RU2550105C1

RU2550105C1 - Bench for simulation of dynamic processes in traction drive of locomotive with power transmission

Info

Publication number: RU2550105C1
Application number: RU2013156130/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Воробьев; Дмитрий Владимирович Воробьев; Виктор Григорьевич Новиков; Александр Анатольевич Пугачев; Станислав Григорьевич Волохов; Андрей Николаевич Чвала; Андрей Сергеевич Космодамианский; Александр Васильевич Самотканов
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-05-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: bench for simulation of dynamic processes in the traction drive of locomotive with power transmission comprises a diesel generating unit with a frequency converter, electric motor, the armature shaft of which is frictionally connected to the flywheel shaft, simulating the train mass, by means of wheel pair with wheels of various diameters, an electrical load machine, the armature shaft of which is connected to the flywheel shaft. The flywheel is fitted with a band from frictional material enclosing its external surface, connected with the electromagnet armature of the loading device, controlled by the system comprising the electric motor moment sensors and the resistance, comparator, actuator, switch, time set unit, current source, current setpoint, rotation sensor. Change of flywheel rotation resistance moment results in change of operating mode of the drive, origin of slippage and, as a sequence, to self-sustained oscillations.

EFFECT: possibility to identify zones of slippage and conditions of auto-oscillations at simulation of various profiles of railway path.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано для исследования динамических процессов в тяговом приводе.The invention relates to the field of transport engineering and can be used to study dynamic processes in a traction drive.

Известен стенд для моделирования динамических процессов в тяговом приводе локомотива с электропередачей, содержащий по крайней мере один электродвигатель, характеристика которого аналогична характеристике тягового электродвигателя локомотива, а вал якоря фрикционно связан с установленным в подшипниковых опорах валом, несущим маховик, имитирующий массу поезда, и электрическую нагрузочную машину, имитирующую тяговую нагрузку, вал якоря которой связан с упомянутым валом, несущим маховик [1].A known bench for modeling dynamic processes in a traction drive of a locomotive with an electric transmission, containing at least one electric motor, the characteristic of which is similar to that of a traction electric motor of a locomotive, and the armature shaft is frictionally connected to a shaft installed in the bearing supports, carrying a flywheel that simulates the mass of the train, and an electric load a machine simulating a traction load, the anchor shaft of which is connected with the said shaft carrying a flywheel [1].

Недостатком указанного стенда является то, что на нем невозможно имитировать процессы автоколебаний в тяговом приводе локомотива при его совместной работе с колесными парами в режиме боксования.The disadvantage of this stand is that it is impossible to simulate the processes of self-oscillations in the traction drive of a locomotive during its joint work with wheelsets in the boxing mode.

Известен стенд для моделирования динамических процессов в тяговом приводе локомотива с электропередачей, содержащий дизель-генераторную установку, электрически связанную с двигателем колесной пары, ось которой посредством цилиндрического редуктора связана с выходным валом тягового электродвигателя, катки, каждый из которых связан с соответствующим колесом колесной пары, смонтированный на оси катков маховик, имитирующий массу поезда, и электрическую нагрузочную машину, имитирующую тяговую нагрузку [2].A known bench for modeling dynamic processes in a traction drive of a locomotive with an electric transmission, comprising a diesel generator set electrically connected to a wheel pair engine, the axis of which is connected through a cylindrical gearbox to the output shaft of the traction motor, rollers, each of which is connected to a corresponding wheel of a pair of wheels, mounted on the axis of the rollers of the flywheel, simulating the mass of the train, and an electric loading machine, simulating the traction load [2].

Недостатком данного стенда является то, что он не в полной мере воспроизводит эксплуатационные условия, в частности не обеспечивает проскальзывание и потери сцепления одним из колес колесной пары и не позволяет получить режимы автоколебаний в тяговом приводе.The disadvantage of this stand is that it does not fully reproduce the operating conditions, in particular, it does not provide slippage and traction loss by one of the wheelset wheels and does not allow to obtain self-oscillation modes in the traction drive.

