CC BY
89
Транспортное, промышленное и гражданское строительстёб
3. Задание сейсмического воздействия. Взгляд инженера-строителя / А. М. Уз-дин // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - 2005. - № 1. - С. 2731.
4. Задание смещений при расчете сейсмостойкости сооружений и построении шкал балльности / Л. Н. Гиман, А. М. Уздин // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - 2005. - № 5. - С. 12-16.
5. Об одной форме представления сейсмического воздействия для оценки корреляции колебаний точек дневной поверхности при расчете многоопорных конструкций / Л. Н. Гиман, А. М. Уздин // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - 2006. - № 2. - С. 22-25.
6. Сейсмическая сотрясаемость территории СССР // ред. Ю. В. Ризниченко. - М. : Наука, 1979. - 192 с.
7. Статистический анализ интенсивности по Ариасу и скорости для реальных землетрясений / А. А. Долгая, А. В. Индейкин // Сейсмостойкое строительство. -2002. - № 2. - С. 32-33.
8. Инженерные методы учета динамического взаимодействия сооружения с основанием / В. А. Петров, А. М. Уздин // В кн. : Избранные статьи профессора О. А. Савинова и ключевые доклады, представленные на четвертые Савиновские чтения. - СПб. : Изд. ЗАО «Ленинградский Промстройпроект», 2004. - 128 с.
9. К вопросу расчета на сейсмические воздействия протяженных сооружений с дискретными опорами / Л. Н. Гиман, А. М. Уздин // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - 2002. - № 2. - С. 18-23.
10. Оценка хода подвижных опорных частей при сейсмическом воздействии / И. О. Кузнецова, А. Лунев, А. С. Ткаченко, А. М. Уздин // Сейсмостойкое строительство. - 2002. - № 2. - С. 7-8.
Статья поступила в редакцию 14.10.2008; представлена к публикации членом редколлегии Т. А. Белаш.
Современные технологии - транспорту
УДК 629.423.31
А. С. Мазнев, В. А. Баранов
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ВЛ10 ДЛЯ НУЖД ПРОМЫШЛЕННОГО ТРАНСПОРТА
Рассмотрены способы улучшения тяговых свойств электровозов постоянного тока. Приведены результаты испытаний опытного электровоза.
тяговый двигатель, регулирование возбуждения, боксование, электромеханические характеристики.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/4
66
Транспортное, промышленное и гражданское строительство
Введение
Промышленный железнодорожный транспорт выполняет перевозки грузов на территории предприятий, а также осуществляет доставку сырья от места его добычи к местам переработки. Развернутая длина путей промышленного транспорта Российской Федерации составляет 71% длины путей общего пользования, а выполняемый объем перевозок почти в три раза превышает этот показатель для транспорта общего пользования. Но только около 3,7% предприятий имеют длину путей более 50 километров.
В отличие от магистрального работа промышленного транспорта характеризуется более тяжелыми эксплуатационными условиями. Верхнее строение пути содержится в более плохом состоянии. Это определяется отдельной нормативно-технической базой для путей необщего пользования.
Пути некоторых предприятий электрифицированы. В качестве тягового подвижного состава используются тяговые агрегаты, тепловозы, электровозы.
Основная часть предприятий использует железнодорожный транспорт для доставки грузов на небольшие расстояния (менее 10 км). В случае больших эксплуатационных расстояний и достаточно больших объемов перевозок возникает необходимость применения магистральных локомотивов. Использование для тяги поездов магистральных электровозов постоянного тока в качестве промышленных сопровождается неполным использованием их мощности.
Эксплуатируемые в ОАО “Апатит” участки имеют уклоны до 0,030 и кривые малого радиуса, в том числе расположенные на уклонах. В верхнем строении пути уложены рельсы типа Р65 на деревянных шпалах и щебеночном балласте. По состоянию пути скорость движения составляет не более 40 км/ч, а на отдельных участках - не более 25 км/ч. Рудовозные поезда состоят из 25 думпкаров 2ВС105. Вес порожнего состава - 1250 т, груженого - 3875 т. Перевозки осуществляются магистральными электровозами серий ВЛ10(У) и ВЛ15А.
