Проведение нагрузочных испытаний тепловозов

Введение

В настоящее время при проведении нагрузочных испытаний тепловозов используются жидкостные реостаты. Целью реостатных испытаний является регулировка электрической схемы для получения требуемых характеристик ТТ, проверка правильности и надежности ее монтажа, редукторов компрессора, пневматической аппаратуры, электрооборудования, холодильника и других механизмов и устройств, при одновременной проверке работы дизель-генераторной установки.

Проведение перечисленных выше испытаний характеризуется значительным расходом топлива, большой длительностью и неблагоприятными условиями труда.

Из анализа технологических процессов доводочно-регулировочных испытаний тепловозов в локомотивных депо в тепловозостроительных и тепловозоремонтных заводах следует, что значительную часть по настройке и диагностике неисправностей в электрических схемах, на долю которых приходится 35-40% всех отказов, можно выполнить без использования реостатных установок, в том числе и при неработающем дизеле.

Если учесть, что из-за отсутствия или большой загрузки водяных реостатов в ряде депо исключается возможность эффективного выявления нарушения технологического состояния тепловозов, которые приводят к перерасходу топлива на тягу и к преждевременному износу дизеля, то становится очевидным, что разработки более эффективных технологических процессов и технических средств на основе безнагрузочных методов имеет большое научное и практическое значение.

Метод безреостатного испытания системы возбуждения ТГ тепловоза позволяет сократить длительность этих испытаний, снизить расход дизельного топлива, как на испытаниях, так и на тягу поездов за счет поддержания оптимальных настроек дизель-генераторных установок, улучшить условия труда рабочих.

1 .Теоретическое  обоснование  безнагрузочного  метода регулирования электрической передачи тепловоза

Основным методом регулирования электрической передачи в депо, тепловозостроительных и тепловозоремонтных заводах у нас в стране и за рубежом является метод реального нагружения тягового генератора на водяной реостат.

Для этого ТГ тепловоза отключают от тяговых двигателей (ТЭД) и подключают к нагружающему устройству для отбора мощности, в качестве которого чаще всего, используют водяной реостат. Он позволяет нагружать ТГ при максимальном напряжении 1 кВт мощностью в 5 МВт, и кратковременно реализовывать ток до 7-8 кА при напряжении 100-300 В, а так же контролировать основные параметры электрической передачи (ЭП).

В настоящее время, при испытаниях тепловозов, наибольшее распространение получили методы реального нагружения ТГ и безнагрузочные методы регулирования ЭП при работе ДГУ на холостом ходу.

Для выбора направления решения безреостатной настройки ЭП проведем сравнительную оценку их метрологических показаний.

В результате проведенного анализа метрологических показателей метода реального нагружения, было определено, что погрешности регулировки носят случайный характер и обусловлены неравномерным токораспределением реостатной установки и ЭП из-за переходных сопротивлений соединительных проводов. Контроль токораспределения осуществляется вольтметром при неочередном отключении поездных контакторов К₁-К₆. Согласно нагрузке на реостатные испытания допускается разность в показаниях вольтметра, которая составляет ∆_n = 7%.

На точность регулировки характеристик ТГ влияют квазипериодические колебания тока и напряжения нагрузки. Эти процессы проходят при нагреве, загрязнении воды и электродов. А также при незначительных нагрузках.

Таким образом, средняя квадратичная погрешность метода реального нагружения ТГ оценивается значением:

S_pn= 3,3%

Оценим         метрологические         показатели         существующих безнагрузочных методов.

Ряд без нагрузочных методов заключается в регулировке ЭП на холостом ходу работы ДГУ, изложен в работах « Диагностика и регулирование тепловозов» и «Безреостатная диагностика тепловозных дизель-генераторов». Их сущность заключается в том, что на входе канала нагрузки ЭП подключают сигнал, имитирующий ток якоря ТЭД и контролируют ЭДС. ТГ при различных значениях имитационного тока 1_Г по селективной характеристике E = f(iⁿ). Рассмотрим некоторые метрологические показатели этого метода.

Согласно функциональной схеме статистические передаточные функции звеньев определяются следующей системой уравнений: U_г=K₁(I₃-I₄)-K₂I_г              (1.1);

I_тг= K₃I_r(1 .2);

I_ТН=K₄I_г(1.3);

I_y=K₃I_ТГ+K_бI_тн(1.4),

где К_ГК₃- коэффициенты пропорциональности.

