CC BY
67
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, № 6 (48)
ЕКСПЛУАТАЦ1Я ТА РЕМОНТ ЗАСОБ1В ТРАНСПОРТУ
УДК 629.42.016.12
Б. е. БОДНАР1, М. I. КАПЩА2, Д. М. КИСЛИЙ3*
'Каф. «Локомотиви», Дн1пропетровський нац1ональний ушверситет зарничного транспорту 1мен1 академжа
В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Днтропетровськ, Укра!на, 49010, тел. +38 (0562) 33 19 61
2Каф. «Локомотиви», Дн1пропетровський нацюнальний ушверситет затзничного транспорту 1меш академжа
В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншропетровськ, Украгна, 49010, тел. +38 (0562) 33 19 61, ел. пошта m.i.kapica@ua.fm
3 Каф. «Локомотиви», Дншропетровський нацюнальний утверситет залiзничного транспорту iменi академiка
В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (066) 625 18 59, ел. пошта
ВИЗНАЧЕННЯ СИЛИ ТЯГИ ЛОКОМОТИВА З УРАХУВАННЯМ НЕР1ВНОМ1РНОСТ1 НАВАНТАЖЕННЯ КОЛ1СНО-МОТОРНИХ БЛОК1В
Мета. У статп розглянуто найбiльш поширенi способи визначення сили тяги локомотива. Ршення задач тягових розрахуншв передбачае визначення сил, що дiють на пойд у кожнш точцi шляху. При виборi рацюнальних траекторiй руху по!зда й при розробщ режимних карт ведення по!зда необхвдно визначати фактичне значення сили тяги локомотива. З урахуванням рiзних факторiв, значення потужностi ТЕД локомотива можуть мати значну рiзницю. Метою е вдосконалення системи оперативного визначення сили тяги локомотива при тягових розрахунках по електричним параметрам ТЕД за рахунок урахування нерiвномiрностi навантаження КМБ. Методика. Запропоновано методику визначення сили тяги електро-возiв та тепловозiв з електричною передачею, в основу яко! покладено отримання первинних даних про режим роботи тягових електричних двигунiв постiйного струму. Наведено датчики й схему !х включения в електричну схему тепловоза для отримання даних у цифровому виглядi та оперативного розрахунку режиму роботи кожного тягового електродвигуна, а також визначення сили тяги локомотива. Результата. Проведено експериментальне дослщження системи визначення сили тяги на тяговому електродвигуш ЕД-105. Проведено порiвняння електрично! та механiчноl потужностей електродвигуна. Наукова новизна. Запропо-нована система оперативного визначення сили тяги локомотивiв, яка враховуе змiннi електро-механiчнi фак-тори колiсно-моторних блоков та зб№шуе точнiсть розрахунк1в. Практична значимкть. Система е складо-вою частиною бортового комплексу визначення енергоефективних режимiв ведення по1здв та забезпечуе визначення прискорюючих та сповiльнюючих сил.
Ключовi слова: тяговi розрахунки; тяговi електричш машини; сила тяги; момент обертання; частота обертання; магнiтний потiк; електрична потужнiсть; механiчна потужнiсть
Вступ
Розв'язання задач тягових розрахунюв передбачае визначення сил, що ддать на по!зд у кожнш точщ шляху. Вщ р1вноддачо! сил тяги та опору з урахуванням ухилу профшю коли залежить траектор1я руху по!зда.
У тягових розрахунках зпдно з класичною теор1ею передбачаеться, що в режим1 тяги ло-
комотив реатзуе максимальну потужнють, тоб-то сила тяги визначаеться з тягово! характеристики за обмеженням сили тяги за зчепленням колю з рейками та на максимальнш позицп контролера машинюта на автоматичнш частит тягово! характеристики. У цьому випадку доти-чна сила тяги локомотива е функщею швидко-ст руху
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, № 6 (48)
F = f (V).
(1)
На шдстав1 [5] сили опору руху по1зда W також е функщею швидкосп
W = f (V) .
(2)
У розрахунках враховуються лише сили основного опору руху, а також ошр вщ ухилу коли, що вносить значну похибку тд час викори-стання тако! моделi на практицi.
