Автореферат (792727), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Тяговыеусилия колес Fk1 и Fk2 передаются на локомотив через контакт «колесо-рельс».Упругодиссипативные свойства вала ротора, подвески остова двигателя, упругогозубчатого колеса и оси колесной пары учитываются введением соответствующихжесткостей и коэффициентов демпфирования: Сp, Ск, Сo, Сd – угловые жесткости вала ротора, упругих элементов зубчатого колеса, оси колесной пары и жесткость подвески двигателя; βd, βк – коэффициенты эквивалентного вязкого трения подвескидвигателя и упругих элементов зубчатого колеса, βr, βo − коэффициенты демпфирования вала ротора и оси колесной пары соответственно.Расчетной схеме (рисунок 3) соответствует система уравнений (2), полученная на12основе принципа Даламбера с учетом эффекта планетарного механизма тяговойпередачи. d ωr J r dt = M − M r − β r ωr − ( µ + 1) ωd − µωk 1  ; J dωdM r ( µ + 1) + β r ( µ + 1) ωr − ( µ + 1) ωd − µ ⋅ ωk 1  − M d − β d ld2ωd − M ;= d dt J шк d ωшк = M r + β r ωr − ( µ + 1) ωd − ωшк  − M шк − β к (ωшк − µωк1 ) ;dtd ωk 1 J k1 =M шк µ + β k ⋅ µ [ωшк − µ ⋅ ωk 1 ] − M ok − β ok (ωk 1 − ωk 2 ) − M k1 ;dtd ωk 2= M o + β o (ωk 1 − ωk 2 ) − M k2 ;Jk2dt dvл mл dt = Fk 1 + Fk2 − Fc ; dM rCr ωr − ( µ + 1) ωd − µωшк  ; = dt dM d= Cd ld2ωd ;dt dM шкCк (ωшк − µωк1 ) ;=dtdM o=Co (ωk 1 − ωk 2 ) ; dt Fk 1 = N k 1ψ 0 k1 ; Fk 2 = N k 2ψ 0 k2 ; M k 1 = Fk 1 Dk 1 / 2; M = F D / 2, k2k2 k2(2)где М – электромагнитный момент АТД; Мr, Мшк, Мd, Мo – моменты упругих сил навалу ротора, в упругих элементах зубчатого колеса, в подвеске корпуса и на осиколесной пары соответственно; µ - передаточное число редуктора; ωr, ωшк, ωk1, ωk2 –угловые скорости ротора, шестерни редуктора совместно с приведенной к неймассой венца зубчатого колеса, первого и второго колес относительно собственныхосей соответственно; ωd - угловая скорость корпуса относительно оси колеснойпары; vл – линейная скорость локомотива (и поезда); ld – база подвески двигателя; Dk– диаметр колеса; Fc – сила сопротивления движению поезда; Nk1, Nk2 – силывертикального нажатия колес на рельсы; Mk1, Mk2 – тяговые моменты первого ивторого колес соответственно; ψ0 – потенциальный коэффициент сцепления; k1, k2 –коэффициенты сцепления первого и второго колес с рельсом в относительныхединицах.Коэффициент сцепления в относительных единицах i-го колеса оси (i=1, 2) ki=ψi /ψ0 (где ψi – коэффициент сцепления в абсолютных единицах) определяется в зависимости скорости проскальзывания i-го колеса на основе нелинейной характеристики сцепления.

Линейная скорость i-го колеса vкi, определяется через угловую скорость как vкi= Dкiωкi /2. Для создания упрощенной модели 4-осного тепловоза ТЭМ9Hв одну систему уравнений объединяются уравнения моделей механической части че-13тырех осей, а силы тяги Fki всех 8-и колес суммируются и включатся в уравнение поступательного движения общей массы локомотива и поезда (по такому же принципуможно смоделировать ТЭП одной тележки).

Значения ψ0 в зависимости от скоростидвижения локомотива при моделировании задаются таблично на основе экспериментальных данных с интерполяцией в промежуточных точках. При моделированиивлияния остальных факторов (например, наезд на масляное пятно, подсыпка песка,случайный разброс значений) ψ0 можно варьировать.Для более полного учета динамических процессов в механической подсистемеТЭП разработана модель экипажной части ТЭМ9Н в ПК UM. Динамическая модельтепловоза имеет 66 степеней свободы. Кузов моделируется твердым телом с 6 степенями свободы, и по 30 степеней свободы имеют тела, образующие каждую из тележек. К модели тепловоза для имитации состава с целью правильного отображенияперераспределения вертикальных нагрузок присоединены модели 10-и вагонов.

