Теория подвижного состава. Тягово-скоростные свойства

J6 6 M46 k46 4 6 Fк2левrд ; uтр тр

M12 c12 1 2 ;

M35 c35 3 5 ;

M46 c46 4 6 ;

mx Fк2прав Fк2лев Ff Fв F .

Из расчетной схемы сочлененного троллейбуса 6 2 путем уменьшения массы и аннулирования третьего моста, получаем расчетную

схему двухосного троллейбуса 4 2 (см. рис. 1.8) при движении ведущих колес в различных условиях по сцеплению. Если необходимо исследовать тягово-скоростные свойства сочлененного троллей-

буса 6 2, у которого ведущим является третий мост, то ни каких изменений в системах уравнений не потребуется, а в расчетной схеме следует показать, что ведущим является третий мост (рис. 1.9, б). Для исследования тягово-скоростных свойств сочлененного трол-

лейбуса 6 4, следует в расчетной схеме добавить второй ведущий мост (рис. 1.9, в) и в исходные системы уравнений дописать уравнения, описывающие работу второго ведущего моста.

Таким образом, простой конический межколесный дифференциал снижает тягово-скоростные свойства троллейбуса в случае, когда колеса ведущего моста находятся в разных условиях по сцеплению. Приведенные системы дифференциальных уравнений позволяют исследовать трогание и разгон троллейбусов (двухосного, сочлененного 6 2 и 6 4) в различных условиях эксплуатации, если ведущие колеса находятся в разных условиях по сцеплению и определить в этом случае его тягово-скоростные свойства.

4.3. Противобуксовочные устройства

Производители транспортных средств постоянно работают над тем, чтобы сделать поездку пассажиров более комфортной и безопасной. В этом направлении уже достигнуто немало. Существует

191

ряд разработок, которые прочно заняли свое место в арсенале транспортных средств, предназначенных для перевозки пассажиров. Одной из них является противобуксовочная система. Противобуксовочные системы по праву занимают свое место среди прочих средств контроля движения, обеспечивая оптимальное управление машиной

иповышение ее тяговых свойств. Они представляют собой совокупность механизмов и электронных компонентов, которые предназначены для предотвращения пробуксовывания ведущих колес.

Другой аспект, который нельзя игнорировать – психологическое состояние водителя. Специалистами неоднократно отмечалось, что применение электронных систем безопасности и, в частности, противобуксовочной системы, снижает утомляемость и раздражительность водителя, позволяя ему сконцентрироваться на управлении транспортным средством.

Противобуксовочные устройства троллейбусов. На скользкой или мокрой дороге, появляется пробуксовка ведущих колес троллейбуса. Из-за пробуксовки колес снижается динамика разгона, ухудшается управляемость и повышается вероятность заноса троллейбуса. В этом случае значительно возрастают износ шин и потребление электроэнергии. ПБС не дает ведущим колесам троллейбуса буксовать при начале движения, резком ускорении, поворотах, плохих дорожных условиях и быстром перестроении.

Принцип, положенный в основу работы противобуксовочной системы, – контроль скорости вращения ведущих колес. Если при разгоне они начинают вращаться слишком быстро, то противобуксовочная система предпринимает корректирующие действия. Проявляться это может как в притормаживании забегающего колеса, так

ив снижении подводимого вращающего момента со стороны трансмиссии. По сути противобуксовочная система это противоблокировочная система (АБС) наоборот. В работе эти две системы используют показания одних и тех же датчиков. Противобуксовочные системы называют по разному – ASR, TRC, TCS (система контроля тяги), причем этими аббревиатурами не исчерпываются все возможные обозначения, которые получает противобуксовочная система у разных производителей. Тем не менее, несмотря на разные названия, принцип, по которому работает любая из них, практически одинаков.

Всамом простом виде, например противобуксовочная система ASR, получает информацию от датчиков, по которым определяет:

192

–угловую скорость колес;

–их положение (движение происходит прямо или выполняется поворот);

–величину буксования колес, основываясь на рассчитанной разности угловых скоростей колес.

