Файл: Пояснительная записка к дипломному проекту дп 23. 05. 03. 04. 153. Пз студент гр. 153 Д. Ю. Дроголов Консультант по безопасности жизнедеятельности.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.12.2023
Просмотров: 286
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ПРОТИВОБОКСОВОЧНЫХ СИСТЕМ
1.1 Релейные противобоксовочные системы
1.2 Электронные противобоксовочные системы
1.3 Системы регулировки проскальзывания колёсных пар
1.4 Другие противобоксовочные системы
2 АНАЛИЗ СИЛОВОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОВОЗА 2ЭС5К
2.1 Электрические цепи первичной обмотки тягового трансформатора
2.2 Электрические цепи вторичной обмотки трансформатора и тягового электродвигателя в режиме тяги
3 АНАЛИЗ ПРОТИВОБОКСОВОЧНОЙ СХЕМЫ С УРАВНИТЕЛЯМИ
3.1 Принцип работы противобоксовочной схемы
3.2 Модернизация схемы на новые элементы
4 ПРОЕКТ МОДЕРНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОВОЗА 2ЭС5К
4.1 Изначальная компоновка оборудования в секции
4.2 Модернизированная компоновка оборудования в секции
4.3 Монтаж электрических цепей
5 ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ОБСЛУЖИВАНИИ ЭЛЕКТРОВОЗА
5.1 Общие требования безопасности
5.2 Меры безопасности при входе в высоковольтную камеру
5.3 Меры безопасности при поднятии токоприёмника
5.4 Меры безопасности при поднятом токоприёмнике
5.5 Меры безопасности при питании электровоза от сети депо
5.6 Меры безопасности при устранении неисправностей в пути следования
5.7 Меры безопасности при ремонте электровоза
6 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МОДЕРНИЗАЦИИ
6.1 Общая характеристика показателей оценки экономической эффективности технических решений
6.2 Определение затрат на внедрение и реализацию противобоксовочной системы
6.3 Определение экономического эффекта
6.4 Определение показателей экономической эффективности
6.5 Итоговые положения о целесообразности модернизации электровозов 2(3)ЭС5К «Ермак»
;
- панель реле напряжения А6 (ПРН-216) – для защиты блока резисторов от токовых перегрузок;
- реле заземления KV1 (РЗ-303) – для защиты цепей тягового электродвигателя от замыканий на землю;
- панель конденсаторов С1, С2 (1 мкФ) – для снижения уровня радиопомех;
- конденсатор С11–С18 (К75 0,024 мкФ) – для снижения уровня радиопомех.
На основании проведённого анализа силовой схемы 2ЭС5К можно сделать однозначный вывод, – модернизация силовой схемы возможна и не нарушит функционирование электровоза в целом.
Система электрического спаривания осей (ЭСО) электровоза с уравнителями является представителем категории противобоксовочных систем, направленных на увеличение жёсткости тяговой характеристики при возникновении боксования. Взаимосвязь динамической жёсткости тяговой характеристики и боксования представлена на рисунке 3.1. В данном разделе будут исследованы различные режимы работы системы ЭСО и разработана система управления.
Рисунок 3.1 – Влияние динамической жёсткости тяговой характеристики на развитие процесса боксования: 1 – жёсткая тяговая характеристика; 2 – мягкая тяговая характеристика; 3 – зависимость силы сцепления от скорости движения;
4 – изменение силы сцепления при боксовании
В точке К показан режим стабильной реализации силы сцепления. Если, например, из-за дождя произойдёт потеря сцепления на величину ΔF, то возникнет боксование колёсной пары (точка М), из-за превышения силой тяги силы сцепления. Скорость движения боксующей колёсной пары равна сумме скоростей vк поступательного движения и скорости скольжения u колеса по рельсу. При боксовании сила сцепления снижается по кривой 4. При мягкой тяговой характеристике (кривая 2) боксование будет стремиться развиваться в разносное, так как по мере увеличения скорости скольжения разность между силой тяги и силой сцепления будет возрастать. При жёсткой характеристике (кривая 1), сила сцепления при скорости, соответствующей точке N, окажется равной силе тяги. Таким образом скольжение колёсной пары прекратится и наступит новое равновесие.
Система электрического спаривания осей с электрическими уравнителями работает в тяговом режиме и обеспечивает уменьшение скорости проскальзывания боксующих колёсных пар, перераспределение тяговых усилий между колёсными парами, а также автоматическую дозированную подачу песка под боксующую секцию электровоза.
Система уравнителей подключается к средним точкам всех четырёх тяговых двигателей секции электровоза. Схема подключения представлена на рисунке 3.2.