Для устойчивой эксплуатации магистральных электровозов на определенных участках необходимо использование кратной тяги или подталкивающих локомотивов, что требует дополнительных затрат на перевозочный процесс, а также увеличивает нагрузку на систему электроснабжения.
Как показали исследования, коэффициент сцепления при реализации силы тяги изменяется в достаточно широких пределах: от 0,46 (максимальный) до 0,2 и ниже (при влажных рельсах). На его величину, помимо внешних факторов, влияют особенности механической части и способа регулирования силы тяги, профиль и диаметр бандажа колесной пары. При движении по неровностям пути происходит разгрузка колесных пар, достигающая в динамике 25-30% при продолжительности 0,02-0,03 с. При
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/4
Транспортное, промышленное и гражданское строительстёЗ
применении кратной тяги условия сцепления у второго электровоза улучшаются, т. к. он следует по очищенным рельсам.
Различают расчетный, наибольший и максимальный коэффициенты сцепления. По величине расчетного коэффициента сцепления определяют круглогодичную массу поезда на сети дорог. Он определяется для влажных рельсов в случае применения песка. Наибольший коэффициент сцепления подразумевает максимальное использование силы тяги электровоза без запасов. Максимальный коэффициент сцепления определяется для сухих рельсов при дополнительном применении песка.
1 Способы увеличения жесткости тяговых характеристик электровоза
Для увеличения жесткости тяговой характеристики наилучшим способом является применение независимого возбуждения двигателей. Коэффициент жесткости тяговой характеристики при независимом возбуждении практически одинаков для всех значений силы тяги и равен около 700 кгс/(км/ч). При последовательном возбуждении коэффициент жесткости возрастает с увеличением насыщения магнитной системы машины, т. к. при этом зависимость интенсивности изменения основного магнитного потока от тока возбуждения уменьшается. Поэтому необходимо в зоне малых токов якоря увеличить ток возбуждения до значения, при котором машина находилась бы практически в зоне насыщения. Насыщение магнитной цепи двигателя при малых токах якоря можно достигнуть за счет применения независимого возбуждения или дополнительной подпитки обмоток возбуждения от внешнего источника.
1.1 Способы возбуждения тяговых двигателей
На магистральных электровозах ВЛ10 в качестве тяговых используются двигатели последовательного возбуждения. Поэтому в случае срыва сцепления частота вращения якоря возрастает очень быстро и боксование может принять характер разносного.
Для независимого возбуждения двигателей на электровозах постоянного тока необходимы преобразователи для питания обмоток возбуждения, в качестве которых можно использовать статические или электромашинные. Возможен режим, при котором обмотки возбуждения не полностью питаются от преобразователя, а лишь получают частичную подпитку, т. е. обеспечивается последовательно-независимое возбуждение (рис. 1).
а) б)
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/4
68
Транспортное, промышленное и гражданское строительство
в)
Рис. 1. Способы возбуждения тяговых двигателей: а - независимое; б - последовательно-независимое; в - смешанное
1.2 Реализация схемных решений на электровозе
Использование электромашинного преобразователя на восьмиосном электровозе допускает схема с перегруппировкой обмоток возбуждения (рис. 2, а). В данной схеме обмотки возбуждения предварительно перегруппировываются и соединяются между собой все последовательно.
Сопротивление четырех последовательно соединенных обмоток главных полюсов тягового двигателя ТЛ-2К1 составляет приблизительно 0,1 Ом (при температуре 20 градусов), а номинальное напряжение генератора преобразователя НБ-436В - 38 В. В связи с этим дополнительная подпитка обмоток возбуждения возможна лишь при токах якоря менее 380 А. Одновременно мощность преобразователя позволяет питать четыре обмотки возбуждения. Расширение диапазона регулирования скорости при последовательно-независимом возбуждении возможно за счет последовательного соединения обоих преобразователей электровоза (рис. 2, б).
