Оценка тяговых качеств тепловозов с различными характеристиками электрической передачи при буксовании тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.01, кандидат технических наук Каилембо, Ричард

• Каилембо, Ричард
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Каилембо, Ричард

ВВБЩЕНИЕ

Глава I. КОЭФШДОНТ СЦЕПЛЕНИЯ И ТЯГОШЕ КАЧЕСТВА

ТЕПЛОЕОЗШ.

1.1. Характеристика условий эксплуатации локомотивов на железных дорогах Объединенной Республики Танзании.

1.2. Факторы, влияющие на коэффициент сцепления колес локомотива с рельсами . II

1.3. Влияние характеристик электрической передачи на тяговые свойства тепловозов

1.4. Постановка задачи и метод исследования

1.5. Критерии оценки тяговых качеств тепловозов при буксовании

Глава П. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОВ БУКСОВАНИЯ

ТЕПЛОВОЗА.

2.1. Передача с постоянной мощностью тягового генератора при буксовании

2.2. Передача с постоянным напряжением тягового генератора при буксовании

2.3. Передача с постоянным магнитным потоком тяговых электродвигателей при буксовании

Глава Ш. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ БУКСОВАНИЯ ТЕПЛОВОЗА

ПЕЙ «ЩСКРЕТНЫХ ИЗМЕНЕНИЯХ Vo И L.

3.1. Передача с постоянной мощностью тягового генератора при буксовании

3.2. Передача с жесткими динамическими характеристиками генератора (ЖДХ) при буксовании

3.3. Передача с постоянным напряжением тягового генератора при буксовании

3.4. Передача с постоянным магнитным потоком тяговых электродвигателей при буксовании

3.5. Сравнение процессов буксования тепловоза при различных характеристиках электрической передачи.

Глава СТАТИСТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ БУКСОВАНИЯ ТЕПЛОВОЗА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ ЭЯЕКетЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ -.

4.1. Статистическая модель процессов буксования тепловоза.

4.2. Определение необходимого числа экспериментов

4.3. Статистическое исследование процессов буксования тепловоза при передаче с жесткими динамическими характеристиками тягового генератора

4.4. Статистическое исследование процессов буксования тепловоза при передаче с постоянным напряжением тягового генератора.

4.5. Статистическое исследование процессов буксования тепловоза при передаче с постоянным магнитным потоком тяговых электродвигателей.

ОСНОВНЫЕ вывода.ЗВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка тяговых качеств тепловозов с различными характеристиками электрической передачи при буксовании»

Непрерывный рост грузовых и пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте влечет за собой необходимость создания более мощных локомотивов, в том числе и тепловозов с электрической передачей с тем, чтобы повысить пропускную и провозную способность железных дорог.

Повышение мощности и силы тяги локомотивов наталкивается на ограничение в виде предельной силы тяги по сцеплению, в результате чего вероятность возникновения буксования колесных пар резко возрастает. Ограничение силы тяги по сцеплению определяется максимально возможной (потенциальной) силой сцепления, которая в свою очередь зависит от многих факторов:

- факторы, связанные с конструкцией и состоянием локомотива;

- факторы, связанные с конструкцией и состоянием верхнего строения пути;

- факторы, связанные с атмосферными условиями и состоянием поверхностей контакта колес с рельсами.

Характер протекания процессов буксования локомотивов определяется соотношением между силой тяги колесных пар и силами сцепления между колесами и рельсами. Существенное влияние на процессы буксования оказывают характеристики привода колесных пар, которые хотя и не имеют непосредственного отношения к уровню силы тяги перед срывом сцепления, но в значительной степени определяют характер развития начавшегося буксования. В настоящее время существуют многочисленные противобуксовочные системы и устройства, формирующие характеристики электрической передачи в процессе буксования. Особенности поведения системы "двигатель - колесо - рельс" при различных характеристиках электрической передачи проявляются в большей или меньшей склонности к буксованию и способности восстановления сцепления. В результате существенно различными оказываются реализуемые тепловозами тяговые качества при различных характеристиках электрической передачи. В то же время отсутствуют общепринятые способы и методы, по которым можно было бы оценить и сравнить различные противобуксовочные устройства и их влияние на тяговые качества. Поэтому задача оценки сравнительной эффективности различных противобуксовочных систем тепловозов является весьма важной и актуальной.