В статическом состоянии (без боксования) средние точки всех двигателей имеют очень близкие потенциалы, а небольшой уравнительный ток компенсируется системой ЭСО. При возникновении боксования ток в якоре боксующего двигателя уменьшается, что приводит к уменьшению потенциала его средней точки по отношению к потенциалам средних точек других тяговых двигателей. Под действием этой разности потенциалов начинают протекать уравнительные токи, подпитывающие обмотку возбуждения боксующего двигателя. В результате этого скорость его вращения уменьшается и процесс боксования прекращается.
Рисунок 3.2 – Контура уравнительных токов
Снижение скорости проскальзывания колёс при боксовании система электрических уравнителей осуществляла следующим образом. При возникновении боксования на двигателе № 1 уменьшится ток, протекающий по якорной обмотке, в результате этого можно говорить об уменьшении потенциала средней точки двигателя № 1 по отношению к потенциалам средних точек остальных тяговых двигателей секции. Эта разность потенциалов вызывает появление уравнительного тока, протекающего по следующим контурам:
- контур первый (сплошная линия): плюс выпрямительно-инверторного преобразователя №1 (ВИП-1) – якорь двигателя №2 – система ЭСО – обмотка возбуждения двигателя №1 (ОВ-1) – минус ВИП-1;
- контур второй (пунктирная линия): плюс ВИП-2 – якорь двигателя №3 – система ЭСО – ОВ-1 – минус ВИП-2;
- контур третий (штрихпунктирная линия): плюс ВИП-2 – якорь двигателя №4 – система ЭСО – ОВ-1 – минус ВИП-2.
Таким образом, боксование первого двигателя вызывает перераспределение нагрузки между другими двигателями в секции электровоза и одновременную подпитку его собственной обмотки возбуждения уравнительным током. В результате подвозбуждения боксующего двигателя увеличивается «жёсткость» его характеристики и, следовательно, уменьшается скорость проскальзывания связанной с ним колёсной пары. Характер перераспределения нагрузки между не боксующими двигателями зависит от разброса характеристик электрического оборудования конкретного локомотива и системы ЭСО.
Принципиальная схема силовой части системы уравнителей [6] изображена на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 – Схема силовых цепей системы электрических уравнителей
Блоки диодных уравнителей (БД1 и БД2) обеспечивают протекание уравнительных токов между всеми тяговыми двигателями секции электровоза. Тиристорный стабилизатор напряжения (ТСН) управляет тиристорами и поддерживает на выходе заданное напряжение, он служит для компенсации разброса характеристик тяговых двигателей. Трансформатор постоянного тока (ТПТ) предназначен для измерения величины уравнительного тока. Панель управления (ПУ) формирует управляющие импульсы на тиристоры ТСН и управляет электропневматическими вентилями «песочниц» электровоза. Трансформатор Т13 вырабатывает напряжения питания для ТСН и ПУ. Автоматический быстродействующий выключатель QF2 защищает оборудование от аварийного уравнительного тока, например, при круговом огне на коллекторе. Сглаживающий дроссель ДР ограничивает скорость нарастания аварийного тока. Диод, включённый параллельно выходу ТСН, уменьшает перенапряжение на контактах быстродействующего выключателя в момент его отключения.
Согласно [6] испытания системы ЭСО проводились в 1989–1990 гг. на электровозах ВЛ80Р-1798 и ВЛ80Т-1112. По их итогам было выяснено, что в нормальном режиме эксплуатации ток уравнителя достигал 10–40 А, а в режиме боксования 150–200 А. Помимо этого использование новой противобоксовочной системы позволило почти полностью отказаться от подсыпки песка под КП.
В предыдущем подразделе приводится принципиальная схема силовой части системы ЭСО с использованием трансформатора и тиристорного стабилизатора напряжения для компенсации разброса характеристик тяговых двигателей. Современное развитие электроники позволяет заменить оба устройства IGBT-транзистором в модульном исполнении, что упрощает конструкцию системы и снижает общую её стоимость.
Применение IGBT-модуля обусловлено его способностью работать с высоким коммутируемым напряжением (до 10000 В) и током (до 1600 А) при
одновременно высоком входном сопротивлении, а также повышенном быстродействии устройства [7].
Усовершенствованная принципиальная схема силовой части системы уравнителей, изображена на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 – Усовершенствованная силовая схема электрических уравнителей
Блоки диодных уравнителей (БД1 и БД2) обеспечивают протекание уравнительных токов между всеми тяговыми двигателями секции электровоза. Система управления (СУ) определяет по сигналу с датчиков наличие боксования и по необходимости даёт команду драйверу IGBT-модуля, а также управляет электропневматическими вентилями «песочниц» электровоза. Автоматический быстродействующий выключатель QF2 защищает оборудование от аварийного уравнительного тока, например, при круговом огне на коллекторе. Сглаживающий дроссель ДР ограничивает скорость нарастания аварийного тока. IGBT-модуль служит в качестве «ключа» электрической цепи системы ЭСО, управляющее напряжение на который подаётся через драйвер (Д).
