CC BY
108
Сватовская Л. Б., Масленникова Л. Л., Бабак Н. А., Махмуд Абу-Хасан, Кияшко А. Г.; опубл. 27.12.04; Бюл. № 36, ч. II. - С. 364.
9. Экологические аспекты накопления нефтезагрязнений в песчаных грунтах предприятий железнодорожного транспорта / А. В. Смирнов, Е. А. Попова, А. Н. Беляева // Научно-техническая конференция «Неделя науки-2002»: тезисы докладов. - СПб. : ПГУПС, 2002. - С. 161.
10. Проблема утилизации отходов при очистке нефтезагрязненных грунтов физико-химическим способом / А. В. Смирнов, Е. А. Попова, А. Н. Беляева // Новые исследования в материаловедении и экологии. - Вып. 3. - СПб. : ПГУПС, 2003. - С. 50-52.
Статья поступила в редакцию 25.05.2009;
представлена к публикации членом редколлегии П. Г. Комоховым.
УДК 629.42:621.316.5
С. В. Бобринский
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РАЗНИЦЫ ДИАМЕТРОВ БАНДАЖЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР НА РАЗБРОС ТОКОВ В ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЦЕПЯХ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВА
Рассматривается проблема разброса токов в параллельных цепях тяговых двигателей локомотива. Дана оценка влияния разницы диаметров бандажей колесных пар на токораспределение тяговых двигателей и надежность локомотива в целом.
электрическая система, допуски на элементы, тяговый привод, параметрическая надежность.
Введение
Многолетний опыт работы локомотивных депо показывает, что локомотивы одной серии, работающие примерно в равных условиях и ремонтируемые на одних тех же предприятиях, значительно отличаются друг от друга по силе тяги, экономичности и количеству внезапных отказов [1]. Причин тому довольно много, но одной из основных является то, что при настройке тепловозной электрической установки, на реостатных испытаниях, часть энергетической цепи тепловоза, а именно тяговые электродвигатели и связанные с ними электрические цепи и аппараты, зубчатые передачи и колесные пары, выпадает из комплексной системы регулировок и проверки функционирования всех систем тепловоза в целом. Возможные отклонения параметров элементов силовых цепей тепловоза от реверсора до рельса могут привести к значительному перераспределению токовых нагрузок в цепях тяговых двигателей и серьезно повлиять на тягово-экономические характеристики локомотива.
1 Перераспределение токовых нагрузок в цепях ТЭД
При эксплуатации, с течением времени, в характеристиках тяговых двигателей, включенных в параллельные цепи, появляются отклонения и сказывается разность диаметров колес локомотива, что, как следствие, вызывает нарушение равномерного распределения токов между данными цепями. Это, в свою очередь, приводит к ухудшению условий работы локомотива в целом из-за различия тяговых усилий двигателей, увеличивая вероятность возникновения боксования [2].
Установим, какова предельная разница в токах двигателей в зависимости от отклонения их скоростных характеристик [3]. Из скоростной характеристики тягового двигателя видно, что стандартное отклонение тока
1
=
tga
=
dn
di-
es
П ’
(1)
где zn - отклонение скоростной характеристики тягового двигателя.
Согласно (1), стандартное отклонение токов параллельных цепей тяговых двигателей при часовом режиме работы связано со стандартным отклонением их скоростных характеристик при том же режиме работы соотношением в относительных единицах к номинальному режиму:
СФ7
п,
а/ ='
ДСФ„ +и,а- «Д/ч - ЩІ -1чУ-Щи,- Ж, )(/-/„) I,
где It, Пі, Rj, Ui - номинальные значения соответствующих величин; а и b - коэффициенты степенного полинома.
Обозначим
a
Пп ’
2
2
СФ,
т -
ЦСФч1 +U/0. — оЯіІч -Rjb(I -ІЧУ
2Ь(и,-т,Х1-1,,)
и сокращенно запишем
о г = тст . (2)
4 «о v 7
Из (2) видно, что отклонение в токах параллельных цепей пропорционально расхождению скоростных характеристик тяговых двигателей. Коэффициент пропорциональности m зависит от магнитного насыщения Фі, от схемы соединения Ui и от режима работы ni тяговых двигателей. Коэффициент пропорциональности, а следовательно, и расхождение в токах параллельных цепей тяговых двигателей при низменной величине расхождения скоростных характеристик растут с увеличением нагрузки и уменьшаются при наличии дополнительных сопротивлений в цепи двигателей и при повышении напряжения на коллекторах двигателей.
Влияние схемы соединения проявляется в том, что при более чем часовых нагрузках скоростные характеристики тяговых двигателей при параллельном соединении будут идти вертикально круче, чем при последовательном, поэтому при одинаковых абсолютных отклонениях скорости отклонения токов будут меньше на параллельном соединении. Аналогичное влияние на расхождение токов будет оказывать введение сопротивлений.
2 Оценка влияния разности диаметров колесных пар на разброс токов в цепях ТЭД
Для установления допуска на расхождение диаметров колес оценим влияние разности диаметров на расхождение токов параллельно работающих тяговых двигателей.
Для этого, применив данные технического отчета кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство» ЛИИЖТа [4], получим числовые значения коэффициентов в уравнении кривой намагничивания тяговых двигателей ЭД118А:
1. При холостом ходе:
СФ = 4,44 + 0,88(1 - 620) • 10 3 -12,66(1 - 6202) • 106.