а)
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/4
б)
Схема для параллельного соединения тяговых двигателей приведена на рис. 3.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/4
70
Транспортное, промышленное и гражданское строительство
Применение подпитки от электромашинного преобразователя при последовательном соединении тяговых двигателей невозможно.
Недостатком приведенных выше схем является наличие преобразователя (статического или электромашинного). Кроме того, усложняется управление электровозом из-за необходимости постоянного регулирования тока возбуждения. Разработан способ подпитки обмоток возбуждения, при котором преобразователь не требуется (рис. 4). Для ограничения тока возбуждения параллельно обмоткам главных полюсов подключена шунтирующая цепь, состоящая из индуктивных шунтов и резисторов.
Рис. 4. Схема силовой цепи секции электровоза при последовательно-независимом
возбуждении током якорей
Если в шунтирующей цепи использовать электронный ключ VS, то возможно регулирование тока возбуждения в широких пределах (рис. 5).
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/4
Транспортное, промышленное и гражданское строительства
Ток возбуждения при данных схемах определяется соотношением величины сопротивлений шунтирующей цепи и обмоток возбуждения. При использовании штатных цепей ослабления возбуждения, состоящих из резисторов и индуктивных шунтов, возможны три ступени регулирования тока возбуждения.
Последовательно-параллельное соединение при данном соединении обмоток двигателей достигается путем последовательного соединения секций электровоза (рис. 6).
Рис. 6. Схема силовой цепи электровоза при последовательно-параллельном
соединении двигателей
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/4
72
Транспортное, промышленное и гражданское строительство
Насыщение магнитной системы двигателя ТЛ-2К1 электровоза ВЛ10(У) происходит при токе возбуждения около 700 А (ток длительного режима равен 410 А). Использование импульсного преобразователя позволит реализовать режим практически независимого возбуждения и получить семейство характеристик.
На рис. 7 приведены скоростные характеристики электровоза.
Рис. 7. Скоростная характеристика электровоза:
I - первая ступень регулирования возбуждения; II - вторая ступень регулирования возбуждения; III - третья ступень регулирования возбуждения; IV- режим
последовательного возбуждения
На рис. 8 приведены тяговые характеристики электровоза.
Как видно из приведенных характеристик, третья ступень регулирования возбуждения практически соответствует характеристике последовательного возбуждения.
2 Результаты испытаний опытного электровоза
После оборудования электровоза ВЛ10У-580 диодным способом перегруппировки и внесения других необходимых изменений в схему были проведены его эксплуатационные испытания на путях ОАО ’’Апатит” в зимнее время при следовании с поездами установленной весовой нормы и резервом. Весовая норма груженого поезда составляет 3900 т. Во время испытаний масса поезда была увеличена на 300 т. Участок, на котором проводились испытания, характеризуется крутыми подъемами величиной
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/4
Транспортное, промышленное и гражданское строительства
до 20 %0. Скоростные подъемы на участке отсутствуют. Максимальная скорость не превышает 40 км/ч.
Рис. 8. Тяговая характеристика электровоза:
I - первая ступень регулирования возбуждения; II - вторая ступень регулирования возбуждения; III - третья ступень регулирования возбуждения; IV- режим
последовательного возбуждения
Пробные поездки подтвердили низкую эффективность дополнительной подпитки четырех последовательно соединенных обмоток возбуждения при последовательно-параллельном соединении двигателей.