На основании полученных данных, в зависимости от скорости движения, противобуксовочная система может:

–через систему электромагнитных клапанов изменять давление в системе торможения, тем самым понижает скорость вращения колеса;

–выдать в систему управления электродвигателем сигнал на снижение вращающего момента;

–изменить величину вращающего момента на буксующем колесе своевременно, частично блокируя межколесный дифференциал;

–выполнить несколько названных действия одновременно. Какими возможностями обладает та или иная противобуксовоч-

ная система (ПБС), определяется, прежде всего, конструкцией троллейбуса, а также программным обеспечением. Однако, несмотря на существующие различия в реализации, противобуксовочная система, независимо от типа, когда она работает (включена) обеспечивает уверенный разгон троллейбуса и надежное сцепление ведущих колес с дорогой. Такой подход позволяет избежать критических ситуаций при управлении троллейбусом многим, в том числе и опытным, водителям. Принципиальная схема ПБС представлена на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Схема противобуксовочной системы троллейбуса

193

В процессе разгона водитель воздействует на педаль хода, связанную с датчиком перемещения 2, который передает сигнал в электронный блок управления (ЭБУ) 5. Согласно положению педали (сигналу датчика 2) электронный блок управления формирует сигнал на изменение вращающего момента ТЭД 1, вследствие чего изменяется и момент на ведущих колесах. Текущие параметры работы тягового электродвигателя и угловые скорости ведущих и ведомых колес от соответствующих датчиков 3 и 4 передаются в электронный блок управления, который обрабатывает данные о величине вращающего момента ЭД и величинах буксования ведущих колес.

Величина буксования ведущих колес определяется по отношению к угловой скорости ведомых колес и не должна превышать допусти-

мой величины доп = 0,05–0,10. Если буксование ведущих колес больше допустимого значения, электронный блок управления дает сигнал на уменьшение вращающего момента тягового электродвигателя. Снижение вращающего момента ЭД происходит до тех пор, пока буксование колес не станет меньше допустимого буксования.

Если величина буксования ведущих колес находится в допустимом диапазоне буксований, ЭБУ поддерживает момент ЭД постоянным. При уменьшении буксования колес ниже допустимого значения, ЭБУ подает сигнал электродвигателю на увеличение вращающего момента. При возврате педали хода в исходное положение блок прекращает тяговый режим электродвигателя.

Противобуксовочные устройства трамваев. Для моторных ва-

гонов трамвая остается актуальной проблема сцепления ведущих колес с рельсами, заключающаяся в том, что низкий коэффициент сцепления между колесом и рельсом существенно ограничивает возможности использования мощности в режимах тяги и электрического торможения. Это относится, прежде всего, к ПС с ТЭД постоянного тока и резисторно-контакторным регулированием.

Опытный водитель трамвая с ЭД постоянного тока последовательного возбуждения в состоянии распознать начало процессов буксования или юза. Для их прерывания ему достаточно уменьшить силу тяги или торможения.

Внедрение асинхронного трехфазного привода ставит новые граничные условия для использования сил сцепления колес с рельсами. В системе асинхронного трехфазного привода, где используется регулирование крутящего момента двигателей, в подобной ситуации

194

обязательно реализовалась бы чрезмерная сила торможения. Частота вращения двигателей и, следовательно, колесных пар снизилась бы до нуля, если нет защиты от юза и боксования. При тех же условиях чрезмерное увеличение задаваемого значения силы тяги приводит к боксованию колесных пар.

Электронная автоматическая защита от юза и буксования в современных системах трехфазного асинхронного привода постоянно контролирует динамику крутящего момента, что позволяет с большой степенью надежности исключать возможность возникновения этих нежелательных режимов. Первые системы защиты были далеки от совершенства. Они ограничивали возможности повышения ускорения при разгоне трамвая и удлиняли его тормозной путь. Новые системы защиты, построенные на современной микропроцессорной базе, обеспечивают оптимальное использование сил сцепления при любых эксплуатационных условиях, в том числе и на загрязненных рельсах.

Самым распространенным устройством, повышающим тяговые свойства трамвая, являются песочницы. Они предназначены для хранения и подачи песка на релься, что повышает сцепление ведущих колес с рельсами и предотвращает их буксование и юз. На трамваях применяются шиберные песочницы с тремя типами приводов: механическим, электромагнитным и пневматическим. Песочницы располагают в салоне трамвая под сидением.

Кроме песочниц в настоящее время на трамваях применяют электронные противобуксовочные системы, рис. 4.5.