Принцип работы силовой схемы системы ЭСО заключается в следующем. Датчик напряжения (ДН) фиксирует величину разности потенциалов, возникающую из-за разброса характеристик тяговых двигателей. В статическом состоянии (без боксования) управляющее напряжение на IGBT-модуль не подаётся, что соответствует его закрытому режиму работы. В состоянии боксования система управления, при помощи драйвера, полностью открывает IGBT-модуль, что способствует беспрепятственному протеканию уравнительных токов. Величина уравнительного тока измеряется датчиком ДТ, сигнал с которого поступает в систему управления ЭСО.
- панель реле напряжения А6 (ПРН-216) – для защиты блока резисторов от токовых перегрузок;
- реле заземления KV1 (РЗ-303) – для защиты цепей тягового электродвигателя от замыканий на землю;
- панель конденсаторов С1, С2 (1 мкФ) – для снижения уровня радиопомех;
- конденсатор С11–С18 (К75 0,024 мкФ) – для снижения уровня радиопомех.
На основании проведённого анализа силовой схемы 2ЭС5К можно сделать однозначный вывод, – модернизация силовой схемы возможна и не нарушит функционирование электровоза в целом.
3 АНАЛИЗ ПРОТИВОБОКСОВОЧНОЙ СХЕМЫ С УРАВНИТЕЛЯМИ
Система электрического спаривания осей (ЭСО) электровоза с уравнителями является представителем категории противобоксовочных систем, направленных на увеличение жёсткости тяговой характеристики при возникновении боксования. Взаимосвязь динамической жёсткости тяговой характеристики и боксования представлена на рисунке 3.1. В данном разделе будут исследованы различные режимы работы системы ЭСО и разработана система управления.
Рисунок 3.1 – Влияние динамической жёсткости тяговой характеристики на развитие процесса боксования: 1 – жёсткая тяговая характеристика; 2 – мягкая тяговая характеристика; 3 – зависимость силы сцепления от скорости движения;
4 – изменение силы сцепления при боксовании
В точке К показан режим стабильной реализации силы сцепления. Если, например, из-за дождя произойдёт потеря сцепления на величину ΔF, то возникнет боксование колёсной пары (точка М), из-за превышения силой тяги силы сцепления. Скорость движения боксующей колёсной пары равна сумме скоростей vк поступательного движения и скорости скольжения u колеса по рельсу. При боксовании сила сцепления снижается по кривой 4. При мягкой тяговой характеристике (кривая 2) боксование будет стремиться развиваться в разносное, так как по мере увеличения скорости скольжения разность между силой тяги и силой сцепления будет возрастать. При жёсткой характеристике (кривая 1), сила сцепления при скорости, соответствующей точке N, окажется равной силе тяги. Таким образом скольжение колёсной пары прекратится и наступит новое равновесие.
3.1 Принцип работы противобоксовочной схемы
Система электрического спаривания осей с электрическими уравнителями работает в тяговом режиме и обеспечивает уменьшение скорости проскальзывания боксующих колёсных пар, перераспределение тяговых усилий между колёсными парами, а также автоматическую дозированную подачу песка под боксующую секцию электровоза.
Система уравнителей подключается к средним точкам всех четырёх тяговых двигателей секции электровоза. Схема подключения представлена на рисунке 3.2.
В статическом состоянии (без боксования) средние точки всех двигателей имеют очень близкие потенциалы, а небольшой уравнительный ток компенсируется системой ЭСО. При возникновении боксования ток в якоре боксующего двигателя уменьшается, что приводит к уменьшению потенциала его средней точки по отношению к потенциалам средних точек других тяговых двигателей. Под действием этой разности потенциалов начинают протекать уравнительные токи, подпитывающие обмотку возбуждения боксующего двигателя. В результате этого скорость его вращения уменьшается и процесс боксования прекращается.
