Снижение автоколебаний в тяговой передаче грузового магистрального тепловоза при индивидуальном управлении асинхронными двигателями

• Автор: Матюшков, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Брянск
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Анализ проблемы реализации предельных сил сцепления
и снижения фрикционных автоколебаний средствами управления
Постановка задачи
1.1. Реализация предельных сил сцепления, динамические нагрузки и колебания подвижного состава
1.2. Реализация защиты от буксования в системах управления тяговой электропередачей
1.3. Постановка задачи
2. Математическое и компьютерное моделирование механической подсистемы магистрального грузового тепловоза
2.1. Математическое моделирование механической подсистемы тяговой электропередачи оси тепловоза с опорно-осевым подвешиванием двигателей
2.2. Компьютерная модель механической подсистемы грузового магистрального
тепловоза
2.3. Выводы по главе
3. Электрическая подсистема тяговой передачи магистрального грузового локомотива с асинхронными двигателями
3.1. Управление разгоном и торможением локомотива на пределе по сцеплению с подавлением фрикционных автоколебаний
3.2. Математическое моделирование электрической подсистемы тяговой передачи
3.3. Лабораторные исследования электропривода с БТС и проверка адекватности модели электрической подсистемы
3.4. Выводы по главе
4. Создание комплексных электромеханических моделей
и исследование динамических процессов в тяговой электропередаче
локомотива при реализации предельных тяговых усилий
4.1. Создание комплексных электромеханических моделей
4.2. Предварительный анализ динамических процессов при развитии буксования и отработка алгоритмов управления на упрощенных моделях
4.3. Исследование динамических процессов в тяговой передаче локомотива с системой контроля колебаний при реализации предельных тяговых усилий
4.4. Выводы по главе
Заключение
Список литературы

Введение
В результате изменений в структуре государства в 90-х годах XX века и реформирования всех институтов страны производящие отрасли страны оказались в упадке, что привело к снижению производства новых локомотивов, электропоездов и вагонов. Дальнейшее сокращение финансирования, отсутствие заказов породило снижение мощностей производства, а подчас и полное их исчезновение. Результатом этого явилось моральное и физическое старение парка подвижного состава. Так, по состоянию на 1 января 2005 г. истек нормативный срок службы почти каждого третьего грузового электровоза, 60% пассажирских электровозов постоянного тока, 52% маневровых и 45% магистральных грузовых тепловозов [17].
Эксплуатация подвижного состава за пределами срока службы ведет не только к снижению надежности, но и к увеличению расходов на содержание. Понимая сложившиеся положение, МПС РФ ещё в 2001 году утвердило комплексную программу: «Реорганизация и развитие отечественного локомотиво- и
вагоностроения на период 2001-2010 г.г.». Данная программа предусматривала модернизацию уже эксплуатируемых локомотивов, и принимаемые меры не могли решить проблему устаревания парка, как физического так и морального.
В целях преодоления этого недостатка в ОАО «РЖД» в 2003-2004 г.г. разработаны программы создания и освоения производства нового подвижного состава на перспективу. Сформированы основные требования к электровозам и тепловозам нового поколения [17]:
• улучшение тяговых свойств на 15... 20%;
• экономия энергоресурсов на 10... 15%;
• увеличение межремонтных пробегов в 2 раза;
• повышение коэффициента готовности машин за счет обеспечения их высокой надежности и ремонтопригодности;
• обеспечение КПД электровозов постоянного тока 90%, КПД электровозов переменного тока до 88%;

• срок службы магистральных локомотивов - 40.. .45 лет;
• срок службы маневровых локомотивов - 50 лет.
Создание качественно нового тягового и моторвагонного подвижного состава с использованием современных достижений мирового локомотивостроения должно обеспечить высокие потребительские качества, а универсальность - возможность его использования в изменяющихся условиях перевозок [17].
Распоряжением Председателя Правительства РФ 17 июня 2008 г. была утверждена «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», в плане которой предусмотрена организация производства подвижного состава нового поколения. Конструкция новых локомотивов должна предусматривать осевые нагрузки 27...30 тонно-сил, сокращение удельного расхода топлива и электроэнергии на тягу поездов на 10... 15%, увеличение наработки локомотива на отказ на 30...40 %, ресурс бандажей не менее 1 млн. км и применение асинхронного тягового привода.
Для выполнения требований, предъявляемых к новым локомотивам, необходимы новые конструкторские решения в отечественном локомотивостроении. В первую очередь, это касается тягового привода, обеспечивающего передачу мощности от источника до контакта «колесо-рельс» и в значительной мере определяющего мощность, массу и затраты на эксплуатацию современного подвижного состава.
Внедрение регулируемого электропривода переменного тока началось как в промышленности, так и на транспорте, и было связано с развитием силовой электроники и микропроцессорной техники. Так применение на подвижном составе железных дорог асинхронных тяговых двигателей (АТД) с современными микропроцессорными системами управления (СУ) позволяет повысить мощность в ограниченных габаритах экипажной части, снизить материалоемкость и затраты на эксплуатацию.
С повышением производительности вычислительных устройств появилась возможность разработки систем непосредственного регулирования, которые с минимальной инерционностью позволяют динамично воздействовать на величину

- трогать состав большой массы и разгонять его с высоким ускорением, в том числе на крутых подъемах и в кривых;
- обеспечивать высокую плавность хода и большую силу тяги при разгоне поезда до высокой скорости;
- передавать большие усилия при электрическом торможении на затяжных спусках.
Основной целью системы является движение с регулированием проскальзывания, адаптированное к изменяющимся условиям сцепления. Экстремальный тип данной системы обеспечивает цикличное изменение скорости проскальзывания с целью отыскания максимума кривой сцепления, обеспечивающего при движении на нем очистку поверхностей катания от загрязнения. Однако указано, что при возрастании отклонения от максимума возможно развитие фрикционных автоколебаний.
Другая система управления, реализующая принцип регулирования проскальзывания (ИБК) в контакте колесо-рельс моторных вагонов трамвая описана в [107]. Принцип был разработан и опробован в 1987 г. на многих магистральных локомотивах большой мощности, он основан на автоматическом формировании частоты вращения двигателя, соответствующей максимальному моменту, и регулированию проскальзывания, при котором на рельс передается максимально возможная сила тяги.
На рис. 1.4 представлена блок-схема модифицированной системы проскальзывания ЯБЯ-Ы, адаптированной для пригородного подвижного состава и вагонов трамвая. Система с помощью логики поиска определяет, в какую сторону изменяется частота вращения колесной пары, при этом сигнал задания ускорения формируется таким образом, чтобы он отличался от мгновенного ускорения локомотива лишь на небольшую величину.
Интегрируя сигнал задания ускорения, получают требуемое значение сигнала задания частоты вращения двигателя, с помощью которого колесную пару разгоняют до тех пор, пока значение силы тяги не приблизится к максимальному. В тот момент, когда накопитель экстремальных значений установит, что дальнейшее повышение