Известен стенд для моделирования динамических процессов в тяговом приводе локомотива с электропередачей, содержащий по крайней мере один электродвигатель, характеристика которого аналогична характеристике тягового электродвигателя локомотива, а вал якоря электродвигателя фрикционно связан с валом, несущим маховик, имитирующим массу поезда посредством колесной пары с колесами различных диаметров, и электрическую нагрузочную машину, имитирующую тяговую нагрузку, вал якоря которой связан с упомянутым валом, несущим маховик [3].A known bench for modeling dynamic processes in a traction drive of a locomotive with an electric transmission, containing at least one electric motor, the characteristic of which is similar to that of a traction electric motor of a locomotive, and the motor armature shaft is frictionally coupled to a shaft carrying a flywheel that simulates the mass of a train through a pair of wheels with wheels of various diameters , and an electric loading machine simulating a traction load, the armature shaft of which is connected with the said shaft carrying a flywheel [3].

Недостатком указанного стенда является то, что он не в полной мере воспроизводит эксплуатационные условия, то есть не обеспечивает в процессе работы изменение момента сопротивления движению при трогании с места и движению с малыми скоростями на подъеме, где наиболее часто происходят процессы боксования и автоколебаний в тяговом приводе.The disadvantage of this stand is that it does not fully reproduce operating conditions, that is, during operation it does not provide a change in the moment of resistance to movement when starting and moving at low speeds on the rise, where the processes of blocking and self-oscillations in the traction drive most often occur .

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей стенда и приближения условий моделирования к эксплуатационным путем создания переменного внешнего динамического момента сопротивления движению локомотива.The objective of the invention is the expansion of the functionality of the stand and approximation of the simulation conditions to operational by creating a variable external dynamic moment of resistance to movement of the locomotive.

Указанная задача достигается тем, что стенд для моделирования динамических процессов в тяговом приводе локомотива с электропередачей, содержащий дизель-генераторную установку с преобразователем частоты, электродвигатель, характеристика которого аналогична характеристике тягового электродвигателя локомотива, вал якоря которого фрикционно связан с валом, несущим маховик, имитирующим массу поезда, посредством колесной пары с колесами различных диаметров, электрическую нагрузочную машину, вал якоря которой связан с валом, несущим маховик, отличающийся тем, что маховик снабжен лентой из фрикционного материала, охватывающей внешнюю поверхность маховика, связанную с якорем электромагнита нагружающего устройства, управление которым осуществляется системой, состоящей из датчиков моментов электродвигателя и сопротивления, сравнивающего устройства, исполнительного устройства, переключателя, задатчика времени, источника тока, токовой уставки, датчика вращения.This task is achieved by the fact that the stand for modeling dynamic processes in the traction drive of a locomotive with an electric transmission, containing a diesel generator set with a frequency converter, an electric motor whose characteristic is similar to that of a traction electric motor of a locomotive, whose armature shaft is frictionally connected to a shaft carrying a flywheel that simulates mass trains, by means of a pair of wheels with wheels of various diameters, an electric loading machine, the anchor shaft of which is connected to a shaft carrying a max wick, characterized in that the flywheel is equipped with a friction material tape covering the outer surface of the flywheel associated with the armature of the electromagnet of the loading device, which is controlled by a system consisting of electric motor torque and resistance sensors, a comparator, an actuator, a switch, a clock, a source current, current setting, rotation sensor.

Известно, что локомотив (состав) движется по железнодорожному пути различного профиля. Трогание и движение с малыми скоростями может происходить на значительных продолжительных подъемах. Возможен переход с горизонтального профиля на подъем. Все эти режимы определяются изменением момента сопротивления движению. В режимах пуска и движения с малыми скоростями электрическая нагрузочная машина не может обеспечить создание необходимых динамических моментов сопротивления.It is known that a locomotive (train) moves along a railway track of various profiles. Driving and moving at low speeds can occur on significant long climbs. Transition from a horizontal profile to rise is possible. All these modes are determined by the change in the moment of resistance to movement. In the starting and driving modes at low speeds, the electric loading machine cannot provide the creation of the necessary dynamic moments of resistance.

На фиг.1 представлена принципиальная схема стенда для моделирования динамических процессов в тяговом приводе локомотивов с электропередачей; на фиг.2 - блок-схема управления стендом при его работе.Figure 1 presents a schematic diagram of a stand for modeling dynamic processes in the traction drive of locomotives with power transmission; figure 2 is a block diagram of the control stand during its operation.

