7.3 Боксование

7.3.1 Влияние жесткости тяговых характеристик электродвигателя на процесс развития боксования

На рисунке 7.2 приведены две тяговые характеристики: 1-я кривая – для ТЭД с независимым возбуждением, а 2-я кривая – для ТЭД с последовательным возбуждением. Там же показаны характеристики сцепления: 3-я кривая – ограничение по сцеплению Fсц.р(v), определяемой по (7.2), 4-я кривая – зависимость силы сцепления от скорости скольжения F_сц.б.i(v), определяемой по (7.5).

а) б)

Рисунок 7.2 – Процесс развития боксования для ТЭД с НВ и СВ

Предположим, что режим работы тягового двигателя соответствует точке А – рисунок 7.2,а. Возникает боксование. Процесс развития боксования иллюстрирует рисунок 7.2,б, из которого видно, что у колесно-моторного блока с ТЭД СВ, имеющим мягкую тяговую характеристику (кривая 2), после срыва сцепления колеса с рельсом скорость скольжения постоянно возрастает, т.к. у него все время F_к.дв.i > F_сц.б.i. У колесно-моторного блока с ТЭД НВ, имеющего жесткую тяговую характеристику (кривая 1), при боксовании сила тяги резко снижается и при сравнительно незначительной скорости скольжения _ск = 0,1 (рисунок 7.2,б – точка Б) восстанавливается нормальное сцепление колеса с рельсом, т.к здесь F_к.дв.i = F_сц.б.i .

Таким образом, колесно-моторный блок с ТЭД последовательного возбуждения при срыве сцепления уходит в разносное боксование, а колесно-моторный блок с ТЭД независимого возбуждения автоматически сбрасывает нагрузку до восстановления сцепления.

7.3.2 Математическое моделирование процесса боксования

Уравнение механического равновесия для колесно-моторного блока (КМБ), находящегося в процессе боксования:

, (7.6)

Откуда после преобразований, проведенных аналогично тем, которые были выполнены в разделах 1.6 и 2.1, получим:

, (7.7)

где F_б – равнодействующая сила КМБ, Н;

F_б = F_к.б - F_сц.б , (7.8)

m_км.э – эквивалентная масса вращающихся частей КМБ, т;

m_км.э = . (7.9)

Разделив обе части уравнения (7.7) на “m_км.э·g” и считая путь, пройденный боксующим колесом s_к, м, время t, с и скорость скольжения v_ск, км/ч, получим:

, (7.10)

, (7.11)

где f_б – удельная равнодействующая сила КМБ, Н/кН,

. (7.12)

На основе уравнений (7.10), (7.11) и (7.12), представляющих собой математическую модель процесса боксования КМБ, используя метод структурного моделирования, может быть разработано программное обеспечение для исследования на ЭВМ процесса боксования.

7.4 Влияние конструктивных параметров тягового электропривода

на реализацию силы тяги локомотива

7.4.1 Расхождение характеристик колесно-моторных блоков

Это расхождение вызвано в свою очередь расхождением:

– электромеханических характеристик ТЭД (допуск ±3 %),

– диаметров колес колесных пар (допуск 10 мм),

– электрических и механических потерь КМБ.

Например, обсчет данных локомотивного парка из 100 электровозов ВЛ10 показал, что среднеквадратичное отклонение силы тяги ТЭД составило 2,5 % – рисунок 7.3,а. В таком случае с целью предотвращения боксования реализацию силы тяги ЭПС придется вести по наиболее скоростному колесно-моторному блоку КМБ-1. Но тогда тяговые свойства блока КМБ-2 окажутся недоиспользованы.

а) б)

Рисунок 7.3 – Реализация сил тяги ТЭД ЭПС

7.4.2 Проскальзывание колес

Для фиксации колесных пар в колее, устранения местного проката и облегчения прохода кривых бандажи колесных пар локомотивов обтачиваются на конус с наклоном поверхности катания в средней части 1/20. Это приводит к извилистому движению колесных пар в профиле пути, а значит и к появлению дополнительного проскальзывания колеса, работающему на большем диаметре бандажа. Последнее снижает критическое значение скорости скольжения на 2…5 %.

7.4.3 Перераспределение осевых нагрузок локомотива

Перераспределение осевых нагрузок локомотива имеет место как постоянно действующее, так и периодически возникающее.

Постоянно действующее перераспределение осевых нагрузок возникает из-за разноуровневого приложения к электровозу сил тяги F_к.дв.i КМБ и силы сопротивления движению поезда W_к. В результате этого возникает такой опрокидывающий момент М_оп, который приводит к разгрузке передних по ходу движения колесных пар в тележках и перегрузке задних колесных пар на величину ∆G_к:

, (7.12)

где h – расстояние между осями приложения сил тяги F_к.дв.i и сопротивления движению поезда W_к;

L_б – база тележки.

Очевидно, реализация сил тяги двигателей ЭПС без боксования возможна только по передним колесным парам (рисунок 7.3, б), а это приводит к недоиспользованию сцепной массы локомотива, что для тележечных электровозов составляет 6…14 %.

Периодически возникающее перераспределение осевых нагрузок имеет место из-за колебаний надрессорного строения локомотива. Это приводит к так называемому перемежающемуся боксованию, которое может перейти в разносное при работе ТЭД с предельными значениями силы тяги.