Диссертация (792728), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Привыходе ТЭП на максимум сцепления в механической передаче усиливаютсясобственные формы колебаний, которые передаются на корпус двигателя(рис. 4.7б) и частично на ротор, это вызывает соответствующие компенсационные колебательные изменения в заданиях на электромагнитный моментМз, Мз1 (на рис. 4.6, 4.7 сигналы приведены без фильтрации). При регулировании по скорости АТД1 первой оси эти колебания незначительны и обусловлены, в основном,крутильными с узлом на оси колебаниями колес[102].Существенное усиление собственных форм колебаний происходит прирегулировании ТЭП по скорости двигателя второй оси АТД2 (рис.
4.7б). Реализуемый АТД2 электромагнитный момент Мд2 (рис. 4.7а) при таком управлении больше, чем в первом случае, однако, выводя АТД2 на предел по сцеплению, мы превышаем предел сцепления для АТД1 и смещаем его в зонубуксования (рис. 4.8). Работая по текущей естественной характеристике, ротор АТД1 увеличивает скорость Vrk1 (рис. 5.7в), попадая в зону буксования(рис. 4.7г), электромагнитный момент Мд1 при этом резко снижается (рис.4.7а), обороты АТД1 и соответственно Vrk1 падают, сцепление восстанавли103вается, электромагнитный момент Мд1 вновь нарастает, и далее процесс повторяется, возникают нежелательные фрикционные автоколебания, которыемогут привести к повышенному износу и поломкам [102].Рис.
4.8. Положение рабочих точек при регулировании двигателя второй оси (АТД2)Усиление вибрации элементов ТЭП в определенных частотных диапазонах при попадании на падающую ветвь характеристики может служить дополнительным индикатором для снижения задания на ускорение ротора [45,48] (а значит, и снижения электромагнитного момента), возможно также активное гашение колебаний с использованием модального регулирования [42],однако последнее весьма сложно реализовать [102].4.3.
ИсследованиединамическихпроцессоввТЭПссовместнымразрывным управлением АТД при разгоне и торможении на пределепо сцеплениюНа основе моделирования с использованием комплексной электромеханической модели с детализированным представлением механической частибыла исследована работа ТЭП с совместным регулированием АТД в различ-104ных режимах движения при варьировании потенциального коэффициентасцепления ψ0 в диапазоне от 0,4 до 0,1, моделировался разброс активных сопротивлений обмоток статора и ротора параллельно работающих АТД до15 %. Основной упор делался на работу ТЭП в первой зоне регулирования(без ослабления поля), где возможна и наиболее вероятна реализация максимально допустимых по условиям сцепления электромагнитных нагрузок АД.Как пример на рис. 4.9 даны графики расчёта разгона тепловоза с составом весом 1000 т при реализации предельных тяговых усилий на горизонтальном прямолинейном участке в хороших погодных условиях (результаты приведены для первой тележки локомотива) [103].В данном случае контроллером машиниста установлена максимальнаясила тяги, которой соответствует ограничение по моменту 13000 Н∙м, а предел по сцеплению находится ниже.
Поэтому СУ ТЭП при разгоне выводит напредел по сцеплению колеса первой оси, регулируя скольжение по частотевращения АТД1 (рис. 2.3), который реализует при этом предельный электромагнитный момент М1 (рис. 4.9а), а двигатель второй оси, подключенный ктому же инвертору, развивает при этом больший электромагнитный момент(М2) и меньшее скольжение (вращается медленнее), так как вторая ось имеетбольшую, чем первая, вертикальную нагрузку. В связи с требуемым изменением частоты коммутаций (рис. 2.4) на графиках (рис. 4.9а) видно ступенчатое изменение коридора момента [103].Колеса первой оси, разгоняясь, достигают предела сцепления (ψ0), этовидно из того, что достигает единицы относительный коэффициент сцепления k, определяемый по выражению (1.2).
