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: 291
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»
Затем оно снова возбуждается, и подача песка повторяется. В этой схеме пульс-пару составляют реле 205 и 269. Аналогично выполнена защита от боксования на электровозах ВЛ80 всех индексов.
Системы данной категории используют более чувствительные алгоритмы обнаружения боксования. Их применение нашло себя в последних версиях электровозов ВЛ85, а также в более усовершенствованном виде на электровозах серий ВЛ65, ЭП1, Э5К, 2ЭС5К и 3ЭС5К. Начиная с электровозов серии ЭП1 электронные противобоксовочные системы создавались на базе микропроцессоров, работающих по заложенному в них алгоритму. Однако основным способом противодействия боксованию всё также осталась подсыпка песка, но уже осуществляющаяся в большей степени в автоматическом режиме. При обнаружении боксования всех колёсных пар данные системы производят снижение силы тяги электровоза, что и приводит в конечном итоге к восстановлению должного сцепления колёс с рельсами.
Схема защиты от боксования на электровозах 2ЭС5К и 3ЭС5К представлена на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 – Принципиальная схема противобоксовочной системы электровозов
2ЭС5К и 3ЭС5К
Принцип действия представленной противобоксовочной схемы заключается в следующем. Защита от боксования и юза обеспечивается подсыпкой песка под колёсные пары и снижением момента тяговых двигателей. Подсыпка песка может осуществляться периодически кратковременным нажатием кнопки S57 «ПЕСОК 1», педали S29 «ПЕСОК» головной (хвостовой) секции или автоматически по сигналу блока управления А55 каждой секции при боксовании и юзе, а также при служебном и экстренном торможениях. При этом на каждой секции в зависимости от направления движения включаются электропневматические клапаны песочниц У11, У13 или У12, У14, обеспечивающие подсыпку песка под первую по ходу движения колёсную пару каждой тележки головной (хвостовой) секции и бустерной.
Напряжение на клапаны песочник У11–У14 подаётся через выключатель SF30 «ПЕСОК, СИГНАЛЫ, РЕЗЕРВУАРЫ» и контакты переключателя SA3 головной (хвостовой) секции.
Для обеспечения автоматической подсыпке песка при боксовании и юзе необходимо включить тумблер S30 «ПЕСОК АВТОМАТИЧЕСКИ» на головной (хвостовой) секции. При этом напряжение на катушки клапанов песочниц У11–У14 подаётся по цепи:
- на головной (хвостовой) секции: провод Э53, блок управления А55, панели диодов U52, U59, U60, контакты реле KV16 в зависимости от направления движения;
- на бустерной секции: провод Э53, блок управления А55, панели диодов U52, U59, U60, контакты переключателей QP1 блоков А11, А12 в зависимости от направления движения.
Панель диодов U52 предназначена для исключения подачи напряжения в блок управления А55 от провода Э52.
При боксовании или юзе всех колёсных пар одновременно с импульсной подсыпкой песка блоком управления А55 обеспечивается (только в режиме авторегулирования) снижение тока тяговых двигателей пропорционально производной частоты вращения колёсных пар. после восстановления сцепления колёсных пар ток плавно увеличивается до заданного значения.
При аварийно-экстренном торможении напряжение на клапаны песочниц У11 – У14 подаётся через контакты переключателя SA3, провод Н321, контакты тумблера S31 «ПЕСОК ЭКСТРЕННО» головной (хвостовой) секции. Тумблер S31 предназначен для отключения клапанов песочниц при проезде стрелок. Контакты переключателя SA3 предназначены для обеспечения возможности включения клапанов песочниц только из рабочей кабины.
При экстренном торможении (при срабатывании электропневматического клапана У25 или установки рукоятки крана машиниста SQ3 головной (хвостовой) секции в шестое положение) и скорости движения выше 10 км/ч (замкнуты контакты реле KV85) клапаны песочниц У11 – У14 включаются контактами реле KV12 или KV13 головной (хвостовой) секции.
