RU2193706C2

RU2193706C2 - Method of energy accumulating braking of transport facility

Info

Publication number: RU2193706C2
Application number: RU2000129423A
Authority: RU
Inventors: В.Д. Ерейский; А.В. Ерейский; В.С. Исаков; Д.М. Крапивин; Г.Г. Гудиков; Г.Н. Катаев
Original assignee: Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2002-11-27

Abstract

FIELD: controllable braking systems of electrically-driven transport facilities. SUBSTANCE: flywheel is connected to electric motor and actuating mechanism of transport facility by means of differential reduction gear. Braking process is effected at two stages: at first stage, flywheel is unbraked and part of kinetic energy of transport facility is transmitted to it and other part of energy is recuperated into circuit; to this end, generator is shifted to generating mode; at second stage, after stopping the electric motor, it is reversed imparting speed in direction of rotation of flywheel and energy from electric motor and transport facility is transmitted to flywheel till complete stop of transport facility. EFFECT: possibility of making best use of kinetic energy of transport facility. 4 dwg

Description

Изобретение относится к энергонакопительной технике и предназначено для управляемых тормозных систем транспортных средств (ТС) на электрической тяге. The invention relates to energy storage technology and is intended for controlled braking systems of vehicles (vehicles) on electric traction.

Известный способ энергонакопительного торможения, примененный в рекуперативном тормозе Гиректа [Гулиа Н.В., Инерционные аккумуляторы энергии. Изд-во ВГУ, Воронеж, 1973, стр.104-106], включающем четырехскоростную планетарную коробку передач, соединенную малым солнечным колесом с двигателем, водилом - с карданным валом, а большим солнечным колесом - с маховиком; заключается в том, что при торможении передают кинетическую энергию ТС и энергию двигателя маховику, для чего уменьшают подачу топлива к двигателю, создавая на его валу тормозной момент, и изменяют передаточное отношение коробки передач для согласования скоростей элементов дифференциального механизма; при разгоне увеличивают подачу топлива, изменяют передаточное отношение коробки передач для согласования скоростей элементов дифференциального механизма и передают энергию от маховика и двигателя на разгон ТС. A known method of energy storage braking used in the regenerative brake Girekt [Gulia N.V., Inertial energy batteries. Voronezh State University, Voronezh, 1973, pp. 104-106], including a four-speed planetary gearbox connected by a small sun wheel with an engine, a carrier with a driveshaft, and a large sun wheel with a flywheel; consists in the fact that during braking, the kinetic energy of the vehicle and engine energy are transferred to the flywheel, for which they reduce the fuel supply to the engine, creating a braking torque on its shaft, and change the gear ratio to coordinate the speeds of the elements of the differential mechanism; during acceleration, increase the fuel supply, change the gear ratio of the gearbox to coordinate the speeds of the elements of the differential mechanism and transfer energy from the flywheel and the engine to accelerate the vehicle.

Недостатком способа является ступенчатое изменение передаточного отношения, которое вызывает возникновение динамических нагрузок, и работа двигателя в переходных режимах. The disadvantage of this method is a stepwise change in the gear ratio, which causes the occurrence of dynamic loads, and the engine is in transient conditions.

Известный способ энергонакопительного торможения транспортного средства, взятый за прототип [заявка ФРГ OS 3031232, 1982 г., МКИ F 16 H 33/00], заключается в том, что подлежащая передаче или накоплению энергия вращения подводится через вал к зубчатому колесу дифференциального редуктора, в то время как другое зубчатое колесо соединено через второй вал с вращающейся массой, а водило соединено с гидравлическим мотором, который отдает гидроаккумулятору накапливаемую энергию в форме давления масла или извлекает из гидроаккумулятора потребляемую энергию, причем электрическое и гидравлическое управление определяет, какое количество энергии вращения передается, сохраняется или отдается. A known method of energy storage braking of a vehicle, taken as a prototype [application of Germany OS 3031232, 1982, MKI F 16 H 33/00], is that the rotational energy to be transmitted or accumulated is supplied through the shaft to the gear wheel of the differential gearbox, while the other gear wheel is connected through a second shaft with a rotating mass, and the carrier is connected to a hydraulic motor, which gives accumulated energy in the form of oil pressure to the accumulator or extracts the energy consumed from the accumulator , And electrical and hydraulic control determines how much rotation energy is transmitted, stored or given.

Недостатками такого способа являются: сравнительно низкий КПД и возможность применения только на машинах, оборудованных гидроприводом. The disadvantages of this method are: relatively low efficiency and the possibility of use only on machines equipped with hydraulic drive.