Подставив значения токов из выражений (1.2)-(1.4) в (1.1) получим уравнение реального нагружения ТГ при его работе на селективной характеристике:

U_r =K₁I₃-K_]K₃K₅I_r-K₁K₄K₆U_r -К_Х1_Г(1.5)

При регулировании ЭП на холостом ходу безнагрузочным методом, напряжение ТГ равно ЭДС и определяемся из уравнения (1.5) при подстановке в него 1_г=0. Отсюда следует:

Е_г =KJ₃- K_YK₃K₅Ir - К,К_АК₆Е_Г(1.6)

Для определения методической погрешности метода вычитаем из уравнения (1.6) уравнение (1.5), получим:

E_r-U_r=K₁K₄K₆(U_r-E_r) + K₂I_r+K_lK₃K₅(I_r-r_r)         (1.7)

Как видно из уравнения (1.7), при регулировании ЭП на холостом ходу ЭДС отличается от напряжения реального нагружения ТГ не только на величину падения напряжения в цепи якоря и_г=к₂1_г,а. возникает также дополнительная погрешность:

AU₂= К₁К₄К₆{U_г -Е_г) + К_{К_гК₅{1_г -Г_г)

Величина au₂зависит от настраиваемых параметров К_ГК₆, которые неизвестны при регулировании ЭП. Для их определения

Д – дизель

Г -- тяговый генератор

В – возбудитель

СПВ – подвозбудитель

МУ – магнитный уситель

СУ – селективный узел

ТТ – датчик тока

ТН – датчик напряжения

ИД – индуктивный датчик

были  исследованы  суммарные  характеристики  МУ,  В,   ТГ  на отрегулированных тепловозах ТЭ10М.

На экспериментальных данных таковых нагрузочных характеристик определим полное падение напряжения в цепи якоря ТГ при его работе на селективной характеристике.

Для ТГ типа ГПЗ11Б можно принять Up-Er=5-40B.

На участке, подставив все значения коэффициентов в выражение дополнительной погрешности, получим:

∆U₂=20-112В

На участке селективной характеристики эта погрешность составляет 5-15%.

В этом рисунке не рассмотрено падение напряжения дс/, в цепи якоря ТГ потому, что его с высокой точностью можно оценить по нагрузочным характеристикам и учесть при регулировании ЭП.

Точность безнагрузочных методов зависит также от характеристик имитатора тока (ИТ). Известные конструкции имитаторов не позволяют воспроизвести реальные формы сигналов, в результате чего появляются погрешности имитирования тока якоря ТГ_у=3-4%.

В настоящее время в ПО «Луганск тепловоз» внедряется схема ЭП тепловоза ТЭ10М с включением токовой катушки реле переходов в цепь датчиков тока. Это позволяет произвести его регулировку безнагрузочным методом.

Для оценки этой погрешности принимаем что она равна погрешности имитирования тока якоря ТГ, т.е. ∆_у = ∆_РП=3-5%.

Исходя из приведенных расчетов, среднеквадратическая погрешность безнагрузочного метода составляет:

Из сравнительной оценки метрологических показателей существующих методов регулирования ЭП тепловоза можно сделать вывод, что реальные нагружения ТГ на водяной реостат приводит к появлению средней квадратической погрешности:

S_PM=3,3%

При настройке системы возбуждения безнагрузочным методом средняя квадратическая погрешность составляет S_6m=6,9%, что не превышает требуемую точность до 10% в соответствии с технологическим процессом реостатного испытания.

Таким образом, имитируя сигналы тока и напряжения ТГ с погрешностями не более 4%, можно настроить систему возбуждения ТГ безнагрузочным способом при неработающем дизеле.

Исходя из этого предполагается три способа безнагрузочной проверки и настройки системы возбуждения ТГ:

1.  Безнагрузочная настройка электрооборудования тепловоза с использованием ЭВМ;

2.  Метод  безнагрузочной  проверки  и  настройки  системы возбуждения ТГ тепловоза;

3.  Безреостатная        настройка        селективной        системы возбуждения ТГ тепловоза.

2.Математическая модель тягового генератора

Математическая     модель     ТГ     основана     на     известной зависимости для цепи якоря:

 U_г=Е_г-I_гR_г-2U_щ      (2.1) где Е_Г - ЭДС генератора, В;

R_г=R_дг+R_дп     -     сопротивление     обмоток     якоря      и дополнительных полюсов, Ом;

U_щ - падение напряжения на щетках, В.

Выразим ЭДС через конструкционные параметры, магнитную индуктивность в зазоре и скорость вращения:

Е_г =arlB_sn_r(2.2)

где N - число активных проводников якоря;

Р - число пар полюсов;

а- число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

1 - расчетная длина якоря, м;

а,t-   полюсное перекрытие и полюсное деление;

B₆-   магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл;