авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Прогнозирование боксования колесных пар локомотива по характеристикам динамических процессов в системе экипаж – тяговый привод – путь

-- [ Страница 2 ] --

Математическая модель привода построена с допущениями, общепринятыми для аналогичных динамических систем.

Методика исследования режима тяги, при котором равновесная точка а в процессе флуктуаций, не выходит за пределы восходящего участка, сводится к линеаризации системы (3) в окрестности равновесного режима путем перехода к динамическим координатам, исключающим постоянные составляющие и .

В динамических координатах система (3) имеет вид:

, (4)

где - угловая скорость скольжения колеса;

- относительная динамическая составляющая вертикальной реакции в контакте колеса с рельсом, ;

- крутизна характеристики сцепления в окрестности равновесного режима.

Система (4) может быть исследована с применением метода комплексных амплитуд и теории случайных функций. В качестве возмущения принят "белый шум" по ускорению. Тогда спектральная плотность ускорения обобщенной координаты с точностью до множителя будет , дисперсия - , среднеквадратичное значение - .

В третьей главе "Режим реализации максимальной тяги" обоснован критерий оценки устойчивости системы при реализации максимальной силы тяги. Исследованы закономерности динамических процессов в тяговом приводе при переходе от тяги к боксованию. Сформированы информативные признаки переходного процесса.

Наиболее характерные особенности переходного режима исследованы на модели колесной пары с приводом (рис. 2а), что продиктовано стремлением исключить влияние всех иных динамических процессов, кроме взаимодействия в контакте колеса с рельсом.

Поскольку необходимо определить признак перехода системы из устойчивого динамического состояния в неустойчивое, не зависящий от формы характеристики сцепления и отражающий только результат фрикционного взаимодействия в условиях возмущенного движения, характеристика сцепления задана отрезками прямых, соответствующих восходящему и падающему участкам (рис. 2б).

Тяговый момент не зависит от скорости скольжения колесной пары и не имеет динамической составляющей.

Вращение колесной пары под действием тягового момента и момента сцепления описывается дифференциальным уравнением

(6)

Выполняя для (6) процедуру перехода к динамическим координатам по описанной ранее методике, получим:

(7)

Полагая, что изменяется по закону , и, решая (7) методом комплексных амплитуд, получим выражение для амплитуды угловой скорости колесной пары в режиме тяги

. (8)

Выражение (8) получено для динамического процесса с постоянной крутизной характеристики сцепления в окрестности равновесного режима .

Но может иметь смысл эквивалентного демпфирования системы с нелинейной характеристикой демпфирования, если ее движение близко к гармоническому, и амплитуда колебаний равна амплитуде колебаний линейной (линеаризованной) системы.

Такое сопоставление линейной и нелинейной систем в теории колебаний называют методом гармонической линеаризации. В данном случае метод гармонической линеаризации применяется для идентификации параметра (демпфирования) линейной и нелинейной систем.

Выражение для определения получим из (8):

(9)

Для вычисления подставляем в (9) значения , полученные в результате численного интегрирования нелинейного уравнения (6) при заданном тяговом моменте или его нормированной величине , где - максимальный момент сцепления без возмущений.

Увеличивая тяговый момент от значений, соответствующих устойчивой тяге, до значений, при которых начинается боксование, получим зависимости: , , , , показанные на рис. 3.

Как следует из рис. 3, в процессе перехода от тяги к боксованию происходит уменьшение от некоторой большой величины, соответствующей режиму устойчивой тяги, до нуля – в момент потери устойчивости.

Такой же результат дает исследование исходной нелинейной системы в переходном режиме методом энергетического баланса.

Для переходного режима также характерным являются то, что при увеличении тягового момента на 5-8 % возрастают в 3-5 раз амплитуды динамических составляющих угловой скорости и углового ускорения колесной пары.

Ярко выраженная нелинейность характеристики сцепления приводит к асимметрии колебательных процессов угловой координаты колесной пары.

Тенденция к снижению до нуля величины в переходном процессе сохраняется при различных частотах возмущения (рис. 4).