Изобретение направлено на максимальное использование кинетической энергии ТС в управляемом торможении, что достигается за счет того, что при торможении транспортного средства разгоняют маховик, присоединенный к электродвигателю и исполнительному механизму транспортного средства посредством дифференциального редуктора, регулируют крутящий момент, создаваемый электродвигателем; отличающееся тем, что процесс торможения транспортного средства осуществляют в два этапа: на первом этапе растормаживают маховик и передают ему часть кинетической энергии транспортного средства, другую часть энергии рекуперируют в сеть, для чего переводят электродвигатель в генераторный режим; на втором этапе после остановки электродвигателя его реверсируют, сообщая скорость в направлении вращения маховика, и передают энергию от электродвигателя и транспортного средства к маховику до полной остановки транспортного средства. The invention is aimed at the maximum use of the kinetic energy of the vehicle in controlled braking, which is achieved due to the fact that when braking the vehicle, the flywheel connected to the electric motor and the actuator of the vehicle by means of a differential gearbox is accelerated, and the torque generated by the electric motor is controlled; characterized in that the vehicle braking process is carried out in two stages: at the first stage, the flywheel is released and transferred to it part of the kinetic energy of the vehicle, another part of the energy is recovered to the network, for which the electric motor is put into generator mode; in the second stage, after the motor stops, it is reversed, reporting speed in the direction of rotation of the flywheel, and energy is transferred from the electric motor and the vehicle to the flywheel until the vehicle stops completely.

На фиг.1 представлен план скоростей элементов дифференциального механизма электромеханической трансмиссии на первом этапе торможения, на фиг.2 - план скоростей элементов дифференциального механизма электромеханической трансмиссии на втором этапе торможения. Figure 1 presents the speed plan of the elements of the differential mechanism of the electromechanical transmission in the first stage of braking, figure 2 - plan speeds of the elements of the differential mechanism of the electromechanical transmission in the second stage of braking.

Предлагаемый способ энергонакопительного торможения возможно осуществить с помощью устройства, представленного на фиг.3. The proposed method of energy storage braking can be implemented using the device shown in Fig.3.

Устройство представляет собой систему управляемого электромеханического привода, которая состоит из: четырехквадрантной системы управления 6, соединенной с сетью; электродвигателя 5; дифференциального редуктора 4, содержащего водило 2, малое солнечное колесо 1, большое солнечное колесо 3; маховика 7; реверсора 8; ведущих колес 9; тормозных элементов 10, 11; тахогенераторов 12, 13, 14. The device is a controlled electromechanical drive system, which consists of: a four-quadrant control system 6 connected to the network; electric motor 5; differential gear 4 containing carrier 2, small sun wheel 1, large sun wheel 3; flywheel 7; reverse 8; driving wheels 9; brake elements 10, 11; tachogenerators 12, 13, 14.

Для осуществления предлагаемого способа энергонакопительного торможения электродвигатель 5 соединяют с водилом 2 дифференциального редуктора 4, маховик 7 с большим солнечным колесом 3, а малое солнечное колесо 1 с ведущими колесами 9 ТС. To implement the proposed method of energy storage braking, the electric motor 5 is connected to a carrier 2 of a differential gear 4, a flywheel 7 with a large sun wheel 3, and a small sun wheel 1 with drive wheels 9 of the vehicle.

Перед началом первого этапа торможения электродвигатель 5 работает в двигательном режиме (на линии 1-2 фиг.4) и передает крутящий момент через дифференциал 4, реверсор 8 к ведущим колесам 9 ТС. При этом вал 15 маховика 7 заторможен тормозом 10 и маховик 7 не вращается V_М=0. Система управления 6 устанавливает режим питания электродвигателя 5, необходимый для перехода рабочей точки А из положения 1 в положение 2 в двигательном и из положения 2 в положение 3 в генераторном режиме (фиг.4). Таким образом, на первом этапе торможения система управления 6 после получения команды на торможение снимает питание с электродвигателя 5 (точка 2 на фиг.4), а затем переводит его в генераторный режим, создавая на его валу тормозной момент М_Т (точка 3 на фиг. 4). Одновременно с этим система управления 6 подает сигнал на тормозной элемент 10, который растормаживает вал 15 маховика 7.Before the first stage of braking, the electric motor 5 operates in a motor mode (on the line 1-2 of figure 4) and transmits torque through the differential 4, the reverser 8 to the drive wheels 9 of the vehicle. In this case, the shaft 15 of the flywheel 7 is inhibited by the brake 10 and the flywheel 7 does not rotate V _M = 0. The control system 6 sets the power mode of the electric motor 5, necessary for the transition of the operating point And from position 1 to position 2 in the motor and from position 2 to position 3 in the generator mode (figure 4). Thus, in the first stage of braking, the control system 6, after receiving the braking command, removes power from the electric motor 5 (point 2 in FIG. 4), and then transfers it to the generator mode, creating a braking torque M _T on its shaft (point 3 in FIG. . 4). At the same time, the control system 6 sends a signal to the brake element 10, which disables the shaft 15 of the flywheel 7.

