авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
-- [ Страница 1 ] --

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТА

ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ

Сборник трудов

Третьей всероссийской научно-практической конференции

студентов, аспирантов и молодых ученых

электромеханического факультета

18–19 апреля 2012 г.

Часть 1

ИРКУТСК 2013 1 УДК 629.4.015 +625.1.03.

ББК 74.58 П 78 Рекомендовано к изданию редакционным советом ИрГУПС Редакционная коллегия: А.А. Пыхалов, д.т.н., профессор, зам проректора по научной работе Е.Ю. Дульский, ответственный секретарь Проблемы транспорта Восточной Сибири : сб. трудов Треть ей Всероссийской научно-практической конференции студентов, П аспирантов и молодых ученых электромеханического факульте та. – Иркутск : ИрГУПС, 2013. – Ч. 1. – 184 с.

ISBN 978-5-98710-221- В сборнике приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, представленных в докладах на конференции «Проблемы транспорта Восточной Сибири», по актуальным проблемам работоспособ ности и надежности подвижного состава железной дороги, его эксплуатации и ремонта, которая состоялась в 2012 году в ИрГУПС. В первой части пред ставлены работы по направлениям «Проблемы эксплуатации и ремонта тяго вого подвижного состава ж.-д. транспорта» и «Производство, эксплуатация и ремонт вагонов». Во второй части представлены направления: «Неразру шающий контроль и диагностика», «Мехатронные системы и задачи управ ления на транспорте», «Новые технологии транспортного машиностроения», «Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры».

УДК 629.4.015 +625.1.03.

ББК 74. © Иркутский государственный университет путей сообщения, ISBN 978-5-98710-221- ВВЕДЕНИЕ В представленном сборнике научных трудов студентов, аспирантов и молодых ученых Третьей всероссийской научно-практической конферен ции «Проблемы транспорта Восточной Сибири» электромеханического факультета ФГБОУ ВПО ИрГУПС в 2012 году собраны результаты теоре тических и экспериментальных исследований по научным направлениям:

«Проблемы эксплуатации и ремонта тягового подвижного состава ж.-д.

транспорта», «Производство, эксплуатация и ремонт вагонов», «Теорети ческая механика и приборостроение», «Управление техническими систе мами», «Технология ремонта транспортных систем и материаловедение», «Прикладная механика», а также специалистов других университетов и ор ганизаций России и стран СНГ по представленным направлениям.





Основная цель конференции – повышение интереса к научно исследовательской работе студентов как составной части подготовки спе циалистов, а также апробация научных наработок и готовых диссертаци онных работ аспирантов и молодых специалистов;

оценка состояния теку щих проблем и задач научных направлений в целом пути их решения.

В первой части сборника представлены работы кафедр «Электропод вижной состав» и «Вагоны и вагонное хозяйство» по решению следующих основных задач и проблем: эксплуатации и ремонта подвижного состава (локомотивов и вагонов) железных дорог Восточного региона, качества электрической энергии в контактной сети и её рекуперации и другие.

Во второй части сборника представлены работы кафедр «Управление техническими системами», «Теоретическая механика и приборостроение», «Технология ремонта транспортных средств и материаловедение» и «При кладная механика». Рассматривались проблемы развития мехатронных систем и робототехники, вибро- и термической диагностики подвижного состава, технологии обработки конструкционных и других материалов, проблемы динамики и прочности конструкций и другие.

Приведенные результаты исследований интересны и требуют даль нейшего развития. Представленный материал будет полезен представите лям научной сферы деятельности для проведения исследований при напи сании диссертационных работ и научно-исследовательской деятельности студентов и молодых ученых, а также для работников промышленной сфе ры деятельности.

СЕКЦИЯ № ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТА ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА Ж.-Д. ТРАНСПОРТА УДК 650.023-650. Л.А. Астраханцев, Н.П. Асташков Иркутский государственный университет путей сообщения ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ МОТОР-ВЕНТИЛЯТОРАМИ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Для повышения устойчивости асинхронных вспомогательных машин необходимо учитывать статистические характеристики случайных факто ров, воздействующих на систему автоматического управления, энергетиче ские характеристики электропривода с полупроводниковым преобразовате лем и допустимое превышение температуры изоляции электрооборудования тягового привода. Взаимосвязь вероятностных характеристик коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности и коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения выражается корреляци онной зависимостью и совместной плотностью распределения системы слу чайных величин. При исследовании передаточной функции исполнительно го элемента системы автоматического управления целесообразно учитывать влияние параметра управления полупроводниковым преобразователем электропривода вспомогательных машин на коэффициент усиления и по стоянную времени исполнительного элемента. Для обоснования уставок микроконтроллера САУ по току в токоведущих частях тягового электро оборудования и по времени срабатывания необходимо учитывать допусти мое превышение температуры изоляции токоведущих частей.

В соответствии с законом нагревания однородного твёрдого тела превышение температуры t тяговых электродвигателей при номинальных для данной машины условиях охлаждения определяют аналитически 1 - t = t (1 - е ) + t 0е Т Т (1), где t 0 – начальное превышение температуры для расчётного промежутка времени;

t – установившееся значение превышения температуры обмоток якоря;

е – основание натуральных логарифмов;

постоянная времени нагрева.

Т– При изменении количества охлаждающего ТЭД воздуха Q опреде лённым образом [1] будут меняться и тепловые параметры. Для получения достоверного значения превышения температуры, при выполнении тяго вых расчётов, в формулу (1) необходимо подставлять изменённые значе ния t, Т. Статическая обработка существующих кривых нагревания ТЭД позволила получить зависимости t (I), Т(I) при изменяющемся количестве охлаждающего воздуха.

Уровень возможных значений тока якоря тяговых двигателей элек тровозов переменного тока и превышения температуры его обмотки следу ет отнести к непрерывным случайным величинам, статистические характе ристики которых в значительной мере зависят от таких факторов, как мас са поезда, профиль пути, скорость движения, условия сцепления колес с рельсами, количество и температура охлаждающего воздуха.

Значение математического ожидания тока якоря и зависимость изме нения частоты напряжения на зажимах MB от относительной величины тока ТЭД электровозов переменного тока (рис. 1) позволяют определить рациональную частоту напряжения на выходе преобразователя. Частота напряжения на зажимах асинхронных двигателей вентиляторов должна ре гулироваться в пределах от 50 Гц до 25 Гц в зависимости от массы поезда и температуры наружного воздуха.

Численные значения математического ожидания тока в тяговых электрических цепях электровоза [1] приняты в качестве уставок микро контроллера САУ, по которым следует производить управление мощно стью MB. Необходимо отметить, что ток ТЭД является параметром сило вой цепи электровоза, одним из элементов которой является сам тяговый электродвигатель. Управление мощностью MB по параметру I не оказыва ет влияния на сам параметр. К тому же такое управление является косвен ным и не дает полного представления о тепловом состоянии обмоток ТЭД, так как параметр Q – количество охлаждающего воздуха не определяется с достаточной точностью для каждого конкретного двигателя [2, 3]. В связи с этим управление мощностью MB по величине тока ТЭД не может обес печить оптимального управления. Более того, при установке снегозащиты, изменении расхода воздуха Q или при неисправной системе вентиляции, возможен перегрев обмоток ТЭД приводящий к ускоренному старению изоляции.

Если электрооборудование электровоза работает при температуре окружающего воздуха ниже 0°С с нагрузкой I I ном, а охлаждается возду хом, расход которого Q = Q ном, то при постановке даже «горячего» электро воза в цех на поверхности электрооборудования будет конденсироваться влага. Для исключения этого необходимо и достаточно уменьшить количе ство охлаждающего воздуха до значения, обеспечивающего постоянство превышения температуры обмоток якоря ТЭД над температурой окру жающей среды в соответствии с требованиями ГОСТ 2582-81. Кроме того, от скорости воздушного потока перед фронтом жалюзи резко зависит эф фективность влагозадержания. Специальные исследования [4] показали, что за время работы электровоза с пониженной частотой вращения вала электродвигателей привода мотор-вентиляторов будет обеспечена защита вентилируемого оборудования от попадания влаги.

Тяговые расчеты с использованием статистических характеристик случайных величин позволили определить целесообразную производи тельность вентиляторов и интервалы регулирования частоты напряжения на обмотках статора асинхронных электродвигателей. Выбор технического решения для стабилизации температурного режима тягового электрообо рудования в значительной мере зависит от надежности технических средств, от функциональных возможностей преобразователей, от энерге тических показателей системы «преобразователь частоты – асинхронный электродвигатель», а также от ряда других факторов.

Рис. 1. Зависимость частоты напряжения на зажимах MB от относительной величины тока ТЭД электровозов переменного тока Исследования системы случайных величин: отклонения напряжения во вторичной обмотке тягового трансформатора, превышение температуры изоляции и ток в тяговом электрооборудовании электровозов, а также тя говые расчеты позволили обосновать возможность повышения устойчиво сти электродвигателей вентиляторов, стабилизацию температурного ре жима тягового электрооборудования за счёт изменения частоты напряже ния на обмотках статора асинхронных электродвигателей вентиляторов с 50Гц до 25 Гц.