2. При нагрузке I = 620 А:
СФ = 3,7 + 2,58(7 - 620) • 10“3 -10,83(7 - 6202 ) • 106
3. При нагрузке I = 720 А:
СФ = 3,55 + 3,08(7 - 620) • 10”3 -10,83(7 - 6202 ) • 106
4. При нагрузке I = 820 А:
СФ = 3,45 + 3,12(1 - 620) • 10“3 -11Д 66(1 - 620г ) • 10°.
ia6
При этих же исходных значениях определим величину
1
dn
dI
(см. табл. 1).
ТАБЛИЦА 1. Значения производных скоростной характеристики при заданных режимах работы тягового двигателя
Коэффициент Нагрузка двигателя, А
620 720 820
1 dn dl 9,99 26,94 29,26
На основании скоростной электротяговой характеристики получим:
dv 0,188 dn dl (a dl ’
где ^ - передаточное число зубчатой передачи.
Тогда согласно (1):
1
а,
dv
-а.
dI
Расхождение токов параллельно работающих тяговых двигателей с учетом расхождения диаметров колес будет:
1 (3)
=
dn
dl-
где Dk - номинальный диаметр колесной пары локомотива;
zn, zD - стандартные отклонения соответствующих величин, или в относительных единицах к номинальной нагрузке:
а
/
о
7Ш,
60I
dn
dI
(4)
В выражении (4) примем zn = 0 и при этом условии определим расхождение токов:
dn
dL
откуда для любых отклонений:
t(5j =
п,
dn
to
Dn
dL
(5)
Рассчитаем по данной формуле расхождение токов тяговых двигателей при расхождении диаметров колес на 6-36 мм, что является минимальным и максимальным значением диаметров колесных пар (табл. 2).
Проанализировав данные (табл. 2 и рис. 1), сделаем следующие выводы:
1. Одно и то же расхождение диаметров колес даст при одной и той же номинальной нагрузке большее расхождение токов параллельно работающих тяговых двигателей при меньших диаметрах колес.
2. Разность диаметров колесных пар в 1 мм вызывает неравномерность токов параллельно работающих тяговых двигателей, равную примерно 6 А, при нагрузке тягового двигателя до 620 А; равную 6,5 А - при нагрузке свыше 620 А.
3. В условиях эксплуатации допускать диаметр колес локомотива более 12 мм не следует, так как при этом неравномерность параллельно работающих тяговых двигателей может достигать более 150 А, что чревато опасными последствиями с точки зрения надежности локомотива в целом.
ТАБЛИЦА 2. Результаты расчета расхождения токов двигателей при расхождении диаметров колесных пар на 6-36 мм
Нагрузка, А Значение коэффициента Расхождение диаметров колес, мм
6 12 18 24 30 36
Средний диаметр
1250 1172 1250 1172 1250 1172 1250 1172 1250 1172 1250 1172
Расхождение токов двигателей, А
620 9,99 31,79 33,91 63,58 67,82 95,4 101,7 127,2 135,6 159 169,5 190,8 203,4
720 26,94 68,02 72,54 136 145,1 204 217,6 272,1 290,2 340 362,7 408,1 435,3
820 29,26 61,8 65,91 123,6 131,8 185 197,7 247,2 263,6 309 329,5 370,8 395,5
Рис. 1. Расхождение токов параллельных цепей ТЭД в зависимости от расхождения диаметров колес
3 Оценка совместного влияния отклонений диаметров колесных пар и величины нагрузки на разброс токов в цепях ТЭД
Не менее важно оценить возможное расхождение токов параллельных цепей тяговых двигателей в зависимости от расхождения диаметров колес и величины нагрузки тяговых двигателей.
Применив выражение (4), оценим совместное влияние отклонения диаметров колес локомотива от номинальной величины Dk = 1050 мм и
отклонения скорости вращения тяговых двигателей ЭД118А, базируясь на материалах испытаний 80 двигателей данного типа (табл. 3, рис. 2).
ТАБЛИЦА 3. Результаты расчета совместного влияния отклонений диаметров колесных пар и скорости вращения на расхождение токов в цепях ТЭД
Нагрузка, А Отклонение скорости вращения Значение коэффи- циента Отклонение диаметров колес, D = 1050 мм
0 6 12 18 24 30 36
Расхождение токов двигателей, А
620 17,9 9,99 178,8 182,4 192,9 209,1 230 254,2 281
720 17,8 26,94 479,5 486,3 506,1 537,6 578,7 627,6 682,4
820 15,7 29,26 459,4 465,2 482,4 509,6 545,5 588,5 637,1
Рис. 2. Зависимость расхождения отклонений токов ТЭД от совместного отклонения диаметров колес и скорости вращения тяговых двигателей локомотива Значения zi (табл. 2) дают представление о возрастании разброса отклонений токов параллельно работающих тяговых электродвигателей в зависимости от отклонения диаметров колес тепловоза.
Заключение
В дальнейшем, с использованием изложенного материала, планируется оценить неравномерность токораспределения асинхронных тяговых двигателей, нагрузку инверторов и ее влияние на параметрическую надежность локомотива в целом.
Библиографический список
1. Основы теории и практики надежности технических устройств /А. В. Грищенко, В. В. Стрекопытов. -СПб. : Сударыня, 2004. - 272 с. - ISBN 5-88718-050-1.
2. Проектирование и расчет электрической передачи тепловоза / Е. Я. Гаккель, К. И. Рудая. - М. : Транспорт, 1972. - 152 с.
3. Допуски на характеристики электрических локомотивов/ И. П. Исаев. - М. : Государственное транспортное железнодорожное издательство, 1958. - 370 с.
4. Совершенствование
средств конечного контроля качества заводского ремонта тяговых электродвигателей. Технический отчет № Б-2а. Т. 1 / под ред. В. В. Стрекопытова. -Л. : ЛИИЖТ, 1987. - 75 с.
