Диагностика электромеханических систем транспортного комплекса. Учебное пособие

Тогда

w 2(1 2 )l i Kwl i, gt t2

где Kw – коэффициент, определяемый инерцией вращающихся масс.

Обычно принимают Kw = 230, что соответствует коэффициенту инерции вращающихся масс γ = 0,127.

Определение сопротивления движению методом выбега до полной остановки заключается в следующем. На территории депо выделяется для замеров сопротивления движению специальный участок пути длиной 60…70 м, имеющий уклон i = 0 или небольшой постоянный уклон i. Вдоль участка (рис. 2.5), длина которого размечена с шагом 1 м, устанавливаются рейки с указанием длины. Подвижной состав входит на этот участок пути с выключенными тяговыми двигателями при скорости порядка 5…10 км/ч. Контролёр-оператор, находящийся в вагоне, наблюдает через окно за отметками пути на рейках и в момент прохождения какой-либо из них нажимает кнопку ручного секундомера, включая его в работу. Отключение секундомера производится в момент полной остановки вагона. Показание секундомера дает время выбега t. По разности отметок на рейках, взятых в момент пуска секундомера и при полной остановке вагона, вычисляется длина выбега l.

Рис. 2.5. Схема контроля удельного сопротивления движению методом выбега

Метод выбега является наиболее распространённым методом контроля сопротивления движению трамвайных вагонов и троллейбусов. Он отличается простотой контроля, сравнительно небольшими затратами на оборудование контрольных участков, но требует свободной площадки длиной 60…70 м, тщательного её содержания и недостаточно точен. Поэтому расчётную величину сопротивления движению определяют как среднее из шести замеров: трёх в прямом и трёх

41

в обратном направлении движения вагона. Это существенно повышает его трудоёмкость и не позволяет использовать для массовых замеров сопротивления движению ПС. Затраты времени на обследование одного вагона методом выбега составляют около 10…15 мин.

Положительная особенность метода выбега – простая структура расчётной формулы, благодаря которой сравнительно мала вносимая ею методическая погрешность определения величины сопротивления движению. Его недостатки связаны с низкой точностью контроля пути выбега l визуальным наблюдением по рейке и времени выбега t по показаниям ручного секундомера. Максимально повысить точность можно за счёт исключения влияния субъективного фактора (человека) на процесс измерений. С этой целью производится автоматизация замеров l и t путём внедрения измерительной аппаратуры.

В качестве примера рассмотрим схему автоматического контроля сопротивления движению методом выбега (рис. 2.6). Схема включает в себя питающий трансформатор Т, со вторичных обмоток которого переменное напряжение подаётся на выпрямитель ВП1, питающий блок усилителя У, и ВП2, откуда – на цепи питания катушек реле Р, Р1 и Р3, датчиков пути Д, а также блоков отсчёта длины пути Б01 и времени Б02 и мультивибратора МВ. С усилителя У, включение которого происходит после срабатывания акустического датчика АД, напряжение подаётся на выпрямитель ВП3, питающий катушку реле Р2.

Для строгой фиксации точки начала выбега использован фотоэлемент с осветителем О и фотодиодом Ф, при срабатывании (переходе из проводящего состояния в режим отсечки) которого в момент пересечения луча света кузовом троллейбуса начинается отсчёт времени движения при выбеге.

Принцип работы измерительного комплекса, схема которого показана на рис. 2.6, б, заключается в следующем. После включения выключателей В1 и В2 через нормально замкнутые контакты Р1(1) и Р2(1) получает питание катушка реле управления Р и своими контактами Р(2) и Р(3) обесточивает цепи питания катушки реле Р3, блоков Б01 (через нормально разомкнутый контакт Р3) и Б02, мультивибратора MB. Реле остановки Р2 в это время отключено. Установка приводится в исходном положении.

Перед началом проведения измерения сопротивления движению водитель из кабины набирает на пульте управления ПУп, установленном вне троллейбуса, номер своей машины, который отбивается на ленте печатающего устройства ПУ. Затем троллейбус разгоняют на площадке до скорости 4…5 км/ч и начинают движение выбегом

42

которого Р1(1) отключают цепь питания его катушки. При въезде троллейбуса на 15-метровый контрольный участок М в конце площадки появляется сигнал от акустического датчика АД, который через усилитель У и выпрямитель ВПЗ включает реле Р2. Контакты Р2(2) этого реле разрывают цепь питания катушки реле Р1, его контакты Р1(1) в цепи питания катушки реле Р замыкаются, но катушка не получает питания, так как контакты Р2(1) разомкнуты. Считывание пути l выбега блоком Б01 и времени t блоком Б02 под действием мультивибратора MB происходит непрерывно до полной остановки троллейбуса, когда сигнал от акустического датчика АД исчезает и реле Р2 отключается, что приводит к срабатыванию реле Р. Через контакты Р(2) и Р(3) обесточиваются цепи питания блоков отсчёта пути и времени выбега. Считанные значения пути и времени выбега поступают в арифметическое устройство АУ, а результат вычисления сопротивления движению – на печатающее устройство ПУ и в блок цифровой индикации БЦИ-W. Для визуальной информации на блок цифровой индикации БЦИ-t может быть выведено и время выбега. В конце рабочей смены мастер ОТК снимает ленту с печатающего устройства и анализирует техническое состояние всех троллейбусов, прошедших через контрольную установку.