Для предотвращения «звонковой» работы САУ частотой напряжения MB, обоснованы пороговые значения температур, при которых обеспечи вается надёжная работа системы. Математические ожидания случайных величин и их среднеквадратические отклонения, а также опыт предшест вующих разработок являются основанием для формулировки алгоритма управления производительностью вентиляторов с пределами срабатывания и отпускания устройств управления производительностью t min = +80°С, t max = +90°С. Абсолютная температура уставок переключения схемы, в со ответствии с п. 2.3.1 [5], должна находиться в пределах 120–130°С, так как наибольшее допускаемое превышение температуры обмотки над темпера турой окружающего воздуха рассчитывается при максимальной темпера туре последнего t в max = +40°С.

Анализ результатов известных научно-исследовательских работ по изучению отклонений напряжений позволяет обосновать требования к САУ.

Отклонение напряжения на вторичной обмотке тягового трансформатора при изменении тока нагрузки зависит от мощности тяговой подстанции, а также от места расположения электровоза в фидерной зоне контактной сети. Расчёт математического ожидания уровня напряжения на обмотке собственных нужд тягового трансформатора электровоза позволил определить плотность распределения уровня напряжения на интервале 340В U 452В. Средне квадратическое отклонение случайной величины является одной из важней ших ее статистических характеристик, так как вместе с математическим ожи данием оно даёт представление о диапазоне возможных значений уровня на пряжений, то есть даёт представление о размахе случайных отклонений от ее математического ожидания ( s U = +6,4 В, s U = -11,4 В). Для повышения устой чивости мотор-вентиля-торов при отклонении напряжения во вторичной об мотке собственных нужд тягового трансформатора до значения 0,7 U ном и ниже с целью нахождения электродвигателей на устойчивой ветви механиче ской характеристики по сигналу датчика напряжения на обмотки статора привода вентилятора подаётся напряжение частотой 25 Гц.

Рис. 2. Функциональная схема системы автоматического управления мотор-вентиляторами электровозов На основании вышеизложенного разработана функциональная схема микропроцессорной системы автоматического управления (рис.

2), которая включает в себя следующие блоки: СУ – система управле ния;

ПП – полупроводниковый преобразователь;

АД – асинхронный двигатель;

МЧ – механическая часть привода;

В – вентилятор;

МК – микроконтроллер;

ОС – обратная связь;

ТЭ – тяговое электрооборудова ние;

ИТЭ – изоляция тягового электрооборудования;

ДТ – датчик темпе ратуры;

ДI – датчик тока;

ДU – датчик напряжения;

У – задание уставок микроконтроллера САУ.

Проектирование САУ мотор-вентиляторами на основании разрабо танной функциональной схемы заключается в подборе необходимых средств автоматизации, составлении структурной схемы, выборе и расчёте передаточных функций звеньев системы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Орленко А.И. Современные методы регулирования производительности вентилято ров на электровозах переменного тока ВЛ85 / Энергосберегающие технологии и ок ружающая среда // Тезисы докладов международной конференции. ИрГУПС, 2004. – С. 26–27.

2. Смирнов В.П. Методы и средства диагностики вентиляции электровозов // Сб. науч.

тр. Т. 1. – Хабаровск: ДВГУПС, 2001. – С. 70–75.

3. Смирнов В.П. Устройства непрерывной диагностики вентиляции и температуры си лового оборудования электровозов // Сб. науч. тр. – Иркутск: ИрИИТ, 2001. – Ч. 1. – С. 102–106.

5. Рутштейн А.М. Регулируемый привод вентиляторов // Локомотив, 1998. – № 6. – С. 23–24.

6. Правила тяговых расчётов для поездной работы. – М.: Транспорт, 1985. – 287 с.

УДК 628. Л.А. Астраханцев, Д.И.Кузнецова, Е.Н.Савинский Иркутский государственный университет путей сообщения УПРАВЛЕНИЕ ТЯГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВАРИАТОРА Электрические трансмиссии на мобильных транспортных средствах получают широкое применение. Сложность передачи электроэнергии на подвижной состав, ограниченная энергоемкость автономных источников электроснабжения транспортных средств указывает на актуальность науч но-исследовательских работ, направленных на энергосбережение, на уве личение пробега транспортных средств между зарядками накопителя элек троэнергии. Для управления скоростным и тяговым режимом электропри вода в настоящее время используются полупроводниковые выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, импульсные преобразователи и дру гие устройства. Несмотря на высокий коэффициент полезного действия при оснащении транспортных средств известной полупроводниковой тех никой остается низкая эффективность необратимого преобразования элек трической энергии в иной вид энергии, отрицательное воздействие преоб разователей на источник питания, систему электроснабжения и генериро вание электромагнитных помех в окружающую среду. Известные энерге тические характеристики технологических установок с полупроводнико вой преобразовательной техникой ориентируют специалистов на устране ние последствий неудовлетворительной работы оборудования. Причину отмеченных недостатков удалось установить с помощью разработанной теории энергетических процессов в электрических цепях с полупроводни ковыми приборами [1].

Если рассмотреть временные диаграммы мгновенных значений на пряжения, тока и полной мощности (рис. 1), то с позиции разработан ной теории энергетических процессов следует отметить, что сокращает ся время необратимого преобразования электрической энергии в иной вид энергии из-за реактивного элемента. За время энергия магнитного поля индуктивного элемента вновь преобразуется в электрическую энер гию. По этой причине электрический потенциал источника энергии не эффективно используется для необратимого преобразования электриче ской энергии в иной вид энергии, а действующий ток в электрической цепи превышает минимальный действующий ток, то есть активную со ставляющую тока.

T u, i u i Um Im 4p 2p wt p 0 3p j s S=UI P S=UI wt 3p 2p p 4p j Рис. 1. Временные диаграммы мгновенных значений u, i, s в электрической цепи с элементами R и L Когда применяются полупроводниковые преобразователи напря жения, которые изготавливаются в настоящее время в России и за рубе жом, то из временных диаграмм (рис. 2) видно, что с переводом силовых полупроводниковых приборов преобразователей в непроводящее со стояние также сокращается время необратимого преобразования элек трической энергии в иной вид энергии даже при резистивной (актив ной) нагрузке.

Рис. 2. Временные диаграммы мгновенных значений u, i, s с полупроводниковым выпрямителем и активном сопротивлении электрической цепи Таким образом, в режимах управления мощностью электродвигате лей известными полупроводниковыми регуляторами напряжения различ ной конструкции и назначения сокращается продолжительность необрати мого преобразования электрической энергии в другой вид энергии, поэто му снижается эффективность использования электрического потенциала для выполнения работы электротехническим комплексом транспортных средств. Причем, во сколько раз снижается электрический потенциал у по требителей электрической энергии по сравнению с электрическим потен циалом источников энергии, во столько же раз действующий ток в элек тротехнической системе превышает минимальный действующий ток, не обходимый для выполнения работы и остаются неоправданно высокими потери энергии в системе.

Нами разработана математическая модель тягового электропривода в среде Matlab с электрическим вариатором (рис. 3).

Рис. 3. Математическая модель тягового электропривода с электрическим вариатором Так как электрический ток в электрической цепи протекает под дей ствием напряжения источника энергии только во время проводящего со стояния силовых полупроводниковых приборов (СПП) преобразователей, то кривая мгновенных значений тока отличается от кривой мгновенных значений напряжения источника, то есть возникают нелинейные искаже ния тока и напряжения в электротехническом комплексе. Отмеченные не достатки можно устранить применением другого параметра управления полупроводниковыми преобразователями [1]. Результатами наших иссле дований доказано, что электрический потенциал системы электроснабже ния транспортных средств эффективно используется для выполнения ра боты, если электрическая энергия непрерывно преобразуется в иной вид энергии. В этом случае транспортным средством потребляется от источни ка энергии минимальный действующий ток, а форма кривой мгновенных значений тока повторяет форму кривой мгновенных значений напряжения источника энергии. Реализация нового направления научно-исследователь ских работ выполняется применением в качестве параметра управления транспортным средством изменение его входного электрического сопро тивления.

Регулирование мощности электродвигателей подвижного состава железных дорог за счет изменения входного электрического сопротивле ния электропривода широко применяется на практике переключением сек ций обмоток тягового трансформатора контакторами и тиристорами вы прямительно-инверторного преобразователя.

Для того, чтобы электрическая энергия от источника непрерывно по ступала на транспортные средства и выполнялось ее необратимое преобра зование в иной вид энергии полупроводниковые регуляторы мощности можно оснащать промежуточными накопителями электрической энергии.

В процессе управления такими устройствами тяговым и скоростным ре жимом транспортного средства плавно изменяется величина его входного электрического сопротивления, а характер электрического сопротивления поддерживается близким к активному сопротивлению. Полупроводнико вая техника нового поколения кардинально отличается от оборудования, которое изготавливается в России и за рубежом, принципом действия. Ко гда в качестве параметра управления полупроводниковыми преобразовате лями применяется входного электрическое сопротивление транспортного средства, то устройство управления мощностью электропривода стано виться электрическим вариатором. Во сколько раз действующее напряже ние на тяговых электродвигателях снижается по сравнению с действую щим напряжением источника энергии и системы электроснабжения элек трическим вариатором, во столько раз действующий ток на входе электри ческого вариатора меньше действующего тока на выходе. Решение задачи по обеспечению высокой энергетической эффективности транспортного средства на всем диапазоне регулирования мощности позволяет успешно решать задачу устранения электромагнитных помех, генерируемых полу проводниковым электрическим вариатором из-за порогового напряжения СПП, с помощью маломощного фильтра.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Алексеева Т.Л. Электронные преобразователи для ресурсосберегающих технологий / Т.Л. Алексеева, Н.Л. Рябченок, Н.М. Астраханцева, Л.А. Астраханцев. – Иркутск:

ИрГУПС, 2010. – 240 с.

