CC BY
11
варiанти ремоторизацп новими дизелями та комплексно! модершзацп з замшною всього силового обладнання. Окремим напрямом е модернiзацiя з використанням дек1лькох дизельних енергетичних установок. На сьогодшшнш день створенi дослвдш зразки з двома та трьома дизель-генераторами. Зроблеш висновки з розглянутого матерiалу.
Ключевые слова: тепловоз ЧМЭ3, дизель-генераторная установка, комплексная
модернизация, дизель Caterpillar, варианты модернизации.
В статье проведен анализ различных вариантов модернизации тепловозов ЧМЭ3. Рассмотрены варианты ремоторизации новыми дизелями и комплексной модернизации с заменой всего силового оборудования. Отдельным направлением является модернизация с использованием нескольких дизельных
энергетических установок. На сегодняшний день созданы опытные образцы с двумя и тремя дизель-генераторами. Сделаны выводы из рассмотренного материала.
Ключевые слова: тепловоз ЧМЭ3, дизель-генераторная установка, комплексная
модернизация, дизель Caterpillar, варианты модернизации.
In the article analyzes the various upgrade options CHME3 locomotives. Variants remotoryzatsiyi new diesel and comprehensive modernization of Replacement of all power equipment. Another direction is to modernize using several diesel power plants. To date created prototypes of two and three diesel generators. Conclusions of the materials.
Keywords: ChME3 locomotive, dieselgenerator installation, complex modernization, diesel Caterpillar, modernization options.
УДК 629.424.14
ГАТЧЕНКО ВО., к.т.н., доцент кафедри РСЗ (Дон1ЗТ)
Удосконалення системи керування дизель-генераторною установкою тепловозiв сери ЧМЕ3
Постановка проблеми
На Донецькш залiзницi на виконання маневрово! роботи щорiчно витрачасться в середньому 35 тис. т. дизельного палива. Експлуатацшний парк маневрових тепловозiв ЧМЕ3 в цшому по залiзницi складае 160,98 лок.-доб.
Умови маневрово! роботи ютотно вiдрiзняються вiд по!зних. На маневрових тепловозах вiдбуваеться дуже часта змша положення контролера машинюта з безпе-рервною змiною частоти обертання колшчастого валу дизеля. Отже, дизель працюе не в стащонарному режимi, а пе-реважно в умовах перехщних процесiв.
Наприклад, при робот! на сортувальнш горцi на тепловозах ЧМЕ3 виконуеться до 200 перемикань контролера машинюта за 1 год., з них 4 зi сталого режиму, кшькють скидань - накидань - 35 за 1 год.
При штенсивнш робот тепловозу рукоятка контролера машинюта пересуваеться кожш 1,5 - 5,0 с., а тривалють безперервно! роботи силово! установки тд постiйним навантаженням не перевищуе 10-20 с. [1].
Багато науковщв проводили дослiдження з визначення основних причин пщвищено! витрати палива тепловоз-ними дизелями при перехщних процесах [2-13]. Ршення дано! проблеми можливе шляхом удосконалення системи автоматичного регулювання з метою оптимiзацi! характеру змiни коефщента надлишку повiтря у часi а = Дт); системи повiтропостaчaння дизеля; робочого про-цесу дизеля за рахунок вибору рацюнально! форми камери згоряння, по-кращення якостi пaливоподaчi та процесу сумiшоутворення; використання
автоматично! системи керування початко-
вим тиском палива в нагштальному трубопроводi при оптимальних кутах ви-передження подачi палива та положенням упору рейки паливного насосу високого тиску за тиском наддування та шшь
Для маневрових тепловозiв ЧМЕ3 зменшення часу перехщних процесiв можливе при удосконаленнi системи ке-рування ДГУ тепловозiв, для чого пропонусться внесення змiн у конструкщю гiдромеханiчного регулятора частоти обертання колшчастого валу дизеля. Як показали дослщження, при змiнi частоти обертання на холостому ходi щаблями через 10 хв-1 тривалють перехiдних процесiв скорочуеться до 2-4 с. [2].
