Файл: Пояснительная записка к дипломному проекту дп 23. 05. 03. 04. 153. Пз студент гр. 153 Д. Ю. Дроголов Консультант по безопасности жизнедеятельности.docx

Полностью исключить вероятность постепенного втягивания в глубокое разносное боксование всех колёсных пар электровоза можно только в том случае, если в системе используется независимый датчик линейной скорости, не связанный с колёсными парами. На электровозе ЭП10 такого датчика нет, поэтому указанный выше режим боксования всех колёсных пар теоретически возможен. Однако вероятность его все‑таки низка благодаря тщательному подбору параметров регулирования.

В режимах электрического торможения система оптимального регулирования скорости проскальзывания колёсных пар при неблагоприятных условиях сцепления работает аналогично режиму тяги.

---

1.4 Другие противобоксовочные системы

Одним из вариантов реализации механического устройства противодействия боксованию является противобоксовочный тормоз. Принцип заключается в кратковременном применении торможения, что практически не вызывает падения скорости и вращающего момента. Противобоксовочное торможение способно не только притормозить КП, но и очистить их бандажи, что способствует увеличению коэффициента сцепления. В целом данное устройство сложно отнести к эффективным из-за обязательного участия машиниста в этом процессе.

На электровозах западной Германии применялось специальное пневматическое приспособление для защиты от боксования. Его эффективность обеспечивалась быстрым прижатием тормозных колодок к ведущим колёсам (около 0,5 с) и немедленным отпуском тормоза. В депо «Октябрь» Южной железной дороги также было создано и испытано пневматическое противобоксовочного устройство, которое имело достаточно высокие показатели.

Впервые, в 1949 году, схему электрического спаривания осей предложил профессор Д.К. Минов [21]. В дальнейшем его работу продолжили профессор В.Б. Медель и доцент П.Н. Шляхто, предложив схему с уравнительным проводом.

На данный момент существует множество решений улучшения противобоксовочных свойств электровозов путём применения новых устройств и внесения изменений в силовую схему электровоза. Из этого множества выделяется группа идей, направленная на использование более «жёстких» характеристик тяговых электродвигателей. К таким идеям относят использование независимого возбуждения тяговых электродвигателей в режиме тяги, устройство защиты от боксования Боханов, система электрического спаривания осей. На текущий момент в электровозах 4ЭС5К при скоростях движения до 40 км/ч используют независимое возбуждение двигателей, но при повышении скорости более 40 км/ч возбуждение вновь используется последовательное. Устройство Боханов и система ЭСО, в том виде, в котором они были ранее предложены, применения на электроподвижном составе не получили, однако опыт использования их в эксплуатации показал высокие противобоксовочные свойства, полученные естественным путём. Недостатком этих двух систем выделяют невозможность поосного регулирования напряжения на тяговых электродвигателях, что в условиях эксплуатации (разность в диаметрах бандажей колёсных пар, разброс характеристик электродвигателей) не позволяет назвать эти системы полностью удовлетворяющими идеалу.

---

Первые попытки использования независимого возбуждения ТЭД для повышения жёсткости тяговых характеристик относят к 1954 г. Именно в этом году инженером С.О. Григоряном была применена схема регулируемого независимого возбуждения ТЭД, представленная на рисунке 1.4, от специального возбудителя.



Рисунок 1.4 – Независимое возбуждение тягового электродвигателя

В 1958 г. одна из секций электровоза ВЛ8-009 была переоборудована на эту схему. Первые испытания показали устойчивость работы схемы, а среди преимуществ выделяют сокращение расхода песка и увеличение веса поезда на 27 %. В 1961 г. по такой же схеме был переоборудован электровоз ВЛ8^Р-414, после испытаний которого и выявились недостатки схемы. Неустойчивый режим работы рекуперации на первых позициях, меньшее ослабление возбуждения, перегрев обмоток главных полюсов.

В 1973–1974 гг. на НЭВЗе были выпущены два электровоза ВЛ12, особенностью которых было независимое возбуждение ТЭД. После проведённых испытаний было установлено, что при больших значениях пусковых сопротивлений применение независимого возбуждения не только не улучшает противобоксовочные свойства, но и ухудшает их. В последствии электровоз ВЛ12 из-за сложности схемы был признан неудачным и серийно не производился.

В 1971–1972 гг. на независимое возбуждение были переведены по одному электровозу ВЛ60^Р и ВЛ60^К. Проведённые испытания показали, что такая модернизация приведёт к повышению силы тяги по сцеплению на 14–20 %. Это способствовало тому, что в 1974–1975 гг. 400 электровозов ВЛ60^К были переоборудованы на новый тип возбуждения. Однако нашлась одна неприятная особенность. Из-за разности характеристик ТЭД и диаметров бандажей КП имелось значительное расхождение токов ТЭД, что считается недопустимым по условиям нагрева обмоток и недоиспользованию мощности. Электровозам требовались устройства для выравнивания токов якорей. И такие устройства были найдены.