Сравнение тяговых параметров тепловозов, имеющих различные характеристики электрической передачи, до настоящего времени проводилось либо теоретически при детерминированных параметрах, либо на экспериментальной основе. Известно, однако, что в условиях эксплуатации действует множество факторов, случайно изменяющихся в процессе движения и влияющих на реализуемый в месте контакта колес с рельсами коэффициент сцепления.

При экспериментальном исследовании для объективной оценки тяговых качеств тепловозов необходимо проведение продолжительных исследований, учитывающих всё возможное многообразие факторов, влияющих на коэффициент сцепления. Вместе с тем, экспериментальное сравнение тяговых параметров тепловоза при различных противобуксовочных устройствах весьма затруднено из-за сложности или невозможности обеспечения идентичных условий в процессе проведения экспериментов.

Трудности чисто экспериментального исследования могут быть преодолены при использовании методов математического моделирования /1/ с учетом случайного изменения наиболее влияющих факторов. Исходя из этого и была поставлена задача разработки метода оценки тяговых качеств тепловозов с различными характеристиками электрической передачи при буксовании с целью оценки сравнительной эффективности различных противобуксовочных устройств в сопоставимых условиях.

В плане поставленной задачи рассматривается ряд вопросов:

- анализ влияния характеристик электрической передачи на тяговые качества тепловозов;

- анализ и выбор критериев сравнительной оценки тяговых качеств тепловозов при буксовании;

- выбор метода исследования;

- разработка математической модели для исследования процессов буксования при различных характеристиках электрической передачи;

- аналитическое исследование процессов буксования тепловоза без учета случайного изменения влияющих факторов;

- статистическое исследование процессов буксования тепловоза методом дискретного моделирования случайных процессов;

- сравнительная оценка тяговых качеств тепловоза при различных характеристиках электрической передачи.

Исследования процессов буксования тепловоза проводились на ЭВМ серии EC-I055, а по результатам исследования сделан ряд выводов и рекомендаций относительно путей обеспечения наилучших противобуксовочных свойств тепловоза.

Заключение диссертации по теме «Локомотивы (электровозы, тепловозы, газотурбовозы) и вагоны», Каилембо, Ричард

основные вывода

1. Характеристики электрической передачи при буксовании, определяющие жесткость тяговых характеристик привода колесных пар, оказывают существенное влияние на тяговые качества тепловоза при нарушениях сцепления колес с рельсами.

2. Оценка различных конструктивных мероприятий, направленных на улучшение характеристик электрической передачи при буксовании, до сих пор проводилась экспериментальным путем, связанным с большим объемом работ и не дающим объективной оценки из-за невозможности обеспечения идентичных условий сравнения и сложности получения достоверных статистических данных.

3. Предложенный метод оценки путем математического моделирования процессов буксования тепловоза с различными характеристиками электрической передачи при дискретных значениях коэффициента сцепления и длины участка, на котором он действует, позволяет на основании выбранных критериев оценки тяговых качеств, предварительно сравнить различные конструктивные решения и выбрать наиболее рациональные.

4. Разработанный метод статистической оценки при случайных изменениях коэффициента сцепления, длины участка и вертикальной нагрузки на колесную пару обеспечивает достоверную оценку тяговых качеств тепловозов при различных характеристиках электрической передачи при минимальных затратах времени и материальных рес урсов.

5. Достоверность оценки обеспечивается использованием реальных вероятностных факторов, определяющих сцепление колес с рельсами и полной идентичностью условий экспериментов, в которых проводится сравнение различных вариантов.

