close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1130 Выпускные квалификационные работы ОмГУПС-2016

код для вставкиСкачать
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
(ОмГУПС (ОМИИТ))
Кафедра « Локомотивы»
К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ
Заведующий кафедрой «Локомотивы»
__________ С. М. Овчаренко
«___»_______________2016 г
РАЗРАБОТКА СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
ГРУЗОВОГО ТЕПЛОВОЗА С ТЯГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ
НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
Пояснительная записка к дипломному проекту
ИНМВ. 129372.000ПЗ
СОГЛАСОВАНО
Консультант по экономике –
доцент кафедры «ЭТЛУК»
_____________________Р. С. Саттаров
Консультант по безопасности и
экологичности –
заведующий кафедрой «БЖЭ»
________________Ю. Н. Хмельницкий
Нормоконтроль –
доцент кафедры «Локомотивы»
___________________В. К. Фоменко
Студент гр. ДВ-ЛТ-00971
__________ А. В. Макаров
«____»_______________2016 г.
Руководитель –
Старший преподаватель кафедры
«Локомотивы»
____________А. В. Литвинов
«____»_______________2016 г.
Омск 2016
ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Факультет Заочный
Кафедра «Локомотивы»
Специальность 19.03.01 «Локомотивы»
УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой «Локомотивы»
__________ С. М. Овчаренко
«___»______________2016 г
ЗАДАНИЕ
на дипломный проект студента
Макарова Антона Вячеславовича
1. Тема проекта «Разработка силовой электрической схемы грузового тепловоза с тяговыми двигателями независимого возбуждения»,
утверждена приказом по университету от «26» февраля 2016 г. № 372/с
2. Срок сдачи студентом законченного проекта «25» мая 2016 г.
3. Исходные данные к проекту
3.1. Технические характеристики тягового двигателя: номинальный ток, напряжение, частота вращения, максимальный ток якоря, максимальный ток возбуждения, минимальный коэффициент регулирования возбуждения, коэффициент
полезного действия.
4. Содержание пояснительной записки (перечень подлежащих разработке
вопросов)
4.1. Расчет параметров электрической части локомотива
4.1.1. Расчет номинальных параметров ТЭД
4.1.2. Расчет параметров пускового реостата
4.1.3. Расчет переходного вентиля
4.1.3. Расчет электромеханических и тяговых характеристик электровоза при
полном поле возбуждения ТЭД
4.2. Разработка электрических схем силовых цепей электровоза.
4.2.1. Разработка схемы силовых цепей электровоза
4.2.2. Работа силовой схемы в режиме
4.2.3. Работа силовой схемы в режиме реостатного торможения
4.2.4. Расчет параметров преобразователя возбуждения ТЭД
4.2.5. Расчет электромеханических и тяговых характеристик ТЭД при различных. алгоритмах регулирования тока возбуждения
4.3. Применение инструментов и методов бережливого производства в
локомотивном хозяйстве.
4.3.2. Цели Программы поэтапного внедрения технологий бережливого
производства в ОАО «РЖД»
4.3.2. Виды потерь
4.3.2. Принципы применения бережливого производства в ОАО «РЖД»
4.3.3. Приоритетные направления в ОАО «РЖД» для сокращения потерь с
применением технологий бережливого производства
4.3.4. Инструменты бережливого производства
4.4. Обеспечение требований безопасности труда в конструкции силовой электрической схемы тепловоза с электрической передачей
4.4.1. Характеристика опасных зон при функционировании элементов силовой
электрической схемы тепловоза с электрической передачей.
4.4.2. Определение наличия и эффективности действия технических средств,
обеспечивающих безопасность обслуживания оборудования.
4.4.3. Эргономический анализ организации рабочего места для управления
электрической схемой.
4.4.4. Выводы и предложения с разработкой конструкции технического средства (устройства безопасности).
5. Перечень графического материала
5.1. Виды электрических передач.
5.2. Расчёт параметров электрической части.
5.3. Расчёт параметров электрической части.
5.4. Расчёт параметров электрической части ТЭД.
5.5. Расчёт электромеханических характеристик ТЭД при полном поле возбуждения.