УДК 628. Л.А. Астраханцев, Е.Н. Савинский, Д.И. Кузнецова Иркутский государственный университет путей сообщения МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, УПРАВЛЯЕМОГО РЕГУЛЯТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ Математическое моделирование представляет собой формальное описание динамических систем на математическом языке. Динамическая система является способом формализованного описания процессов, разви вающихся во времени.

На сегодняшний день задачи, требующие конкретного технического решения, все более усложняются. В то же время для их решения и провер ки теоретических выводов на практике требуется порой применение доро гостоящего оборудования или же они вообще не могут быть проверены в лабораторных условиях. В этом случае на помощь приходят компьютеры, на которых можно без разработки сложных аналоговых моделей при ис пользовании соответствующего программного обеспечения произвести ма тематическое моделирование и получить результаты с достаточной степе нью достоверности.

Суть моделирования состоит в том, что по известным уравнениям, описывающим определенные процессы, либо по параметрам присутст вующих в модели элементов составляется схема замещения, эквивалентная реальной.

Результаты, полученные в процессе моделирования, представля ются в наглядной форме с использованием средств компьютерной тех ники и сравниваются с экспериментальными данными для установления их адекватности реальным физическим процессам в силовых цепях элек тровоза.

Одной из известных программ для осуществления математического моделирования является комплекс моделирования Matlab 6.5 компании MathWorks. Данный программный продукт позволяет производить расчет электротехнических схем любой сложности путем решения дифференци альных уравнений, описывающих электрические и магнитные переходные процессы в цепях электровоза, что открывает широкие возможности для их изучения [1].

Одним из важнейших элементов математической модели является тяговый электродвигатель. Кроме того, этот элемент – самый трудоём кий по определению и подстройке точных значений параметров и харак теристик. Для этого в качестве объекта моделирования был выбран элек тровоз 2ЭС5К, работающий в различных нормальных эксплуатационных режимах и тяговый двигатель НБ-514Б, управляемый регулятором на пряжения.

В процессе исследования разработана математическая модель управ ления для имитационного дискретного моделирования системы: «контакт ная сеть – тяговый трансформатор – выпрямитель – широтно-импульсный преобразователь – тяговый электродвигатель» (рис. 1).

Управление IGBT-транзистором широтно-импульсного преобразо вателя выполняется с помощью Pulse Generator за счет изменения коэф фициента заполнения импульсов напряжения [2]. Для получения харак теристик измерялись следующие параметры: угловая скорость вращения якоря (, рад/с);

ток якоря (Ia, А);

электромагнитный момент на валу якоря двигателя (Te, Н*м);

активная мощность на выходе преобразова теля (Р2, Вт). После завершения расчета по полученным данным по строены следующие зависимости: – зависимость скорости вращения якоря, входного тока и КПД тягового двигателя НБ – 514Б от мощности на валу (рис. 2) [1].

Рис. 1. Модель управления тяговым электродвигателем с помощью регулятора напряжения Данные величины регистрировались по установившемуся режиму работы электропривода (рис. 3).

При снижении частоты вращения вала электродвигателя, действую щий ток на входе регулятора напряжения практически не изменяется и ра вен току в обмотках электродвигателя, что является существенным недос татком известных выпрямителей, инверторов, преобразователей частоты и других полупроводниковых регуляторов напряжения.

Из временных диаграмм напряжений и токов (рис. 4) следует, что при смещении мгновенного значения напряжения на выходе преобразова теля относительно напряжения на входе смещаются по фазе гармониче ские составляющие несинусоидального тока, что вызывает нелинейные ис кажения синусоидальности кривой напряжения на входе регулятора [2].

Рис. 2. Зависимости скорости вращения якоря, входного тока и КПД двигателя НБ-514Б от мощности на валу.

Рис. 3. Установившийся режим работы электропривода Рис. 4. Временные диаграммы мгновенных значений u и i регулятора напряжения на IGBT-транзисторах с резистивной нагрузкой По полученным результатам исследования можно сделать вывод, что регуляторы напряжения имеют неудовлетворительные энергетические по казатели и плохую электромагнитную совместимость с системой электро снабжения.

Данные недостатки присущи многим полупроводниковым преобра зователям, разработанным в России и за рубежом. Поэтому в ИрГУПС вы полняются научные изыскания и разработка новых технических решений, которые позволяют устранить отмеченные недостатки. Например, элек трический вариатор.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Бахвалов Ю.А. Моделирование электромеханической системы электровоза с асин хронным тяговым приводом / Ю.А. Бахвалов, А.А. Зарифьян, В.Н. Кашников. – М.:

Транспорт, 2001. – 286 с.

2. Алексеева Т.Л. Электронные преобразователи для ресурсосберегающих технологий / Т.Л. Алексеева, Н.Л. Рябченок, Н.М. Астраханцева, Л.А. Астраханцев. – Иркутск:

ИрГУПС, 2010. – 240 с.

УДК 628. Л.А. Астраханцев, М.М. Шабанов Иркутский государственный университет путей сообщения РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ПЕЧИ ДЛЯ СУШКИ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН Одной из важнейших проблем железнодорожного транспорта страны является необходимость обеспечения надежной и безопасной работы тяго вого подвижного состава. Анализ надежности тягового подвижного соста ва показывает, что одним из основных повреждаемых узлов являются электрические машины. В процессе эксплуатации происходит старение электрической изоляции, свойства ее ухудшаются, электрическая проч ность снижается. Для исключения электрического пробоя изоляции машин необходимо совершенствовать технологические процессы по повышению механической и электрической прочности изоляционного материала.

По данным дирекций тяги и ремонта тягового подвижного состава ОАО «РЖД» на электрические машины электровозов приходится 22,4 % от общего количества отказов, по электрическому оборудованию 55 %, по механическому оборудованию 9,2 %, по тормозному и пневматическому оборудованию 5,2 %. Такая статистика не меняется на протяжении дли тельного времени.

Из приведенных выше данных видно, что наиболее уязвимым и до рогим элементом тяговых электрических машин и аппаратов является изо ляция. Она имеет сравнительно небольшую механическую прочность;

в процессе работы под воздействием воздуха, влаги, колебаний температуры и электромагнитных сил подвергается механическому, химическому и теп ловому износу, расслаивается, теряет эластичность и электрическую проч ность. Для продления срока службы изоляции важное значение имеет пра вильный уход за ней в процессе эксплуатации: своевременная очистка от пыли и грязи предупреждает перегрев, попадание на ее поверхности сма зочного масла, перетирания вследствие ослабления креплений обмоток и т.п. В процессе ремонта структуру и физико-механические свойства изоля ции машинных и аппаратных катушек восстанавливают пропиткой и ком паундировкой. При восстановлении изоляции с помощью пропитки глав ную роль играет процесс запекания изоляции в электропечи локомотивных депо или ремонтных заводов. Поэтому для качественного проведения процесса сушки необходимо управлять температурным режимом в су шильной камере с помощью регулятора мощности электронагревателей.

Регулятор мощности электронагревателей с плавным изменением входного электрического сопротивления нагревателей полупроводнико вым преобразователем с использованием диодов, суперконденсатора и силового транзистора представлен математической моделью (рис. 1).

В математической модели электронагревательной установки с элек трическим вариатором (рис. 1) применяется трехфазная цепь промышлен ных предприятий, локомотивных депо. Данный регулятор мощности пред назначен для управления температурным режимом в процессе сушки изо ляции тяговых электрических машин.

Рис. 1. Математическая модель электронагревательной установки с электрическим вариатором в режиме управления мощностью Р = 0,25·РН Схема собрана на основе источника высокого напряжения (6000В) блок AC Voltage Source, трехфазного трансформатора блок Three-phase Transformer (Two Windings), трехфазного силового полупроводникового выпрямителя блок 6 – pulse diode bridge, IGBT-транзистора и суперконден сатора С, который выполняет роль промежуточного накопителя электриче ской энергии.

Рис. 2. Осциллограммы напряжения, тока на входе регулятора мощности и тока в электронагревателях сушильной печи Нелинейные искажения формы кривой тока на входе регулятора мощности (2-я осциллограмма на рис. 2), вызванные работой трехфазного мостового выпрямителя, влияют на форму кривой напряжения (1-я осцил лограмма). С помощью измерительного прибора Signal THD (рис. 1) уста новлено, что коэффициент искажения кривой тока на входе регулятора мощности составляет 24,68 %.

При работе сушильной печи в режиме управления мощностью 0,25РН действующий ток на входе разработанного полупроводникового регулято ра в 5,5 раз меньше действующего тока приложенного к электронагревате лям печи.

На рис. 3 представлена принципиальная электрическая схема уст ройства, позволяющего регулировать мощность нагрузки за счет плавно го изменения входного электрического сопротивления нагревателей сушильной печи. Коэффициент мощности полупроводникового преобра зователя с электронагревателями поддерживается на высоком уровне за счет непрерывной передачи электрической энергии от источника энер гии на промежуточный накопитель электрической энергии С1 большой энергоемкости (суперконденсатор). Снижению нелинейных искажений способствует RL-цепочка, позволяющая уменьшать пульсации тока. Не посредственную функцию регулирования мощности нагревательного элемента RА123 выполняет IGBT-транзистор VT1. Плавное изменение то ка в нагрузке выполняется способами импульсного регулирования или импульсной модуляции.