В начальный момент торможения (фиг.1) угловая скорость электродвигателя соответствует линейной скорости водила V_д; угловая скорость маховика соответствует линейной скорости большого солнечного колеса V_м, которая в этот начальный момент равна нулю; угловая скорость колес ТС соответствует начальной линейной скорости малого солнечного колеса V_о.At the initial moment of braking (figure 1), the angular speed of the electric motor corresponds to the linear velocity of the carrier V _d ; the angular speed of the flywheel corresponds to the linear velocity of the large sun wheel V _m , which at this initial moment is zero; the angular velocity of the wheels of the vehicle corresponds to the initial linear velocity of the small sun wheel V _about .

При этом энергия ТС поступает с ведущих колес 9 через реверсор 8 на маховик 7 посредством большого солнечного колеса 3 и накапливается там, а с помощью водила 2 передается на вал электродвигателя 5, который преобразует ее в электрическую и через систему управления 6 передает в сеть. На первом этапе торможения скорость электродвигателя 5 уменьшается до нуля. In this case, the energy of the vehicle comes from the drive wheels 9 through the reverser 8 to the flywheel 7 through the large sun wheel 3 and accumulates there, and with the help of the carrier 2 it is transmitted to the shaft of the electric motor 5, which converts it into electric one and transfers it to the network through the control system 6. In the first stage of braking, the speed of the electric motor 5 is reduced to zero.

Первый этап торможения продолжается до полной остановки электродвигателя 5 V_д=0 фиг.1 (что соответствует точке 4 на фиг.4). К этому моменту маховик 7 разгоняется до скорости V_м ^п (фиг.1), а скорость малого солнечного колеса 1 уменьшается до V_o ^п.The first stage of braking continues until the motor 5 V _d = 0 stops completely in figure 1 (which corresponds to point 4 in figure 4). At this point, the flywheel 7 accelerates to a speed of V _m ^p (Fig. 1), and the speed of the small sun wheel 1 decreases to V _o ^p .

Второй этап торможения начинается автоматически, когда в систему управления 6 поступает от тахогенератора 12 сигнал об остановке двигателя ω_д = 0. В этот момент система управления переводит электродвигатель 5 в двигательный режим и изменяет направление его вращения на противоположное. Кинетическая энергия Е_о ТС и электродвигателя Е_д передаются маховику так, что Е_м= Е_о+Е_д. Таким образом, на втором этапе торможения электродвигатель 5 работает на участке между точками 4-5 на фиг.4 в двигательном режиме. Второй этап торможения продолжается до полной остановки ТС V_o=0 (фиг 2). При этом маховик 7 разгоняется до скорости V_м ^к, а электродвигатель 5 до скорости V_д (точка 5 на фиг.4). Когда система управления 6 получает от тахогенератора 14 сигнал об остановке ТС ω_o = 0, она подает сигнал на тормозной элемент 11, который затормаживает вал 16 малого солнечного колеса 1. Система управления 6 снимает питание с электродвигателя 5, и он в течение всего периода стоянки работает в режиме выбега (точка 6 на фиг.4) совместно с маховиком 7.The second stage of braking starts automatically when the control system 6 receives a signal from the tachogenerator 12 to stop the engine ω _d = 0. At this point, the control system puts the electric motor 5 in the motor mode and changes the direction of its rotation to the opposite. The kinetic energy E _o TC and the electric motor E _d are transferred to the flywheel so that E _m = E _o + E _d . Thus, in the second stage of braking, the electric motor 5 operates in the area between the points 4-5 in Fig. 4 in the motor mode. The second stage of braking continues until the vehicle stops completely V _o = 0 (FIG. 2). While the flywheel 7 accelerates to a speed of V _m ^to , and the electric motor 5 to a speed of V _d (point 5 in figure 4). When the control system 6 receives a signal from the tachogenerator 14 to stop the vehicle ω _o = 0, it sends a signal to the brake element 11, which brakes the shaft 16 of the small sun wheel 1. The control system 6 removes power from the electric motor 5, and it is during the entire parking period runs in coast mode (point 6 in figure 4) in conjunction with the flywheel 7.

В зависимости от направления последующего движения переключают реверсор 8. Depending on the direction of the subsequent movement, the reverser 8 is switched.

Разгон ТС может осуществляться по аналогичной схеме в обратном порядке. Acceleration of the vehicle can be carried out in a similar manner in the reverse order.

Claims

The method of energy storage braking of a vehicle, which consists in the fact that when braking a vehicle, the flywheel connected to the electric motor and the actuator of the vehicle is accelerated by means of a differential gear, the torque created by the electric motor is regulated, characterized in that the vehicle brakes in two stages: at the first stage, brake the flywheel and transfer to it part of the kinetic energy of the vehicle, another Part recovered energy into the network, which translate the electric motor acts as a generator; in the second stage, after the motor stops, it is reversed, reporting speed in the direction of rotation of the flywheel, and energy is transferred from the electric motor and the vehicle to the flywheel until the vehicle stops completely.