Анал1з публ1кац1й
Розроблена система управлшня дизель-генераторною установкою
тепловоза [3] дозволяе забезпечити безперервне керування потужнютю ДГУ тепловоза в залежносп вiд тривалостi видачi машинiстом команди на 11 збiльшення або зменшення. Однак дана система управлшня ДГУ тепловоза не виршуе задачу узгодження потужностей дизеля i тягового генератора в безперервному режимi управлшня потужнютю.
Мета роботи
Метою роботи е удосконалення системи управлшня ДГУ тепловоза в якш за рахунок конструктивних особливостей, забезпечуеться безперервне i адаптивне узгодження потужностей дизеля i тягового генератора в безперервному режимi управлiння потужнiстю, що дозволить знизити витрати палива i зношення дизеля в маневровому режимi роботи.
Основний матер1ал
Поставлена задача виршуеться тим, що в системi управлiння дизель-
генераторною установкою тепловоза, яка включае пульт машинюта, електричний реверсивний сервопривiд, що з'еднаний з пультом машинюта з можливютю безпосереднього управлшня напрямком обертання сервопривода, i всережимний регулятор обертсв дизеля з безперервним задаючим кулачком, що закршлений на валу сервопривода, система мютить блок дискретних резисторiв, який включений в ланцюг обмотки збудження генератора за допомогою пристрою комутаци резисторiв з можливiстю дискретно! змши загального опору ланцюга обмотки збудження вiдповiдно до змiн обер^в дизеля, при цьому зазначений пристрш виконаний в виглядi контактно! щггки, що закрiплена на валу сервопривода з можливютю спшьного обертання з кулачком всережимного регулятора обертсв, та нерухомих контактiв, якi рiвномiрно розташоваш навколо вала сервопривода з можливютю почергово'1 взаемоди з контактною щгткою в процесi 11 обертання i з'еднанi з вiдповiдними резисторами блока дискретних резисторiв [4].
Доцiльно, з конструктивних мiркувань контактну щiтку виконати в виглядi радiально закрiпленого на валу сервопривода стержня, на вшьному кшщ якого встановити пiдпружинений вугшьно-графгшвий струмознiмач, а нерухомi контакти рiвномiрно розмiстити на внутрiшнiй поверхнi кшьця, яке розташувати концентрично з валом сервопривода.
Дискретнi резистори можуть бути з'еднаш в послiдовний ланцюг, при цьому початок зазначеного ланцюга резисторiв та контактну щгтку необхщно пiдключити в розрив ланцюга обмотки збудження, а вузли послiдового з'еднання дискретних резисторiв почергово з'еднати з нерухомими контактами. Розмiр струмознiмача контактно! щ^тки в напрямку 11 перемiщення повинен перевищувати вiдстань мiж сусiднiми нерухомими контактами для
попередження розриву електричного
ланцюга обмотки збудження при перемщенш контактно! щiтки вщносно нерухомих контактiв.
Включення в систему безперервного управлшня дизель-генераторною
установкою тепловоза засобГв управлiння струмом збудження тягового генератора, що зв'язаш з засобами управлшня потужнютю дизеля (включення в ланцюг обмотки збудження генератора дискретних резисторiв з можливютю змши загального опору ланцюга обмотки збудження за допомогою пристрою комутацп резисторiв, який виконаний в виглядi контактно! щiтки, що закршлена на валу сервопривода задаючого кулачка всережимного регулятора обертГв дизеля з можливютю стльного обертання з задаючим кулачком, та нерухомих контакта, що рiвномiрно розташованi навколо вала сервопривода з можливютю почергово! взаемоди з контактною щГткою в процес ïï обертання i з'еднанi з вщповщними дискретними резисторами) дае можливють управляти полем збудження тягового генератора по заданому алгоритму в залежносп вiд змiни потужностi дизеля i тим самим забезпечити безперервне i адаптивне узгодження потужностей дизеля i тягового генератора, що особливо важливо в маневровому режимi роботи тепловоза. При достатнш кшькосп дискретних резисторiв управлiння полем збудження тягового генератора можна вважати квазiбезперервним i з необхiдною точнютю узгоджувати потужнiсть генератора з потужнютю дизеля.