5.6. Расчёт электромеханических характеристик ТЭД при полном поле возбуждения.
5.7. Расчёт электромеханических характеристик ТЭД при полном поле возбуждения.
5.8. Расчёт электромеханических характеристик ТЭД при полном поле возбуждения.
5.9. Расчет и построение тяговой характеристики локомотива.
5.10. Схема цепей независимого возбуждения ТЭД одной секции.
5.11. Расчет параметров преобразователя возбуждения ТЭД.
5.12. Расчет параметров преобразователя возбуждения ТЭД.
5.13. Расчет электромеханических и тяговых характеристик ТЭД при различных
алгоритмах регулирования тока возбуждения.
5.14. Расчет электромеханических и тяговых характеристик ТЭД при различных
алгоритмах регулирования тока возбуждения.
5.15. Расчет электромеханических и тяговых характеристик ТЭД.
при различных алгоритмах регулирования тока возбуждения.
5.16. Расчет электромеханических и тяговых характеристик ТЭД.
при различных алгоритмах регулирования тока возбуждения.
5.17. Алгоритм регулирования тока возбуждения ТЭД при постоянным коэффициенте компаундирования.
5.18. Алгоритм регулирования тока возбуждения ТЭД при поддержании постоянной скорости.
5.19. Алгоритм регулирования тока возбуждения ТЭД при поддержании постоянной скорости.
5.20. Силовая схема электрических цепей локомотива-образца.
6. Консультанты по проекту
Раздел
Консультант
Специальный
Литвинов А. В.
Экономический
Саттаров Р. С.
Безопасность и
экологичность
Подпись, дата
задание выдал
Хмельницкий Ю. Н.
Студент ____________ Макаров А. В.
Руководитель проекта____________Литвинов А. В.
задание принял
КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН
№ п-п
1
2
Наименование разделов
Срок
дипломного проекта
выполнения
Расчет параметров электрической части локомотива.
Разработка электрических схем силовых цепей электровоза.
Примечание
02.03.16
30%
15.04.16
70%
30.04.16
80%
15.05.16
90%
25.05.16
100%
Технико-экономическое обоснование
3
выбора схемы для испытаний тяговых двигателей постоянного тока методом взаимной нагрузки.
Обоснование
4
выбора
и
расчет
средств защиты от опасного перехода напряжения на нетоковедущие
металлические части оборудования.
5
Оформление пояснительной записки
7. Дата выдачи задания «20» января 2016 г.
Руководитель проекта ____________________Литвинов А. В.
Задание принял к исполнению____________________Макаров А. В.
УДК 621.015.13
РЕФЕРАТ
Дипломный проект содержит 135 страниц, 42 табл., 21 рисунок,
20 демонстрационных листов, 20 источников.
Тепловоз, электровоз, характеристика, силовая схема, регулирование,
ток возбуждения, бережливое производство, потери, безопасность.
Объектом исследования дипломного проекта является разработка
электрической части грузового электровоза постоянного тока с независимым
возбуждением тяговых электродвигателей на тепловозе , как на локомотивеобразце – электровозе 2ЭС6, «Синара».
В соответствии с заданием рассчитаны и проанализированы параметры
электрической части электровоза, на основе расчетов разработана силовая
схема.
Рассмотрена
система
независимого
возбуждения:
рассчитаны
параметры преобразователя возбуждений ТЭД, электромеханические и
тяговые характеристики ТЭД. На основе расчетов рассмотрены основные
алгоритмы регулирования тока возбуждения ТЭД, построены тяговые и
скоростные характеристики, проанализировали результат, сделали выводы на
основе всех результатов.
В целях установления соответствия предлагаемого технического
решения требованиям охраны труда, произведен анализ технических и
конструктивных показателей электрической части электровоза постоянного
тока с независимым возбуждением ТЭД. Описаны основные способы и
средства защиты от поражения электрическим током в разрабатываемой
схеме.
В целях обоснования экономической эффективности предлагаемого
технического решения внедряется бережливое производство, что позволяет
снизить затраты и время работы бригад в депо.