Заряд накопителей электрической энергии, например МНЭ, иони сторов, начинается при подаче переменного напряжения ~U1 через по нижающий трансформатор TV, полупроводниковый выпрямитель на накопитель энергии С1. Среднее значение напряжения на нагрузке мож но увеличить до напряжения на накопителе энергии С1 переводом тран зистора VT1 из постоянно непроводящего состояния в импульсный ре жим работы с помощью блока управления. После окончания процесса зарядки конденсатора, система переходит в установившийся режим ра боты. В дальнейшем регулирование мощности будет происходить по ти пу механического вариатора, длительность импульсов будет увеличи ваться, действующее значение тока на выходе электрического вариатора приблизительно в пять раз больше действующего значения тока на входе вариатора. При этом коэффициент мощности электропечи с преобразо вательной установкой поддерживается на высоком уровне.

Рис. 3. Принципиальная схема электрического вариатора с повышенными энергетическими показателями После запуска преобразовательной установки наблюдается скачок входного тока. Для устранения данного аварийного режима предлагается, перед запуском преобразовательной установки предварительно зарядить суперконденсатор.

Коэффициент мощности технологической установки рассчитывается по формуле Р Р КМ = =, Р 2 + DS S ВХ (1) Р – активная мощность, Вт;

где S ВХ – полная мощность на входе, ВА;

DS – пассивная мощность, ВА.

DS = S ВХ - S ВЫХ 2. (2) Для режима управления 0,25РН коэффициент мощности равен К М1 = = 0,93.

Для оставшихся значений мощности расчет производится аналогич но. Результаты расчета сводятся в таблицу 1.

Таблица Результаты расчетов Выходная мощность РВЫХ, КМ регулятора мощности, КМ регулятора о.е. напряжения, о.е.

кВт РВЫХ = 0,25РН 0,93 0, РВЫХ = 0,5РН 0,93 0, РВЫХ = 0,75РН 0,93 0, РВЫХ = РН 0,93 0, По данным таблицы 1 построены зависимости коэффициентов мощ ности от выходной мощности регуляторов (рис. 4).

1, Км 0, 0, 0, 0, 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1, Рвых Км регулятора напряжения Км регулятора мощности Рис. 4. Зависимости коэффициентов мощности от выходной мощности регуляторов Таким образом, результатами математического моделирования под тверждено соответствие основных положений разработанной в ИрГУПС теории энергетических процессов реальным физическим процессам. Ис следованиями известных и разработанных технических решений доказана эффективность замены параметра управления технологическими процес сами для энергосбережения и повышения электромагнитной совместимо сти электронной техники с системой электроснабжения и с потребителями электрической энергии. Чем выше коэффициент мощности потребителя электрической энергии, тем меньше потери энергии во всех элементах электрической цепи, тем меньше наносится ущерб энергетической систе ме, обществу и природе. Разработанный полупроводниковый регулятор позволяет поддерживать коэффициент мощности электросушильной печи на высоком уровне на всем интервале управления мощностью нагревате лей.

УДК 628. Ю.В. Газизов, О.В. Мельниченко, Н.И. Мануилов Иркутский государственный университет путей сообщения ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ОХЛАЖДАЮЩЕГО ВОЗДУХА ОТ АБРАЗИВНЫХ ЧАСТИЦ С АДАПТИВНОЙ СИСТЕМОЙ УДАЛЕНИЯ ВЛАГИ Принудительная вентиляция на электровозах необходима для обес печения нормальных условий работы тяговых двигателей, двигателей ком прессоров, пусковых резисторов, резисторов ослабления возбуждения, ин дуктивных шунтов, выпрямителей, теплообменников трансформаторов, реакторов сглаживающих, блоков тормозных резисторов и другого обору дования.

Воздух вентиляторами, приводимыми во вращение электродвигате лями, засасывается через воздухозаборные устройства, состоящие из спе циальных камер с жалюзи и шторами. Потоки воздуха, пройдя через воз духозаборные устройства, направляются в воздуховоды для охлаждения электрического оборудования.

Такая система вентиляции, обеспечивает низкую очистку воздуха от влаги и взвешенных частиц, что приводит к множеству недостатков и про блем при эксплуатации локомотива. Основные из них:

· снижение уровня безопасности движения;

· угроза безопасности здоровья локомотивной бригады и лиц, об служивающих локомотив;

· из-за недостаточной очистки поступающего воздуха от влаги, пы ли металлических частиц может произойти короткое замыкание, самосра батывание электрооборудования, произвольное открытие плеч тиристоров выпрямительно-инверторного преобразователя;

· увеличение нагрузки на работающее оборудование системы вен тиляции;

· недостаточный уровень обеспечения деионизации рабочего про странства, что приводит к увеличению времени горения дуги, при разрыве контактов, а также к сложности процесса ее гашения, что в свою очередь может привести к недостаточной скорости оперативного отключения при аварийных процессах и к, возможному отказу основных элементов сило вой цепи;

· сложность проведения текущих ремонтов (ТР) и технического об служивания (ТО) локомотивов;

· рост затрат на обслуживание и ремонт.

Предлагается использование двухступенчатого фильтра очистки воз духа от влаги, пыли, снега, металлических и прочих абразивных частиц ко торый позволит исключить указанные выше недостатки.

Конструкция фильтра заключается в том, что воздух, пройдя через лабиринтные жалюзи, проходит через две ступени фильтрации, где и про изводится его полная очистка. Первая ступень (рис. 1) состоит из следую щих основных элементов: корпуса 1, отсека для помещения металлических колец 2 (металлическая стружка токарного станка), крепежных элементов этого отсека 3, сетки наполнителя 4, состоящей из камеры для наполнителя активно впитывающего влагу 5, герметичного колпака 6 и сливного крана 7. Ширина отсека для помещения колец 2 ограничивается нажимными пружинами 8. Корпус закрыт крышкой 9, которая закреплена болтами 10.

Рис. 1. Первая ступень очистки разрабатываемого для системы вентиляции фильтра Вторая ступень (рис. 2) является продолжением первой и состоит из следующих элементов: воздухопроводной трубы 1, соединяющей первую и вторую ступени очистки, корпуса 2, колпака 3, являющегося магнитом, ко торый закреплен на конце трубы 1, в трех точках на металлических на правляющих 9. Корпус 2 наполнен маслом 4 (возможно даже отработан ным маслом дизельного двигателя), которое при загрязнении сливается при помощи сливного крана 5. Пластина 6, необходима для снижения кач ки масла вызванной динамическими усилиями (при колебаниях от неров ности пути). Сверху корпус закрыт крышкой 7, закрепленной болтами 8.

Работа данного фильтра проходит следующим образом. Воздух, на гнетаемый вентилятором, проходит через лабиринтные жалюзи, и попада ет на первую ступень очистки. Попадя в корпус первой ступени 3, он про ходит через кольца 2. Это необходимо для сбора влаги содержащейся в воздухе. Собранная таким образом влага, стекает в нижнее пространство камеры сетки наполнителя 4 и впитывается наполнителем, который заме няется через герметичный колпак 6, излишки влаги сливаются через слив ной кран 7. (рис. 1) Освобожденный от влаги воздух проходит в воздухо проводную трубу 1, ко второй ступени очистки. На конце трубы в трех точках закреплен колпак – магнит 3, собирающий мельчайшие металличе ские частицы, которые, врезаясь на скорости, прилипают к нему. Данный колпак является съемным и очищается при его загрязнении, через крышку 7. Воздух с частицами пыли, пройдя через магнит, огибает трубу и «вреза ется» в вязкое масло 4, куда попадают и увязают, обладающие инерцион ностью оставшиеся частицы (пыль, песок, соль и пр.). Очищенный же воз дух, пройдя вдоль стенок корпуса 2, поступает внутрь локомотива. Для снижения сопротивления проходящего воздуха, предусмотрено увеличе ние площади кольцеобразного пространства от стенок корпуса 2, до маг нита 3, по сравнению с площадью воздухопроводной трубы.

Рис. 2. Вторая ступень очистки разрабатываемого для системы вентиляции фильтра Влага, а, следовательно, и снег при попадании внутрь локомотива могут губительно сказаться на работе всего силового оборудования. При прохождении через решетку, в представленном выше двухступенчатом фильтре, снежные хлопья, проходя через металлическую стружку, разби ваются на мелкую снежную пыль, которая свободно проходит в рабочее пространство локомотива, оседает там и со временем может привести к сбою электрического оборудования. Поэтому, единственный и существен ный недостаток данной конструкции двухступенчатого фильтра это невоз можность полной (100 %) очистки от снежной пыли.

Поэтому необходима система, позволяющая осуществить полную 100 % нейтрализацию снежной пыли. Это легко можно обеспечить путём подогрева металлических колец до положительной температуры (относи тельно минусовой температуры окружающей среды), при которой снежная пыль, конденсируется на них и в виде влаги стечет в нижнее пространство корпуса.

При помощи следящей системы, которая подключается к контактам 1 производится нагрев элемента 2, который в свою очередь обеспечит на грев металлических колец до положительной температуры, при которой снежная пыль полностью выпадет в виде конденсата на их поверхности (рис. 3).

Рис. 3. Первая ступень очистки разрабатываемого для системы вентиляции фильтра, с включенной адаптивной системы удаления влаги Следящая система представлена на рис. 4, где отображена её струк турная схема с автоматической адаптацией контроля температуры нагрева тельного элемента и температуры окружающей среды.