6. Проведенное по разработанной методике сравнение тяговых качеств тепловоза с передачами, имеющими при буксовании постоянную мощность тягового генератора ( Рг = Const ), идеальные жесткие динамические характеристики генератора (ДЦХ), постоянное напряжение тягового генератора ( Ur - Const ) и постоянный магнитный поток тяговых электродвигателей при ЖДХ генератора ( = Const ), показало:

- из рассмотренных видов передач только передача с

Ф = Const и ЖДХ обеспечивает работу при ограничениях по сцеплению при минимальных потерях силы тяги, энергии и износах бандажей и рельсов;

- при равных условиях передача с Ф^Ь = Const обеспечивает потери энергии на 25% меньше, чем передача с Ur = Const , и на 54$ по сравнению с передачей с ЖДХ;

- избыточный путь колесных пар, пройденный при скольжении и характеризующий износ бандажей и рельсов, для передачи с Ф^Е = Const на TJo% меньше, чем для передачи с Ur = Const , и на 7С$ по сравнению с передачей с ЖДХ;

- максимальные скорости скольжения колесных пар равны соответственно ОД, 5-5,5 и 12-16 м/с при скорости тепловоза 6,9 м/с;

- передача с Рг = Const при нарушениях сцепления переходит в режим разносного буксования из-за перераспределения мощности и требует дополнительных воздействий (снижения мощности) для прекращения буксования;

- в некоторых случаях (3% от общего числа опытов) при глубоких и длительных нарушениях сцепления передача с = Const также попадает в режим разносного буксования и требует дополнительных воздействий.

7. Предложенный метод позволяет сравнительно просто видоизменить модель для исследования передач с другими характеристиками.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Каилембо, Ричард, 1984 год

1. Самарский А.А. Современная прикладная математика и вычислительный эксперимент. Коммунист, 1983, № 18, с.31-42.

2. Минов Д.К. Повышение тяговых свойств электровозов и тепловозов с электрической передачей. М., Транспорт, 1965, 267 с.

3. Менщутин Н.Н. Зависимость между силой сцепления и скоростью скольжения колесной пары локомотивов. Вестник ВБИИЖТ, № 7, I960, с.12-16.

4. Меншутин Н.Н. Исследование колесной пары электровоза при реализации силы тяги в эксплуатационных условиях. Труды ВНИИЖТ, вып.188, I960, с.113-133.

5. Бычковский А.В. О коэффициенте сцепления при высоких скоростях движения. Вестник ВНИИЭТ, вып.7, 1972, с.18-24.

6. Еычковский А.В. Новые методы экспериментального исследования сцепления между рельсами и одиночными осями электровозов и тепловозов. Вестник ВНИИЖТ, вып.2, 1958, с.52-54.

7. Гриневич В.П., Юнюшин В.В. Экспериментальные исследования характеристик сцепления колесных пар тепловозов с рельсами.

8. Труды ВНИТИ, вып.54, Коломна, 1981, с.10-21. §

9. Знвенховен Н. Экспериментальные исследования сцепления движущей оси с приводом трехфазного тока. Железные дороги мира, № 12, 1981, с.7-18.

10. Фин X., Вейнхард М., Зеевенховен Н. Опытный электровоз с тяговыми двигателями трехфазного тока нидерландских железных дорог. Измерение сил сцепления колес с рельсами. Железные дороги мира, № II, 1980, с.12-23.

11. Френкель Э.М. К вопросу о сцеплении колес с рельсом. Труды ЖТа, вып.23, 1953, с.106-113.

12. Наумов В.И. Влияние контактной прочности металла на силу сцепления колеса с рельсом. Труды ВНИИЖТ, вып.255, 1963, с.128-147.

13. Ларин Т.В. Износ и пути продления срока службы бандажей железнодорожных колес. Труды ВНИИЖТ, вып. 165, 1958, 166 с.

14. Лужнов Ю.М. Физические основы и закономерности сцепления колес локомотивов с рельсами. Дно. д-ра техн.наук. М., 1978. 384 с.