6
В результате разработки разделов дипломного проекта сделан вывод о
возможности и целесообразности внедрения данной схемы на тепловозах,
обеспечивающих грузовое движение на железных дорогах постоянного тока
Российской Федерации.
7
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение..............................................................................................................
12
1. Расчёт параметров электрической части электровоза................................
14
1.1 Расчет номинальных параметров ТЭД...................................................
14
1.2. Расчёт параметров пускового реостата................................................
17
1.3. Расчет переходного вентиля..................................................................
22
1.4. Расчёт электромеханических характеристик электровоза
при полном поле возбуждения ТЭД.......................................................
25
1.5. Расчет тяговых характеристик электровоза
при полном поле возбуждения ТЭД.......................................................
29
2. Разработка электрических схем силовых цепей электровоза....................
36
2.1. Разработка схемы силовых цепей электровоза....................................
36
2.2. Работа силовой схемы в режиме тяги...................................................
41
2.2.1. Установка режима тяги.....................................................................
41
2.2.2. Соединение «С» - последовательное соединение
тяговых электродвигателей...............................................................
42
2.2.3. Соединение «СП» – последовательно – параллельное
соединение тяговых электродвигателей.........................................
45
2.2.4. Соединение «П» – параллельное соединение
тяговых электродвигателей...............................................................
47
2.3. Работа силовой схемы в режиме рекуперативного торможения........
52
2.4. Работа силовой схемы в режиме реостатного торможения................
53
2.5. Система независимого возбуждения тяговых электродвигателей….
55
2.6. Расчет параметров преобразователя возбуждения ТЭД.....................
60
8
2.6.1. Расчет электромеханических и тяговых характеристик ТЭД
при различных алгоритмах регулирования тока возбуждения............
68
2.6.2. Алгоритм регулирования тока возбуждения ТЭД при поддержании
постоянной скорости........................................................................................
71
3. Применение инструментов и методов бережливого производства
в локомотивном хозяйстве............................................................................
84
3.1. Программы поэтапного внедрения технологий
бережливого производства в ОАО «РЖД»..........................................
84
3.2. Виды потерь............................................................................................
85
3.3. Принципы применения бережливого производства
в ОАО «РЖД»........................................................................................
87
3.4. Приоритетные направления в ОАО «РЖД» для сокращения потерь
с применением технологий бережливого производства.....................
90
3.5 Эксплуатация и ремонт подвижного состава
(тяговый подвижной состав, мотор-вагонный подвижной
состав, грузовые вагоны, пассажирские
вагоны)..............................................................................................
92
3.6. Инструменты бережливого производства............................................
94
4. Обеспечение требований безопасности труда в конструкции
силовой электрической схемы тепловоза с электрической передачей…
96
4.1 Характеристика опасных зон при функционировании элементов
силовой электрической схемы тепловоза с электрической передачей….
9
96
4.2. Определение наличия и эффективности действия технических
средств, обеспечивающих безопасность обслуживания
оборудования и средствами..................................................................... 101
4.3. Эргономический анализ организации рабочего места
для управления электрической схемой................................................
104
4.4. Выводы и предложения с разработкой конструкции
технического средства (устройства безопасности)………………….. 107
Заключение.......................................................................................................... 109
Библиографический список............................................................................... 111
Приложение 1. Демонстрационный материал к дипломному проекту
114
ВВЕДЕНИЕ
Для обновления парка подвижного состава был сконструирован и
произведен
грузовой
двухсекционный
восьмиосный
магистральный
тепловозпостоянного тока с коллекторными тяговыми двигателями , как на
локомотиве-образце – электровозе 2ЭС6, «Синара». Первый опытный образец
выпущен в городе Верхняя Пышма Уральским заводом железнодорожного
машиностроения в ноябре 2006 года, а в эксплуатацию локомотивного депо ст.
Свердловск – Сортировочный поступил в мае 2007 года.