У практичних тягових розрахунках, якi ви-користовуються для проектування систем автоматичного ведення [6, 8, 12], а також у розрахунках з визначення ращональних траекторш ведення по!зда [2] виникае необхщшсть обчис-лення сили тяги тягового рухомого складу (ТРС) як залежносп вiд потужностi локомотива
F = f (P).
(3)
Пiд час вибору рацiональних траекторiй руху по!зда та розробки режимних карт ведення по!зда необхiдно враховувати щ вiдхилення, тому що стосовно контролера машишста ця величина може становити 3-4 позици [1].
У програмно-вщстежувальних системах ав-товедення [4, 6, 8] та системах реестраци режи-мiв роботи локомотива визначення сили тяги вщбуваеться безперервно (дискретно) вимiрю-ванням параметрiв струму, напруги, зусилля на автозчеш тощо.
Одним iз способiв визначення потужностi КМБ е розрахунок електрично! потужностi тягового електродвигуна з урахуванням його ККД та ККД тягового редуктора
P = U 1 Птед Пр
(4)
Для отримання сили тяги необхщно вщсте-жувати поточне значення швидкосп V
Потужнiсть ТРС характеризуеться мехашч-ною потужнiстю силово! установки (дизеля) для тепловозiв та електричною потужшстю, що передаеться контактною мережею, для електро-возiв. Кожному колiсно-моторному блоку (КМБ) передаеться рiвна частина потужност з урахуванням ККД передачi локомотива.
Залежно вiд рiзних факторiв, таких як рiзнi опори паралельних кш тягових електродвигунiв (ТЕД), неоднакове налаштування ТЕД, резис-торiв ослаблення поля, перехщного опору кон-тактних груп електроапарапв та iн., фактичнi значення потужносп ТЕД локомотива можуть значно вiдрiзнятися.
В умовах експлуатацн виникають вщхилен-ня дiаметрiв бандаж1в локомотива, що впливае на характеристики тягових двигушв, включе-них у паралельш кола. Це призводить до пору-шення рiвномiрного розподiлу струмiв мiж ци-ми ТЕД. Залежно вщ вiдхилення дiаметрiв бан-дажiв колюних пар ТРС, розбiжнiсть струмiв у паралельних колах ТЕД може сягати бшьше шж 200 А при значному навантаженш [1].
Згiдно з 1нструкщею iз середнього й катта-льного ремонту електровозiв та тепловозiв рiз-ниця мiж швидкiсними характеристиками КМБ одного локомотива може становити 3 %.
Сумарна рiзниця потужносп ТЕД одного локомотива в експлуатацн, а у свою чергу i сила тяги КМБ, з урахуванням вищенаведених факторiв може мати досить високе значення.
F = 3,6
P V
(5)
Недолш цього методу в тому, що значення ККД та навантаженють КМБ локомотива вщр> зняються, що вносить похибку в розрахунки.
Наступний метод базуеться на електротягових характеристиках КМБ локомотива (рис. 1).
Рис. 1. Електротягов1 характеристики тягового електродвигуна
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, № 6 (48)
Параметром, що рееструеться, е струм ТЕД. Сила тяги визначаеться аналггично через пере-рахунок електротягових характеристик КМБ. При цьому значення сили тяги е функщею одного аргументу
F = f (1тел ) .
(6)
1снуе метод розрахунку сили тяги з викори-станням характеристик намагшчування ТЕД [3] (рис. 2)
СФ = f (1 тед ) .
(7)
Рис. 2. Характеристики намагшчування ТЕД типу НБ-406 електровоза сери ВЛ8
Цей метод не враховуе неточносп налашту-вання ослаблення поля ТЕД та вщхилень пере-хiдного опору групових перемикачiв. Вiн е до-сить точним, але виникае необхщшсть вишрю-вання струму та напруги кожного електродви-гуна.
Метод визначення сили тяги локомотива шляхом реестраци зусилля на автозчеш (рис. 3) передбачае розв'язання задачi механiки та зна-ходження вектора сили тяги. Складшсть методу полягае в таруваннi тензодатчиюв розтягнення-стиснення автозчепу, а тому використовуеться в лабораторних умовах. При цьому вимiрюеть-ся безпосередньо рiвнодiюча мiж дотичною силою тяги та силою опору складу. Для визна-чення числового значення сили тяги необхщно розраховувати повну силу опору [5].