Стенд состоит из дизель-генераторной установки 1 (фиг.1), управляемой дистанционно от контролера машиниста 2, имеет статический преобразователь частоты со звеном постоянного тока 3, от которого переменное напряжение регулируемой частоты поступает на электродвигатель 4, якорь которого через тяговый редуктор 5 связан с колесной парой 6. Колесная пара 6 посредством колес 7 и 8 опирается на каток 9, связанный с маховиком 10, имитирующим массу поезда, и с нагрузочной машиной 11. Нажимное устройство 12 имитирует сцепной вес испытуемого тягового привода.The stand consists of a diesel generator set 1 (Fig. 1), controlled remotely from the controller of the driver 2, has a static frequency converter with a DC link 3, from which an alternating voltage of an adjustable frequency is supplied to an electric motor 4, the anchor of which is connected through a traction reducer 5 to a pair of wheels 6. A pair of wheels 6 is supported by wheels 7 and 8 on a roller 9 connected to a flywheel 10 simulating the mass of a train and to a loading machine 11. The pressure device 12 simulates the grip weight of the tested traction drive.

Маховик 10 охвачен фрикционной лентой 13, нижний конец которой соединен с неподвижной шарнирной опорой 16, а верхний конец ленты 13 соединен с входным концом якоря 14 электромагнита 15 нагружающего устройства. Выходной конец якоря 14 связан с возвратной пружиной 17.The flywheel 10 is surrounded by a friction tape 13, the lower end of which is connected to a fixed hinged support 16, and the upper end of the tape 13 is connected to the input end of the armature 14 of the electromagnet 15 of the loading device. The output end of the armature 14 is connected with a return spring 17.

При исследовании работы привода при переходе с горизонтального профиля на заданный подъем стенд работает следующим образом.When examining the operation of the drive when moving from a horizontal profile to a given lift, the stand works as follows.

Электродвигатель 4 получает питание от дизель-генераторной установки 1 через статический преобразователь частоты 3 и начинает вращать маховик 10. На сравнивающее устройство 20 поступает сигнал от датчика 18 момента электродвигателя Мд и датчика 19 момента сопротивления Мс, определяемого моментами инерции редуктора 5, колесной пары 6, маховика 10 и якоря нагрузочной машины 11.The electric motor 4 receives power from the diesel generator set 1 through a static frequency converter 3 and starts to rotate the flywheel 10. A signal from the sensor 18 of the moment of the electric motor Md and the sensor 19 of the moment of resistance Mc, determined by the moments of inertia of the gearbox 5, of the wheel pair 6, is supplied to the comparator 20. flywheel 10 and anchors of the loading machine 11.

В момент равенства этих сигналов, что соответствует равновесному режиму движения (Мд=Мс), на исполнительное устройство 21 поступают сигналы от сравнивающего устройства 20 и задатчика момента сопротивления Мз 22, соответствующего заданному значению подъема профиля пути.At the moment of the equality of these signals, which corresponds to the equilibrium mode of motion (Md = Ms), the signals from the comparator 20 and the resistance moment setter Mz 22 corresponding to the set value of the path profile rise are supplied to the actuator 21.

Сигнал с исполнительного устройства 21 поступает через переключатель 23 на источник тока 25, подающий питание на электромагнит 15 нагружающего устройства. Длительность прохождения сигнала через переключатель 23 регулируется временной уставкой Т, реализуемой задатчиком времени 24. Якорь 14 электромагнита 15, связанный с фрикционной лентой 13, перемещаясь, прижимает ленту 13 к маховику 10, увеличивая момент сопротивления вращению, соответствующий заданному подъему профиля пути.The signal from the actuator 21 is supplied through the switch 23 to the current source 25, which supplies power to the electromagnet 15 of the loading device. The duration of the signal through the switch 23 is regulated by the time setting T, implemented by the time setter 24. The anchor 14 of the electromagnet 15 connected to the friction tape 13, moving, presses the tape 13 against the flywheel 10, increasing the moment of resistance to rotation corresponding to a given rise in the path profile.