15. Под ред. И.П.Исаева. Физико-химическая механика сцепления. Труды ШИТ, вып.445, 1973, 186 с.

16. Вербек Г. Современное представление о сцеплении и его использование. Железные дороги мира, № 4, 1974, с.23-53.

17. Под ред. Н.А.Зуфрянского и А.Н.Бевзенко. Развитие локомотивной тяги. М., Транспорт, 1982. 303 с.

18. Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров Н.Н. Теория электрической тяги. М., З^анспорт, 1983. 328 с.

19. Под ред. 0.А.Некрасова. Режимы работы магистральных электровозов. М., Транспорт, 1983. 231 с.

20. Мигунштейн А.А. Экспериментальные исследования режимов работы электровозов постоянного тока. Вестник ВНИИЖТ, вып.2, 1983, с.19-24.

21. Исаев И.П. Случайные факторы и коэффициент сцепления. М., Транспорт, 1970. 184 с.

22. Исаев И.П. и др. Вероятностная оценка увеличения коэффициента сцепления локомотивов с групповым приводом колесных пар. 1£уды МИИТа, вып.585, 1978, с.3-12.

23. Кожакин А.Ф. Исследование сцепления колес локомотивов с рельсами на промышленном транспорте. М., Транспорт, 1981, с.65-87.

24. Котов С.Г. Вероятностный метод исследования реализации силы сцепления колес электровозов с рельсами. Дис. канд.техн. наук, М., 1965. 167 с.

25. Лисунов В.Н. Реализация сцепления при случайных воздействиях. Омск, 1979, C.II-I6.

26. Исаев И.П., Петраковский С.С. Методика учета климатических и эксплуатационных факторов при определении весовых норм грузовых поездов железных дорог Крайнего Севера. Труды МИИТа, вып.524, 1976, с.7-20.

27. Филиппов Л.К. Повышение эффективности устройств обнаружения и прекращения буксования колес тепловозов с электрической передачей. 1£уды ВНИИЖТ, вып.272, 1964, с.101-164.

28. Филиппов Л.К., Михневич Г.А., Симсарян Р.А. Выбор рациональной схемы обнаружения и прекращения буксования для тепловозов с параллельным соединением тяговых электродвигателей. Труды ВНИИЖТ, вып.349, 1968, с.83-117.

29. Филиппов Л.К. Тепловозы 2ТЭ1Ш с комплексным электрическим противобуксовочным устройством. Электрическая и тепловозная тяга, № 1/2, 1971, с.15-19.

30. Филиппов Л.К. Результаты эксплуатационных испытаний на тепловозах 2ТЭ1СШ комплексного электрического протиЕобуксо-вочного устройства. Труды ВНИИЖТ, вып.527, 1974, с.42-72.

31. Перегудов Ю.М., Новиков И.А., Шевченко С.И. Система регулирования генератора, формирующая внешние характеристики повышенной жесткости. Труды ВНИШ, вып.56, 1982, с.3-13.

32. Варешн Ю.А., Перегудов Ю.М., Сергеев В.Л., Филиппов Л.К. Выбор места ввода сигнала на сброс нагрузки в систему регулирования дизель-генератора при буксовании тепловоза. Труды ВНИТИ, вып.45, 1977, с.146-151.

33. Рудая К.И., Беляев А.И. Статишжческие характеристики тяговых электродвигателей в режиме буксования при различных схемах их включения. Труды МИИТа, вып.402, 1972, с.116-126.

34. Головатый А.Т. Сцепные свойства электровозов при многовдат-ной тяге. Железнодорожный транспорт, й 10, 1976, с.55-57.

35. Фаминский Е.В., Меншутин Н.Н. Автоматическое регулирование возбуждения тяговых двигателей для повышения сцепления ло-комотиеов. Труды ВНИИЖТ, вып.396, 1969, с.3-19.