Рис. 3. Схема вим1рювання зусилля на автозчеш
Як бачимо, у вшх вищенаведених методiв можна видiлити загальнi недолiки: числове значення сили тяги визначаеться шляхом анат-тичного перерахунку сумiжних параметрiв; щ методи не враховують рiзницю навантаження мiж окремо взятими КМБ, що передбачае вини-кнення похибки. При цьому необхщно взяти до уваги такий фактор, як складшсть встановлення датчиюв реестраци параметрiв на ТРС.
Мета
Удосконалення системи оперативного ви-значення сили тяги локомотива в тягових роз-рахунках за електричними параметрами ТЕД з урахуванням нерiвномiрностi навантаження КМБ, що дозволяе тдвищити ефективнiсть ви-користання локомотивiв.
Методика
Значна кшьюсть локомотивiв у експлуатаци мае тяговi двигуни постiйного струму. Робота таких двигушв характеризуеться частотою та моментом обертання вала якоря.
Момент обертання в ТЕД виникае в резуль-тап проходження провiдникiв зi струмом, вкладених у пазах якоря в магштному пол^ що створюеться основними полюсами двигуна. Вш залежить вiд величини магштного потоку та сили струму, що проходить по обмотках якоря та визначаеться за формулою
M = См Iя Фз ,
(8)
де См - постшний коефщент, який враховуе кшьюсть пар полюшв, кшьюсть витюв якоря та шш1 параметри даного електродвигуна.
Частота обертання якоря ТЕД - функцюна-льна залежнють, що пропорцшна ЕРС двигуна та оберненопропорцшна магштному потоку
E
n =-
С Ф
(9)
де Ce - постшний для даного електродвигуна коефщент, що залежить вщ д1аметра якоря, кшькост провщниюв обмотки та шших конс-труктивних особливостей двигуна.
З урахуванням того що
E = U -1 r„
(10)
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, № 6 (48)
П =
U - I я Г
Се Ф3
(11)
На локомотивах застосовуються ТЕД посл> довного збудження з декiлькома ступенями ослаблення поля. Струм, що проходить через обмотку збудження, дорiвнюe або пропорцш-ний струму якоря.
Магнiтний потш Фз, що створюеться осно-вними полюсами електродвигуна, визначаеться за формулою
Фз = Bl т,
(12)
де т - полюсна дуга, тобто зона дн пари полю-о1в.
т = ■
2 р
(13)
Сила намагшчування полюс1в дор1внюе сум1 магштних напружень на дшянках магштного кола та сили розмагшчування якоря
F'
ря
(14)
P = f ( п, М )
(15)
пропонуемо використовувати числовi значения змiнних виразiв (8) та (11), що отримуються датчиками пiд час роботи машини.
Для вимiрювання струму двигуна доцшьно використовувати датчик Холла, що розташова-ний в перерiзi феритового кшьця на силовому кабелi ТЕД (рис. 5). Використання такого датчика забезпечуе гальвашчну розв'язку електри-чного кола.
Рис. 4. Намагшчувальш характеристики ТЕД
та залежить вiд кшькосп виткiв Ж обмотки полюса та струму, що проходить по них.
^з = 1з Ж . (15)
Щц час роботи машини змшним параметром е струм збудження. Залежшсть магнiтного потоку машини вщ намагшчувально! сили або струму мае нелшшний характер (рис. 3, 4). До того ж намагшчувальна характеристика холостого ходу та навантажувальна характеристика мають розбiжнiсть за рахунок розмагшчуваль-но! сили якоря (див. рис. 4).
Для розрахунку потужносп ТЕД як функцп частоти обертання та моменту
Рис. 5. Встановлення датчика струму
Напругу двигуна доцiльно вимiрювати опт-ронним датчиком з фототранзистором, встано-вленим у паралельне коло якоря електродвигу-на через високоомний резистор (рис. 6) [14].