В системе обычное для трехфазного тягового привода регулирование крутящего момента ЭД контролируется и управляется звеном более высокого уровня, изменяющим частоту вращения вала электродвигателя. Истинное значение частоты вращения получают от датчика, установленного на валу тягового электродвигателя. Альтернативой этому принципу является регулирование трехфазного тягового электродвигателя без использования датчика. В этом случае сигнал о частоте вращения получают от звена регулирования ЭД.

Обязательным условием для создания системы регулирования проскальзываний ведущих колесных пар является автоматическое формирование задаваемого значения частоты вращения тягового электродвигателя. Это необходимо для того, чтобы установить частоту вращения колесной пары, соответствующую максимальному крутящему моменту двигателя. В этом случае устанавливается та-

195

кая величина проскальзываний, при которой от колеса на рельс передается наибольшая сила тяги или торможения.

Рис. 4.5. Блок-схема системы RSR-N регулирования буксования колесной пары трамвая:

1 – логика поиска; 2 – считыватель экстремальных значений; 3 – регулятор частоты вращения; 4 – регулированиетяговыхдвигателей; 5 – модельсистемы«Колесо-рельс»; 6 – адаптация ускорения

Ключевым элементом системы регулирования проскальзываний является логика поиска. Для того чтобы найти оптимальную величину проскальзываний, с помощью выбора двух дополнительно задаваемых значений a0 и a1 линейного ускорения на ободе колеса определяется, в какую сторону изменяется частота вращения колесной пары (уменьшается или растет). Задаваемые значения ускорения выбира-

ются так, чтобы постоянно лишь на небольшую величину a отличаться от мгновенного значения ускорения трамвая aваг = aт:

Формирование требуемой величины мгновенного значения является задачей звена, выполняющего операцию адаптации ускорения. Для этого ему, как минимум, необходима действительная величина частоты вращения nкi, которая поступает из цепи регулирования этого параметра. Полученную функцию изменения величины nкi дифференцируют, в результате чего получают адаптированное ускорение aт, которое должно быть как можно ближе к величине ускорения вагона aваг. Интегрируя задаваемое значение ускорения aзад, получают задаваемое значение частоты вращения nзад, с помощью ко-

196

торого колесную пару разгоняют до тех пор, пока действительное значение крутящего момента тягового двигателя Мдв максимально

не приблизится к задаваемому Мдв.зад.

Как только с помощью накопителя экстремальных значений будет установлено, что при дальнейшем повышении частоты вращения колесной пары крутящий момент электродвигателя уменьшается, логика поиска начинает снижать частоту вращения путем замены задаваемого значения ускорения a1 на a0. После прохождения кривой= f( ) через максимальное значение, соответствующее оптимальной разнице скорости и максимальному значению коэффициента сцепле-

ния , логика поиска вновь переключается на повышение частоты вращения электродвигателя и начинается новый цикл поиска.

Таким образом, функция противобуксовочной системы на подвижном составе вне зависимости от ее названия и производителя одна и та же – не позволять ведущим колесам буксовать в начале движения, прохождения поворотов, при резком ускорении, перестроении и при езде во время неблагоприятных погодных условиях. Противобуксовочная система построена на конструктивной основе антиблокировочной тормозной системы.

4.4. Эксплуатационные факторы

На ТСС и расход электроэнергии оказывают влияние практически одни и те же факторы. Однако режимы движения ПС влияют на эти показатели по-разному. Если основное значение имеет экономия электроэнергии, то рекомендуется движение подвижного состава со

скоростью эк, при которой достигается минимальное значение путевого расхода электроэнергии. Эту скорость можно определить по потреблению электроэнергии подвижным составом.

Изменение температуры тягового электродвигателя в большую или меньшую сторону, по сравнению с рекомендуемой, приводит к увеличению расхода электроэнергии. Снижение давления воздуха в шинах, ниже рекомендуемого заводом-изготовителем, повышает сопротивление качению и расход электроэнергии.

Неисправности ЭД, механизмов трансмиссии и ходовой части ПС, их неправильная регулировка, являющиеся результатом некачественного проведения технического обслуживания, могут значительно ухудшить показатели ТСС и потребление электроэнергии.

197

Контрольные вопросы

1.Как влияет масса ПС на его тягово-скоростные свойства?

2.Как влияет на ТСС ПС характеристики ТЭД?

3.Что понимается под удельной мощностью подвижного состава? В каких пределах она находится у троллейбусов и трамваев?

