CC BY
54
Напомним, что вертикальные координаты точек проектной линии трассы получаются прибавлением к соответствующему значению на этом графике числа 90, а горизонтальные - умножением на 1000. Единицы измерения - метры.
Таким образом, в статье представлен эффективный с точки зрения минимизации графических работ способ автоматизации графического построения продольного профиля трассы, включая формирование ее численных характеристик.
Заключение
Полученные результаты могут быть использованы в процессе обучения студентов соответствующих специальностей, а также представлять интерес для лиц, занимающихся вопросами автоматизации проектно-изыскательской деятельности.
Отметим, что, используя графические средства ППП «Mathcad», несложно включать в рамки продольного профиля схемы различных искусственных сооружений. Кроме того, вместо используемого выше критерия можно использовать другие, связанные с минимизацией (максимизацией) объемов обрабатываемых земляных масс.
Библиографический список
1. Организация, планирование и управление железнодорожным строительством : учебник / ред. В. П. Химченко / Военно-транспортный университет железнодорожных войск Российской Федерации. - СПб.: ООО «Вит-принт», 2004. - 480 с.
2. Руководство к расчетно-графическим работам по инженерной геодезии / Г. Г. Хаткевич. - СПб.: ВТУ, 2002. - 66 с.
3. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Т. 1 / Г. М. Фихтен-гольц. - М.: Наука, 1966. - 607 с.
УДК 629.423.32:621.38
А. С. Мазнёв, А. М. Евстафьев
СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ДЛЯ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПОСТОЯННОГО ТОКА
Основным условием получения электронных систем управления тяговым приводом ЭПС высокой надежности является минимизация числа элементов. Реализация этого принципа возможна при применении определенной архитектуры построения системы управления.
интегрированная система управления тяговым приводом, тяговый двигатель постоянного тока, программируемое сопротивление.
Введение
Анализ неисправностей электроподвижного состава (ЭПС) показывает, что большое количество отказов приходится на контакторы и индуктивные шунты. С целью повышения надежности ЭПС кафедрой «Электрическая тяга» Петербургского государственного университета путей сообщения разработаны схема электронного (безындуктивного) шунта на полностью управляемых полупроводниковых приборах, интегрированная система управления реостатным пуском и ослаблением возбуждения с использованием одних и тех же элементов (резисторов и полупроводниковых ключей) в обоих режимах, что позволяет значительно снизить стоимость и улучшить массогабаритные показатели системы регулирования как при постройке нового ЭПС, так и при производстве капитальных ремонтов.
1 Электронный шунт
В разработанной схеме электронного шунта (рис. 1), в режиме тяги (выключатель 2 включен) последовательно с обмотками якорей 3 и 4 включается цепь регулирования, выполненная на ключевых элементах 12, 13, 33 и резисторах 8, 9, 19 соответственно. Выход формирователя уровня 22 устанавливается в логический «ноль», сигнал высокого уровня (логическая «единица») с выхода логического элемента НЕ 24 подается на первые входы логических элементов И-НЕ 25 и 26. Импульсы с выхода генератора импульсов 28 начинают поступать через второй логический элемент И-НЕ 26 на первый вход (записи) триггера 27. В триггер 27 записывается логический «ноль», и сигнал низкого уровня поступает на второй вход (разрешение счета) счетчика импульсов 23. На третий вход счетчика импульсов 23 поступают импульсы с генератора импульсов 28. Состояние выходов счетчика импульсов 23 увеличивается на 1 с приходом очередного импульса на его третий (счетный) вход, если на первый и второй входы (сброса и разрешения счета) поданы сигналы низкого уровня - логический «ноль». Первый вход счетчика импульсов 23 соединен с выходом формирователя уровня 22, на выходе которого устанавливается высокий уровень (логическая «единица») при отключении режима тяги. Выходы счетчика импульсов 23 соединены с входами согласующих блоков 10, 11, 29 и входами логического элемента И 30.
Рис. 1. Электронный шунт
При изменении состояния счетчика импульсов 23 от 0000 до 0111 значение сопротивления в цепи регулирования изменяется от максимальной до минимальной величины, при этом напряжение на тяговых электродвигателях также увеличивается от минимального значения до напряжения источника питания. С приходом следующего импульса счетчик импульсов 23 переходит в состояние 1000 и включает согласующие блоки 31, 32, которые в свою очередь включают блоки управления 34 и 35 контакторов 7 и 17 соответственно, при этом диод 21 закрывается и схема регулирования переключается из цепи пуска в цепь ослабления возбуждения.