При служебном торможении клапаны песочниц У11 – У14 включаются пневматическим выключателем SP8 головной (хвостовой) секции при достижении давления воздуха в тормозных цилиндрах до значения из диапазона от 0,28 (2,8) до 0,32 МПа (3,2 кгс/см2).
Электровозы – обладатели электронных противобоксовочных систем по настоящее время продолжают эксплуатироваться на сети железных дорог Российской Федерации и в ближайшем будущем их замена не планируется и является маловероятной.
На текущий момент системы данной категории являются самыми эффективными следящими системами за каждой колёсной парой. В результате использования этих систем регулировки обеспечиваются наилучшие тягово-сцепные свойства электровоза. Данный вид противобоксовочных систем реализован на электровозах ЭП10. Однако необходимо отменить наличие значимого недостатка реализации этой системы на электровозе ЭП10 – отсутствие связи с автоматической подачей песка. Этот процесс реализуется на основании других алгоритмов микропроцессорной системы управления.
Электровоз ЭП10, в качестве противобоксовочного, использует способ, совершенно отличный от ранее представленных способов.
На электровозе ЭП10 для защиты от боксования и юза реализовали потележечный принцип динамического регулирования вращающего момента тяговых двигателей исходя из принятого построения силовых цепей. Это регулирование в пределах каждой тележки обеспечивается соответствующим тяговым преобразователем. Управляют таким регулированием модули управления тяговыми преобразователями DCU.
Для определения скорости проскальзывания колёсных пар используют сигналы датчиков частоты вращения тяговых двигателей. По этим сигналам система управления моделирует величину скорости так называемой псевдобегунковой оси. Разность между текущей величиной скорости колёсной пары и скоростью псевдобегунковой оси и принимается за величину скорости проскальзывания колёсной пары относительно рельса при боксовании и юзе.
Алгоритм динамического регулирования вращающего момента двух тяговых двигателей тележки построен на автоматическом поиске оптимальной величины скорости проскальзывания колёсных пар в данный момент, при котором реализуется максимальная сила сцепления колёс с рельсами. В различных условиях эта величина оптимальной скорости проскальзывания может быть разной и в целом колеблется в диапазоне от 2–3 до 8–10 км/ч.
Модуль управления DCU каждого тягового преобразователя «ищет» этот оптимум самостоятельно, но для всех тележек установили общий предел скорости проскальзывания, чтобы не допускать заведомо глубокого боксования. Этот предел зависит от скорости. В диапазоне скорости 80–160 км/ч он составляет порядка 8–10 км/ч. Более глубокое боксование или юз отдельных колёсных пар не допускается системой управления в принципе. На рисунке 1.3 показаны осциллограммы величин силы тяги (а) и скорости (б) колёсных пар тележки при разгоне электровоза ЭП10 в условиях сцепления, отличных от благоприятных.
Рисунок 1.3 – Осциллограммы процесса регулирования проскальзывания
колёсных пар тележки при неблагоприятных условиях сцепления:
а – сила тяги; б – скорость колёсных пар
На осциллограммах рисунка 1.3 видно, в каком значительном диапазоне регулируется сила тяги колёсных пар тележки для поддержания оптимальной скорости проскальзывания колёсных пар. Фактически кривая силы тяги приближается к естественным колебаниям силы сцепления между колёсами и рельсами. Этим и обеспечивается оптимальное использование сцепления электровоза в целом.
Как видно из рисунка 1.3, скорости проскальзывания колёсных пар тележки практически слились в единую линию. Скорость проскальзывания обеих колёсных пар тележки в данном режиме поддерживается на уровне 3–5 км/ч. Благодаря такому регулированию разносное боксование или глубокий юз отдельных колёсных пар полностью исключается.