4.Как влияют шины на тягово-скоростные свойства троллейбуса?

5.Как влияет на ТСС подвижного состава форма его кузова?

6.Назначение межколесного дифференциала и его свойства?

7.Как влияет межколесный дифференциал на ТСС троллейбуса при движении в неблагоприятных условиях по сцеплению ?

8.Изобразите схему симметричного дифференциала и назовите его основные элементы.

9.С какой угловой скоростью будет вращаться буксующее колесо, если второе колесо ведущего моста неподвижно?

10.Что понимается под коэффициентом блокировки дифференциала?

11.С какой целью на ПС применяются ПБС?

12.Для чего на трамваях применяются песочницы?

12.Поясните принцип работы противобуксосочных систем.

13.Чем определяются возможности противобуксовочных систем?

14.Какие датчики используются в ПБС?

198

Список литературы

1.Кузьмич, В. Д. Теория локомотивной тяги: учебник для вузов ж.-д. транспорта / В. Д. Кузьмич, В. С. Руднев, С. Я. Френкель; под ред. В. Д. Кузьмича. – Москва: Издательство «Маршрут», 2005. – 448 с.

2.Осипов, С. И. Теория электрической тяги: учебник для вузов / С. И. Осипов, С. С. Осипов, В. П. Феоктистов. – Москва: Маршрут, 2006. – 436 с.

3.Теория электрической тяги / В. Е. Розенфельд [и др.]; под ред. И. П. Исаева. – Москва: Транспорт, 1995. – 294 с.

4.Щуров, Н. К. Теория электрической тяги: учеб. пособие / Н. К. Щуров. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. – 100 с.

5.Фираго, Б. И. Регулируемые электроприводы переменного тока / Б. И. Фираго, Л. Б. Павлячик. – Минск: Техноперспектива, 2006. – 363 с.

6.Фираго, Б. И. Теория электропривода: учеб. пособие / Б. И. Фираго, Л. Б. Павлячик. – 2-е изд. – Минск: Техноперспектива, 2007. – 585 с.

7.Фираго, Б. И. Расчеты по электроприводу производственных машин и механизмов / Б. И. Фираго. – Минск: Техноперспектива, 2012. – 639 с.

8.Красовский, А. Б. Основы электропривода: учеб. пособие / А. Б. Красовский. – Москва: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. – 405 с.

9.Атаманов, Ю. Е. Теория подвижного состава городского электрического транспорта: учебно-методическое пособие для специальности 1-37 01 05 «Городской электрический транспорт» / Ю. Е. Атаманов, В. Н. Плищ. – Минск: БНТУ, 2013. – 267 с.

10.Кравец, В. Н. Проектирование автомобиля / В. Н. Кравец. – Нижний Новгород, 1992. – 230 с.

11.Смирнов, Г. А. Теория движения колесных машин: учебник для студентов машиностроительных спец. вузов / Г. А. Смирнов. –

2-е изд., доп. и перераб. – М.: Машиностроение, 1990. – 352 с.

12. Селифонов, В. В. Теория автомобиля / В. В. Селифонов, А. Ш. Хусаинов, В. В. Ломакин. – Москва: МГТУ «МАМИ», 2007. –

102с.

13.Тарасик, В. П. Теория движения автомобиля: учебник для вузов / В. П. Тарасик. – СПб.: БХВ-Петербург, 2006. – 478 с.

199

Учебное издание

АТАМАНОВ Юрий Евгеньевич ПЛИЩ Владимир Николаевич

ТЕОРИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА. ТЯГОВО-СКОРОСТНЫЕ СВОЙСТВА

Учебно-методическое пособие для студентов специальности 1-37 01 05

«Электрический и автономный транспорт»

Редактор А. Д. Спичёнок

Компьютерная верстка Н. А. Школьниковой

Подписано в печать 01.03.2021. Формат 60 84 1/16. Бумага офсетная. Ризография.

Усл. печ. л. 11,63. Уч.-изд. л. 9,09. Тираж 100. Заказ 676.

Издательиполиграфическое исполнение: Белорусскийнациональныйтехнический университет. Свидетельство о государственной регистрации издателя, изготовителя, распространителя печатных изданий № 1/173 от 12.02.2014. Пр. Независимости, 65. 220013, г. Минск.

200