Величина тока, проходящего через обмотку электромагнита 15, а следовательно, и сила натяжения ленты (момент сопротивления вращению) задается токовой уставкой 26, сигнал от которой поступает на источник тока 25 (фиг.2).The magnitude of the current passing through the winding of the electromagnet 15, and therefore the tension of the tape (the moment of resistance to rotation) is set by the current setting 26, the signal from which is supplied to the current source 25 (figure 2).

Датчик вращения 27 необходим для фиксации и регистрации частоты вращения, при которой возникает режим боксования. После проведения эксперимента источник 25 отключается и возвратная пружина 17 переводит фрикционную ленту 13 в исходное положение. Изменение момента сопротивления вращения маховика 10 приводит к изменению режима работы привода, возможности появления срыва сцепления колес с катком 9, имитирующим рельс, возникновению боксования и, как следствие, автоколебательным процессам.The rotation sensor 27 is necessary for fixing and recording the speed at which the boxing mode occurs. After the experiment, the source 25 is turned off and the return spring 17 transfers the friction belt 13 to its original position. Changing the rotation resistance of the flywheel 10 leads to a change in the operating mode of the drive, the possibility of a failure of the clutch of the wheels with the roller 9 simulating a rail, the occurrence of blocking and, as a consequence, self-oscillating processes.

Задаваясь различными моментами сопротивления и начальными частотами тягового электродвигателя, можно определять области боксования и режимы автоколебаний на различных подъемах железнодорожного пути.Given various moments of resistance and initial frequencies of the traction motor, it is possible to determine the region of boxing and the modes of self-oscillations at various elevations of the railway track.

Технический результат заключается в экономии времени и материальных расходов по сравнению с натурными испытаниями при определении области возникновения режимов боксования и автоколебаний привода.The technical result consists in saving time and material costs compared with full-scale tests in determining the area of occurrence of the boxing modes and self-oscillations of the drive.

Результаты можно использовать при разработке и создании противобоксовочных устройств и их систем с последующей отработкой на стенде.The results can be used in the development and creation of anti-blocking devices and their systems with subsequent testing at the stand.

ЛитератураLiterature

1. Авторское свидетельство СССР №677786, кл. С01М 17/00, 1944.1. USSR Copyright Certificate No. 677786, cl. S01M 17/00, 1944.

2. Челноков Н.Н. и др. Стенды для испытаний подвижного состава железных дорог. М., НИИ Информтяжмаш, 1966, 11-66-4, с.19.2. Chelnokov NN and others. Stands for testing the rolling stock of railways. M., Research Institute Informtyazhmash, 1966, 11-66-4, p. 19.

3. Авторское свидетельство СССР №712726, кл. G01M 17/00, 1978, опубл. БИ №4, 30.01.80.3. USSR author's certificate No. 712726, cl. G01M 17/00, 1978, publ. BI No. 4, 01.30.80.

Claims

Стенд для моделирования динамических процессов в тяговом приводе локомотива с электропередачей, содержащий дизель-генераторную установку с преобразователем частоты, электродвигатель, характеристика которого аналогична характеристике тягового электродвигателя локомотива, вал якоря которого фрикционно связан с валом, несущим маховик, имитирующим массу поезда, посредством колесной пары с колесами различных диаметров, электрическую нагрузочную машину, вал якоря которой связан с валом, несущим маховик, отличающийся тем, что маховик снабжен лентой из фрикционного материала, охватывающей внешнюю поверхность маховика, связанную с якорем электромагнита нагружающего устройства, управление которым осуществляется системой, состоящей из датчиков моментов электродвигателя и сопротивления, сравнивающего устройства, исполнительного устройства, переключателя, задатчика времени, источника тока, токовой уставки, датчика вращения. A bench for modeling dynamic processes in a traction drive of a locomotive with an electric transmission, containing a diesel generator set with a frequency converter, an electric motor whose characteristic is similar to that of a traction electric motor of a locomotive, whose armature shaft is frictionally coupled to a shaft carrying a flywheel that simulates the mass of a train, using a wheel pair with wheels of various diameters, an electric loading machine, the anchor shaft of which is connected to a shaft carrying a flywheel, characterized in that the sleep flywheel It is equipped with a friction material tape covering the external surface of the flywheel, connected to the armature of the electromagnet of the loading device, which is controlled by a system consisting of electric torque and resistance sensors, a comparator, an actuator, a switch, a clock, a current source, a current set point, and a rotation sensor .