Опытная эксплуатация установки показала, что погрешность контроля сопротивления движению на ней составляет 0,1 Н/кН.

Основную ошибку замеров вносит недостаточная точность контроля пути выбега, для повышения которой число контактов К на контрольном участке контактного провода следовало бы увеличить примерно вдвое или даже втрое.

При правильном расчете установки автоматического контроля сопротивления движению методом выбега можно обеспечить достаточную точность контроля за один проход контрольного участка, что значительно расширяет возможности их использования в депо.

Метод разности скоростей

Метод представляет собой разновидность метода выбега и основан на решении уравнения для кинетической энергии Акин поезда на выбе-

ге при уменьшении его скорости с v1 до v2 за счёт работы сил сопротивления движению:

v2 v2

Aкин М 1 2 2 (w i)Gl ,

44

где M = G(1 + γ)/g – приведённая масса поезда, кг; G – вес поезда;

l – длина выбега.

Тогда расчётная формула для определения сопротивления движению принимает вид

w (1 ) v12 v22 gl i.

Если в начале и конце контрольного участка (рис. 2.6) выделить довольно малые по длине участки s1 и s2, то в пределах этих участков

скорости v1 и v2 движения поезда можно считать постоянными, значения которых с достаточной степенью точности можно определить по известным формулам:

v1 s1 / t1 и v2 s2 / t2 ,

где t1 и t2 – время прохождения поездом участков s1 и s2. Тогда

w (1 ) s1 / t 2 s2 / t2 2 / gl i .

Поскольку сопротивление движению зависит, как указывалось ранее, от скорости движения экипажа, методическая ошибка при расчёте сопротивления зависит от длины интервала между отрезками пути, на которых измеряются скорости. Поэтому его желательно выбирать в соответствии с требуемой погрешностью. С другой стороны, из-за того, что сопротивление движению определяется как разность двух близких величин, требуемая точность измерения обеспечивается лишь при

условии высокой точности замеров интервалов времени t1 и t2. Вместе с тем метод привлекает сравнительной лёгкостью автоматизации процесса измерений с выдачей результатов контроля на печать.

Схема контроля сопротивления движению методом разности скоростей с использованием миллисекундомеров МС-1 (рис. 2.7) успешно эксплуатируется в Москве. Контакты К1–К4 выполняют в виде воздушных салазок или фотореле и подключают к миллисекундомерам МС-1 на зажимы Вх-1 и Вх-2.

Для того чтобы троллейбус имел запас пути выбега, его путь до полной остановки принят равным 30 м.

45

подключают к выпрямительной установке. Подготовка троллейбуса к испытаниям заключается в фиксации линейного контактора во включенном положении для того, чтобы он не отключался во время эксперимента вследствие срабатывания реле пониженного напряжения. Троллейбус въезжает на секционированный участок или пускается на нем с низкой скоростью. Через 2…6 с на отрезке пути в 8…12 м его скорость достигает установившегося значения, при которой и фиксируется величина тока тягового двигателя, а по его электромеханической характеристике – величина силы тяги, равная сопротивлению движению на этой скорости.

~127/220 В

~127–220 В

Рис. 2.8. Схема контрольного участка для определения сопротивления движению троллейбусов методом устано-

вившегося тока

Метод установившегося тока не обеспечивает достаточной точности измерения сопротивления движению, поскольку характеристики тяговых двигателей имеют довольно большой разброс. Допустимое расхождение их в номинальном режиме работы составляет ±3 %, а в области малых токов, на которых контролируется сопротивление движению, намного превышает эту величину. Исследования, проведенные Техническим университетом (МЭИ), показали, что более точные, но также практически мало приемлемые результаты метод установившегося тока даёт при расчёте силы тяги по показаниям измерительных

47

приборов: напряжения U на токоприёмнике, установившегося тока I, времени хода t троллейбуса через контрольный участок при установившемся токе и пройденного за это время пути l.