При таком оптимальном регулировании скорости проскальзывания колёсных пар реализуется максимально возможный в данный момент средний коэффициент сцепления электровоза. Однако возможно, что реализуемой в таком режиме силы тяги будет недостаточно для движения поезда в требуемом режиме, например, при интенсивном разгоне.
В этом случае импульсными нажатиями кнопки «Песок» на пульте машинист может улучшить текущие сцепные условия электровоза. Система управления тут же «увидит» это и увеличит силу тяги электровоза естественным образом. Для этого, конечно, заданный главной рукояткой уровень силы тяги электровоза должен обеспечивать соответствующий резерв для такого повышения. Выше заданного значения сила тяги электровоза подняться автоматически не может.
На кривой скорости (рисунок 1.3, б) псевдобегунковой оси видны периодические короткие импульсы резкого, но незначительного роста этого параметра. По ощущениям и показаниям приборов машинист это не увидит. Но такие явления говорят о том, что в данном режиме все шесть колёсных пар электровоза работают на пределе по сцеплению. Таким образом, система управления как бы проверяет, насколько близко к общему пределу по сцеплению работает электровоз. За каждым таким импульсом роста скорости псевдобегунковой оси следует кратковременный и неглубокий общий сброс силы тяги всех трёх тележек электровоза одновременно. Это не видно на кривой фактической силы тяги тележки на рисунке 1.3, а из‑за наложения процесса глубокого динамического регулирования, но хорошо видно на кривой заданной силы тяги тележки на том же рисунке.
Это сделано для защиты от режима так называемого синхронного разносного боксования всех колёсных пар электровоза. Суть этой задачи в том, чтобы снизить до минимума вероятность постепенного втягивания в глубокое боксование всех колёсных пар вместе с сигналом скорости псевдобегунковой оси, на основе которой рассчитывается скорость проскальзывания каждой колёсной пары. Благодаря такому периодическому контролю расчётная величина скорости псевдобегунковой оси всегда (за исключением этих специальных коротких моментов) соответствует реальной линейной скорости электровоза. И это обеспечивает стабильную работу всей системы регулирования скорости проскальзывания колёсных пар.
1.2 Электронные противобоксовочные системы
Системы данной категории используют более чувствительные алгоритмы обнаружения боксования. Их применение нашло себя в последних версиях электровозов ВЛ85, а также в более усовершенствованном виде на электровозах серий ВЛ65, ЭП1, Э5К, 2ЭС5К и 3ЭС5К. Начиная с электровозов серии ЭП1 электронные противобоксовочные системы создавались на базе микропроцессоров, работающих по заложенному в них алгоритму. Однако основным способом противодействия боксованию всё также осталась подсыпка песка, но уже осуществляющаяся в большей степени в автоматическом режиме. При обнаружении боксования всех колёсных пар данные системы производят снижение силы тяги электровоза, что и приводит в конечном итоге к восстановлению должного сцепления колёс с рельсами.
Схема защиты от боксования на электровозах 2ЭС5К и 3ЭС5К представлена на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 – Принципиальная схема противобоксовочной системы электровозов
2ЭС5К и 3ЭС5К
Принцип действия представленной противобоксовочной схемы заключается в следующем. Защита от боксования и юза обеспечивается подсыпкой песка под колёсные пары и снижением момента тяговых двигателей. Подсыпка песка может осуществляться периодически кратковременным нажатием кнопки S57 «ПЕСОК 1», педали S29 «ПЕСОК» головной (хвостовой) секции или автоматически по сигналу блока управления А55 каждой секции при боксовании и юзе, а также при служебном и экстренном торможениях. При этом на каждой секции в зависимости от направления движения включаются электропневматические клапаны песочниц У11, У13 или У12, У14, обеспечивающие подсыпку песка под первую по ходу движения колёсную пару каждой тележки головной (хвостовой) секции и бустерной.
Напряжение на клапаны песочник У11–У14 подаётся через выключатель SF30 «ПЕСОК, СИГНАЛЫ, РЕЗЕРВУАРЫ» и контакты переключателя SA3 головной (хвостовой) секции.