Ее работа происходит следующим образом: температура окружаю щей среды (tфакт) измеряется при помощи термометра 3, далее происходит преобразование сигнала в сигнал (Ut факт) необходимый для дальнейшей ра боты системы. Это обеспечивается при помощи преобразовательного эле мента (ПЭ) 4, который подаёт сигнал на элемент сравнения (ЭС) 5. Анало гично замеряется, с помощью датчика 9 температура (tр ф) металлических колец и также преобразовывается в электрический сигнал (Utp ф), с помо щью ПЭ 8. Этот сигнал также приходит на ЭС 5, где производится вычи тание одного сигнала из другого (регулирование по отклонению). Резуль тат вычитания, сигнал (Ut) поступает на исполнительный элемент (ИЭ) или иначе, программируемый логический контроллер (ПЛК), который и несет в себе функцию обеспечения нагревания металлических колец до положительной температуры (+1 °С) независимо от температуры окру жающей среды. С учетом этого он формирует сигнал управления (Uупр), поступающий на силовой источник питания (СИП) 7, который в соответст вии с управляющим импульсом, подает такое напряжение (Uпит) на контак торы 1, какое обеспечит нагрев нагревающего элемента 2, а, следователь но, и металлических колец, до положительной температуры. Это и обеспе чит полное конденсирование снежной пыли и влаги на поверхности метал лических колец. ПЛК и СИП имеют внешние источники питающего на пряжения (Uпит1 и Uпит2).

Рис. 4. Адаптивная система автоматического управления нагревом металлических колец первой ступени двухступенчатого фильтра При использовании на практике предлагаемого двухступенчатого фильтра достигается следующий технический результат при эксплуатации электровоза:

· полная очистка воздуха от влаги и взвешенных частиц, и связан ное с этим обеспечение безопасной работы локомотива;

· значительное улучшение условий работы оборудования локомоти ва, исключение возможных коротких замыканий и самосрабатывания элек трических аппаратов, а также стабильная работа всех элементов силовой цепи, улучшение условий охлаждения и герметизации;

· малые затраты на внедрение и быстрая окупаемость;

· малые затраты на изготовление фильтра, за счет применения вто ричных материалов (стружка от работы станка, отработанное масло тепло воза).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Электровоз ВЛ85: Руководство по эксплуатации / Тушканов Б.А., Пушкарев Н.Г., Позднякова Л.А. и др. – Москва: Транспорт, 1995. – 480 с.

2. Калинин В.К. Электровозы и электропоезда. – Москва: Транспорт, 1991. – 480 с.

3. Лорман Л.М. «Пути повышения надежности работы локомотивов в зимнее время», ЭТТ № 2 1977г.

УДК 628. О.В. Мельниченко, Ю.В. Газизов, А.Д. Раевский Иркутский государственный университет путей сообщения МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТЯГОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Рассмотрены актуальные вопросы повышения долговечности тяго вой электрической машины и предлагаются две разработки: в отношении расположения электрических щеток на коллекторе двигателя и улучшения охлаждения двигателя.

Известен способ работы пары электрическая щетка – коллектор любой коллекторной электрической машины постоянного и переменного тока. За прототип принята тяговая электрическая машина (ТЭМ) [рис. 1], исполь зующаяся на электровозах и служащая для преобразования электрической энергии контактной сети в механическую, выраженную касательной силой тяги. Этот способ заключается в том, что электрические щетки устанавлива ются попарно (отрицательная и положительная) на одной линии действия на коллекторе в горизонтальном относительно коллектора положении.

Работа щеток и коллектора во многом определяет надежность экс плуатации тяговых двигателей постоянного и пульсирующего тока. Нару шение скользящего контакта приводит к повышенному износу.

Изучив типовую конструкцию коллектора и щеток, и способ их вза имной работы, можно выделить следующие недостатки существующего способа установки и работы пары коллектор – щетки в электрической ма шине:

· низкий уровень безопасности движения, связанный с возможно стью образования кругового огня по коллектору и следовательно останов ке ТЭМ (и локомотива), а также, в случае несрабатывания быстродейст вующей защиты, к более серьезным последствиям, худшем из которых яв ляется возгорание электрической машины;

· искрение, а также, небольшие дуги очень легко перерастают в комплексное короткое замыкание между щетками разной полярности, в виду того, что последние расположены на одной окружной линии и рас стояние между ними относительно невысоко;

· работа по типовому способу осложнена колебаниями (разной на правленности, частоты и амплитуды), что сказывается на надежности то косъема и вызывает искрения механического характера и требует постоян ного мониторинга и ремонта узла;

· искрение и образование дуги, связано с таким сложным процес сом, как затягивание коллектора медью;

· сильная зависимость работы пары электрическая щетка – коллек тор от работы всех других узлов электрической машины;

· высокая частота, продолжительность и стоимость в обслуживании ТЭМ и в частности коллекторно-щеточного аппарата.

Для улучшения процесса коммутации конструкторы НИИ железно дорожного транспорта предлагают и внедряют немало интересных и по лезных решений, однако они в основном касаются таких сложных конст рукторских решений как изменение параметров добавочных полюсов, якорной обмотки и другие. Однако данные предложения не могут устра нить все изложенные выше недостатки.

Рис. 1. Тяговый электрический двигатель типа НБ- Так как напряжение между отдельными пластинами сохраняется, не обходимо по возможности увеличить сопротивление между ними. Если же процесс возникновения дуги начался, необходимо быстро погасить ее.

А для того, чтобы процесс возникновения маленьких дуг не перешел в раз витие кругового огня, необходимо обратить внимание на расположение щеток разной полярности.

Для соединения коллекторных пластин с обмоткой якоря при не большой разнице диаметров якоря и коллектора, коллекторные пластины удлиняют вверх, до достижения диаметра якоря (гребенчатый коллектор) [2, рис. 2]. Таким образом, существует возможность использование этих пластин, находящихся на выступающей части коллекторной пластины (пе тушок).

Электрические щетки положительного потенциала устанавливаются на выступающей части коллекторной пластины (петушок) [3, рис. 2], а электрические щетки отрицательного потенциала на прежнем месте (то есть на пластине коллектора) [1, рис. 2] или, наоборот, электрические щетки отрицательного потенциала устанавливаются на выступающей час ти коллекторной пластины (петушок), а электрические щетки положитель ного потенциала на прежнем месте (то есть на пластине коллектора), что увеличивает расстояние между разнополярными электрическими щетками друг от друга и улучшает условия работы электрических щеток и коллек тора электрической машины.

Технический результат работы пары электрическая щетка – коллек тор по предлагаемому способу, заключается в следующем:

· снижение вероятности образования кругового огня по коллектору, а, следовательно, повышение уровня безопасности движения;

· препятствие образованию дуги по коллектору, ввиду того, что рас стояние между разнополярными щетками увеличено, а форма кривой со единения принимает сложный вид;

· снижение в два раза влияния на работу узла динамических колеба ний, что также в немалой степени улучшает работу узла;

· препятствуется процесс затягивания коллектора медью.

Рис. 2. Тяговый электрический двигатель типа НБ-514 с модернизированным коллекторно-щеточным аппаратом В процессе работы ТЭМ все возникающие в них потери превраща ются в тепловую энергию. Часть этой энергии отдается в окружающее пространство, часть идет на повышение температуры узлов машины, осо бенно якоря. Возможность реализации наибольшей мощности в течение продолжительного времени определяется условиями нагревания ВЭМ.

С повышением мощности требуется усиление отвода тепла от узлов маши ны. Эту задачу в основном решают с помощью вентиляции – продувания охлаждающего воздуха через машину. Вентиляционный воздух восприни мает тепло нагретых частей машины и охлаждает их.

При независимой вентиляции воздух для охлаждения внутреннего пространства двигателя поступает от специального вентилятора, приводи мого во вращение отдельным электродвигателем, независимо от скорости движения электровоза. В тяговых двигателях постоянного и пульсирующе го тока с независимой вентиляцией воздух поступает в машину обычно со стороны коллектора. Внутри ЭМ воздух чаще всего движется двумя струями. Одна из них, омывая коллектор и проходя между катушками главных и добавочных полюсов, выходит наружу через отверстия в проти воположной стороне остова. Другая, направляясь через внутренние каналы якоря, охлаждает сердечник якоря и выходит наружу через отверстия, рас положенные на стороне противоположной коллектору. Любая электриче ская машина по своей структуре неоднородна и, следовательно, выделение тепла в объеме двигателя неравномерно, условия отвода тепла от отдель ных элементов машины различны.


Рис. 3. Тяговый электрический двигатель типа НБ-514 с модернизированным валом якоря Представленные выше факты показывают, что вентиляция, исполь зуемая сейчас не способна решить поставленную задачу – равномерно и на должном уровне охладить все части машины (как внутренние, так и на ружные). Как показывают опытные данные различие в температуре для различных частей машины, может достигать 70 градусов. Это особенно явно для машин с самовентиляцией, где скорость подаваемого для охлаж дения воздуха, в большей мере зависит от скорости вращения, а не от мощности машины. Все это приводит к множеству проблем, при эксплуа тации любой ЭМ. Основные из них:

· нагрев ТЭМ и возможный перегрев может привести в лучшем случае к пробою изоляции и таким образом к прекращению ей выполнения своих функций, а в худшем к возгоранию, что связано с безопасностью движения;

· перегрев различных частей машины приводит к их старению, ухудшению характеристик (например, превышение допустимой темпера туры для изоляции на 8 градусов, сокращает ее срок службы в 2 раза);

· нагрев одной части ЭМ, больше чем другой, приводит к различ ного рода термодинамическим процессам, приводящим к снижению мощ ности;

· большой расход энергии на вентиляцию;

· сложность и дороговизна проведения обслуживания и ремонта.

