Диссертация (792728), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Создание электромеханической компьютерной модели ТЭП гибридного маневрово-вывозного тепловоза и исследование на основе численныхэкспериментов алгоритмов управления разгоном и электрическим торможением локомотива с совместным регулированием АТД в режиме реализациипредельных усилий.6Научная новизна работы заключается в следующем:-разработаны способ управления, функциональная схема и алгоритмыфункционирования тягового привода локомотива с совместным управлениемАД тележки на пределе сцепления;- созданы математические, а также комплексные компьютерные моделитяговогоэлектроприводагибридногоманеврово-вывозноготепловозаТЭМ9H с системой управления, реализующей предельные усилия при совместном управлении АД тележки;- выполнен анализ работы ТЭП с совместным разрывным управлениемАТД при изменении условий сцепления, показавший, что предложенные алгоритмы регулирования позволяют скомпенсировать неоптимальность конструкции механической подсистемы ТЭП и обеспечить реализацию потенциальных условий сцепления не менее чем на 90 %.Методы исследования.
При выполнении работы применялись методытеории электропривода, теории электрических машин, теории электрическойтяги. Применены методы математического и компьютерного моделирования,для создания комплексных электромеханических моделей использован методподсистем, а также программные комплексы (ПК): MatLab/Simulink и «Универсальный механизм» (УМ или UM).На защиту выносятся- классификация алгоритмов управления ТЭП локомотивов в режимереализации предельных по сцеплению усилий;- алгоритмы управления ТЭП гибридного тепловоза с совместным регулированием АД тележки;- математические модели подсистем ТЭП гибридного маневрового тепловоза ТЭМ9H;- методика разработки комплексных электромеханических моделейТЭП;- методика определения резонансных частот механической части (под7системы) ТЭП локомотива;- результаты исследований на моделях работоспособности и характерадинамических процессов ТЭП в режиме реализации предельных тяговых итормозных усилий.Достоверность результатов, полученных в диссертации, обеспечивается корректностью принятых допущений и разработанных на их основе моделей, а также удовлетворительным совпадением результатов, полученныхпри моделировании ТЭП ТЭМ9H, с осциллограммами натурных испытанийтепловоза ТЭМ9H.Практическая ценность и реализация результатов работыРазработанные модели, методики моделирования обеспечивают возможность анализа и отработки перспективных вариантов управления ТЭП ссовместным регулированием АД тележки.Рассчитано перераспределение вертикальных нагрузок осей гибридного тепловоза ТЭМ9H в режиме тяги и электрического торможения; предложена система управления АТД локомотива с совместным регулированием АДна пределе сцепления; определены особенности функционирования ТЭП ссовместным управлением АТД при реализации предельных усилий с использованием в СУ сигнала обратной связи по скорости АТД различных осей тележки; исследована работа ТЭП при варьировании потенциального коэффициента сцепления в диапазоне 0,4 - 01 и разбросе параметров параллельноработающих АТД до 15 %.Разработанные в диссертации методики расчёта динамических процессов в электромеханической системе гибридного тепловоза с совместным регулированием АД внедрены на Людиновском тепловозостроительным заводом (ЛТЗ), используются при проектировании маневровых тепловозов.
Модели отдельных подсистем ТЭП внедрены в учебный процесс Брянского государственного технического университета (БГТУ). Акты внедрения приложены.8В главе 1 на базе обзора литературных источников выполнен анализ иклассификация алгоритмов управления ТЭП в режиме реализации предельных усилий, сформулированы цель и задачи.В главе 2 разработаны способ, схема, алгоритмы работы СУ ТЭП с совместным управлением АД, модель электрической подсистемы ТЭП, проверена адекватность модели путем сравнения расчетных осциллограмм с экспериментальными данными, полученными при испытаниях тепловозаТЭМ9H.В главе 3 разработаны модели механической части (МЧ) ТЭП, позволяющие анализировать динамику работы совместно регулируемых АТД вразличных условиях сцепления.
Модели выполнены с различной степеньюдетализации: уравнения упрощенной модели МЧ составлены на основепринципа Даламбера и реализованы в основной библиотеке MatLab/Simulink;модели МЧ с высокой степенью детализации составлены средствами ПК UM,где уравнения движения синтезируются автоматически.В главе 4 разработаны комплексные модели ТЭП в ПК MatLab/Simulinkи UM. На основе моделирования была исследована работа ТЭП в различныхрежимах движения при варьировании потенциального коэффициента сцепления ψ0 в диапазоне от 0,4 до 01, моделировался разброс активных сопротивлений обмоток статора и ротора параллельно работающих АТД до 15 %.
Основной упор делался на работу ТЭП в первой зоне регулирования (без ослабления поля), где возможна реализация максимально допустимых по условиямсцепления электромагнитных моментов АД.В заключении приведены основные результаты и выводы, в приложении ‒ используемые данные, акты внедрения. В диссертацию входят 134страницы основного текста, в том числе 60 рисунков и 7 таблиц.9РАЗДЕЛ 1.
АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ТЭП ЛОКОМОТИВОВ В РЕЖИМЕ РЕАЛИЗАЦИИ ПРЕДЕЛЬНЫХ УСИЛИЙСистемы управления ТЭП локомотивов формировались исторически[1-20] в зависимости от применяемых тяговых электродвигателей, развитияэлементной базы СУ и теории электропривода. Соответственно изменялисьсхемы и алгоритмы управления ТЭП в режиме реализации предельных посцеплению усилий [21-48], но, несмотря на разнообразие конкретных решений, данные алгоритмы можно условно разделить по принципу функционирования на две большие группы:1.
Алгоритмы защиты от буксования и юза [21-34].2. Алгоритмы реализации потенциального коэффициента сцепления[35-48].Алгоритмы первой группы начинаютфункционировать только привозникновении буксования (юза) и включают в себя два этапа:а) обнаружение буксования (или юза);б) подавление буксования (юза).Алгоритмы второй группы выводят ТЭП на предел по сцеплению и позволяют достигать максимально возможных тяговых усилий, что особенноважно для троганья с места и надёжного ведения тяжеловесных составов внеблагоприятных условиях.
Эти алгоритмы реализованы и развиваются вТЭП зарубежных фирм [37-42]. В отечественном тяговом электроприводе ведутся исследования в этом направлении [43-48], практически же пока реализованы и совершенствуются преимущественно алгоритмы первой группы, иэто тоже необходимо для модернизации существующего парка локомотивов.Отставание возникло в результате кардинальных изменений нашейстраны в 90-е годы прошлого века, замедливших развитие производящих отраслей. Исследование, разработка и внедрение новых отечественных системи алгоритмов управления ТЭП с АД особенно актуальны не только из-за воз10никшей необходимости импортозамещения, но и в силу стратегической важности для России обеспечения бесперебойной и надёжной работы железнодорожного транспорта независимо от любых внешнеполитических условий.1.1.
Алгоритмы защиты от буксования и юзаДля пояснения алгоритмов необходимо предварительно кратко остановиться на возникновении и приближенном математическом описании изменения сцепления и тяговых (тормозных) усилий в ТЭП при буксовании (юзе).В тяговом приводе локомотива всегда присутствует контакт "колесорельс". Именно в нем происходит реализация тормозных и тяговых усилий.Сила тяги (торможения) реализуется посредством взаимодействия колес ирельсов, результат этого взаимодействия количественно выражается коэффициентом сцепления, обозначаемым в технической литературе символом ψ.Коэффициент сцепления ψ устанавливает связь между силой сцепленияколеса Fк, обеспечивающей перемещение локомотива по рельсам, и вертикальной нагрузкой колес N [1;2]:Fк=ψ × N(1.1)Происходящие в контакте колесо-рельс процессы очень сложны, зависят от множества факторов и плохо поддаются точному аналитическому описанию.
Но для исследования алгоритмов управления ТЭП локомотивов в режиме реализации предельных усилий важно, что в результате фундаментальных теоретических [49-53], а также экспериментальных исследований [54-56]математически описано движение колеса при малых проскальзываниях, атакже получены экспериментальные и приближённые аналитические зависимости коэффициента сцепления от проскальзывания колес (как для малых,так и для больших проскальзываний), называемые характеристиками сцепления (или кривыми сцепления).Положение рабочих точек в различных режимах работы ТЭП можнопроиллюстрировать на характеристике сцепления (рис. 1.1) [2;57]. Приведен11ная характеристика является усредненной, в реальных условиях она имеетстохастический разброс (рис.
1.2) [56], кроме того, крутизна ее восходящегои падающего участков зависит от состояния рельсов (рис. 1.3) [39]. Однакоусредненная характеристика (рис. 1.1) хорошо отражает суть процессов и поясняет связь между коэффициентом сцепления ψ и скоростью проскальзывания (скольжения) колеса в продольном направлении vск. В данном случае коэффициент сцепления выражен в относительных единицах:k = ψ/ψ0,(1.2)где k – относительный коэффициент сцепления (в относительных единицах);ψ0 – потенциальный коэффициент сцепления, то есть, максимально возможный в заданных условиях движения (погодных, производственных и др.).а)б)Рис. 1.1.
Характеристика сцепления: а – в режиме тяги с различным расположениемрабочих точек ТЭП; б – в режимах тяги и торможенияВ продольном направлении скорость проскальзывания (скольжения)колеса может выражаться как в абсолютных единицах, так и в долях (или впроцентах). Скорость скольжения в процентах определяется по формулеvск % =vk − v л100%vл(1.3)где vk –скорость линейная точки на ободе колеса (далее скорость колеса);vл –скорость линейная локомотива.12На рис. 1.1а изображена характеристика сцепления для режима тяги, вкотором для реализации тягового усилия скорость колеса должна быть немного больше скорости локомотива (первый квадрант координатной плоскости).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