Рис. 6. Схема вим1рювання напруги ТЕД
Для компенсацп коливань напруги за перюд коливань Т або тд час розрахунку постшно! пульсуючо! напруги доцшьно розрахувати се-редньоквадратичне значення вщ миттевого зна-чення функцп [7]
U =
1 т
Т!«2 (
t )dt
(16)
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дшпропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2013, № 6 (48)
Для визначення магштного потоку запропо-новано використовувати датчик Холла з вщпо-вщним дiапазоном вимiрювання магштно! ш-дукци. Датчик встановлюеться над основним полюсом електродвигуна (рис. 7) та реагуе на магштний потж розсдавання над основним полюсом, який пропорцшний основному магшт-ному потоку. Встановлення датчика звшьняе вiд необхщност вимiрювання струму збуджен-ня та анаштичного визначення намагшчуваль-но! сили якоря. Датчик магштного потоку до-зволяе враховувати перехщт режими роботи ТЕД, що досить складно зробити в розрахунках магштного потоку машини лише при вимiрю-ваннi струму збудження. До того ж вш дае мо-жливiсть визначити напрям магштного потоку, тобто напрям обертання якоря ТЕД.
Рис. 7. Встановлення датчика магштного потоку
Контроль навантаження ТЕД у паралельних електричних колах на тепловозi [9] та при гру-повому послщовному включенш ТЕД на елект-ровозi [11] доцшьно вiдстежувати вищенаведе-ними датчиками. Схема розташування датчикiв на секци тепловоза сери 2ТЭ116 та канали пе-редачi сигналiв наведенi на рис. 8.
Опитування вищевказаних датчикiв необ-хiдно виконувати з iнтервалом часу 1 с. Отри-манi первинш данi необхiдно перетворювати в цифровий формат високорозрядним аналого-во-цифровим перетворювачем [10] та передава-ти через безпровщний канал зв'язку [13] на блок операцшного обчислення.
Сила тяги секци тепловоза визначаеться як сума сил тяги КМБ, включених у паралельних електричних колах. Це значно зменшить похи-бку порiвняно з розрахунками сили тяги локомотива за параметрами одного КМБ.
Рис. 8. Схема розташування датчиюв на секци
тепловоза серп 2ТЭ116: 1 - датчик напруги; 2 - датчик струму; 3 - датчик магштного потоку
Результати
Випробування системи визначення сили тяги виконано на тяговому електродвигуш типу ЭД-105. Отримаш первинш даш струму, напруги та магштного потоку основних полюЫв у iнтервалi часу 0...240 с наведено на рис. 9. Регулювання електродвигуна здшснювалося шляхом змши опору реостата, включеного по-слщовно iз застосуванням ослаблення збу-дження.
us. /л
60
50
10
30
20
1
г 1 s
\ \ h ь WI 1 1 1
\ 1 Iii \ _Гч j 4 \ ч S 1 j
kÖ
' / _ —t
\ N ((Ф=№ 1
сл
0.25
Q20 0.8 0.Ю QQS
0 20 40 60
WWW
200 220
Рис. 9. Напруга, струм та магштний потш ТЕД
Частота обертання та момент на валу якоря визначено за формулами (8) та (11). Результати наведено на рис. 10.
Виконано порiвняння електрично! та меха-тчно! потужностей (рис. 11). Визначено, що розбiжнiсть значення електрично! та мехашчно! потужност КМБ мае несталий характер.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, № 6 (48)
ЦНн
ТО
60
so
W
X
20
1 1 1 ¡1 j !
1 Г| \ i| t1
11 i1 *1 \ \ ш -\
и 1 t 1 1 \ i\ ч ____( 1 \ Ч \
\ Ч N ¡V \ 1 1 —1
\ \ MJW
9 V 4 0 60 В 0 и % V i 0 1 Ю % 5? ТО 220 f
а хб Ш
ш
юоо
воо
600
(00
200
Рис. 10. Обертовий момент та частота обертання вала якоря ТЕД
Рис. 11. Порiвняння електрично! та мехашчно! потужностей ТЕД
Наукова новизна та практична значимкть
Сила тяги локомотива визначаеться на тяго-вих електродвигунах шляхом реестрацп пара-метр1в, що безпосередньо створюють момент обертання колюних пар. Числове значення сили тяги можна знайти за наведеним алгоритмом.