В 1975 г. на опытном электровозе ВЛ60^К-2143 применена система автоматического выравнивания нагрузок параллельно включённых ТЭД. Это позволило использовать независимое возбуждение на всём диапазоне скоростей не только на ВЛ60^К, но и на ВЛ80^Т, ВЛ80^РН и ВЛ84. Однако и эта система была не лишена недостатков. Выравнивание силы тяги всех тяговых электродвигателей способствует возникновению избыточного скольжения у колёсных пар, имеющих наименьшую нагрузку. Это не позволяет в полной мере использовать тягово-сцепные свойства электровоза.

---

Кроме независимого возбуждения создавались и другие противобоксовочные схемы. Одной из них является схема подпитки ОВ от другого источника, представленная на рисунке 1.5.



Рисунок 1.5 – Схема смешанного возбуждения ТЭД с преобразователем и
стабилизирующим резистором

Для препятствования изменения тока возбуждения в тяговом режиме использовался вращающийся преобразователь B. При срыве сцепления уменьшался ток двигателя, но увеличивался у преобразователя, тем самым препятствуя уменьшению тока возбуждения и в свою очередь повышая жёсткость тяговых характеристик. Этот вариант был испытан на электровозе ВЛ22^М-1545 в 1959 г, но система развития не получила из-за проблем при параллельном подключении ТЭД, а именно высоких значений токов.

В 1957 г. электровоз ВЛ22^М-1542 был модернизирован на смешанное возбуждение с секционированием ОВ, схема которого представлена на рисунке 1.6. Немного позднее такую же модернизацию прошёл электровоз ВЛ8-157. Испытания данной схемы показали прирост тяги на 12–15 %, но из-за усложнения конструкции ТЭД распространения не получила.



Рисунок 1.6 – Схема секционирования обмоток возбуждения ТЭД

В 1966–1967 гг. на электровозе ВЛ60-350 была испытана схема автоматической стабилизации сцепления (АСС). По своему смыслу данная система обеспечивала переход от мягкой характеристики к жёсткой в момент определённого значения величины проскальзывания КП. Испытания показали значительное увеличение силы тяги на 16–18 % и существенное сокращение расхода песка. Однако реализовать систему возможно было только на игнитронных выпрямителях, которые были сняты с производства в 1965 г.

В дальнейшем систему АСС приспособили к электровозам на кремниевых выпрямителях. Для этого была реализована схема подпитки обмотки возбуждения через управляемый выпрямитель, представленная на рисунке 1.7. Принцип заключается в поддержании тока возбуждения на постоянном уровне за счёт подпитки током от трансформатора. Схема получилась универсальной и допустима к установке как на электровозах постоянного тока, так и для переменного. Высокие показатели эффективности по сравнению со схемой независимого возбуждения поставили схему последовательно-независимого возбуждения в разряд наиболее перспективных. Однако в 1976 г. была выявлена повышенная склонность схемы к образованию кругового огня по коллектору и впоследствии работы по внедрению системы прекращены.

---

Рисунок 1.7 – Схема последовательно-независимого возбуждения тягового электродвигателя

Ещё одна противобоксовочная схема представлена на рисунке 1.8. Принцип работы схемы заключается в том, что при шунтировании ОЯ возрастает ток возбуждения и ЭДС двигателя, а ток якоря и соответственно сила тяги падают. К недостатку и как следствие к нецелесообразности применения относят значительные потери энергии на шунтирующем резисторе.



Рисунок 1.8 – Схема шунтирования ОЯ резистором

Подпитка обмоток возбуждения током якорей также возможна по схеме, изображённой на рисунке 1.9. В этой схеме ток возбуждения превышает ток якоря в два раза и регулируется шунтирующей цепью. Результаты испытаний показали улучшение сцепных свойств и повышение силы тяги на 15–17 %. Однако этой системе дополнительно требуется устройство выравнивания токов возбуждения, что и считается главным недостатком.



Рисунок 1.9 – Схема подпитки ОВ от параллельной ОЯ

Система электрического спаривания осей [21] применима тогда, когда два ТЭД или более соединены параллельно. Исторически сложилось несколько реализаций системы ЭСО, представленные на рисунке 1.10.



Рисунок 1.10 – Разновидности систем ЭСО: а – с глухим соединением;
б – со встречно-параллельными диодами; в – с уравнительным резистором; г – с контактором

При глухом соединении средних точек параллельных ТЭД (рисунок 1.10, а) происходит протекание уравнительных токов в режиме без боксования за счёт разности параметров ТЭД, к примеру падения напряжения на ОВ. Это приводит к неравномерности распределения нагрузок между тяговыми двигателями. Аналогичный недостаток уже рассматривался при независимом возбуждении ТЭД.

В целях исключения данного недостатка была предложена схема со встречно-параллельными диодами (рисунок 1.10, б). Таким образом создавался нижний порог напряжения, который препятствовал протеканию уравнительных токов, если разность потенциалов между средними точками не превышала 1,0–1,5 В. Учитывая тот факт, что падение напряжения на обмотках возбуждения обычно составляет 10–20 В, этого порогового напряжения достаточно для компенсации разброса характеристик ТЭД. Однако эта схема имела недостаток. При срыве одной КП в боксование, происходит подпитка ОВ связанного с ней ТЭД уравнительным током от второго ТЭД. В свою очередь сила тяги на втором ТЭД существенно возрастает, что зачастую приводит к возникновению боксования на его колёсной паре.

---