Величина удельного сопротивления движению в этом случае определяется из условия равенства работы на валу ТЭД работе сил сопротивления движению:

w0 Pt UI kI 2r t,

Gl Gl

где Р – мощность на валу якоря ТЭД;

r – сопротивление якорной цепи ТЭД;

k > 1 – коэффициент, учитывающий магнитные потери ТЭД. Контрольный участок разделяется на две части (рис. 2.8): первый

длиной 10…15 м, где троллейбус разгоняется и достигает установившейся скорости, и второй длиной 15…20 м, на котором замеряется время движения с установившейся скоростью секундомером С, включение которого осуществляется рубильником Р и контактором К при проходе головкой токоприёмника воздушного контакта ВК.

Погрешность контроля методом установившегося тока при замерах на одном и том же троллейбусе составляет около 4 %, или 0,4 Н/кН, а при контроле разных машин может доходить до 50 %.

Метод тока трогания

Суть метода заключается, как и в рассмотренном методе установившегося тока, в использовании закона Ньютона для тела, находящегося в состоянии покоя: сумма сил, действующих на тело, равна нулю. Как только сила тяги превысит силы сопротивления движению, троллейбус начнёт движение. Для обеспечения плавного нарастания пускового тока ТЭД должен получать питание от специального источника тока с регулируемым напряжением. Ток трогания измеряется амперметром, а сопротивление движению определяется по кривой w = f(I), снятой при сравнительных измерениях сопротивления движению ПС методами тока трогания и выбега. Исследования показали, что метод тока трогания обеспечивает более высокую пропускную способность по сравнению с обычным методом выбега и требует меньшей контрольной площадки. Однако он характеризуется большой областью естественного разброса показаний, вследствие чего не обеспечивает необходимой достоверности.

48

Динамометрический метод

Суть метода аналогична рассмотренному выше с той лишь разницей, что тяговое усилие создаётся не двигателем транспортного средства, а тем, что установлен на стенде.

Метод требует сравнительно небольшого контрольного участка. Испытываемый троллейбус или вагон (рис. 2.9) соединяется тросом 8 с приводным электродвигателем 3 стенда посредством системы роликов 5–7 барабана 1 и редуктора 2. Создаваемое при этом усилие фиксируется динамометром 4.

Рис. 2.9. Схема динамометрического метода контроля сопротивления движению подвижного состава

С помощью этой установки определяется сопротивление движению как в момент трогания испытываемой единицы ПС (динамометрический метод трогания), так и в режиме установившейся скорости движения со скоростями, близкими к нулю (динамометрический метод установившейся скорости). Полное сопротивление движению определяется по динамометру, удельное – путём деления величины полного сопротивления на расчётный вес ПС. Точность этого метода контроля зависит от точности показаний динамометра и может быть достаточно высокой, но естественный разброс показаний, связанный с разбросом характеристик контакта колёс с дорожным покрытием на контрольном участке от точки к точке пути и положением ходовых частей, намного перекрывает погрешность динамометра. Поэтому для массового контроля сопротивления движению ПС этот метод не рекомендуется.

Возможность прогнозирования работоспособности узлов и агрегатов ПС по результатам контроля сопротивления движению определяется наличием корреляционных зависимостей между его сопротивлением движению и наработкой на отказ. Отклонение сопротивления движению

49

W от нормы приводит к росту числа требующихся ремонтных вмешательств, что и предопределяет возможность предсказания по результатам контроля сопротивления движению потребности ПС в ремонте.

Бортовое устройство контроля сопротивления движению

Измерять величину сопротивления движению транспортного средства можно не только на территории транспортного предприятия, но и во время эксплуатации его на маршруте, т. е. используя бортовые диагностические средства.

Наибольший интерес представляет бортовое устройство измерения сопротивления движению, предназначенное для стационарного монтажа в кабине водителя.

Для его реализации были использованы методы предлагаемые ГОСТ Р 41.83–99 «Методы измерения сопротивления поступательному движению транспортного средства». Этот документ оговаривает не только условия проведения измерений, требования к оборудованию, но и методы контроля.

Из методов, предлагаемых государственным стандартом, был использован «Метод измерения замедления с помощью гироскопической платформы» (метод измерения замедления с помощью акселерометров).

Этот метод представляет особый интерес, так как позволяет непрерывно контролировать сопротивление движению во всем диапазоне скоростей от начала выбега до полной остановки подвижного состава. Тем более что в настоящее время нет необходимости использовать сложные и дорогие гироплатформы. Их в полной мере заменяют современные высокоточные и вместе с тем дешёвые интегральные акселерометры.

Суть метода заключается в использовании второго закона Ньютона, в соответствии с которым величина сил сопротивления движению определяется как разность между тяговым усилием и усилием от дей-

ствия инерции:

w W (1 )mПСa ,

G G

где тПС – масса подвижного состава;

а – замедление при выбеге.

Акселерометры представляют собой датчики линейного ускорения и в этом качестве широко используются для измерения углов наклона

50