Установленные закономерности переходного режима обусловлены изменением параметров фрикционного взаимодействия в контакте колес с рельсами. Они сохраняются и в том случае, когда колесная пара является частью более сложной динамической системы.

Изменение в широких пределах коэффициента демпфирования в связях многомассовых систем равноценно изменению структуры системы, что проявляется в изменении ее собственных частот.

Влияние на собственные частоты моделей крутильных систем одностороннего привода с недеформируемой (рис. 5а) и упругой (рис. 5б) осью колесной пары показано на рис. 6.

Установленный факт снижения до нуля коэффициента демпфирования в контакте колеса с рельсом в переходном режиме позволяет определить параметры динамических процессов в системе "экипаж-привод-путь", наиболее "чувствительные" к изменению свойств фрикционного контакта и сформировать информативные признаки "предбоксовочного" состояния привода.

Спектральные плотности ускорений обобщенных координат модели опорно-осевого привода при ("тяга") и ("срыв") показаны на рис. 7. Изменение среднеквадратичных значений ускорений обобщенных координат опорно-осевого привода в переходном режиме показано на рис. 8.

Как следует из рис. 8, характер изменения среднеквадратичных значений ускорений угловых координат модели (,) и вертикальных ускорений буксы () существенно зависит от направления движения привода.

Наиболее информативной и стабильной характеристикой динамических процессов в приводе в переходном режиме являются продольные ускорения буксы, анализ которых позволяет контролировать и прогнозировать состояние фрикционного контакта колеса с рельсом.

Таким образом, в качестве информативного признака для прогнозирования боксования приняты продольные ускорения буксы. Именно букса первой воспринимает и передает экипажу продольное усилие от оси колесной пары, возникающее в контакте колеса с рельсом при создании тяги.

Преимуществами сделанного выбора также являются возможность реализации принятого решения для любого типа привода и минимальные изменения конструкции ходовой части при установке на буксе датчиков ускорений.

Несмотря на очевидность этих утверждений, возможность прогнозирования боксования опорно-рамного привода по продольным ускорениям буксы также подтверждена в работе методами математического моделирования

Для повышения качества и точности прогнозирования состояния фрикционного контакта колес с рельсами целесообразно дополнительно регистрировать вертикальные колебания буксы, что позволяет формировать нормированные статистические характеристики.

Регистрация пространственных колебаний буксы переводит вопрос о прогнозировании состояния фрикционного контакта колеса с рельсом в плоскость распознания образов и процессов, что открывает большие возможности и перспективы с развитием микропроцессорной техники.

В четвертой главе описаны принцип действия "Устройства обнаружения предельных по сцеплению режимов работы тягового привода рельсового транспорта" (патент РФ № 2175612), цель, методы и средства экспериментальных исследований. Представлены результаты поездных испытаний и их анализ.

Принцип работы устройства основан на сравнении статистических характеристик пространственных колебаний буксы, вычисляемых за различные интервалы времени. По своей сути это – статистический анализатор стационарности динамических процессов. Важным достоинством устройства является его способность автоматически адаптироваться к изменяющимся в реальных условиях параметрам фрикционного контакта колеса с рельсом.

Для экспериментальной проверки принципов работы, заложенных в устройстве, был разработан и создан микропроцессорный автоматический испытательный комплекс (АИК), регистрирующий (и запоминающий) продольные ускорения буксы за 5 с до срабатывания штатного реле боксования (РБ) электровоза и в течение 5 с после срабатывания РБ. Память АИК рассчитана на хранение 500 фрагментов длительностью 10 с каждый. Частотный диапазон регистрируемых ускорений 0-500 Гц, амплитуда – до 20g. АИК имеет автономный источник питания, он гальванически развязан от цепей электровоза и устанавливается на буксе (рис. 9). Во время ТО электровоза записанная информация периодически считывается в NOTEBOOK, подзаряжается аккумулятор АИК.

Некоторые экспериментальные данные, полученные с помощью АИК, представлены на рис. 10 и рис. 11. Там же показаны результаты обработки сигнала по алгоритму, заложенному в устройстве и в разработанном на его базе комплексе предотвращения боксования (КПБ).