Одна из основных отличительных особенностей локомотива «Синара»
по сравнению с ВЛ10 - это применение независимого возбуждения тяговых
двигателей. «Независимое возбуждение» (НВ) – основной режим работы
электровоза на всех соединениях тяговых электродвигателей (ТЭД) с
автоматическим регулированием тока возбуждения ТЭД статическими
преобразователями СТПР. Независимое возбуждение играет важную роль
при реостатном пуске — при усиленном возбуждении быстрее растёт
противоЭДС двигателей и быстрее спадает ток, что позволяет вывести
реостат на меньшей скорости, сэкономив электроэнергию. Также при скачках
якорного тока в момент включения контакторов МПСУиД скачкообразно
подаёт дополнительное возбуждение, снижая якорный ток и тем самым
уменьшая скачок силы тяги в момент набора очередной позиции, часто
приводящий к боксованию на тепловозах со ступенчатым регулированием.
Тем не менее, в эксплуатации были выявленные недостатки
независимого
возбуждения:
неисправности
таких
узлов,
как
электропневматические контакторы ПК, быстродействующие контакторы
БК-78Т, вспомогательные машины (компрессорные агрегаты и вентиляторы
обдува ТЭД). При неправильном управлении током возникает боксование,
что приводит к периодическим перебросам электрической дуги по
коллектору, прогарам конусов, пробоям якорей, что порой приводит к
12
последствиям, которые превосходят по качеству неисправности при
последовательном возбуждении.
Эти недостатки очень серьезны и требуют немедленных исправлений,
иначе использование независимого возбуждения будет нецелесообразно.
13
1. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
ТЕПЛОВОЗА
1.1. Расчет номинальных параметров ТЭД
За локомотив-образец принимаем электровоз 2ЭC6. Следовательно,
необходимо произвести пересчет основных параметров согласно исходным
данным.
На тепловозах , как на локомотиве-образце – электровозе 2ЭС6,
"Синара" согласно [1] используется три типа двигателей: ДПТ 810-2У1, ЭДП
810У1 и СТК-810 У1. Для нашего электровоза-образца примем двигатель
ДПТ 810-2У1 и рассчитаем его номинальные параметры.
Расчетные формулы взяты из [2 –4].
Номинальный ток двигателя:
Iн =
PH ∙1000
,
UH ∙ηдн
(1.1)
где Рн - номинальная мощность тягового двигателя, кВт;
Uн - номинальное напряжение тягового двигателя, В;
ηдв - КПД двигателя в номинальном режиме.
Подставив исходные данные в формулу (1.1), получим:
Iн =
800∙1000
=573,5 А.
1500∙0,93
Номинальную силу тяги определяем по формуле:
FH =
3,6∙PH ∙ηдн
VH
,
где Vн - номинальная скорость движения электровоза, км/ч.
14
(1.2)
FH =
3,6∙800∙0,93
=50,5 кН.
53
Номинальное значение магнитного потока (СФ)н находим по:
(сФ)Н =
UH - IH ∙(Ra +Rгп )
,
VH
(1.3)
где Rа – сопротивление обмоток, Ом;
Rгп – сопротивление обмоток главных полюсов, Ом.
Ra =ra +rдп +rко ,
(1.4)
где rа – сопротивление обмотки якоря, Ом;
rдп – сопротивление обмоток дополнительных полюсов, Ом;
rко – сопротивление компенсационной обмотки, Ом.
Сопротивления, входящие в расчетные формулы (1.3) и (1.4)
определяем, используя данные о сопротивлениях двигателя-образца.
Параметры двигателя–образца:
Сопротивление главных полюсов – 0,018 Ом;
Сопротивление дополнительных полюсов и КО – 0,0302 Ом;
Сопротивление обмотки якоря – 0,0357 Ом;
Номинальный ток – 574 А;
Номинальное напряжение – 1500 В.
Принимая распределение сопротивления двигателя по отдельным
обмоткам таким же, как у образцового, находят сопротивления обмоток
тягового двигателя:
ra.o.
∙r ;
rд.о. д
rг.пo.
rг.п. =
∙r ;
rд.о. д
rд.п.о. +rк.о.о.
rд.п. +rк.о. =
∙rд .
rд.о.
{
ra =
15
(1.5)
Находим номинальное падение напряжения на образцовом двигателе:
∆U,н обр =
IH.O. ∙rдо
,
UH.O.