36. Фаминский Г.В., Менщутин Н.Н. Пути повышения сцепления у электровозов постоянного тока. Труды ВНИИЖТ, вып.396, 1969, с.20-29.

37. Лисунов В.И. О жесткости тяговых характеристик параллельно-работающих машин при буксовании. Труды ШИТ, вып.605, 1978, с.28-37.

38. Сергеев В.Л. О применении уравнительных соединений в противо-буксовочных схемах перспективных тепловозов. Труды ВНИТИ, вып.37, 1972, с.40-49.

39. Сергеев В.Л., Перегудов Ю.М., Ким С.И. Улучшение характеристик защиты в противобуксовочных схемах с уравнительными соединениями. Труды ВНШИ, вып.51, 1980, с.33-38.

40. Сергеев В.Л., Комиссарова Л.В. Перспективы использования уравнительных соединений на тепловозах большой мощности. Труды ВНИШ, вып.56, 1982, с. 19-27.

41. Фаминский Г.В. Увеличение нагрузок тяговых электродвигателей с жесткими противобуксовочными характеристиками. Труды ВНШЖТ, вып.541, 1975, с.69-74.

42. Чернов Р.В. О степени противобуксовочного воздействия методом ослабления поля. Труды УЭМИИТа, вып.62, 1979, с.31-34.

43. Аникиев И.П. Исследование тяговых качеств тепловозов с двигателями независимого возбуждения. Дис. канд.техн.наук, М., 1976. 184 с.

44. Бородзулин И.П. Результаты испытания тепловозов с тяговыми двигателями независимого возбуждения. Труды МИИТа, вып.486, 1975, с.13-23.

45. Фаминский Г.В., Меншутин Н.Н. и др. Характеристика сцепления электровоза с независимым возбуждением тяговых двигателей. Вестник ВНИИЖТа, вып.6, 1974, с.17-24.

46. Ликратов Ю.Н. Возможности улучшения тяговых свойств локомотивов. Железнодорожный транспорт, № 2, 1983, с.46-48.

47. Зольников С.С. Вертикальная динамика локомотивов. Вестник ВНИИЖТ, № 2, I960, с.24-29.

48. Беляев А.И. Стохастическая устойчивость работы тягового привода. Вестник ВНИИЖТ, № 4, 1973, с.32-36.

49. Беляев А.И. Влияние конструкции тягового привода на динамические нагрузки пути. Вестник ВНИИЖТ, 3, 1977, с.15-19.

50. Коняев А.Н., Андреев А.А. О возможности значительно лучшего использования сцепной массы локомотивов. Труды ЖИТа, вып.12, 1980, с.12-19.

51. Иванов В.Н., Беляев А.И. Экспериментальное определение оценок вероятностных характеристик случайного процесса вертикальной нагрузки колеса и колесной пары на путь. Труды МИИТ, вып.627, 1979, с.68-76.

52. Беляев А.И., Белов В.К. Вероятностные характеристики стохастических колебаний колесной пары тепловоза 2ТЭ1СШ. Вестник ВНИИЖТ, I, 1971, с.36-44.

53. Львов А.А. и др. Некоторые характеристики вертикальных неровностей пути. Вестник ВБИИЖТ, JS 3, 1971, с.39-40.

54. Беляев А.И. Вероятностные характеристики неровностей железнодорожного пути. Труды ВНИТИ, вып.42, 1975, с.77-85.

55. Исаев И.П. и др. Вычислительная техника в инженерных и экономических расчетах. М., Транспорт, 1977, 272 с.

56. Лису нов В.Н. Моделирование процессов реализации сцепления на ЭВМ. Омск, 1979, с.21-27.

57. Потапов А.С., Лисицын А.Л., Ребрик С.Б. Коэффициент сцепления грузовых электровозов. Труды ВНИИЖТ, вып.478, 1972,с.14-21.

58. Потапов А.С. Влияние расчетного коэффициента сцепления на провозную способность участка. Вестник ВНИИЖТ, № 8, 1976, с.1-9.