Реализуемый коэффициент сцепления ψ при таком движении снижается (рис. 4.9в) с ростом скорости из-затого, что зависит от скорости и с увеличением скорости снижается ψ0 в соответствии с табл. 3.2. В ПК UM данную зависимость приходится реализовывать в функции расстояния, предварительно рассчитав скорость.105а)б)в)г)д)Рис. 4.9. Результаты моделирования разгона тепловоза с составом 1000 т на прямолинейном горизонтальном участке при реализации предельных тяговых усилий:а) электромагнитные моменты АТД первой (М1) и второй (М2) осей; б) скорости колес 1-йоси (Vк1_1 и Vк2_1) и локомотива (Vл); в) коэффициенты сцепления колес 1-й оси (Ψк1_1 иΨк2_1); г) коэффициенты сцепления колес 1-й оси в относительных единицах (kк1_1 и kк2_1);д) коэффициенты сцепления колес 2-й оси в относительных единицах (kк1_2 и kк2_2)106При увеличении проскальзывания развиваются фрикционные колебания колес первой оси с узлом на оси (рис.
4.9б), из-за которых возникают колебания абсолютного (рис. 4.9в) и относительного (рис. 4.9г) коэффициентасцепления колес первой оси. Колеса второй оси при этом не достигают предела по сцеплению (рис. 4.9д), так как в режиме тяги вторая ось имеет большую вертикальную нагрузку. За отведенное время моделирования (рис. 4.9)локомотив не успевает разогнаться до заданной КМ скорости, поэтому продолжает разгоняться на пределе по сцеплению в режиме полного поля [103].Как видно из графиков 4.9г,д, в данном режиме при реализации предельных усилий, средний коэффициент сцепления в относительных единицах, реализуемый ТЭП тележки на опускается ниже 0,94, то есть обеспечивается использование потенциальных условий сцепления не менее 94 %.Получить использование условий сцепления на 100 % (рис.
4.10) удаётся только при слабо падающей кривой сцепления практически без максимума (рис. 1.3), что в реальных условиях может наблюдаться на влажных рельсах.а)б)107в)г)д)е)Рис. 4.10.Разгон локомотива с составом 1000 т на пределепо сцеплению, ψ0 = 0,25, кривая сцепления слабо падающая (без максимума, - в формулеО.Полаха А=0,5; B=0,15, εk=0,25 м/с), скольжение колес регулируется в абсолютных единицах от 0,3 м/c до 0,1 м/c по скорости двигателей первых осей тележек (АТД1 и АТД3соответственно): а) задание на момент (Мз1) и моменты АТД1 (Мд1), АТД2 (Мд2) 1-й тележки; б) задание на момент (Мз2) и моменты АТД3 (Мд3), АТД4 (Мд4) 2-й тележки; в)вертикальные нагрузки колес осей 1-4; г)крип (относительное проскальзывание) колесосей 1-4; д) проскальзывание колес осей 1-4; е) скорости локомотива (Vл) и колес осей 1-4108Как видно из рис.
4.10, в случае отсутствия падающего участка на кривой сцепления фрикционных автоколебаний в системе ТЭП не возникает.Крип доходит до 0,14 (то есть, относительное проскальзывание 14 %, рис.4.10г), но относительный коэффициент сцепления при этом практически непадает и остаётся равным единице, так как в данном случае характеристикасцепления без падающего участка. Сила тяги изменяется только за счёт изменения вертикальных нагрузок осей при изменении СУ электромагнитныхмоментов АТД с целью регулирования проскальзывания.Если же характеристика сцепления имеет максимум (и падающий участок), то существенное значение имеет то, по скорости двигателя, какой изосей тележки ведётся управление.
Управление в режиме тяги по скоростидвигателя второй оси тележки (рис. 4.11) может привести при реализациипредельных усилий к увеличению фрикционных автоколебаний.а)б)в)109г)д)е)ж)з)110и)к)л)Рис. 4.11. Разгон локомотива с составом 1000 т на пределепо сцеплению, ψ0 = 0,25, кривая сцепления с максимумом (в формуле О.Полаха: А=0,4;B=0,6, εk=0,25 м/с), скольжение колес регулируется в абсолютных единицах от 0,3 м/c до0,1 м/c по скорости двигателей вторых осей тележек (АТД2 и АТД4 соответственно):а) задание на момент (Мз1) и моменты АТД1 (Мд1), АТД2 (Мд2) 1-й тележки; б) задание намомент (Мз2) и моменты АТД3 (Мд3), АТД4 (Мд4) 2-й тележки; в) вертикальные нагрузкиколес осей 1-4; г) скорости локомотива (Vл) и колес осей 1-4; д) скорости локомотива(Vл) и колес осей 1-4 (увеличенный фрагмент); е) проскальзывание колес осей 1-4; ж)крип (относительное проскальзывание) колес осей 1-4; з) скорость локомотива (Vл) и скорости роторов АТД 1-4, приведенные к скорости локомотива; и) увеличенный фрагментграфика «з»; к) суммарная вертикальная нагрузка (NΣ) всех осей локомотива (динамический сцепной вес); л) сила тяги локомотиваРезультаты моделирования показывают возможность возникновенияразличных форм автоколебаний при движении на пределе по сцеплению и111регулировании ТЭП в режиме тяги по скорости двигателя второй оси тележки, это было проиллюстрировано также на упрощённой модели (рис.
