Результат интеллектуальной деятельности: СТЕНД ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТЯГОВОМ ПРИВОДЕ ЛОКОМОТИВА С ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧЕЙ

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано 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 тяговою нагрузку, вал якоря которой связан с упомянутым валом, несущим маховик [1].

Недостатком указанного стенда является то, что на нем невозможно имитировать процессы боксования 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 [2].

Недостатком данного стенда является то, что он не в полной мере воспроизводит эксплуатационные условия, в частности, не обеспечивает проскальзывание и потери 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 по крайней мере один 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 [3].

Недостаток указанного стенда заключается в том, что он не в полной мере воспроизводит эксплуатационные условия, то есть не обеспечивает учет влияния изменения механической жесткости асинхронного электродвигателя при изменении температуры обмоток статора и ротора на процессы боксования и автоколебаний.

Кроме этого в известных стендах невозможно исследовать:

- скорость проскальзывания колеса по рельсу при жестких тяговых характеристиках, которая при жестких тяговых характеристиках не достигает больших значений; форму тяговой характеристики, при которой в динамических режимах незначительное изменение частоты вращения колесной пары приводило бы к резкому снижению сил тяги, т.е. целесообразно увеличивать жесткость тяговых характеристик [4].

- влияние случайно возникшего боксования колесной пары, имеющей двигатель с мягкой характеристикой, на развитие и переход его в разносное боксование [5]. Процессы боксования и автоколебаний в основном происходят в диапазоне низких частот питающего напряжения асинхронного электродвигателя.

- влияние увеличения температуры обмоток асинхронного двигателя на уменьшение критического момента, особенно при низких частотах питающего напряжения. Абсолютное критическое скольжение с повышением температуры возрастает, что приводит к существенному смягчению механических характеристик [6].

Цель изобретения - обеспечение ускоренных испытаний, расширение функциональных возможностей стенда и приближение условий моделирования к эксплуатационным, а именно оценка влияния температурного состояния электродвигателя, питаемого от дизель-генераторной установки, на процессы боксования и автоколебаний при одновременном снижении энергозатрат.

Указанная цель достигается на стенде 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, отличающийся тем, что 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.

На фигуре изображена принципиальная схема стенда для моделирования динамических процессов в тяговом приводе локомотива с электропередачей.

Стенд содержит дизель-генераторную установку 1, регулируемую дистанционно от контроллера 2 машиниста, соединенную через статический преобразователь 3 частоты со звеном постоянного тока, тяговый электродвигателем 4, якорь которого соединен через тяговый редуктор 5 с колесной парой 6, колеса 7 и 8, которые могут иметь сменные бандажи, что обеспечивает возможность моделирования совместной работы тягового привода с колесными парами, имеющими различную величину и характер износа колес, 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.

Стенд работает следующим образом.

Дизель-генераторная установка 1 вырабатывает электроэнергию, регулируемую дистанционно от контроллера 2 машиниста, подаваемую через статический преобразователь 3 частоты со звеном постоянного тока (нерегулируемый выпрямитель и собственно инвертор напряжения), на тяговый электродвигатель 4 дизель-генераторной установки 1.

Регулируемое по амплитуде и частоте напряжение с выхода преобразователя 3 поступает на тяговый электродвигатель, якорь которого соединен через тяговый редуктор 5 с колесной парой 6. Колесная пара 6 через колеса 7 и 8 опирается на каток 9, связанный валом с маховиком 10, имитирующим массу поезда, и нагрузочной машиной 11, которая имитирует тяговую нагрузку поезда. Нажимное устройство 12 вводится в действие после запуска стенда и имитирует сцепной вес испытываемого локомотива.

При проведении ускоренных испытаний включается индукционный нагреватель 13, который закрыт теплоизоляционным экраном 14 сверху. При этом повышается температура обмоток тягового электродвигателя 4 до момента возникновения проскальзования колес 7 и 8 (одинакового диаметра) колесной пары 6, что приведет к боксованию и, в дальнейшем, фрикционным автоколебаниям. Температура начала этого процесса фиксируется с помощью система контроля температуры 15 обмоток электродвигателя 4.

Затем индукционный нагреватель 13 выключается и включается мотор-ветилятор 17, регулируемый системой управления 18, подавая по воздухопроводу 16 воздух к обмоткам тягового электродвигателя 4, что приводит его температуру к исходному состоянию.

После этого изменяется сила нажатия колес 7 и 8 на каток 9 с помощью нажимного устройства 12. Определение температуры при возникновении начала боксования повторяется.

Таким образом, можно определить область существования режимов боксования и автоколебаний в зависимости от температуры обмоток электродвигателя и от величины сцепления колес 7 и 8 с катком 9, определяемой силой действия нажимного устройства 12.

При использовании колес 7 и 8 колесной пары 6 различного диаметра по вышеприведенному методу определяется область существования режимов боксования и автоколебаний в зависимости от разности диаметров колес 7 и 8 и от температуры обмоток электродвигателя 4 и от величины сцепления колес 7 и 8 с катком 9, определяемой силой действия нажимного устройства 12.

Таким образом, использование указанного стенда в связи с применением индукционного нагревателя, обеспечивающего быстрый прогрев обмоток электродвигателя, позволяет в ускоренном режиме расширить его функциональные возможности при минимуме энергозатрат и приблизить условия моделирования к эксплуатационным, а именно, оценить процессы боксования и автоколебаний с учетом теплового состояния электродвигателя при одновременном снижении энергозатрат.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №677786, кл. G01M 17/00,1944.

2. Челноков Н.Н., и др. Стенды для испытаний подвижного состава железных дорог. М., НИИ Информтяжмаш, 1966, 11-66-4, с.19.

3. Авторское свидетельство СССР №712726, кл. G01M 17/00, 1978, опубл. Б.Н, - 30.01.80 №4.

4. Тулупов В.Д. Автоматическое регулирование сил тяг и торможения электроподвижного состава. М., Транспорт, 1976, с.51-52, 368 стр.

5. Розенфельд В.Е., И.П. Исаев, Н.Н. Сидоров «Теория электрической тяги», М., Транспорт, 1983, 328 с., с.31-32.

6. Ю.Б. Напара, С.А. Плитуенко «Влияние температуры обмоток асинхронного тягового двигателя на величину критических значений момента и абсолютного скольжения».