Так как младшие разряды счетчика импульсов 23 находятся в состоянии 000, то сопротивление цепи регулирования имеет максимальную величину. При дальнейшем изменении состояния счетчика импульсов 23 от 1000 до 1111 сопротивление цепи регулирования уменьшается до мини-
мальной величины. Коэффициент ослабления возбуждения плавно изменяется до заданного значения. Когда на всех выходах счетчика импульсов 23 установится высокий уровень, на выходе логического элемента И 30 также установится высокий уровень, который сбросит триггер 27 в исходное состояние, при этом на второй вход счетчика импульсов 23 будет подан сигнал высокого уровня, который запретит дальнейший счет. В этом состоянии устройство остается до тех пор, пока не будет выключен режим тяги и формирователь уровня 22 не сбросит счетчик импульсов 23 в исходное состояние.
Если ток якорей тяговых электродвигателей превысит максимальную величину, напряжение на выходе датчика тока 18 станет больше порогового значения компаратора 20, при этом на выходе компаратора 20 появится сигнал низкого уровня, соответственно на выходе логического элемента Н-НЕ 25 появится сигнал высокого уровня, который установит триггер 27 в «единичное» состояние, на второй вход счетчика импульсов 23 будет подан сигнал высокого уровня, который запретит дальнейший счет счетчику импульсов 23. Аналогично схема работает при появлении сигнала низкого уровня на выходе блока защиты от юза и боксования 14.
Каждому состоянию счетчика импульсов 23 соответствует комбинация включенных ключевых элементов 12,13, 33 и резисторов 8, 9, 19 соответственно. Резистор 15, конденсатор 16 и диоды 36, 37, 38 предназначены для защиты ключевых элементов 12,13, 33 от возможных перенапряжений в процессе эксплуатации тягового электропривода. Выключатель 2 служит для подключения тяговых электродвигателей к источнику питания.
Для исследования предложенного решения была собрана физическая модель схемы плавного регулирования ослабления возбуждения электродвигателя последовательного возбуждения МВ-75. Электродвигатель МВ-75 предназначен для установки на тепловозах для привода вентиляторов кабины машиниста и калорифера. Полученные в результате экспериментов осциллограммы приведены на рисунках 3, 4.
На осциллограмме 1 (рис. 2) показано изменение тока электронного шунта. Из осциллограммы видно, что характер нарастания тока в схеме электронного шунта аналогичен току в индуктивном шунте. Осциллограмма 2 (рис. 3) демонстрирует изменения тока электронного шунта при набросе напряжения на электродвигателе в режиме ослабления возбуждения. В этом случае ток через шунт сначала падает до нуля, при этом весь ток якоря направляется в обмотку возбуждения двигателя, а затем плавно нарастает.
2 Интегрированная система управления тяговым приводом
Использование однотипных полупроводниковых приборов в схемах реостатного пуска и электронного шунта позволяет интегрировать их в единый блок управления тяговыми двигателями, что даст возможность снизить стоимость системы управления тяговым приводом и значительно повысить его надежность.
На рисунке 4 представлена функциональная схема интегрированной системы управления тяговым приводом, предусматривающей плавные реостатный пуск и ослабление возбуждения тяговых двигателей. Для реализации режимов реостатного пуска и ослабления возбуждения в предлагаемом устройстве используются одни и те же элементы: резисторы и силовые полупроводниковые приборы, включенные по схеме программируемого сопротивления (рис. 5). Предлагаемая схема позволяет минимальным количеством резисторов получить широкий диапазон изменения величины пускового сопротивления, что дает возможность использовать их для ослабления возбуждения.
В режиме тяги при замкнутом выключателе 2 все четыре тяговых двигателя соединены последовательно и ток протекает по цепи: источник питания 1 - выключатель 2 - якорные обмотки 3 и 17 тяговых двигателей -диод 22 - программируемое сопротивление 23 - диод 14 - обмотки возбуждения 19 и 6 тяговых двигателей - диод 5 - обмотки возбуждения 21 и 10 тяговых двигателей - диод 11 - программируемое сопротивление 25 - диод 26 - якорные обмотки 8 и 20 тяговых двигателей - земля. В начальный момент пуска контакторы 13 и 16 замкнуты и обмотки возбуждения 6, 19 и 10, 21 шунтированы резисторами 12 и 15 соответственно, а программируемые сопротивления 23 и 25 имеют максимальные величины. Дальнейший пуск осуществляется при выключенных контакторах 13 и 16 последовательным включением биполярных транзисторов с изолированными затворами 28.1-28.К и 30.1-30.К (рис. 5) программируемых сопротивлений 23 и 25, при этом их сопротивление плавно уменьшается от максимальной до минимальной величины.
Когда силовые транзисторы 28.1-28.К и 30.1-30.К программируемых сопротивлений 23 и 25 включены, к тяговым двигателям приложено все напряжение питания, контакторы 9, 18 и 13,16 включаются, диоды 11 и 14 закрываются и обмотки возбуждения 6, 19 и 10, 21 шунтируются резисторами 12, 15 и включенными последовательно с ними программируемыми сопротивлениями 23 и 25, величина сопротивления которых максимальна, чем достигается ослабление возбуждения. Дальнейшее ослабление возбуждения обеспечивается последовательным включением силовых транзисторов 28.1-28.К и 30.1-30.К программируемых сопротивлений 23, 25 и уменьшением величины их сопротивления. Минимальная величина коэффициента ослабления возбуждения определяется величиной сопротивления резисторов 12 и 15, включенных последовательно с программируемыми сопротивлениями 23 и 25.