У системах визначення енергоефективних режим1в ведення по!зд1в при розробщ режим-них карт е необхщшсть врахування прискорю-вальних та сповшьнювальних зусиль. Наведена система дозволяе оперативно отримувати зна-чення сили тяги та сили гальмування по!зда.
Висновки
Проанатзовано фактори, що викликають нер1вном1ршсть навантаження ТЕД тягового рухомого складу. При анал1з1 метод1в визначення сили тяги локомотива виявлено недолши, що призводять до похибки при И визначенш.
Запропонована система техшчних ршень для визначення сили тяги локомотива з урахуван-ням розб1жностей у сил1 тяги КМБ, що дозво-ляе шдвищити ефективнють використання ло-комотив1в.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Бобринский, С. В. Анализ влияния разницы диаметров бандажей колесных пар на разброс токов в параллельных цепях тяговых электродвигателей и на надежность локомотива / С. В. Бобринский // Трансп. Урала. - 2009. -№ 4. - С. 50-52.
2. Бобырь, Д. В. Усовершенствование режимов ведения грузового поезда с электрической тягой : дис. ... канд. техн. наук : 05.22.07 / Бобырь Дмитрий Валерьевич ; Дншропетр. нац. ун-т залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. -Д., 2007. - 190 с.
3. Висин, Н. Г. Результаты исследований по повышению надежности работы системы автоматического управления в режимах тяги и реку-перативно-реостатного торможения на электропоездах ЭР2Т / Н. Г. Висин, Б. Т. Власенко, С. А. Соколов // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. ш. акад. В. Лазаряна. - Д., 2007.
- Вип. 17. - С. 55-58.
4. Перевезенцев, Е. А. Составы ведут «Автомашинисты» / Е. А. Перевезенцев, А. И. Шема-новский // Локомотив. - 2005. - Вып. 6. -С. 15-17.
5. Правила тяговых расчетов для поездной работы. - М. : Транспорт, 1985. - 287 с.
6. Пясик, М. Системы автоматического ведения поезда / М. Пясик, Е. Толстов, И. Случак // Современные технологии автоматизации. -М., 2000. - Вып. 4. - С. 60-69.
7. Саблин, О. И. Система электрической тяги постоянного тока - система непостоянного тока / О. И. Саблин // Вюн. Дшпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. ш. акад. В. Лазаряна. - Д., 2007.
- Вип. 14. - С. 67-71.
8. Системы автоведения, регистрации параметров движения и работы тягового подвижного состава. Обзорное пособие. - М. : ООО «АВП Технология», 2011. - 96 с.
9. Тепловоз 2ТЭ116 / С. П. Филонов, А. И. Гиба-лов, Е. А. Никитин и др. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Транспорт, 1996. - 334 с.
10. Устименко, Д. В. Сучасш мжроконтролери в схемах рухомого складу / Д. В. Устименко // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. - Д., 2007. - Вип. 15. -С. 47-49.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, № 6 (48)
11. Электровоз ВЛ11м. Руководство по эксплуатации. - М. : Транспорт, 1994. - 416 с.
12. Mahyar, V. Traction-Motor Power Ratio and Speed Trajectory Optimization for Power Split PHEVs Using Route Information / V. Mahyar, T. Amir, L. Nasser // Intern. Mechanical Engineering Congress and Exposition. Vol. 11 : Transportation Systems. - Houston, 2012. -P. 301-308.
13. Peter, W. An Ensemble Empirical Mode Decomposition-Based Lossy Signal Compression Method
for a Remote and Wireless Bearing Condition Monitoring System / W. Peter // Intern. Design Engineering Techn. Conf. and Computers and Information in Engineering Conf. Vol. 1 : 24th Conf. on Mechanical Vibration and Noise. Parts A and B. - Illinois, 2012. - P. 151-158.
14. Torben, O. Control of Oscillations in Electrically Driven Skid Steer Vehicles / O. Torben // Intern. Mechanical Engineering Congress and Exposition. Design Engineering. - Washington, DC, 2009. -P. 17-23.