Для обеспечения автоматической подсыпке песка при боксовании и юзе необходимо включить тумблер S30 «ПЕСОК АВТОМАТИЧЕСКИ» на головной (хвостовой) секции. При этом напряжение на катушки клапанов песочниц У11–У14 подаётся по цепи:
- на головной (хвостовой) секции: провод Э53, блок управления А55, панели диодов U52, U59, U60, контакты реле KV16 в зависимости от направления движения;
- на бустерной секции: провод Э53, блок управления А55, панели диодов U52, U59, U60, контакты переключателей QP1 блоков А11, А12 в зависимости от направления движения.
Панель диодов U52 предназначена для исключения подачи напряжения в блок управления А55 от провода Э52.
При боксовании или юзе всех колёсных пар одновременно с импульсной подсыпкой песка блоком управления А55 обеспечивается (только в режиме авторегулирования) снижение тока тяговых двигателей пропорционально производной частоты вращения колёсных пар. после восстановления сцепления колёсных пар ток плавно увеличивается до заданного значения.
При аварийно-экстренном торможении напряжение на клапаны песочниц У11 – У14 подаётся через контакты переключателя SA3, провод Н321, контакты тумблера S31 «ПЕСОК ЭКСТРЕННО» головной (хвостовой) секции. Тумблер S31 предназначен для отключения клапанов песочниц при проезде стрелок. Контакты переключателя SA3 предназначены для обеспечения возможности включения клапанов песочниц только из рабочей кабины.
При экстренном торможении (при срабатывании электропневматического клапана У25 или установки рукоятки крана машиниста SQ3 головной (хвостовой) секции в шестое положение) и скорости движения выше 10 км/ч (замкнуты контакты реле KV85) клапаны песочниц У11 – У14 включаются контактами реле KV12 или KV13 головной (хвостовой) секции.
При служебном торможении клапаны песочниц У11 – У14 включаются пневматическим выключателем SP8 головной (хвостовой) секции при достижении давления воздуха в тормозных цилиндрах до значения из диапазона от 0,28 (2,8) до 0,32 МПа (3,2 кгс/см2).
Электровозы – обладатели электронных противобоксовочных систем по настоящее время продолжают эксплуатироваться на сети железных дорог Российской Федерации и в ближайшем будущем их замена не планируется и является маловероятной.
1.3 Системы регулировки проскальзывания колёсных пар
На текущий момент системы данной категории являются самыми эффективными следящими системами за каждой колёсной парой. В результате использования этих систем регулировки обеспечиваются наилучшие тягово-сцепные свойства электровоза. Данный вид противобоксовочных систем реализован на электровозах ЭП10. Однако необходимо отменить наличие значимого недостатка реализации этой системы на электровозе ЭП10 – отсутствие связи с автоматической подачей песка. Этот процесс реализуется на основании других алгоритмов микропроцессорной системы управления.
Электровоз ЭП10, в качестве противобоксовочного, использует способ, совершенно отличный от ранее представленных способов.
На электровозе ЭП10 для защиты от боксования и юза реализовали потележечный принцип динамического регулирования вращающего момента тяговых двигателей исходя из принятого построения силовых цепей. Это регулирование в пределах каждой тележки обеспечивается соответствующим тяговым преобразователем. Управляют таким регулированием модули управления тяговыми преобразователями DCU.
Для определения скорости проскальзывания колёсных пар используют сигналы датчиков частоты вращения тяговых двигателей. По этим сигналам система управления моделирует величину скорости так называемой псевдобегунковой оси. Разность между текущей величиной скорости колёсной пары и скоростью псевдобегунковой оси и принимается за величину скорости проскальзывания колёсной пары относительно рельса при боксовании и юзе.