Загальна схема системи наведена на рис.1 а.
Пристрш комутаци резисторiв (рис.1 б.) R1-R8 виконаний в виглядi контактно'1' щiтки 11, що закршлена на валу 5 сервопривода 2 з можливютю стльного з кулачком 4 обертання, та нерухомих контакпв К1-К8, що рiвномiрно розташоваш навколо вала 5 сервопривода 2 з можливютю почерговоï взаемоди з контактною щггкою 11 в процес ïï
обертання i з'еднаш з вщповщними резисторами R1-R8 блока 8 дискретних резисторiв R1-R8.
Контактна щГтка 11 виконана в виглядГ радiально закршленого на валу 5 сервопривода 2 стержня 12, на вшьному кшщ якого встановлений пщпружинений вугiльно-графiтовий струмознiмач 13, а нерухомГ контакти К1-К8 рГвномГрно розмщеш на внутршнш поверхш кгльця 14, що розташоване концентрично з валом 5 сервопривода 2. РозмГр струмозшмача 13 в напрямку перемщення контактно'1' щГтки 11 перевищуе вщстань мГж сусГднГми нерухомими контактами К1-К8 (рис. 2).
Таке виконання струмозшмача 13 попереджуе розрив ланцюга обмотки збудження 9 генератора при перемщенш контактно! щГтки 11.
Дискретш резистори R1-R8 з'еднаш в послщовний ланцюг. Початок 14 зазначеного ланцюга та контактна щГтка 10 пщключеш в розрив 15 ланцюга обмотки збудження 9, а вузли 16 послщового з'еднання дискретних резисторГв R1-R8 почергово з'еднаш з нерухомими контактами К1-К8 (рис. 1 б).
Система управлшня дизель-генераторною установкою тепловоза працюе наступним чином. Машинют за допомогою пульта 1 управляе електричним реверсивним сервоприводом 2, на валу 5 якого закршлений безперервний кулачок 4 всережимного регулятор обертГв 3 важшь i 11 з струмозшмачем 12 контактноï щГтки. У залежносп вщ кутового положення безперервного кулачка 4, всережимний регулятор обертГв 3 задае число обертГв дизеля, необхщне для одержання потужносп, що вГдповГдае заданому режимовГ руху. Якщо машинГсту необхГдно збГльшити або зменшити цю потужнГсть вГн натискае, вщповщно, кнопку "+" або "-" на пультГ 1. Електродвигун сервопривода 2 починае обертатися i повертати безперервний кулачок 4 в вщповщному напрямку, що
приводить до змши обертш 1 потужност дизеля. При обертанш валу 5 сервопривода 2 важть 11 з струмозн1мачем 12 обертаеться сптьно з кулачком 4, що приводить до одночасно! змши завдання всережимному регулятору оберт1в 3 1 перемщенню струмозшмача 12 вщносно нерухомих контактш К1-К8, унаслщок чого в ланцюг обмотки збудження 9 включаеться р1зне число дискретних резисторш Я1-Я8. Отр в ланцкш обмотки збудження 9 1, вщповщно, струм збудження, будуть
погоджено змшюватися разом 1з змшою завдання всережимному регулятору оборотш 3.
Таким чином забезпечуеться безперервне 1 адаптивне узгодження потужностей дизеля 1 тягового генератора в безперервному режим1 управлшня потужнютю, що знижуе витрати палива 1 знос дизеля в маневровому режим1 роботи.