Точка "0" на оси времени соответствует моменту срабатывания штатного РБ. Как следует из рис. 10 и 11, обнаружение начинающегося боксования на основе анализа динамических процессов происходит на 1,2-1,8 с раньше, чем его регистрация с помощь штатного РБ.

Натурные испытания подтвердили справедливость и эффективность принципов прогнозирования боксования, предложенных и разработанных в данном исследовании.

Заключение

В данной диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

  • исследована специфика и установлены важнейшие закономерности динамических процессов в тяговых приводах локомотивов в режимах устойчивой тяги, а также – в режимах реализации предельных сил сцепления колес с рельсами;
  • на основе выявленных закономерностей динамических процессов в тяговых приводах разработан критерий оценки устойчивости максимального по условиям сцепления тягового момента, реализуемого колесной парой;
  • сформированы информативные признаки переходного процесса от режима тяги к режиму боксования;
  • разработано устройство обнаружения предельных сил сцепления для предупреждения боксования колесных пар локомотива;
  • проведена экспериментальная проверка полученных теоретических результатов и принципов, заложенных в разработанном устройстве.

В процессе решения поставленных задач:

  1. Разработаны математические модели и методы для исследования режимов реализации максимальных сил сцепления.
  2. Методами математического моделирования исследовано влияние состояния фрикционного контакта на динамические показатели системы "экипаж-привод-путь" (формы движения, частоты, амплитуды колебаний, статистические характеристики).
  3. Разработан, изготовлен и проверен в работе автоматический испытательный комплекс, способный без участия оператора регистрировать пространственные ускорения буксы в переходных режимах.
  4. Предложенный алгоритм распознания переходного процесса позволяет обнаруживать его на 1,2-1,8 с раньше штатного реле боксования. Характерной особенностью данного алгоритма является его способность адаптироваться к изменяющимся параметрам фрикционного контакта.
  5. Информация об уровне вибрации буксы может быть использована как в системе оптимального (с точки зрения устойчивой реализации максимальной для данных условий силы сцепления) управления тягой, так и для системы бортовой диагностики локомотива.
  6. Результаты, полученные в работе, являются теоретической основой для создания комплекса предотвращения боксования и системы поосного управления тягой.
  7. Применение на локомотивах противобоксовочных систем, построенных на принципах распознания динамических процессов, позволит получить ощутимую экономию за счет снижения расхода электроэнергии, уменьшения износа колес и рельсов, повышения ресурса тяговых передач, снижения расхода песка и повышения тяговых качеств локомотивов.

Данная диссертационная работа написана на основе многолетнего опыта исследований в области динамики тягового привода локомотива и взаимодействия колеса с рельсом. В ней обозначено альтернативное направление в выявлении закономерностей взаимодействия фрикционного контакта с динамической системой "экипаж – тяговый привод – путь".

Автор выражает благодарность д.т.н., профессору А.П. Павленко и к.т.н., доценту С.А. Синютину за научные консультации при подготовке материалов, вошедших в данную диссертацию.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

