной мере воспроизводит эксплуатационные условия, в частности, не обеспечивает проскальзывание и потерю сцепления одним из колес колесной пары и не позволяет получить режимы автоколебаний в тяговом приводе.

Известен стенд для моделирования динамических процессов в тяговом приводе локомотива с электропередачей, содержащий дизель-генераторную установку с преобразователем частоты, электродвигатель, характеристика которого аналогична характеристике тягового электродвигателя локомотива, а вал якоря электродвигателя фрикционно связан с валом, несущим маховик, имитирующим массу поезда, посредством колесной пары с колесами различных диаметров, и электрическую нагрузочную машину, имитирующую тяговую нагрузку, вал якоря которой связан с упомянутым валом, несущим маховик [Авторское свидетельство СССР №712726, кл. G01M 17/00, 1978, опубл. - 30.01.80, Б.И. №4].

Недостатком данного стенда являются значительные капитальные затраты при изготовлении колесных пар с колесами разного диаметра и катка, значительная трудоемкость при демонтаже и монтаже узлов механической части стенда.

В работе [А.К. Белоглазов, А.В. Чулков, В.К. Фоменко “Оценка параметров окружающей среды на восточном полигоне железных дорог и их влияние на надежность и экономичность тепловозов”. Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава. Материалы всероссийской научно- технической конференции с международным участием [Омский Гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2011. 337 с, С. 125] указывается, что средняя продолжительность периода со среднесуточной температурой наружного воздуха от 0°C до -45°C составляет более 180 суток. В Забайкалье и Якутии число суток с отрицательной температурой достигает до 290, в том числе более 100 суток температура наружного воздуха находится в диапазоне от -20°C до -50°C. Здесь же отмечается, что в Западно-сибирской и Восточно-сибирской зонах до 70% времени тепловозы используются в интервале от -20°C до +20, а в Забайкальской зоне от -40°C до 0°C.

Известно [Найш Н.М., Ноженко B.C., Горбунов Н.Н., Гаркушин Е.В. Управление фрикционным взаимодействием в двухточечном трибоконтакте «колесо-рельс». Вiсник СНУ iм Володимира Даля №6 (160), 2011], что в зависимости от температуры в зоне контакта кислород может оказывать как положительное, так и отрицательное действие на процессы в контакте колеса с рельсом.

В работе [Влияние температуры тягового асинхронного двигателя на его режимы работы / А.С. Космодамианский, В.И. Воробьев, А.А. Пугачев // Электротехника. - 2011. - №8. - С. 50-54.] указывается на существенное изменение механических характеристик двигателя, влияющих на процессы и боксование.

В качестве прототипа заявленной полезной модели заявлен стенд для моделирования динамических процессов в тяговом приводе локомотива с электропередачей, содержащий дизель-генераторную установку, регулируемую дистанционно от контроллера машиниста и соединенную через статический преобразователь частоты со звеном постоянного тока с электродвигателем, якорь которого соединен через тяговый редуктор с колесной парой, колеса которой могут иметь различные диаметры и опираются на каток, связанный с маховиком и электрической нагрузочной машиной, нагрузочные устройства, на статор тягового электродвигателя установлен индукционный нагреватель, охватывающий статор, закрытый теплоизоляционным материалом, а к тяговому электродвигателю подсоединены система контроля температуры его обмоток и система обдува тягового электродвигателя, состоящая из воздухопровода, мотор-вентилятора с системой управления им. [Патент RU 2496100 МПК G01M 17/00 опубл. - 20.10.013, Б.И. №29].

Недостатком указанного стенда является то, что он не в полной мере воспроизводит эксплуатационные условия, а именно оценить влияние низких температур как в обмотках электродвигателя, так и в зоне контакта колес колесной пары с катком, на процессы боксования и автоколебаний.

Кроме того, применение колесных пар с колесами разного диаметра и катка с разными диаметрами опорных поверхностей требует значительных капитальных затрат и трудоемкости при их изготовлении и монтаже.

Техническим результатом является обеспечение ускоренных испытаний, расширение функциональных возможностей стенда, упрощение конструкции механической части стенда, и приближения условий моделирования к эксплуатационным, при одновременном снижении энергозатрат.