Предлагается электрическая машины с системой равномерного рас пределения тепла, которая позволит исключить ряд существенных недос татков, указанных выше.

Цель изобретения – обеспечение равномерного распределения тепла по всей электрической машине.

Предлагаемая конструкция электрической машины заключается в том, что в вал запрессовывается (запаивается) металлический натрий [4, рис. 3], обладающим свойством повышенной теплопроводности и относи тельно низкой температурой плавления.

Далее натрий полностью герметизируется для предотвращения попа дания влаги к щелочному, активному металлу. Количество заменяемого металла зависит от мощности электрической машины.

Технический результат при работе электрической машины достига ется за счёт:

· снижения общего нагрева;

· улучшения условий работы различных частей;

· равномерного распределения тепловых потерь, не приводящих к относительным деформациям и перегруженности одной части машины от носительно другой;

· снижения расхода энергии на вентиляцию;

· снижения расходов на обслуживание и ремонт.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Калинин В.К. Электровозы и электропоезда. – М.: Транспорт, 1991. – 480 с.

2. Захарченко Д.Д., Ротанов Н.А. Тяговые электрические машины. – М.: Транспорт, 1991. – 343 с..

2. Грищенко А.В. Электрические машины и преобразователи подвижного состава. – М.:

Академия, 2005. – 320 с..

УДК 628. О.В. Мельниченко, А.Ю. Портной, С.Г. Шрамко Иркутский государственный университет путей сообщения ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОДЕЛИ ИНВЕРТОРА ЭЛЕКТРОВОЗА С ВКЛЮЧЕНИЕМ ДИОДНОГО ПЛЕЧА ПАРАЛЛЕЛЬНО ЦЕПИ ВЫПРЯМЛЕННОГО ТОКА Одним из перспективных направлений для повышения энергетиче ских показателей электровозов является повышение коэффициента мощ ности в режиме рекуперативного торможения, так как при типовом спосо бе управления он не превышает 0,65.

Задача повышения энергетической эффективности работы электро воза состоит в том, чтобы поддерживать минимально допустимый угол за паса инвертора, при котором в любых режимах нагрузки инвертор будет работать устойчиво. Это и позволит увеличить коэффициент мощности инвертора, что приведет к большему возврату тока в контактную сеть.

Поставленную задачу предлагается решить путем включения диод ного плеча в силовую схему электровоза в режиме рекуперативного тор можения [1]. Диодное плечо VD1 подключается анодом к катодной, а ка тодом к анодной шине инвертора, рис. 1.

Благодаря диодному плечу взятие нагрузки инвертором происходит быстрее, чем без него. Объясняется это тем, что например на 4-ой зоне коммутация тиристорного плеча VS2, вступающего в работу очередного цикла, замыкается не через сглаживающий реактор CР, генераторы Г1, Г и балластные резисторы R1 и R2, а накоротко – через диодное плечо VD1, рис. 1.

СР Рис. 1. Упрощенная схема инвертора электровоза с включением диодного плеча VD1 параллельно цепи выпрямленного тока Для наглядной оценки эффективности предложенных технических решений проведены лабораторные исследования. Разработан лаборатор ный стенд на кафедре ЭПС ИрГУПС, который является универсальным для режима тяги и рекуперативного торможения. Стенд состоит из сле дующих блоков: имитатор тягового трансформатора;

пульт машиниста;

ВУВ;

ВИП;

БУВИП;

питание вспомогательного двигателя;

блок переклю чения тяга/ рекуперация, вспомогательный двигатель М1, предназначен ный для имитации нагрузки в режиме тяги и вращения тягового двигателя в режиме рекуперативного торможения, тяговый двигатель М2, работаю щий в режиме генератора предназначен для преобразования механической энергии в электрическую и передачи ее к ВИП, рис. 2.

При разработке стенда параметры физической модели определялись через масштабные коэффициенты (коэффициенты подобия). На основе по лученных масштабных коэффициентов и параметров реальной системы по формулам, определялись параметры элементов модели.

На рис. 3 и 4 приведены результаты стендовых испытаний на приме ре 4-ой зоны регулирования напряжений и токов при типовом способе управления с углом запаса инвертора = 25. Коэффициент мощности при этом составил 0,504.

Испытания на стенде с диодным плечом установленного параллель но цепи ТЭД показали, что в момент длительности угла запаса 25 эл. град.

образуется значительный бросок первичного тока, обусловленный корот ким замыканием цепи, что снижает коэффициент мощности электровоза относительно штатного способа управления.

Рис. 2. Функциональная схема стенда моделирования работы электровоза в режиме тяги и рекуперации Рис. 3. Диаграммы напряжения и тока сети при типовом способе управления, = Рис. 4. Диаграммы напряжения инвертора и тока сети при типовом способе управления, = Для повышения коэффициента мощности, авторами предлагается подобрать токоограничивающий резистор (R = 3 Ом) и последовательно включить его с диодным плечом, рис. 1. Из полученной экспериментально диаграммы тока сети (рис. 5) видно, что бросок тока заметно уменьшился.

Рис. 5. Диаграммы напряжения инвертора и тока сети при предлагаемом способе управления, R = 3 Ом, = Рис. 6. Диаграммы напряжения инвертора и тока сети при предлагаемом способе управления, R = 3 Ом, = Ссылаясь на [1] где обосновано уменьшение угла запаса до = 12 и увеличивая токоограничивающий резистор до R = 7 Ом, получили диа граммы токов и напряжений, как и в типовом способе управления без бро ска тока сети с повышенным коэффициентом мощности до 0,574, рис. и 8.

Оценка результатов проведенных исследований проводилась по зна чениям коэффициентов мощности, измеряемых с помощью счетчика ак тивной и реактивной энергии СЭТ–1М. Счетчик предназначен для опреде ления потребляемой полной, активной и реактивной энергии и расчета ко эффициента мощности. Результаты исследований коэффициента мощности при различных углах запаса приведены в таблице 1.

Коэффициент мощности при предлагаемом способе управления с то коограничивающим резисторам и введением его в цепь диодного плеча увеличился на 6 %, относительно штатного способа.

Рис. 7. Диаграммы напряжения и тока сети при предлагаемом способе управле ния, R = 7 Ом, = Рис. 8. Диаграммы напряжения инвертора и тока сети при предлагаемом способе управления, R = 7 Ом, = Таблица Значение коэффициента мощности Вывод: Полученные результаты подтверждают эффективность предлагаемых способов управления и модернизации силовой схемы элек тровоза в режиме рекуперативного торможения диодным плечом [1], но при наличии токоограничивающего резистора.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Власьевский С.В., Буняева Е.В., Фокин Д.С. Повышение эффективности работы элек тровозов переменного тока в режиме электрического рекуперативного торможения.

Вестник ВНИИЖТ. – № 6. – 2009. – С. 28–33.

УДК 628. О.В. Мельниченко, Е.В. Чупраков, В.А. Деревцов Иркутский государственный университет путей сообщения АНАЛИЗ РАБОТЫ РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА МОДЕЛИ 18- ЦНИИ-Х3-О Рессорное подвешивание является важнейшим элементом механиче ской части вагонной тележки, предназначено для смягчения толчков, вос принимаемых вагоном от неровностей пути, выщерблин, ползунов других дефектов колесных пар, от действия центробежной силы на кривых участ ках пути и давления ветра. В отдельных случаях выполняет роль возврат ного устройства. От качества и конструкции рессорного подвешивания за висит безопасность движения, в связи с чем оно должно соответствовать ряду технических требований:

- эффективно гасить вертикальные колебания;

- обеспечивать плавность хода;

- иметь высокую износостойкость;

- стабильно работать в разных климатических условиях.

В настоящее время, на сети железных дорог, в грузовом движении в основном эксплуатируются вагоны с тележками конструкции 18- ЦНИИ-Х3-О, с центральным рессорным подвешиванием, с клиновыми фрикционными гасителями колебаний.

Клинья 1 размещены под углом по концам надрессорной балки 2 в особых углублениях и своими рабочими поверхностями 3 соприкасаются со сменными износоустойчивыми прокладками 4 и наклонными поверхно стями надрессорной балки.

В зависимости от типа вагона и его грузоподъемности рессорное подвешивание имеет 5-7 комплектов пружин (рис. 1). Каждый комплект пружин имеет большую пружину 5 и малую пружину 6. Они подобранны так, что работают параллельно и обеспечивают постоянную жесткость при любой загрузке вагона. Вертикальная нагрузка от каждого клина передает ся на один комплект пружин, опирающихся на боковину тележки. А так же гаситель колебаний, состоящий из поперечной балки 2, фрикционного клина 1 и прокладки 4, закрепленной на боковине тележки 7.


Смягчающее действие рессорного подвешивания при передаче кузо ву толчков, получаемых колесными парами при прохождении ими неров ностей пути, объясняется работой упругих элементов – пружин и заключа ется в следующем. Рассмотрим неровность пути в виде стыковой впадины являющейся следствием понижения концов рельсов в стыках.