4.7).Расчёты с использованием детализированной модели механической подсистемы ТЭП ТЭМ9H показывают (рис. 4.11е), что при регулировании ТЭП напределе по сцеплению и достаточной крутизне падающего участка характеристики сцепления возможно возникновение релаксационных автоколебанийколес с частотой 5,25Гц, а также квазигармонических автоколебаний с частотой 14,9 Гц и квазигармонических колебаний с узлом на оси колесной пары,имеющих резонансный максимум на частоте 81,9 Гц. Крип колес достигает вначале разгона 0,45 (рис.
4.11ж), что соответственно приводит к снижениюсилы тяги (рис. 4.11л).Учет в модели ТЭП, кроме разброса параметров АТД, различия диаметров бандажей и условий сцепления колес ведёт при управлении по скоростидвигателя второй оси тележки и неблагоприятном сочетании дополнительноучитываемых факторов к существенному увеличению фрикционных автоколебаний в тяговой передаче [102].В то же время при управлении в процессе разгона по скорости двигателяпервой оси тележки вибрации существенно снижаются, и качество регулирования улучшается. Как пример на рис. 4.12 приведены результаты моделирования разгона и торможения ТЭП ТЭМ9H на пределе по сцеплению, - в режиме тяги управление ведётся по скорости двигателей первых осей тележек(АТД1 и АТД3), а в режиме торможения - по скорости двигателей вторыхосей тележек (АТД2 и АТД4).
Это обусловлено тем, что в режиме тяги разгружаются первые оси тележек (1 и 3), а вторые – нагружаются (2 и 4), а врежиме торможения наоборот: нагружаются первые оси тележек (1 и 3), авторые разгружаются (рис. 4.12в). Таким образом, системой управления напредел по сцеплению и в режиме тяги, и в режиме торможения выводитсядвигатель наименее нагруженной оси, что способствует уменьшению автоколебаний, но исключить их полностью не удаётся (рис.
4.12г) при наличии па112дающего участка на характеристике сцепления.а)б)в)г)113д)е)ж)з)Рис. 4.12. Результаты моделирования разгона и торможения локомотива с составом 1000 тна пределе по сцеплению, ψ0 = 0,25, кривая сцепления с максимумом (в формулеО.Полаха: А=0,4; B=0,6, εk=0,25 м/с), скольжение колес регулируется в абсолютных единицах от 0,3 м/c до 0,1 м/c в режиме тяги по скорости двигателей первых осей тележек(АТД1 и АТД3 соответственно), в режиме торможения по скорости двигателей вторыхосей тележек (АТД2 и АТД4 соответственно): а) задание на момент (Мз1) и моментыАТД1 (Мд1), АТД2 (Мд2) 1-й тележки; б) задание на момент (Мз2) и моменты АТД3 (Мд3),АТД4 (Мд4) 2-й тележки; в) вертикальные нагрузки колес осей 1-4; г) скорости локомотива (Vл) и колес осей 1-4; д) скорость локомотива (Vл) и скорости роторов АТД 1-4, приведенные к скорости локомотива; е) крип (относительное проскальзывание) колес осей 1-4;ж) фазный ток АТД1; з) фазный ток АТД4114Двигатели осей с большей вертикальной нагрузкой вращаются медленнее (с повышенным скольжением АТД), при этом реализуют больший электромагнитный момент и нагружаются большим током (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