  1. Волков, И.В. Динамика тягового привода локомотива в режимах перехода от тяги к боксованию / И.В. Волков, П.А. Коропец // Электронный журнал "Исследовано в России", 137, стр. 1491-1497, 2007 г. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/137.pdf
  2. Коропец, П.А. Динамика тягового привода локомотива в режиме перехода от торможения к юзу / П.А. Коропец //. Вестник РГУПС. – Ростов н/Д. – 2004. – № 4. – С. 32 – 41.
  3. Коропец, П.А. Критерий качественной оценки тяговых свойств системы "колесо локомотива – рельс" / П.А. Коропец // Вестник РГУПС. – Ростов н/Д. – 2002. – № 2. – С. 31 – 36.
  4. Коропец, П.А. Динамический гаситель автоколебаний колесной пары / П.А. Коропец // Вестник РГУПС. – Ростов н/Д. – 2002. – № 1. – С. 41– 44.
  5. Патент 2175612 РФ, МКИ В 60 L 3/10. Устройство обнаружения предельных по сцеплению режимов работы тягового привода рельсового транспорта/ П.А. Коропец, В.С. Черный. – № 2000100712/28; заявл. 10.01.2000; опубл. 10.11.2001, Бюл. № 31.
  6. Коропец, П.А. Критерий оценки устойчивости максимального тягового момента, реализуемого колесной парой локомотива / П.А. Коропец, В.С. Черный // Вестник РГУПС. – Ростов н/Д. – 2000. – № 3. – С. 55 – 60.
  7. Коропец, П. А. Устройство раннего обнаружения боксования / П.А. Коропец // Тезисы докладов. Труды 59-й вузовской научно–технической конференции РГУПС. – Ростов н/Д. – 2000. – С. 123.
  8. Коропец, П.А. Выбор параметров тягового привода по условиям режима боксования / П.А. Коропец, А.С. Жаглин //. Деп. ЦНИИТЭИ МПС. Реф. – 1988. – № 6.
  9. Коропец, П.А. Динамика опорно–рамного привода грузового электровоза / П.А. Коропец // VI Всесоюзная конференция "Состояние и перспективы развития электровозостроения в стране". Тезисы докл. – Тбилиси. – 1987. С.35.
  10. Павленко, А.П. Динамические напряжения в колесной паре локомотива при нарушении контакта колес с рельсами / А.П. Павленко, П.А. Коропец // Материалы II международного трибологического симпозиума. Краков, 1986. – С. 413 – 418.
  11. Павленко, А.П. Особенности динамических процессов в двустороннем приводе локомотива при боксовании / А.П. Павленко, П.А. Коропец //. VI Национальный конгресс по механике. Дрезден, – 1985. – С. 152-156.
  12. Коропец, П.А. Снижение динамических нагрузок в оси колесной пары локомотивов с опорно–рамным приводом при боксовании / П.А. Коропец // Всесоюзная научно–техническая конференция "Создание и техническое обслуживание локомотивов большой мощности". Тезисы докладов. – Ворошиловград. – 1985. – 231 с.
  13. Павленко, А.П. Расчет динамических нагрузок в тяговом приводе локомотива в режиме юза / А.П. Павленко, П.А. Коропец // Всесоюзная научно–техническая конференция "Создание и техническое обслуживание локомотивов большой мощности". Тезисы докладов, Ворошиловград, – 1985. – С. 25.
  14. Коропец, П.А. К вопросу оценки тяговых свойств привода локомотива / П.А. Коропец, Н.И. Горбунов // Повышение эффективности и качества работы электроподвижного состава: Тр. РИИЖТ. – Ростов н/Д. – 1984. – Вып. 176. – С. 21 – 25.
  15. Павленко, А.П. К выбору рациональных параметров тяговых приводов грузовых локомотивов из условий режимов боксования / А.П. Павленко, П.А. Коропец //. В кн. Проблемы механики железнодорожного транспорта. – Днепропетровск, 1984.– С. 128-129.
  16. Павленко, А.П. Метод расчета областей существования фрикционных автоколебаний в тяговых приводах локомотивов / А.П. Павленко, П.А. Коропец // Труды РИИЖТ. – Ростов н/Д. – 1984. – Вып. 176. – С. 25-32.
  17. Павленко, А.П. Анализ и пути снижения динамической нагруженности двустороннего привода локомотива / А.П. Павленко, П.А. Коропец, В.Д. Черников // В сб. Транспортное оборудование. ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 5 – 83 – 12, 1983.
  18. Павленко, А.П. Оценка и улучшение динамических качеств тяговых приводов электровозов повышенной мощности / А.П. Павленко, П.А. Коропец, А.Т. Глоба // В кн. "Проблемы механики железнодорожного транспорта". – К.: Наукова думка, 1980. – С. 105-106.

Коропец Петр Алексеевич

ПрогнозИРОВАНИЕ боксования

колесных пар локомотива

ПО ХАРАКТЕРИСТИКАМ динамических процессов

в СИСТЕМЕ "экипаж тяговЫЙ привод ПУТЬ"

Специальность: 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог,

тяга поездов и электрификация

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Подписано к печати 2007 г. Формат бумаги 60х84/16.

Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 1,0.

Тираж 100. Заказ №



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.