Рис. При движении вагона колесная пара, проходя стыковую впадину, сначала опускается на всю ее глубину, катясь перед самым местом стыка, а находя на стык, быстро изменяет свое нисходящее движение на восходя щее для дальнейшего качения и поднятия на прежнее состояние. Вследст вие этого в районе стыка в момент быстрого изменения направления дви жения колесной парой появляются значительные ускорения, которые дей ствуют на нее подобно сильному толчку (удару).

Если бы между колесной парой и рамой вагона не было упругих эле ментов, то кузов вагона описывал такую же траекторию движения что и колесная пара и подвергался такому же сильному толчку от стыковой впа дины, который испытывает сама колесная пара.

При наличии же пружин кузов вагона получает толчок от стыковой впадины значительно слабее, чем тот которому подвергается сама колес ная пара. Когда колесная пара опускается во впадину стыка, катясь по ее склону, кузов вагона, поддерживаемый пружинами (которые благодаря своей упругости несколько разжимаются при этом), опускается медленнее, чем колесная пара, двигаясь по стыку.

В районе стыка, в которой колесная пара получает толчок, пружины благодаря своей упругости и способности сжиматься не подбрасывают вверх кузов, соответственно подъему колесной пары, а начинают сжимать ся, позволяя кузову продолжать свое дальнейшее относительно медленное понижение. По мере последующего поднятия колесной пары при скатыва нии ее на встречный склон впадины и продолжающегося опускания кузова пружины все более и более сжимаются, суммарная сила упругости пружин возрастает и останавливает опускание кузова в точке наибольшего сжатия.

При дальнейшем качении колесной пары пружины начинают разжи маться и постепенно поднимать кузов.

Таким образом, благодаря упругим свойствам пружин движение ку зова происходит не по траектории движения колесной пары, а по более по логой линии, вследствие чего перемена направления движения кузова происходит с меньшим ускорением и кузов вагона воспринимает толчок значительно слабее, чем сама колесная пара.

Для уменьшения амплитуд колебаний обрессоренных масс приме няют клиновый гаситель колебаний. Который, работая одновременно с пружинами, создает дополнительное сопротивление колебаниям обрессо ренных масс. Принцип работы клинового гасителя колебаний заключается в трении наклонных поверхностей 3 надрессорной балки о клинья и трение клиньев о боковины тележки, в результате чего энергия колебания под вижного состава преобразуется в тепловую энергию и рассеивается в ок ружающую среду. Между боковиной и клином обычно установлены изно соустойчивые прокладки.

Типовой пружинный комплект состоит из двух пружин одинаковой высоты, внутрь большой пружины жесткостью Жпр _ б вставляется малая пружина жесткостью Жпр _ м (рис. 2). Работа пружин в комплекте проходит параллельно, и суммарная жесткость Жсумм = Жпр _ б + Жпр _ м комплекта будет равна сумме жесткостей отдельных пружин. Получается, что жесткость рессорного подвешивания вагона одинакова при любых его загрузках, в результате чего практически полностью исключается работа рессорного подвешивания в случае порожнего состояния вагона.

Рис. Рассмотрим работу типового клинового гасителя колебаний с коэффи циентом демпфирования b клин. На диаграмме линией зеленого цвета показана работа исправного (нового), а красной – изношенного гасителя колебаний.

По оси абсцисс отложен прогиб рессорного комплекта f, по оси ординат от ложена нагрузка, приходящаяся на рессорный комплект Р (рис. 3).

У неподвижного вагона рессорный комплект, от действия веса кузо ва всегда находится под статической нагрузкой Pст (точка А). Прогиб рес сорного комплекта, вызываемый такой нагрузкой, называется статическим fст. При движении тележки по неровностям пути кузов вагона приходит в колебательное движение относительно колесных пар. При этом в некото рые моменты времени нагрузка на рессорный комплект или увеличивается или уменьшается по сравнению со статической нагрузкой PCT на величину, называемую динамической нагрузкой DP.

Силу динамической нагрузки DP = DPтр _ исп + DPP _ исп можно условно разложить на две силы. Сила DPтр _ исп необходимая для преодоления силы трения покоя в гасителе колебаний равная на диаграмме длине отрезка А 10 и сила DPP, за счет которой рессорный комплект получает достаточно энергии для начала колебаний. Под воздействием силы DPP рессорный комплект приходит в движение (отрезок 10-20) и сжимается до прогиба fmax_исп при этом кинетическая энергия движения рессорного комплекта полностью преобразуется в потенциальную энергию сжатых пружин, а часть энергии переходит в тепловую энергию работы клинового гасителя колебаний за счет трения между рабочими поверхностями. В точке энергия удара полностью иссекает, скорость движения рессорного ком плекта становится равной нулю, и он прекращает сжиматься, при этом на копленная в пружинах потенциальная энергия начинает обратное действие.

Часть потенциальной энергии пружин уходит на преодоление сил трения покоя равной длине отреза 20-30 на диаграмме, а другая оставшаяся часть приводит рессорный комплект в движение (отрезок 30-40).

P 20 2' Pcт+P 3' А 50 1' Pcт 5' Pcт-P 4' fmax_исп fmax_изн fmin_исп fmin_изн f fст Рис. В результате чего в точке 30 фрикционный клин резко срывается с места и пружины начинают разжиматься при этом потенциальная энергия пружин начинает преобразовываться в кинетическую энергию движения массы кузова вагона при этом часть энергии переходит в тепловую в ре зультате работы гасителя колебаний. При разжатии пружин до положения покоя (прогиб равный fст) вся потенциальная энергия сжатия пружин пол ностью переходит в поступательную кинетическую энергию движения массы кузова вагона. При дальнейшем движении массы кузова вверх кине тическая энергия движения начинает преобразовываться в потенциальную энергию массы кузова, поднятой на определенную высоту выше статиче ской точки покоя рессорного комплекта. В точке 40 кинетическая энергия движения рессорного комплекта полностью преобразуется в потенциаль ную энергию массы кузова, скорость движения кузова вагона становится равной нулю, при этом после остановки накопленная потенциальная энер гия массы кузова начинает обратное действие.

Часть потенциальной энергии массы кузова уходит на преодоление сил трения покоя равной длине отрезка 40-50, а другая оставшаяся часть приводит рессорный комплект в движение (отрезок 50-20). Далее система продолжает колебания по аналогии по замкнутому четырехугольнику 50-20-30-40, с умень шением амплитуд колебаний рессорного подвешивания из-за постоянного от вода энергии из системы путем преобразования энергии колебательного дви жения в тепловую энергию трения и дальнейшего ее рассеивания в окружаю щую среду, до полной остановки системы в точке равновесия А.

Диаграмма фрикционного клинового гасителя колебаний характерна тем, что в начале сжатия повышение нагрузки (отрезок 40-50) не вызывает соответствующего прогиба амортизирующего устройства. При разгрузке рессорного комплекта с фрикционным амортизатором (отрезок 20-30) пер воначально не наблюдается заметной деформации рессорного подвешива ния. Это указывает на то, что начало сжатия и разгрузки комплекта пру жин с клиновым гасителем колебаний сопровождается толчками. В резуль тате чего нужна достаточная динамическая сила для преодоления силы трения покоя. Если этой силы будет не достаточно, при малых скоростях движения рессорное подвешивание не будет выполнять свою основную за дачу, и система будет работать как монолит, в результате чего все удары от неровности рельсового пути будут жестко передаваться на кузов вагона.

В результате наличия большой суммарной жесткости рессорного комплекта и значительных сил трения покоя в клиновом гасителе колеба ний при движении вагона в порожнем состоянии сила удара, при прохож дении стыков и неровностей пути практически жестко передается на кор пус вагона, что приводит к росту вертикальных динамических сил, переда ваемых от вагона на элементы пути и от колесных пар на корпус вагона все это уменьшает надежность подвижного состава и увеличивает воздействие на железнодорожный путь.

В другом случае на пути движения вагона колесные пары постоянно проходят неровности пути, в результате чего энергия толков и ударов от колесных пар сглаженная рессорным подвешиванием, передается на кузов вагона, в результате чего последний начинает совершать вертикальные ко лебания, амплитуды которых усиливаются по мере частоты появления не ровностей и скорости движения вагона. Поэтому в конструкции рессорно го подвешивания необходимо иметь надежный гаситель колебаний, кото рый бы своевременно отводил энергию колебательного движения и уменьшал амплитуду колебания кузова вагона. Количество энергии, кото рое отводится клиновым амортизатором за один период колебаний, равно площади фигуры 50-20-30-40 при этом гаситель колебаний совершает пере мещения от fmin_исп до fmax_исп.

По мере работы гасителя колебаний происходит износ его контактных поверхностей, в результате чего происходит изменение углов их наклона, а, следовательно, и уменьшение величины относительного трения. В результате чего при изношенном гасителе колебаний силы трения становятся сущест венно ниже. При этом для рассеивания такого же количества тепла (как и при исправном гасителе колебаний) происходит увеличение прогибов рессорных комплектов и рабочая характеристика гасителя 5’-2’-3’-4’ растягивается (рис.

3). По мере износа гасителя колебаний прогибы рессорного подвешивания увеличиваются только до тех пор, пока не наступят жесткие удары при пол ном выборе перемещения фрикционных клиньев, что максимально сжимает пружины, пока не произойдет их поломка.

