РОЗДІЛ 2
МОДЕЛЮВАННЯ ДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ У СИСТЕМАХ ТЯГОВОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДА ТЕПЛОВОЗІВ У
РІЗНИХ ЕКСПЛУАТАЦІЙННИХ РЕЖИМАХ
2.1. Вибір розрахункової схеми об'єкта дослідження
Як відомо [13, 47, 54, 61, 107], проблема припустимого спрощення (зниження
розмірності) вихідної розрахункової моделі й відповідної їй математичної моделі
будь-якого об'єкта дослідження повністю визначається кінцевою метою й
завданнями зазначеного дослідження. Як показано в монографії професора
А.П.Павленка [61], при дослідженні й оцінці динамічних і тягових якостей
локомотивів необхідно, щоб розрахункова схема й відповідна їй математична
модель містили в собі три взаємозалежні підсистеми: підсистему «екіпаж на
пружному рейковому шляху», підсистеми «j-й ТЕД - тяговий редуктор - j-а колісна
пара», що враховують кутові коливання механічної частини тягового приводу
колісних пар, і підсистему, що враховує електромагнітні перехідні процеси в
ланцюгах ТЕД і системах керування ними (для тепловозів - систему автоматичного
регулювання тягового генератора)
Теоретичні й експериментальні дослідження, виконані в останні 3 - 5 років і
присвячені безпосередньо проблемі підвищення тягово-зчіпних якостей локомотивів
і вдосконаленню їх протибоксовочних систем [34, 37, 59, 62, 70, 77, 102],
підтвердили правомірність комплексного підходу до вибору розрахункових моделей
у вигляді єдиних електромеханічних систем «екіпаж - тяговий електропривод -
рейковий шлях» (Е - ТЕ - РШ) і дозволили додатково уточнити структуру й
розмірність кожної з 3-х названих вище підсистем залежно від конструкції
конкретного типу локомотива й розглянутих завдань. З урахуванням сказаного, для
рішення сформульованих завдань дисертації стосовно до магістральних тепловозів,
що мають індивідуальний тяговий електропривод колісних пар з опорно-осьовою й
опорно-рамною підвіскою ТЕД, приймаємо розрахункову схему, зображену на рис.
2.1.
Дана схема являє собою розрахункову модель реальної електромеханічної системи Е
- ТЕ - РШ із постійними в часі інерційними ( ), жорсткісними () та
дисипативними () параметрами й містить у собі наступні взаємозалежні
підсистеми:
1) віднесену до однієї колісної пари підсистему «екіпаж (його непідресорена
частина) на пружному рейковому шляху», рух якої характеризується двома
узагальненими координатами: абсолютними вертикальними () і поздовжніми ()
уздовж осі шляху переміщеннями центра ваги колісної пари;
2) підсистему «j-й ТЕД - тяговий редуктор - колісна пара - рейковий шлях», рух
якої характеризується абсолютними кутами повороту навколо осей yi, що проходять
через центр ваги якоря ТЕД (), тягового редуктора (), s-го колеса (, s = 1,2)
колісної пари;
3) підсистему, що враховує електромагнітні перехідні процеси в ланцюгах різних
ТЕД і системах керування ними;
4) систему виявлення граничних сил зчеплення (СВГСЗ) і попередження боксування,
що автоматично впливає на зчіпні й тягові характеристики тепловозів. Зазначений
вплив здійснюється за рахунок стрибкоподібного збільшення на 15 - 40%
коефіцієнта зчеплення колісної пари з рейками внаслідок дозованої подачі піску
під колісну пару за інтервал часу ф = 0,3 - 0,9 с, регульованої СВГСЗ, а також
за рахунок стрибкоподібного зменшення на 5 - 15% тягового моменту ТЕД (M)
шляхом впливу на САР тягового генератора або будь-яким іншої шляхом.
При виборі розрахункової моделі рис. 2.1 прийняті наступні традиційні для
розглянутих завдань допущення [8, 18, 28, 34, 37, 54, 59, 61]:
а б
Рис. 2.1. Розрахункова схема динамічної системи «j-й ТЕД- тяговий редуктор -
колісна пара - рейковий шлях - СВГСЗ» магістральних тепловозів:
а) привод з опорно - осьовою підвіскою ТЕД; в) привод з опорно-рамною підвіскою
ТЕД і осьовою підвіскою тягового редуктора; рух тепловозу зі складом
відбувається в прямих ділянках шляху з постійною швидкістю V, величина якої
може варіюватися від 0 до V max;
не враховуються поздовжні коливання тепловоза, викликані його взаємодією зі
складом, а також вертикальні коливання підресорених частин екіпажу (кузова й
візка) у поздовжній і поперечній площинах;
не враховуються кінематичні погрішності й зазори в зубчастих зачепленнях
тягових редукторів, а також уважаємо, що можливі кутові й поперечні коливання
зубчастих коліс тягових редукторів і якорів ТЕД незалежні між собою;
модель рейкового шляху вибирається у вигляді безінерційної пружно-дисипативної
підсистеми із зосередженими, віднесеними до одного колеса еквівалентними
лінійними параметрами (), значення яких вибираються, згідно рекомендацій [13,
61];
характеристики пружно-дисипативних зв'язків між елементами екіпажа й тягового
привода (буксове ресорне підвішування, вузол підвіски блоку «ТЕД – тяговий
редуктор» до рами візка, а також вали колісно-моторного блоку) прийняті
лінійними, тобто ci=const, bi=const.
При наявності у валопроводі блоку «ТЕД - тягової редуктор - колісна пара»
резино-металевих елементів або спеціальних еластичних муфт ураховуються їх
реальні нелінійні характеристики (див. наступний підрозділ).
Прийнята розрахункова схема рис. 2.1 дозволяє досліджувати особливості й
закономірності розвитку динамічних процесів у системах тягових приводів
магістральних тепловозів, що мають опорно-осьову підвіску ТЕД, як з «твердою»
зубчастою передачею тягового редуктора, так і при наявності пружних вінців
зубчастих коліс [28, 76] (див. рис. 2.1 а), опорно-рамну підвіску ТЕД і
опорно-осьову підвіску тягових редукторів (див. рис. 2.1 б), а також при
наявності опорно-рамної підвіски ТЕД і тягових редукторів (система привода
тепловозів типу ТЕП60 - ТЕП75).
2.2 Побудова математичної моделі системи «j-й тяговий ел
- Київ+380960830922