Технический результат достигается, тем что в стенде для моделирования динамических процессов в тяговом приводе локомотива с электропередачей, содержащим дизель-генераторную установку, регулируемую дистанционно от контроллера машиниста и соединенную через статический преобразователь частоты со звеном постоянного тока с электродвигателем, якорь которого соединен через тяговый редуктор с колесной парой, колеса которой могут иметь различные диаметры и опираются на каток, связанный с маховиком и электрической нагрузочной машиной, нагрузочные устройства, на статор тягового электродвигателя, установлен индукционный нагреватель, охватывающий статор, закрытый теплоизоляционным материалом, а к тяговому электродвигателю подсоединены система контроля температуры обмоток и система обдува тягового электродвигателя, состоящая из воздухопровода, мотор-вентилятора с системой управления им, применены колеса колесной пары одинакового диаметра, в зоне контакта колес колесной пары с катком установлен воздуховод, с расположенным в нем полупроводниковым термоэлектрическим охладителем и датчиком температуры, и присоединенным к мотор-вентилятору. В воздухопровод системы обдува тягового двигателя установлен полупроводниковый термоэлектрический охладитель, в качестве нагрузочных устройств применяются электромагниты, питаемые от источников постоянного тока. На валу двигателя установлен датчик частоты вращения.

Система управления содержит блок задания частоты вращения вала двигателя, блок сравнения, блок управления, блоки задания нагрузки на колеса колесной пары, регуляторы тока обмоток сердечников электромагнитов нагрузочных устройств.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема стенда для моделирования динамических процессов в тяговом двигателе с электропередачей. На фиг. 2 изображена блок-схема управления стендом.

Стенд (фиг. 1) содержит дизель-генераторную установку 1, регулируемую дистанционно от контроллера машиниста 2, соединенную через статический преобразователь частоты со звеном постоянного тока 3, тяговый электродвигателем 4, якорь которого соединен через тяговый редуктор 5 с колесной парой 6, колеса 7 и 8, которые имеют одинаковый диаметр, и опираются на каток 9, связанный с маховиком 10 и электрической нагрузочной машиной 11, нагрузочные устройства 12. На статор тягового электродвигателя 4 установлен индукционный нагреватель 13, охватывающий статор и закрытый теплоизоляционным материалом 14.

К тяговому электродвигателю 4 подсоединены система контроля температуры 15 его обмоток, и система обдува тягового электродвигателя 4, состоящая из воздухопровода 16, мотор-вентилятора 17 с системой управления им 18. На валу двигателя 4 установлен датчик частоты вращения вала 19, в зоне контакта колес 7 и 8 с катком 9 установлен воздуховод 20, с расположенными в нем полупроводниковым термоэлектрическим охладителем 21 и датчиком температуры 22, и подсоединенным к мотор-вентилятору 17. В воздухопровод 16 системы обдува двигателя 4 установлен полупроводниковый термоэлектрический охладитель 23. В качестве нагрузочных устройств 12 и колес 7 и 8 колесной пары 6 используются электромагниты, состоящие из якорей 24, 25 и сердечников с обмотками 26, 27. Система управления (фиг. 2) содержит блок задания частоты вращения вала двигателя 28 (Б3), блок сравнения 29 (БС), блок управления 30 (БУ), блоки задания нагрузки 31 (Б31), 32 (Б32) на колеса 7 и 8 колесной пары 6, соответственно, регуляторы тока 33 (РТ1) и 34 (РТ2) в обмотках 26 и 27 сердечников электромагнитов нагрузочных устройств 12.

Стенд работает следующим образом. На регуляторы тока 33 (РТ1) и 34 (РТ2) подаются от блоков задания 31 (Б31) и 32 (Б32) нагрузки на колеса 7,8 колесной пары 6 сигналы, определяющие необходимую величину тока в обмотках 26, 27 сердечников электромагнитов, и, следовательно, нагрузку на колеса.