(1.6)
где Iно - номинальный ток двигателя-образца, А;
rдо - номинальное сопротивление обмоток двигателя - образца, Ом;
Uно - номинальное напряжение двигателя-образца, В.
∆U,н обр =
574∙(0,0357+0,018+0,0302)
=0,0321 В,
1500
допуская, что Uн. обр.=Uдн, находим сопротивление обмоток двигателя Rд;
Rд =
Rд =
∆U,н.обр. ∙Uн
Iн
.
(1.7)
0,0321∙1500
=0,0839 Ом.
573,5
Согласно системе формул (1.5) рассчитываем сопротивления обмоток
тягового электродвигателя.
Сопротивление обмотки якоря:
ra =
0,0357
∙0,0839=0,0357 Ом.
0,0839
Сопротивление обмоток дополнительных полюсов и КО:
rд.п. +rк.о. =rдп ко =0,0302 Ом.
Сопротивление обмоток главных полюсов:
rг.п. =0,018 Ом.
16
Сопротивление обмоток по формуле (1.4):
Ra =0,0357+0,0302=0,0659 Ом.
Номинальное значение магнитного потока согласно формуле (1.3):
(сФ)Н =
Выбираем
1500-573,5∙(0,0659+0,018)
=27,39 В∙ч/км.
53
ступенчатое
регулирование
напряжения
на
тяговых
двигателях. Этот способ основан на использовании перегруппировок
двигателей для получения нескольких ступеней с напряжением меньшим или
равным номинальному.
Выбираем три перегруппировки тяговых двигателей, в этом случае
уменьшаются потери на пусковых сопротивлениях и можно получить
достаточное число регулировочных ступеней.
Выбираем вентильный способ перегруппировки тяговых двигателей с
сериесного на сериес – параллельное соединение и с сериес – параллельного
на параллельное соединение.
Использование плавного регулирования напряжения ТЭД способствует
мягкости динамики движения увеличивается и тяговых характеристик.
1.2. Расчёт параметров пускового реостата
Используем метод расчета пускового реостата по данным электровоза –
образца, взятых в относительном виде. Сопротивление реостата принимаем в
относительном виде.
Для
получения
соответствующих
значений
сопротивлений
проектируемого электровоза выполняем обратный пересчет, определив
17
предварительно сопротивление его пускового реостата на первой позиции RЭ.1.:
Rэ1 =
Uсн
-N ∙(R +R ),
Iм1 д a гп
(1.8)
где Iм1 – ток электровоза на первой маневровой позиции, А;
Uсн – номинальное напряжение контактной сети, В;
Nд – количество двигателей электровоза.
Iм1 =
Iом1
∙I ,
Iно н
(1.9)
Определим ток первой маневровой позиции электровоза-образца:
Iом1 =
Uсн
,
Rоэ1 +Nд +rд.о.
(1.10)
где Rоэ1=20,296 Ом – величина сопротивления пускового реостата
электровоза –образца на первой позиции регулирования согласно [4];
rд.о.= 0,0839 Ом – сопротивление обмоток двигателя –образца.
Iом1 =
3000
=143,08 А.
20,296+8∙0,0839
Полученные данные подставляем в формулу (1.9):
Iм1 =
143,08
∙573,5=142,96 А.
574
Результат расчета подставляем в формулу (1.8):
Rэ1 =
3000
-8∙0,0839=20,31 О.м.
142,96
18
Расчет сопротивления секций пускового реостата на всех позициях
регулирования Rэi выполняем по формуле:
Rэi =Roэio ∙Rэ1 ,
(1.11)
где Rоэiо – сопротивление пускового реостата электровоза–образца на i-й
позиции в относительном виде, Ом:
Rоэio =
Rоэi
,
Rоэ1
(1.12)
где Rоэi – сопротивление пускового реостата электровоза –образца на i
позиции.
Тогда для проектируемого электровоза сопротивление пускового
реостата первой позиции регулирования, при подстановке формулы (1.12) в
формулу (1.11):
Rэ1 =
20,296
∙20,31=20,31 Ом.