Рисунок 3.2 – Контура уравнительных токов
Снижение скорости проскальзывания колёс при боксовании система электрических уравнителей осуществляла следующим образом. При возникновении боксования на двигателе № 1 уменьшится ток, протекающий по якорной обмотке, в результате этого можно говорить об уменьшении потенциала средней точки двигателя № 1 по отношению к потенциалам средних точек остальных тяговых двигателей секции. Эта разность потенциалов вызывает появление уравнительного тока, протекающего по следующим контурам:
- контур первый (сплошная линия): плюс выпрямительно-инверторного преобразователя №1 (ВИП-1) – якорь двигателя №2 – система ЭСО – обмотка возбуждения двигателя №1 (ОВ-1) – минус ВИП-1;
- контур второй (пунктирная линия): плюс ВИП-2 – якорь двигателя №3 – система ЭСО – ОВ-1 – минус ВИП-2;
- контур третий (штрихпунктирная линия): плюс ВИП-2 – якорь двигателя №4 – система ЭСО – ОВ-1 – минус ВИП-2.
Таким образом, боксование первого двигателя вызывает перераспределение нагрузки между другими двигателями в секции электровоза и одновременную подпитку его собственной обмотки возбуждения уравнительным током. В результате подвозбуждения боксующего двигателя увеличивается «жёсткость» его характеристики и, следовательно, уменьшается скорость проскальзывания связанной с ним колёсной пары. Характер перераспределения нагрузки между не боксующими двигателями зависит от разброса характеристик электрического оборудования конкретного локомотива и системы ЭСО.
Принципиальная схема силовой части системы уравнителей [6] изображена на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 – Схема силовых цепей системы электрических уравнителей
Блоки диодных уравнителей (БД1 и БД2) обеспечивают протекание уравнительных токов между всеми тяговыми двигателями секции электровоза. Тиристорный стабилизатор напряжения (ТСН) управляет тиристорами и поддерживает на выходе заданное напряжение, он служит для компенсации разброса характеристик тяговых двигателей. Трансформатор постоянного тока (ТПТ) предназначен для измерения величины уравнительного тока. Панель управления (ПУ) формирует управляющие импульсы на тиристоры ТСН и управляет электропневматическими вентилями «песочниц» электровоза. Трансформатор Т13 вырабатывает напряжения питания для ТСН и ПУ. Автоматический быстродействующий выключатель QF2 защищает оборудование от аварийного уравнительного тока, например, при круговом огне на коллекторе. Сглаживающий дроссель ДР ограничивает скорость нарастания аварийного тока. Диод, включённый параллельно выходу ТСН, уменьшает перенапряжение на контактах быстродействующего выключателя в момент его отключения.
Согласно [6] испытания системы ЭСО проводились в 1989–1990 гг. на электровозах ВЛ80Р-1798 и ВЛ80Т-1112. По их итогам было выяснено, что в нормальном режиме эксплуатации ток уравнителя достигал 10–40 А, а в режиме боксования 150–200 А. Помимо этого использование новой противобоксовочной системы позволило почти полностью отказаться от подсыпки песка под КП.
3.2 Модернизация схемы на новые элементы
В предыдущем подразделе приводится принципиальная схема силовой части системы ЭСО с использованием трансформатора и тиристорного стабилизатора напряжения для компенсации разброса характеристик тяговых двигателей. Современное развитие электроники позволяет заменить оба устройства IGBT-транзистором в модульном исполнении, что упрощает конструкцию системы и снижает общую её стоимость.
Применение IGBT-модуля обусловлено его способностью работать с высоким коммутируемым напряжением (до 10000 В) и током (до 1600 А) при
одновременно высоком входном сопротивлении, а также повышенном быстродействии устройства [7].
Усовершенствованная принципиальная схема силовой части системы уравнителей, изображена на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 – Усовершенствованная силовая схема электрических уравнителей
Блоки диодных уравнителей (БД1 и БД2) обеспечивают протекание уравнительных токов между всеми тяговыми двигателями секции электровоза. Система управления (СУ) определяет по сигналу с датчиков наличие боксования и по необходимости даёт команду драйверу IGBT-модуля, а также управляет электропневматическими вентилями «песочниц» электровоза. Автоматический быстродействующий выключатель QF2 защищает оборудование от аварийного уравнительного тока, например, при круговом огне на коллекторе. Сглаживающий дроссель ДР ограничивает скорость нарастания аварийного тока. IGBT-модуль служит в качестве «ключа» электрической цепи системы ЭСО, управляющее напряжение на который подаётся через драйвер (Д).
Принцип работы силовой схемы системы ЭСО заключается в следующем. Датчик напряжения (ДН) фиксирует величину разности потенциалов, возникающую из-за разброса характеристик тяговых двигателей. В статическом состоянии (без боксования) управляющее напряжение на IGBT-модуль не подаётся, что соответствует его закрытому режиму работы. В состоянии боксования система управления, при помощи драйвера, полностью открывает IGBT-модуль, что способствует беспрепятственному протеканию уравнительных токов. Величина уравнительного тока измеряется датчиком ДТ, сигнал с которого поступает в систему управления ЭСО.