Definition of locomotive traction force with regard to uneven loading of wheel-motor block

ISSN 2307–3489 (Print), ІSSN 2307–6666 (Online) Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2013, № 6 (48) ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА РЕМОНТ ЗАСОБІВ ТРАНСПОРТУ ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА РЕМОНТ ЗАСОБІВ ТРАНСПОРТУ УДК 629.42.016.12 Б. Є. БОДНАР1, М. І. КАПІЦА2, Д. М. КИСЛИЙ3* 1 Каф. «Локомотиви», Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дніпропетровськ, Україна, 49010, тел. +38 (0562) 33 19 61 2 Каф. «Локомотиви», Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дніпропетровськ, Україна, 49010, тел. +38 (0562) 33 19 61, ел. пошта 3* Каф. «Локомотиви», Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дніпропетровськ, Україна, 49010, тел. +38 (066) 625 18 59, ел. пошта ВИЗНАЧЕННЯ СИЛИ ТЯГИ ЛОКОМОТИВА З УРАХУВАННЯМ НЕРІВНОМІРНОСТІ НАВАНТАЖЕННЯ КОЛІСНО-МОТОРНИХ БЛОКІВ Мета. У статті розглянуто найбільш поширені способи визначення сили тяги локомотива. Рішення задач тягових розрахунків передбачає визначення сил, що діють на поїзд у кожній точці шляху. При виборі раціональних траєкторій руху поїзда й при розробці режимних карт ведення поїзда необхідно визначати фактичне значення сили тяги локомотива. З урахуванням різних факторів, значення потужності ТЕД локомотива можуть мати значну різницю. Метою є вдосконалення системи оперативного визначення сили тяги локомотива при тягових розрахунках по електричним параметрам ТЕД за рахунок урахування нерівномірності навантаження КМБ. Методика. Запропоновано методику визначення сили тяги електровозів та тепловозів з електричною передачею, в основу якої покладено отримання первинних даних про режим роботи тягових електричних двигунів постійного струму. Наведено датчики й схему їх включення в електричну схему тепловоза для отримання даних у цифровому вигляді та оперативного розрахунку режиму роботи кожного тягового електродвигуна, а також визначення сили тяги локомотива. Результати. Проведено експериментальне дослідження системи визначення сили тяги на тяговому електродвигуні ЕД-105. Проведено порівняння електричної та механічної потужностей електродвигуна. Наукова новизна. Запропонована система оперативного визначення сили тяги локомотивів, яка враховує змінні електро-механічні фактори колісно-моторних блоків та збільшує точність розрахунків. Практична значимість. Система є складовою частиною бортового комплексу визначення енергоефективних режимів ведення поїздів та забезпечує визначення прискорюючих та сповільнюючих сил. Ключові слова: тягові розрахунки; тягові електричні машини; сила тяги; момент обертання; частота обертання; магнітний потік; електрична потужність; механічна потужність Вступ Розв’язання задач тягових розрахунків передбачає визначення сил, що діють на поїзд у кожній точці шляху. Від рівнодіючої сил тяги та опору з урахуванням ухилу профілю колії залежить траєкторія руху поїзда. У тягових розрахунках згідно з класичною теорією передбачається, що в режимі тяги ло- комотив реалізує максимальну потужність, тобто сила тяги визначається з тягової характеристики за обмеженням сили тяги за зчепленням коліс з рейками та на максимальній позиції контролера машиніста на автоматичній частині тягової характеристики. У цьому випадку дотична сила тяги локомотива є функцією швидкості руху © Б. Є. Боднар, М. І. Капіца, Д. М. Кислий, 2013 63 ISSN 2307–3489 (Print), ІSSN 2307–6666 (Online) Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2013, № 6 (48) ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА РЕМОНТ ЗАСОБІВ ТРАНСПОРТУ Fд = f (V ) . (1) На підставі [5] сили опору руху поїзда W також є функцією швидкості W = f (V ) . (2) У розрахунках враховуються лише сили основного опору руху, а також опір від ухилу колії, що вносить значну похибку під час використання такої моделі на практиці. У практичних тягових розрахунках, які використовуються для проектування систем автоматичного ведення [6, 8, 12], а також у розрахунках з визначення раціональних траєкторій ведення поїзда [2] виникає необхідність обчислення сили тяги тягового рухомого складу (ТРС) як залежності від потужності локомотива Fд = f ( P ) . (3) Потужність ТРС характеризується механічною потужністю силової установки (дизеля) для тепловозів та електричною потужністю, що передається контактною мережею, для електровозів. Кожному колісно-моторному блоку (КМБ) передається рівна частина потужності з урахуванням ККД передачі локомотива. Залежно від різних факторів, таких як різні опори паралельних кіл тягових електродвигунів (ТЕД), неоднакове налаштування ТЕД, резисторів ослаблення поля, перехідного опору контактних груп електроапаратів та ін., фактичні значення потужності ТЕД локомотива можуть значно відрізнятися. В умовах експлуатації виникають відхилення діаметрів бандажів локомотива, що впливає на характеристики тягових двигунів, включених у паралельні кола. Це призводить до порушення рівномірного розподілу струмів між цими ТЕД. Залежно від відхилення діаметрів бандажів колісних пар ТРС, розбіжність струмів у паралельних колах ТЕД може сягати більше ніж 200 А при значному навантаженні [1]. Згідно з Інструкцією із середнього й капітального ремонту електровозів та тепловозів різниця між швидкісними характеристиками КМБ одного локомотива може становити 3 %. Сумарна різниця потужності ТЕД одного локомотива в експлуатації, а у свою чергу і сила тяги КМБ, з урахуванням вищенаведених факторів може мати досить високе значення. Під час вибору раціональних траєкторій руху поїзда та розробки режимних карт ведення поїзда необхідно враховувати ці відхилення, тому що стосовно контролера машиніста ця величина може становити 3–4 позиції [1]. У програмно-відстежувальних системах автоведення [4, 6, 8] та системах реєстрації режимів роботи локомотива визначення сили тяги відбувається безперервно (дискретно) вимірюванням параметрів струму, напруги, зусилля на автозчепі тощо. Одним із способів визначення потужності КМБ є розрахунок електричної потужності тягового електродвигуна з урахуванням його ККД та ККД тягового редуктора P = U I ηтед ηред . (4) Для отримання сили тяги необхідно відстежувати поточне значення швидкості V F = 3,6 P . V (5) Недолік цього методу в тому, що значення ККД та навантаженість КМБ локомотива відрізняються, що вносить похибку в розрахунки. Наступний метод базується на електротягових характеристиках КМБ локомотива (рис. 1). Рис. 1. Електротягові характеристики тягового електродвигуна © Б. Є. Боднар, М. І. Капіца, Д. М. Кислий, 2013 64 ISSN 2307–3489 (Print), ІSSN 2307–6666 (Online) Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2013, № 6 (48) ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА РЕМОНТ ЗАСОБІВ ТРАНСПОРТУ Параметром, що реєструється, є струм ТЕД. Сила тяги визначається аналітично через перерахунок електротягових характеристик КМБ. При цьому знач (...truncated)