При следовании по затяжным подъемам электровоза происходили частые срывы сцепления. Однако боксование не переходило в разносное и легко ликвидировалось подачей песка или переходом на реостатные позиции. Были отмечены случаи, когда боксование прекращалось без каких-либо действий машиниста сразу после выхода на чистые рельсы. На рис. 9, а и 9, б приведены осциллограммы токов в момент срыва сцепления при параллельном соединении двигателей. Как видно из рисунков, боксование не переходит в разносное и быстро прекращается. Причем существенного уменьшения тока якоря не происходит, в результате чего электровоз сохраняет силу тяги.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/4
74
Транспортное, промышленное и гражданское строительство
а)
б)
Рис. 9. Осциллограммы токов силовой цепи при боксовании
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/4
Транспортное, промышленное и гражданское строитедьствб
На рис. 10 приведена осциллограмма токов при работе на ходовой позиции параллельного соединения двигателей и следовании с установившейся скоростью.
450
400
350
300
250
200
150
100
50
ток яко вей л вига1 ■елей 3-4 ток возбуздения
ток якорей двнга' елей 1-2 """""""
t, C
2055
2060
2065
2070
2075
2080
Рис. 10. Осциллограммы токов силовой цепи при параллельном соединении двигателей
При следовании электровоза с поездами применялась вторая ступень регулирования тока возбуждения. Максимальное значение тока якоря в основном не превышало 550 А, и электровоз устойчиво вел поезд с установившейся скоростью. Следует отметить, что на участке, где проводились испытания, с поездами данной весовой нормы могут эксплуатироваться без подталкивающего локомотива или кратной тяги лишь электровозы ВЛ 15 А. Таким образом, отмечено увеличение силы тяги при существенном улучшении противобоксовочных свойств опытного электровоза. Как видно из приведенных выше осциллограмм, расхождение токов якорей смежных групп тяговых двигателей, обусловленное расхождением характеристик, не превышало 40 А. Нагрев обмотки возбуждения не превышал предельно допустимого уровня для данного класса изоляции.
Заключение
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод о целесообразности применения подпитки обмоток возбуждения током якорей. Применение дополнительной подпитки обмоток возбуждения током якорей позволяет увеличить жесткость тяговых характеристик, что дает воз-
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/4
76
Транспортное, промышленное и гражданское строительство
можность реализовывать повышенные значения силы тяги и улучшить противобоксовочные свойства электровоза.
Библиографический список
1. Независимое возбуждение тяговых двигателей электровозов / А. Т. Головатый, И. П. Исаев, Е. В. Горчаков. - М. : Транспорт, 1976. - 150 с.
2. Режимы работы магистральных электровозов / ред. О. А. Некрасов. - М. : Транспорт, - 1983. - 231 с.
3. Проблемы и перспективы развития промышленного железнодорожного транспорта / Е. П. Дудкин, В. М. Рыбачок, Е. С. Свинцов // Транспорт Российской Федерации. - 2006. - № 7. - С. 46-49.
4. Правила тяговых расчетов для поездной работы. - М. : Транспорт, 1985. - 287 с. Статья поступила в редакцию 25.06.2008;
представлена к публикации членом редколлегии А. И. Хожаиновым.
УДК 625.11
А. В. Пилль
СОВРЕМЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ КАМЕРАЛЬНОГО ТРАССИРОВАНИЯ НОВЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В современных условиях часто приходится сталкиваться с очень сжатыми сроками выполнения проектных работ и исходной информацией, сильно различной по своей подробности, точности и актуальности. Способность проектной организации выполнять работу оперативно и качественно является одним из важных факторов в конкурентной борьбе. Требуется адаптировать технологическую цепь проектных работ под конкретные условия.
Достижение этих задач нереально без использования современных технологий на различных стадиях работ, включая широкое использование и интенсивное развитие систем автоматизированного проектирования в области проектирования транспортных линейных сооружений, в том числе железных дорог. Использование современных технологий при проектировании открывает возможность для использования (а иногда и требует) новых источников исходной информации.
системы автоматизированного проектирования, технологии проектных работ, дистанционное зондирование земли, векторизация растровых изображений.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/4