Алгоритм динамического регулирования вращающего момента двух тяговых двигателей тележки построен на автоматическом поиске оптимальной величины скорости проскальзывания колёсных пар в данный момент, при котором реализуется максимальная сила сцепления колёс с рельсами. В различных условиях эта величина оптимальной скорости проскальзывания может быть разной и в целом колеблется в диапазоне от 2–3 до 8–10 км/ч.
Модуль управления DCU каждого тягового преобразователя «ищет» этот оптимум самостоятельно, но для всех тележек установили общий предел скорости проскальзывания, чтобы не допускать заведомо глубокого боксования. Этот предел зависит от скорости. В диапазоне скорости 80–160 км/ч он составляет порядка 8–10 км/ч. Более глубокое боксование или юз отдельных колёсных пар не допускается системой управления в принципе. На рисунке 1.3 показаны осциллограммы величин силы тяги (а) и скорости (б) колёсных пар тележки при разгоне электровоза ЭП10 в условиях сцепления, отличных от благоприятных.
Рисунок 1.3 – Осциллограммы процесса регулирования проскальзывания
колёсных пар тележки при неблагоприятных условиях сцепления:
а – сила тяги; б – скорость колёсных пар
На осциллограммах рисунка 1.3 видно, в каком значительном диапазоне регулируется сила тяги колёсных пар тележки для поддержания оптимальной скорости проскальзывания колёсных пар. Фактически кривая силы тяги приближается к естественным колебаниям силы сцепления между колёсами и рельсами. Этим и обеспечивается оптимальное использование сцепления электровоза в целом.
Как видно из рисунка 1.3, скорости проскальзывания колёсных пар тележки практически слились в единую линию. Скорость проскальзывания обеих колёсных пар тележки в данном режиме поддерживается на уровне 3–5 км/ч. Благодаря такому регулированию разносное боксование или глубокий юз отдельных колёсных пар полностью исключается.
При таком оптимальном регулировании скорости проскальзывания колёсных пар реализуется максимально возможный в данный момент средний коэффициент сцепления электровоза. Однако возможно, что реализуемой в таком режиме силы тяги будет недостаточно для движения поезда в требуемом режиме, например, при интенсивном разгоне.
В этом случае импульсными нажатиями кнопки «Песок» на пульте машинист может улучшить текущие сцепные условия электровоза. Система управления тут же «увидит» это и увеличит силу тяги электровоза естественным образом. Для этого, конечно, заданный главной рукояткой уровень силы тяги электровоза должен обеспечивать соответствующий резерв для такого повышения. Выше заданного значения сила тяги электровоза подняться автоматически не может.
На кривой скорости (рисунок 1.3, б) псевдобегунковой оси видны периодические короткие импульсы резкого, но незначительного роста этого параметра. По ощущениям и показаниям приборов машинист это не увидит. Но такие явления говорят о том, что в данном режиме все шесть колёсных пар электровоза работают на пределе по сцеплению. Таким образом, система управления как бы проверяет, насколько близко к общему пределу по сцеплению работает электровоз. За каждым таким импульсом роста скорости псевдобегунковой оси следует кратковременный и неглубокий общий сброс силы тяги всех трёх тележек электровоза одновременно. Это не видно на кривой фактической силы тяги тележки на рисунке 1.3, а из‑за наложения процесса глубокого динамического регулирования, но хорошо видно на кривой заданной силы тяги тележки на том же рисунке.
Это сделано для защиты от режима так называемого синхронного разносного боксования всех колёсных пар электровоза. Суть этой задачи в том, чтобы снизить до минимума вероятность постепенного втягивания в глубокое боксование всех колёсных пар вместе с сигналом скорости псевдобегунковой оси, на основе которой рассчитывается скорость проскальзывания каждой колёсной пары. Благодаря такому периодическому контролю расчётная величина скорости псевдобегунковой оси всегда (за исключением этих специальных коротких моментов) соответствует реальной линейной скорости электровоза. И это обеспечивает стабильную работу всей системы регулирования скорости проскальзывания колёсных пар.