Б. Е. БОДНАР1, М. И. КАПИЦА2, Д. Н. КИСЛЫЙ3*
1Каф. «Локомотивы», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (0562) 33 19 61
2Каф. «Локомотивы», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (0562) 33 19 61, эл. почта m.i.kapica@ua.fm 3*Каф. «Локомотивы», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (066) 625 18 59, эл. почта dmitriykis@i.ua
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ТЯГИ ЛОКОМОТИВА С УЧЕТОМ НЕРАВНОМЕРНОСТИ НАГРУЗКИ КОЛЕСНО-МОТОРНЫХ БЛОКОВ
Цель. В статье рассмотрены наиболее распространенные способы определения силы тяги локомотива. Решение задач тяговых расчетов предусматривает определение сил, действующих на поезд в каждой точке пути. При выборе рациональных траекторий движения поезда и при разработке режимных карт ведения поезда необходимо определять фактическое значение силы тяги локомотива. С учетом различных факторов значения мощности ТЭД локомотива могут иметь значительные отличия. Целью является совершенствование системы оперативного определения силы тяги локомотива при тяговых расчетах по электрическим параметрам ТЭД за счет учета неравномерности нагрузки КМБ. Методика. Предложена методика определения силы тяги электровозов и тепловозов с электрической передачей, в основу которой положено получение первичных данных о режиме работы тяговых электродвигателей постоянного тока. Приведены датчики и схема их включения в электрическую схему тепловоза для получения данных в цифровом виде и оперативного расчета режима работы каждого тягового электродвигателя, а также определения силы тяги локомотива. Результаты. Проведено экспериментальное исследование системы определения силы тяги на тяговом электродвигателе ЭД-105. Проведено сравнение электрической и механической мощностей электродвигателя. Научная новизна. Предложена система оперативного определения силы тяги локомотивов, которая учитывает переменные электро-механические факторы колесно-моторных блоков и увеличивает точность расчетов. Практическая значимость. Система является составной частью бортового комплекса определения энергоэффективных режимов ведения поездов и обеспечивает определение ускоряющих и замедляющих сил.
Ключевые слова: тяговые расчеты; тяговые электрические машины; сила тяги; момент вращения; частота вращения; магнитный поток; электрическая мощность; механическая мощность
HayKa Ta nporpec TpaHcnopTy. BÎCHHK ^mnponeTpoBctKoro Ha^oH&atHoro yHÎBepcHTeTy 3&ri3HHHHoro TpaHcnopTy, 2013, № 6 (48)
B. YE. BODNAR1, M. I. KAPITSA2, D. N. KYSLYI3*
1Dep. «Locomotives», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (0562) 33 19 61
2Dep. «Locomotives», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (0562) 33 19 61, e-mail m.i.capica@ua.fm 3*Dep. «Locomotives», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (066) 625 18 59, e-mail dmitriykis@i.ua
DEFINITION OF LOCOMOTIVE TRACTION FORCE WITH REGARD TO UNEVEN LOADING OF WHEEL-MOTOR BLOCK
Purpose. The article describes the most common methods for determining the locomotive traction force. Solving the tasks of traction calculations involves determination of the forces influencing the train at every point of the way. When choosing a rational trajectory of the train motion and the development of operational regulations of train driving it is necessary to determine the actual value of the locomotive traction force. Considering various factors, power value of traction electric motor of locomotive may have significant differences. Advancement of the operational definition system of the locomotive traction force during the calculations by electrical parameters of traction electric motor with regard to uneven load of wheel-motor block is the purpose of the article. Methodology. The method of determining the traction force of locomotives and diesel locomotives with electric transmission, which is based on primary data acquisition of traction electric engines of direct current behavior, was proposed. Sensors and their integration into the electrical circuitry of the locomotive in order to get the data in digital form and for operational calculation of the each traction motor mode and the definition of locomotive traction force are presented. Findings. The experimental investigation of the system of locomotive traction force determination with the electric traction motor ED-105 was offered. A comparison of electrical and mechanical power of the electric motor was conducted. Originality. The system of locomotives power operational definition, which takes into account the variable electro-mechanical factors of wheel and motor blocks and increases the accuracy of the calculations, was proposed. Practical value. The system is a part of an onboard complex in definition of energy-efficient regimes for trains movement and provides the definition of accelerating and decelerating forces.