59. Под ред. В.В.Деева и Н.А.фуфрянского. Подвижной состав и тяга поездов. М., Транспорт, 1979. 368 с.

60. Львов Н.В. Влияние типа тягового привода и характеристик неровностей пути на сцепные свойства локомотивов. Дис. канд.техн.наук. М., 1979. 178 с.

61. Сергеев В.Л., Перегудов Ю.М. Критерии сравнения противобук-совочных свойств магистральных тепловозов. Труды ВНИТИ, вып.56, 1982, с.28-32.

62. Бородулин И.П., Кайлембо Р. Математическая модель тепловоза при буксовании. Труды МИИТ, 1984, вып.^1/! с.

63. Лисунов В.Н. Энергетические соотношения при реализации сцепления. Труда ОмИИТа, еып.186, 1977, с.3-8.

64. Лужнов Ю.М.,. Черепашенец Р.Г., Сазанова Н.А. О выборе расчетных коэффициентов сцепления. Электрическая и тепловозная тяга, № 6, 1977, с.38-40.

65. Правило тяговых расчетов для поездной работы. М., Транспорт, 1969, 319 с.

66. Исследование и разработка системы уравнительных соединений для тепловозов мощностью 6000 л.с. Отчет по НИР ВНИТЙ,

67. И-91-80, Коломна, 1980. 135 с.

68. Тарасов Б.Ф. Влияние силы трения в рессорном подвешивании на величину статического давления колес на рвльсы. Труды ЛИИЖТа, 1969, вып.232, с.24-28.

69. Исследование тягоеых свойств тепловозов 2ТЭ10Я и 2ТЭ10В е зоне ограничения по сцеплению. Технический отчет, !Ь И-07-77, ВШИ, 1977. 126 с.

70. Шрайбер Т.Дж. Моделирование на QPSS. М., Машиностроение, 1980. 592 с.

71. Ашмарин П., Васильев Н.Н., Амбросов В.А. Быстрые методы статистической обработки и планирование экспериментов. Изд. Ленинградского ун-та, 1971. 76 с.

72. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. М.: Наука, 1971. 576 с.

73. Боролулин И.П., Кайлембо Р. Оценка тяговых качеств тепловозов с различными характеристиками электрической передачипри буксовании.руК0ПИсь деп. в ЦНИИТЭИ МПС № 2810-84 Деп.

74. Захаров Е.К., Севастьянов Б.А., Чистяков В.П. Теория вероятностей. М.: Наука, 1983. 158 с.73» Longstone С.P. and others. Locomotive Frictioncreep studies. Trans. £SME, Journal of Engineering for Industries. Vol.102, № 3, 1980, p.275-281.

75. Collins A.H. and Pritchard C. Recent research on Adhesion. The Railway Engineering Journal, № 5, 1972, p.19-34.

76. T.A.Greaves. Traction Adhesion Problems. The Railway Engineering Journal, № 3, 1972, p.38-45.

77. Dobbs D.T. Plasma fourch proved for low speed application. Railway Garette, 1969, vol.125, № 21, p.37-39.

78. Ephraim M. Pacts about adhesion. Railway Garette International, London, 1981, vol.137, № 6, p.68-69.

79. Ohyama T. and Shirai S. Adhesion of higher speeds and its control. Quarterly Reports, Railway Technical Research Institute, Tokyo, 1982, vol.23, № 3, p.97-104.

80. Why do electrics have greater adhesion than diesels. Report of the ASME/IEEE joint railroad conference. Railway Locomotives and cars, 1972, vol.146, № 4, p.16-18.

81. The Great Afhesion Race. Railway Age, 1980, vol.181, № 7, p.17-18.

82. Dynamic loading at rail joints. Railway Garette, 1969, vol.125, № 15, p.616-619.

83. Vertical djmamics of a single wheel set on rails with periodical irregularities. Vehicle system dynamics, 1982, vol.11, № 2, p.107-120.