Рис. 4. Интегрированная система управления тяговым приводом
Рис. 5. Цифроаналоговый преобразователь
Переход на последовательно-параллельное соединение тяговых двигателей осуществляется включением контакторов 4 и 7, при этом контакторы 9, 18 и 13,16 выключены, диод 5 закрывается, обеспечивая разделение последовательно-параллельного соединения первого, третьего и второго, четвертого тяговых двигателей.
Поддержание тока и силы тяги в процессе перегруппировки тяговых двигателей обеспечивается предварительным введением в цепь тяговых двигателей максимальной величины программируемых сопротивлений 23 и 25. Увеличение скорости вращения тяговых двигателей на последовательно-параллельном соединении осуществляется одновременным включением биполярных транзисторов с изолированными затворами 28.1-28.К и 30.1-30.К программируемых сопротивлений 23 и 25, при этом их сопротивления плавно уменьшаются от максимальной до минимальной величины. Ослабление возбуждения на последовательно-параллельном соединении тяговых двигателей происходит аналогично тому, как это происходит при последовательном соединении тяговых двигателей - включением контакторов 9, 18 и 13,16. Режим электрического торможения осуществляется замыканием контакторов 4, 7 и 24. Ток якорных обмоток 3, 17 проходит по цепи: контактор 4 - обмотки возбуждения 10, 21 - диод 11 - программируемое сопротивление 25 - контактор 24 - программируемое сопротивление 23 - диод 14 - контактор 18. Ток якорных обмоток 8, 20 протекает по цепи: контактор 9 - диод 11 - программируемое сопротивление 25 - контактор 24 - программируемое сопротивление 23 - диод 14 - обмотки возбуждения 6, 19, контактор 7. При достижении тока в якорных обмотках тока уставки включаются биполярные транзисторы с изолированными затворами 28.1-28.К и 30.1-30.К программируемых сопротивлений 23 и 25 и их сопротивление плавно уменьшается, поддерживая токи якорей тяговых двигателей и тормозную силу на заданном уровне.
Заключение
Исследования, проведенные на кафедре «Электрическая тяга», позволяют сделать вывод, что внедрение разработанных схем электронных шунтов и интегрированной системы управления тяговым приводом как при производстве капитального ремонта, так и при постройке нового подвижного состава значительно повысят надежность и улучшат массогабаритные характеристики тягового электропривода.
Предлагаемые системы регулирования позволяют уменьшить потери силы тяги и ускорения во время пуска, характерные для контакторно-реостатных систем. Регулирование силы тяги, реализуемое предложенными схемами, уменьшит динамическую нагрузку на элементы тягового привода, что позволит увеличить межремонтный пробег.
Библиографический список
1. Особенности построения электронных систем ослабления возбуждения / А. М. Евстафьев // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2005. -№1. - С. 46-51.
2. Пути повышения эффективности электроподвижного состава / А. С. Маз-нёв, А. М. Евстафьев // Транспорт Урала. - 2005. - №4. - С. 28-31.
3. Устройство для регулирования скорости электроподвижного состава / А. С. Мазнёв, А. М. Евстафьев и др. // Патент на полезную модель №57212. -Бюл. №28. - 2006.
4. Многодвигательный электропривод / А. С. Мазнёв, А. М. Евстафьев и др. // Патент на полезную модель №60037. - Бюл. №1. - 2007.
УДК 629.4.027: 621.333 А. С. Мазнёв, Д. В. Федоров
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ ЛОКОМОТИВОВ
Выполнен анализ основных направлений и состояния систем акустико-эмиссионной (АЭ) диагностики подшипниковых узлов. Рассмотрены анализ применения АЭ-диагностики в базовых депо Октябрьской ж.-д. ОАО РЖД, а также структура, основные составляющие и экономический эффект бортовой системы диагностики. Представлен диагностический прибор нового поколения - анализатор ресурса подшипников (АРП-11).
диагностика, подшипник, ресурс. Введение
ОАО «Российские железные дороги» в техническом, экономическом и социальном аспекте развития по значимости сопоставимо с такими отраслями, как электроэнергетика, нефтяная и газовая промышленность. Сотни локомотивных депо России представляют собой не только сложную структуру в плане управления, но и концентрацию особо ответственного оборудования, имеющего высокую мощность и стоимость. Вследствие сложности условий эксплуатации (значительные динамические воздействия, влияние внешних факторов, отсутствие доступа к узлам в момент движения и т. д.) и значительного износа парка подвижного состава основой повышения надежности эксплуатации является применение передовых разработок в области технической диагностики и их совершенствование.