Рис. 1. Система управлшня дизель-генераторною установкою тепловоза а- загальна схема системи; б- пристрш комутацн резистор1в: 1- пульт машин1ста; 2- електричний реверсивний сервопривщ; 3 - всережимний регулятор обертш; 4 -кулачок; 5 - вал сервопривода; 6,7 - кнопки «+», «-» ; 8 - блок дискретних резисторш Я1-Я8; 9 - обмотка збудження генератора; 10 - джерело струму; 11 - контактна шггка; 12 - стержень; 13 - струмозшмач; 14 -юльце; 15- розрив ланцюга обмотки збудження; 16 -вузли послщовного з'еднання резистор1в; К1-К8 -
нерухом1 контакти.
Даний вар1ант реал1зацИ системи управлшня дизель-генераторною
установкою тепловоза е ттьки окремим прикладом з використанням ттьки восьми дискретних резистор1в Я1-Я8. Зм1на струму збудження тягового генератора при поворот1 безперервного кулачка 4 здшснюеться дискретно, за рахунок ковзання контактно' щ1тки 10 по нерухомим контактам К1-К8, зв'язаних з
послщовно з'еднаними резисторами Я1-Я8, що включен1 в ланцюг обмотки збудження 9 тягового генератора. Число дискретних резисторш може бути збтьшено до величини, при якш регулювання струму збудження тягового генератора можна було б вважати кваз1безперервним 1 з необх1дною точн1стю узгоджувати потужшсть генератора з потужн1стю дизеля.
Висновки
1 Проаналiзованi шляхи зменшення часу перехiдних процеав при poGoTÍ дизель-генераторних установок
TenTOB03ÍB.
2. Розглянуто систему упpавлiння дизель-генераторною установкою
тепловоза яка дозволяе забезпечити безперервне керування пoтужнiстю ДГУ тепловоза.
2. Удосконалена система управлшня ДГУ тепловоза, що дозволить знизити витрати палива i зношення дизеля в маневровому pежимi роботи.
Список лггератури
1. Володин, А. И. Топливная экономичность силовых установок тепловозов [Текст] / А. И. Володин, Г. А. Фофанов. - М.: Транспорт, 1979. - 126 с.
2. Кривошея, Ю. В. Улучшение эксплуатационных характеристик маневровых тепловозов путем совершенствования управления дизель-генераторной установкой [Текст] / Ю. В. Кривошея, В. И. Дорошко, В. А. Гатченко // Збipник наукових праць УкрДАЗТ. -2009. -№ 108. - С. 60-64.
3. Пат. 34136 Украша, МПК (2006) F 02 D 1/08. Система керування дизель-генераторною установкою тепловоза [Текст] / Бараншков О. О., Гатченко В. О., Дорошко В. I., Кривошея Ю. В. ; винахщники та патентовласники Бараншков О. О., Гатченко В. О., Дорошко В. I., Кривошея Ю. В. - № u 2008 03675 ; заявл. 24.03.08; опубл. 25.07.08, Бюл. № 14.
4. Пат. 50972 Украша, МПК (2009) F 02 D 1/00, F 02 D 1/08. Система керування дизель-генераторною установкою тепловоза [Текст] / Гатченко В. О., Дорошко В. I., Кривошея Ю. В.; винахщники та патентовласники Гатченко В. О., Дорошко В. I., Кривошея Ю. В. - № u 2010 00440 ; заявл. 18.01.10 ; опубл. 25.06.10, Бюл. № 12.
5. Кривошея, Ю.В. Вдосконалення регулювання потужносп тепловозних дизель-генераторiв [Текст] : автореф. дис. на здоб. наук. ступ. канд. техн. наук : 05. 22. 07 : захищена 24.11.2005 / Кривошея Юрш Володимирович. - Х., 2005. - 19 с.