Задается частота вращения вала двигателя 4, сигнал задания по которой от блока задания 28 (Б3) поступает на блок сравнения 29 (БС). Включаются полупроводниковые термоэлектрические охладители 21 и 23 и мотор-вентилятор 17. Вентилятор мотор-вентилятора 17 нагнетает охлаждаемый воздух по воздухопроводу 16 и воздуховоду 20 в обмотки двигателя 4 и зону контакта колес 7 и 8 с катком 9. После получения заданной температуры, определяемой датчиком температуры 22 и системой контроля температуры 15, включается электродвигатель 4, питаемый от дизель-генераторной установки 1 через статический преобразователь частоты 3. При равенстве сигнала задания частоты вращения вала двигателя 4 от блока задания 28 (Б3), и сигнала действительной скорости вращения вала двигателя, от датчика частоты вращения 19, поступающих на блок сравнения 29 (БС), выходной сигнал из блока 29 поступает на блок управления 30 (БУ). Для создания процесса боксования, а, следовательно, условий возникновения автоколебаний системы “колесная пара-редуктор-ротор электродвигателя” необходимо создать неодинаковую нагрузку на колеса колесной пары. Это достигается следующим образом. Сигналы из блока управления 30 (БУ) поступают на регуляторы тока 33 (РТЛ) и 34 (РТ2), питающих обмотки сердечников электромагнитов нагружающих устройств 12, воздействующих на колеса 7 и 8 колесной пары 6, соответственно. В блоках 33 (РТ1) и 34 (РТ2) происходит сравнение сигналов от блоков задания 31 (Б31) и 32 (Б32) и сигналов, поступающих от блока управления 30 (БУ). В зависимости от величины этих сигналов происходит увеличение или уменьшение тока в обмотках сердечников электромагнитов нагружающих устройств и, следовательно, догружение или разгрузка колес 7, 8 колесной пары 6. Несоответствие нагрузок на колесах 7 и 8 приводит к проскальзыванию одного из них и возникновению процессов боксования и автоколебаний. Изменяя температуру в обмотках электродвигателя и в зоне контакта колес с катком при определенных значениях проскальзывания одного из колес и заданных частотах вращения вала двигателя, можно определить области существования режимов боксования и автоколебаний. Для проведения испытаний при других низких температурах и ускоренного повышения температуры обмоток электродвигателя и в зоне контакта колес с катком выключаются полупроводниковые термоэлектрические охладители, включается индукционный нагреватель 13, мотор-вентилятор 17 переводится в режим всасывания теплого воздуха из воздухопровода 16, который поступает в воздуховод 20. Режим работы нагревателя 13 происходит до тех пор, пока не достигается заданная температура обмоток двигателя и в зоне контакта колес с катком. Затем испытания повторяются.

Результаты испытаний можно использовать при разработке и создании противобуксовочных устройств и их систем с последующей отработкой на стенде.

Преимущества предлагаемой полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей стенда, приближения условий моделирования к эксплуатационным, а именно, оценить процессы боксования и автоколебаний в зоне низких температур обмоток двигателя и зоны контакта колес колесной пары с катком при различных величинах проскальзывания колес колесной пары и заданной скорости вращения вала двигателя с одновременном снижении энергозатрат и капитальных вложений при создании механической части стенда.

Claims (1)

1. Стенд для моделирования динамических процессов в тяговом приводе локомотива с электропередачей, содержащий дизель-генераторную установку, регулируемую дистанционно от контроллера машиниста и соединенную через статический преобразователь частоты со звеном постоянного тока с электродвигателем, якорь которого соединен через тяговый редуктор с колесной парой, колеса которой опираются на каток, связанный с маховиком и электрической нагрузочной машиной, нагрузочные устройства, на статор тягового электродвигателя установлен индукционный нагреватель, охватывающий статор, закрытый теплоизоляционным материалом, а к тяговому электродвигателю подсоединены система контроля температуры его обмоток и система обдува тягового электродвигателя, состоящая из воздухопровода, мотор-вентилятора с системой управления им, отличающийся тем, что колеса колесной пары имеют одинаковый диаметр, в зоне контакта колес с катком установлен воздуховод, содержащий полупроводниковый термоэлектрический охладитель и датчик температуры и подсоединенный к мотор-вентилятору, нагрузочные устройства содержат электромагниты, на валу двигателя установлен датчик частоты вращения, в воздухопроводе системы обдува двигателя установлен полупроводниковый термоэлектрический охладитель, а система управления содержит блок задания частоты вращения вала двигателя, блок сравнения, блок управления, блоки задания нагрузки на колесные пары, регуляторы тока обмоток сердечников электромагнитов нагрузочных устройств.

   

Images