Основными недостатками типовой конструкции являются:

– высокий износ контактных поверхностей клинового гасителя ко лебаний, в результате чего происходит изменение углов наклона тру щихся поверхностей клина и направляющих боковин, а следовательно, и изменение величины относительного трения, что не редко приводит к почти полному отсутствию сил трения, а следовательно к большим ам плитудам колебания ухудшающим динамические показатели движения вагона;

– нестабильность рабочих характеристик в случае груженого и по рожнего режима работы;

– так как рессорное подвешивание является одноступенчатым из-за наличия большой суммарной жесткости рессорного комплекта при движе нии в порожнем состоянии сила удара, при прохождении стыков, от не ровности пути практически жестко передается на корпус вагона, что при водит к росту вертикальных динамических сил, передаваемых от вагона на элементы пути и от колесных пар на корпус вагона все это уменьшает на дежность подвижного состава и состояние пути.

– наличие наибольших значений сил трения не при среднем положе нии обрессоренных частей, а при крайних положениях вызывает постоян ные рывки и заедания при работе рессорного комплекта, что может при вести к его блокированию и резкому ухудшению общих показателей дви жения вагона [1, 2].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Шадур Л.А. Расчет вагонов на прочность / Л.А. Шадур. – М.: Машиностроение, 1971. – С. 432.

2. Лунин А.А. Улучшение динамических качеств подвижного состава применением по лиуретановых элементов: дис. … канд. тех. наук

: защищена 06.05.1983 / Л.А. Алек сандрович. – М., 2006. – 175 с.

УДК 628. О.В. Мельниченко, Е.В. Чупраков, В.А. Деревцов Иркутский государственный университет путей сообщения КОМБИНИРОВАННОЕ ДВУХРЕЖИМНОЕ РЕССОРНОЕ ПОДВЕШИВАНИЕ ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА (ВАРИАНТЫ) Рессорное подвешивание состоит из двух комплектов, размещенных в рессорных проемах левой и правой боковых рам. В каждый комплект входит пять, шесть или семь двухрядных цилиндрических пружин и два клиновых фрикционных гасителя колебаний. Каждая двухрядная пружина состоит из наружной и внутренней пружин, имеющих разную навивку – правую и левую соответственно. Количество двухрядных пружин в ком плекте зависит от грузоподъемности вагона.

Основными недостатками типовой конструкции являются:

– высокий износ контактных поверхностей клинового гасителя коле баний, в результате чего происходит изменение углов наклона трущихся поверхностей клина и направляющих боковин, а следовательно, и измене ние величины относительного трения, что не редко приводит к почти пол ному отсутствию сил трения, а следовательно к большим амплитудам ко лебания ухудшающим динамические показатели движения вагона;

– нестабильность рабочих характеристик в случае груженого и по рожнего режима работы;

– так как рессорное подвешивание является одноступенчатым из-за наличия большой суммарной жесткости рессорного комплекта при движе нии в порожнем состоянии сила удара, при прохождении стыков, от не ровности пути практически жестко передается на корпус вагона, что при водит к росту вертикальных динамических сил, передаваемых от вагона на элементы пути и от колесных пар на корпус вагона все это уменьшает на дежность подвижного состава и состояние пути.

– наличие наибольших значений сил трения не при среднем положе нии обрессоренных частей, а при крайних положениях вызывает постоян ные рывки и заедания при работе рессорного комплекта, что может при вести к его блокированию и резкому ухудшению общих показателей дви жения вагона [1, 2].

Для устранения вышеназванных недостатков, предлагается изменить конструкцию штатного пружинного комплекта путем замены его на боль шую пружину 7 повышенной жесткости Ж Мпр _ б высотой H пр _ б со стаканом 8 глубиной H ст, в который вкладывается малая пружина 9 жесткостью Ж Мпр _ м высотой H пр _ м и упруго-диссипативный элемент 10 жесткостью Ж упр _ э с коэффициентом демпфирования b упр _ э упирающийся одним кон цом в поперечную балку тележки, а другим концом в дно стакана (рис. 1 а) Высота упруго-диссипативного элемента равна высоте малой пружины.

В другом варианте предлагается изменить конструкцию штатного пружинного комплекта путем замены его на большую пружину 7 повы шенной жесткости Ж Мпр _ б высотой H пр _ б со стаканом 8 глубиной H ст, в ко торый вкладывается упруго-диссипативный элемент 10 жесткостью Ж упр _ э с коэффициентом демпфирования b упр _ э высотой H упр _ э упирающийся од ним концом в поперечную балку тележки, а другим концом в дно стакана (рис. 1 в) Третий вариант предполагает последовательную работу упругодис сипативного элемента 10 жесткостью Ж упр _ э с малой пружиной 6 жестко стью Ж Мпр _ м, работающих параллельно с большой пружиной 7 жесткостью Ж Мпр _ б. Так как статический прогиб рессорного подвешивания от массы тары составляет 8 мм, то высота большой и малой пружин одинакова, а упругодиссипативный элемент, расположенный на верхней опорной по верхности малой пружины, выступает за общие габариты пружин.

Работа предлагаемых пружинных комплектов предполагается в двух режимах в зависимости от нагрузки. Первый режим предполагает работу рессорного комплекта при движении вагона в порожнем состоянии. При данном режиме в первом варианте упруго диссипативный элемент и малая пружина работают последовательно с большой пружиной, как показано на кинематической схеме (рис. 1 б). При этом суммарная жесткость рессорно 1ст Жсумм го комплекта в первом режиме будет равной Ж Мпр _ м + Ж упр _ э + Ж Мпр _ б 1 Ж сумм = + = 1р Ж Мпр _ м + Ж упр _ э Ж Мпр _ б Ж Мпр _ б ( Ж Мпр _ м + Ж упр _ э ).

Во втором варианте упруго диссипативный элемент работает после довательно с большой пружиной, как показано на кинематической схеме (рис. 1 г). При этом суммарная жесткость рессорного комплекта в первом 1ст режиме Жсумм будет равной Ж упр _ э + Ж Мпр _ б 1 Ж сумм = + = 1р Ж Мпр _ б Ж упр _ э Ж упр _ э Ж Мпр _ б.

(а) (б) 10 Hст Hупр_э Hпр_б H (в) (г) Hупр_э Hпр_б Hпр_м (д) (е) Рис. 1. Предлагаемые типы пружинных комплектов (а) – пружинный комплект с двумя пружинами;

(б) – кинематическая схема пружинного комплекта с двумя пружинами;

(в) – пружинный комплект с упруго-диссипативным элементом;

(г) – кинематическая схема пружинного комплекта с упруго-диссипативным элементом;

(д) – пружинный комплект с двумя пружинами и упруго-диссипативным элементом;

(е) – кинематическая схема пружинного комплекта с двумя пружинами и упруго-диссипативным элементом В третьем варианте упруго диссипативный элемент работает после довательно с малой пружиной, как показано на кинематической схеме (рис. 1 е). При этом суммарная жесткость рессорного комплекта в первом 1ст режиме Жсумм будет равной Ж упр _ э + Ж Мпр _ б 1 Ж сумм = + = 1р Ж Мпр _ б Ж упр _ э Ж упр _ э Ж Мпр _ б.

Второй режим в первом и втором предложенных вариантах предпола гает работу комплекта при движении вагона с номинальной полезной нагруз кой. При данном режиме с увеличением полезной нагрузки малая пружина и упруго-диссипативный элемент полностью погружаются в стакан, т.е. вы ключается из колебательного движения. При этом суммарная жесткость рес 2р сорного комплекта Жсумм будет равной жесткости большой пружины Жсумм = ЖМпр_ б 2р.

В третьем варианте упруго-диссипативный элемент остается в работе вместе с малой пружиной и работает параллельно с большой пружиной, обеспечивая номинальную величину жесткости для груженого состояния вагона. Данный вариант позволит разделить работу рессорного подвеши вания на два режима, без внесения серьезных изменений в массогабарит ные характеристики пружин. Суммарная жесткость рессорного комплекта 2р Жсумм будет равной Ж Мпр _ м + Ж упр _ э + Ж Мпр _ б 1 Ж сумм = + = 2р Ж Мпр _ м + Ж упр _ э Ж Мпр _ б Ж Мпр _ б ( Ж Мпр _ м + Ж упр _ э ).

При этом, как можно увидеть из формул, суммарная жесткость первой ступени предлагаемого пружинного комплекта, будет меньше, чем суммарная жесткость второго режима. В результате чего предлагаемые варианты конст рукций позволят обеспечить оптимальную работу рессорного комплекта для двух наиболее часто встречающихся состояниях вагона – порожнем и груже ном. Характер работы двух вариантов предполагается одинаковым.

(а) (б) Рис. 2. Диаграмма работы предлагаемого пружинного комплекта (а) – с двумя пружинами;

(б) – с упруго-диссипативным элементом Если вагон находится в порожнем состоянии покоя (точка B) то на рессорное подвешивание прогибается на некоторую величину под статиче ской нагрузкой Рст _ пор (рис. 2). Жесткость предлагаемого рессорного под вешивания в первом режиме работы меньше (в отличие от типового) то для сжатия упругих элементов и преодоления сил трения в клиновом гасителе колебания достаточно силы DP1, возникающей при прохождении порожне го вагона неровности пути. В результате чего кузов вагона приходит в ко лебательное движение с прогибами рессорного подвешивания от f min_ 1 до 1111 11 f max_ 1 по циклу 2 -3 -4 -5 с преодолением сил трения (отрезки 2 -3 и 4 -5 ) в клиновом гасителе колебаний. В результате чего рессорное подвешива ние воспринимает толчки и удары от неровностей пути более мягче, что обеспечивает плавность хода вагона, и снижает его воздействие на желез нодорожный путь.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 



Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.