6. Грицюк, А.В. Выбор фаз газораспределения быстроходного четырехтактного дизеля типа 4ДТНА [Текст] / А.В. Грицюк, В.И. Пелепейченко, П.Я. Перерва, М.Н. Лылка // Двигатели внутреннего сгорания. -2005. - № 2. - С. 9-12.
7. Рязанцев, Н. К. Выбор оптимальных фаз газораспределения двухтактного дизеля типа 6ТД с регулируемым давлением наддувочного воздуха [Текст] / Н. К. Рязанцев, В. И.
Пелепейченко, С. А. Алёхин, П. Я. Перерва, Д. Ю. Бородин // Двигатели внутреннего сгорания. - 2003. - № 1-2. -С. 27-29.
8. Алёхин, С. А. Анализ влияния интенсивности закрутки воздушного заряда на рабочий процесс тепловозного двухтактного дизеля 6ДН с охладителем наддувочного воздуха [Текст] / С. А. Алёхин, В. И. Пелепейченко, П. Е. Куницын, П. Я. Перерва, Д. Ю. Бородин // Двигатели внутреннего сгорания. - 2004. - № 1. - С. 18-19.
9. Альохш, С.О. Особливосп процесу стискання в малорозмiрних двохтактних двигунах з прямоточною продувкою [Текст] / С. О. Альохш, В. I. Пелепейченко, П. Я. Перерва, П. С. Кунщин, Д. Ю. Бородш // Двигатели внутреннего сгорания. - 2005. - № 1. - С. 40-43.
10. Бабанин, А. Б. Улучшение переходных режимов работы маневровых тепловозов на промежуточных позициях [Текст] / А. Б. Бабанин, Ю. В. Сиротенко, И. В. Мымриков // Локомотив - информ. -2009. - № 5-6. - С. 4-8.
11. Струнге, Б. Н. Регулирование частоты вращения и мощности дизель-генераторов тепловозов [Текст] / Б. Н.
Струнге [и др.]. - М. : Транспорт,1976. - 112 с.
12. Кудряш, А. П. Анализ факторов, определяющих эксплуатационный расход топлива [Текст] / А. П. Кудряш, А. Н. Каплун, В. И. Дробаха // Локомотив -информ. - 2007. - № 11. - С. 24-25.
13 Кудряш, А. П. Экономия прежде всего [Текст] / А. П. Кудряш, А. Н. Каплун // Локомотив - информ. - 2009. -№ 9-10. - С. 23.
Анотацн:
Проанал1зоваш шляхи зменшення часу перехвдних процеав при робот дизель-генераторних установок тепловоз1в. Розглянуто систему управл1ння дизель-генераторною установкою тепловоза, яка дозволяе забезпечити безперервне керування Н потужшстю. Запропоновано удосконалення системи керування дизель-генераторною установкою маневрового тепловоза серп ЧМЕ3, що дозволить знизити витрати палива 1 зношення дизеля в маневровому режим1 роботи.
Ключовi слова: система керування, дизель-генераторна установка, перехщний процес,
витрата палива, ресурс дизеля, керування потужшстю.
Проанализированы пути уменьшения времени переходных процессов при работе дизель-генераторных установок тепловозов. Рассмотрена система управления дизель- генераторной установкой тепловоза, которая позволяет обеспечить непрерывное управление ее мощностью. Предложено усовершенствование системы управления дизель- генераторной установкой маневрового тепловоза серии ЧМЭ3, что позволит снизить расход топлива и износ дизеля в маневровом режиме работы.
Ключевые слова: система управления, дизель-генераторная установка, переходный процесс, расход топлива, ресурс дизеля, управление мощностью.
Analyzed by reducing transients when using diesel generator sets diesel locomotives. The system control diesel generator set diesel which ensures continuous power control diesel generator set diesel . Improvements control system of diesel generator set series CHME3 shunting locomotives , which will reduce fuel consumption and wear of diesel shunting mode.
Keywords: management system, diesel generator sets, the transition process, fuel consumption, service life of diesel, power control.