Keywords: traction calculations; traction electric machines; traction force; torque; rotational speed; magnetic flux; electrical power; mechanical power
REFERENCES
1. Bobrinskiy S.V. Analiz vliyaniya raznitsy diametrov bandazhey kolesnykh par na razbros tokov v parallelnykh tsepyakh tyagovykh elektrodvigateley i na nadezhnost lokomotiva [Influence analysis of the difference in diameters of wheelsets bandages on the currents spread in parallel circuits of traction motors and the reliability of the locomotive]. Transport Urala - Ural Transport, 2009, no. 4, pp. 50-52.
2. Bobyr D.V. Usovershenstvovaniye rezhimov vedeniya gruzovogo poyezda s elektricheskoy tyagoy. Kand. Dis. [Improvement of regimes for freight trains with electric traction. Cand. Diss.]. Dnipropetrovsk, 2007. 190 p.
3. Visin N.G., Vlasenko B.T., Sokolov S.A. Rezultaty issledovaniy po povysheniyu nadezhnosti raboty sistemy avtomaticheskogo upravleniya v rezhimakh tyagi i rekuperativno-reostatnogo tormozheniya na elektropoyezdakh ER2T [Research results on improvement of automatic control system reliability in the traction mode, regenerative and rheostatic braking on ER2T trains]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2007, issue 17, pp. 55-58.
4. Perevezentsev Ye.A., Shemanovskiy A.I. Sostavy vedut «Avtomashinisty» [«Automatic train drivers» drive the trains]. Lokomotiv - Locomotive, 2005, issue 6, pp. 15-17.
5. Pravila tyagovykh raschetov dlya poyezdnoy raboty [Rules of traction calculations for train operation]. Moscow, Transport Publ., 287 p.
6. Pyasik M., Tolstov Ye., Sluchak I. Sistemy avtomaticheskogo vedeniya poyezda [Automatic train driving systems]. Sovremennyye tekhnologii avtomatizatsii - Modern automation technologies, 2000, issue 4, pp. 60-69.
7. Sablin O.I. Sistema elektricheskoy tyagi postoyannogo toka - sistema nepostoyannogo toka [The system of direct current electric traction is a system of non-direct current system]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2007, issue 14, pp. 67-71.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, № 6 (48)
8. Sistemy avtovedeniya, registratsii parametrov dvizheniya i raboty tyagovogo podvizhnogo sostava. Obzornoye posobiye [System of automatic train operation, motion parameters recording and operation of traction rolling stock. Survey guide.]. Moscow, OOO «AVP Tekhnologiya» Publ., 2011. 96 p.
9. Filonov S.P., Gibalov A.I., Nikitin Ye.A. Teplovoz 2TE116 [Diesel 2TE116]. Moscow, Transport Publ., 1996. 334 p.
10. Ustymenko D.V. Suchasni mikrokontrolery v skhemakh rukhomoho skladu [Modern microcontrollers in the rolling stock schemes]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2007, issue 15, pp. 47-49.
11. Elektrovoz VL11m. Rukovodstvo po ekspluatatsii [Electric locomotive VL11m Operations manual]. Moscow, Transport Publ., 1994. 416 p.
12. Mahyar V., Amir T., Nasser L. Traction-Motor Power Ratio and Speed Trajectory Optimization for Power Split PHEVs Using Route Information. Int. Mechanical Engineering Congress and Exposition. Vol. 11: Transportation Systems. Houston, 2012, pp. 301-308.
13. Peter W. An Ensemble Empirical Mode Decomposition-Based Lossy Signal Compression Method for a Remote and Wireless Bearing Condition Monitoring System. Int. Design Engineering Techn. Conf. and Computers and Information in Engineering Conf. Vol. 1: 24th Conf. on Mechanical Vibration and Noise. Parts A and B. Illinois, 2012, pp. 151-158.
14. Torben O. Control of Oscillations in Electrically Driven Skid Steer Vehicles. Int. Mechanical Engineering Congress and Exposition. Design Engineering. Washington, DC, 2009, pp. 17-23.
Стаття рекомендована до публ1кацИ д.т.н., проф. А. М. Мухою (Украгна); ВО начальника
служби локомотивного господарства Придмпровськог зал1знищ В. С. Любкою (Украгна)
Прийнята до друку 20.09.2013
Надшшла в редколепю 07.11.2013