Модель выполнена с высокой степенью детализации и позволяет учесть такие факторы,как особенности конструкции ходовой части, перераспределение вертикальныхнагрузок осей локомотива в режиме тяги и торможения, профиль колес и рельсов,неровности пути и др., которые не учитываются в упрощенной модели.В главе 4 разработаны комплексные электромеханические модели ТЭП гибридного маневрово-вывозного ТЭМ9H с реализацией предельных тяговых и тормозных усилий при совместном управлении АТД. Модели выполнены, как с упрощенной механической подсистемой, - в MatLab/Simulink, так и с детализированной, на основе совмещения ПК MatLab/Simulink и UM при помощи специального интерфейса CoSimulation (рисунок 4). Модель механической подсистемы, созданная в ПКUM, включается в модель электрической подсистемы, разработанной вMatLab/Simulink, в виде стандартного блока, − S-функции.

Для иллюстрации изменения распределения вертикальных нагрузок осей, вызванного работой тяговых двигателей, на рисунке 5 приведены результаты моделирования перераспределения вертикальных нагрузок в режиме тяги (рисунок 5, слева) и электрического торможения(рисунок 5, справа).Рисунок ‒ 4. Принцип совмещения MatLab/Simulink Рисунок ‒ 5. Результаты моделированияи UMперераспределения вертикальныхнагрузок колес 1- 4-й осей локомотиваЗадание на максимальный момент (ограничение по моменту) в данном эксперименте равно в режиме тяги 5400 Н∙м и -5400 в режиме торможения. Из графиковвидно, что в режиме тяги оси локомотива 1 и 3 (первые оси тележек) разгружаются, а14оси 2 и 4 (вторые в тележках) ‒ нагружаются; в режиме торможения – наоборот.

Впилотном варианте ТЭМ9H не предусмотрены наклонные тяги в конструкции тележек или специальные догружатели, позволяющие выравнивать вертикальные нагрузки осей (и колес) локомотива, поэтому оси тележек, вращаемые параллельно подключенными к АИН двигателями, по нагрузкам существенно различаются, ‒ до10,8 Т при реализации потенциального коэффициента сцепления 0,4. Если в СУ ТЭПвыводить на предел по сцеплению ось с большей вертикальной нагрузкой, например,вторую ось в режиме тяги (рисунок 6), то будет превышен предел сцепления дляАТД1 и его рабочая точка сместится в зону буксования.а)б)в)г)Рисунок ‒ 6.

Результаты моделирования реализации предельных тяговых усилий при разгонегибридного тепловоза с составом 2000 Т при регулировании ТЭП тележки по скорости АТД2:а – электромагнитные моменты двигателей первой (Мд1) и второй (Мд2) осей и задание наэлектромагнитный момент (Мз); б – виброускорение корпуса АТД1; в – скорости роторовпервого (Vд1) и второго (Vд2) двигателей, приведенные к линейной скорости колеса, и скоростьлокомотива (Vл); г – коэффициент сцепления, реализуемый колесом первой осиРаботая по текущей естественной характеристике, ротор АТД1 увеличиваетскорость Vrk1 (рисунок 6в), попадая в зону буксования (рисунок 6г), электромагнитный момент Мд1 при этом резко снижается (рисунок 6а), обороты АД1 и соответственно Vrk1 падают, сцепление восстанавливается, электромагнитный момент Мд115вновь нарастает, и далее процесс повторяется, возникают нежелательные фрикционные автоколебания, которые могут привести к повышенному износу и поломкам.При достаточной крутизне падающего участка характеристики сцепления возможновозникновение релаксационных автоколебаний колес с частотой 5,25Гц, а также квазигармонических автоколебаний с частотой 14,9 Гц и квазигармонических колебанийс узлом на оси колесной пары, имеющих резонансный максимум на частоте 81,9 Гц.При управлении по скорости двигателя разгруженной оси тележки качестворегулирования улучшается (рисунок 7), но неравномерность токовой нагрузки двигателей, не превышающая 30 %, сохраняется.а)б)в)г)Рисунок 7 ‒ Результаты моделирования реализации предельных тяговых усилий при разгонеи торможении гибридного тепловоза с составом 1000 Т (ψ0 =0,25) при регулировании ТЭП тележек по скорости АТД1, АТД3 (в режиме тяги) и АТД2, АТД4 (в режиме торможения): а –электромагнитные моменты двигателей первой (Мд1) и второй (Мд2) осей и задание на электромагнитный момент (Мз1); б - вертикальные нагрузки колес (1…4 − 1-й…4-й осей соответственно); в – ток АТД первой оси; г - приведённые к линейной скорости колеса скорости роторов (1…4 - АТД1…АТД4 соответственно) и скорость локомотива (Vл)Возникающая неравномерность нагрузок АТД осей тележек повышаетиспользование сцепного веса, но может увеличить разброс параметров АТД, вызываянеравномерный нагрев параллельно подключенных к инвертору двигателей тележки.На основе моделирования была исследована работа ТЭП в различных режимахдвижения при варьировании потенциального коэффициента сцепления ψ0 вдиапазоне от 0,4 до 0,1, моделировался разброс активных сопротивлений обмотокстатора и ротора параллельно работающих АТД до 15 %.

Характеристики

Список файлов диссертации