20,296
Результаты расчетов сводим в табл. 1.1. В этой же табл. приведены
соединения секций пускового реостата на всех позициях регулирования.
Значения сопротивлений пускового реостата, приведенные к одному
ТД Rпi определим по формуле:
Rni =Rэi ∙
m
,
p
(1.13)
где m – число параллельно соединенных ТД на одном из соединений («С»,
«СП», «П»);
р – число последовательно соединенных ТД на одном из соединений
(«С», «СП», «П»).
19
Тогда
для
проектируемого
электровоза
на
первой
позиции
регулирования:
1
Rn1 =20,31∙ =2,539 Ом.
8
Т а б л и ц а 1.1
Соединение секций и сопротивления реостата электровоза
Поз.
1
Соединение секции
R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7+R8+R9+R10+R11+R12+R13+R14+R
15+R16
Rэi, Ом
Rпi,
Ом
20,31
2,539
2
R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7+R8+R9+R10+R11+R12
14,308
1,789
3
R1+R2+R3+R4+R5+R9+R10+R11
10,988
1,373
4
R1+R2+R3+R4 + R9+R10+R11+R12+(R13 || R14 || R15 || R16)
8,406
1,051
5
R1+R2+R3+R4+(R5 || R6 || R7 || R8) +R9+R10+R11
6,004
0,75
6
R1+R2+R3+R4+R9+[(R10+R11) || R12]
5,163
0,645
7
R1+R2+R3+R4+ R9+[(R10+R11) || R12 || R13]
4,590
0,574
8
R1+[(R2+R3) || (R4+R5+R6+R7+R8)]+R9+R10+R11
3,497
0,437
9
R1+[(R2+R3) || R4 || R5]+R9+R10+R11
2,325
0,291
10
R1+[(R2+R3) || R4 || R5]+R9+[(R10+R11) || R12]
1,584
0,198
11
R9+[(R10+R11) || R12]
1,080
0,135
12
(R1+R2+R3) || {R9+[(R10+R11) || R12]}
0,711
0,089
13
{R1+[(R2+R3) || R4]} || {R9+[(R10+R11) || R12 || R13]}
0,343
0,043
14
{R1+[(R2+R3) || R4]} || {R9+[(R10+R11) || R12 || R13 || R14]}
0,240
0,03
0,104
0,013
0
0
15
{R1+[(R2+R3)||R4||R5||R6]}||{R9+[(R10+R11) ||R12 ||R13|| R14||
R15]}
16
–
17
R1+R2+R3+R4+R9+R10+R11
5,904
2,952
18
R1+R2+R3+R4+R9+[(R10+R11) || R12 || R13]
4,590
2,295
19
R1+R2+R3 + R9+[(R10+R11) || (R12+R13+R14+R15+R16)]
3,599
1,799
20
R1+[(R2+R3) || (R4+R5+R6)]+R9+[(R10+R11) || R12]
2,732
1,366
21
R1+[(R2+R3) || R4 || R5 || R6)]+R9+R10+R11
1,826
0,913
20
О к о н ч а н и е т а б л. 1.1
22
[R1+R2+R3+R4+(R5 || R6)] || (R9+R10+R11)
1,129
0,565
23
(R1+R2+R3) || (R9+R10+R11)
0,796
0,398
24
{R1+[(R2+R3) || R4]} || {R9+[(R10+R11) || R12]}
0,538
0,269
25
{R1+[(R2+R3) || R4 || R5 || R6]} || (R9+R10+R11+R12)
0,286
0,143
0,104
0,052
0
0
26
{R1+[(R2+R3)||R4||R5||R6||R7||R8]}||{R9+[(R10+R11)||R12||R13||
R14]}
27
–
28
R1+R2+R3+R4 || R9+R10+R11+R12
2,076
4,151
29
R1+R2+R3+R4+R5 || R9+R10+R11
1,519
3,038
30
R1+R2+R3+R4 || R9+R10+R11
1,259
2,518
31
R1+R2+R3 || R9+R10+R11
{R1+[(R2+R3) ||
32
(R4+R5+R6)]}||{R9+[(R10+R11)||(R12+R13+R14)]}
0,971
1,942
0,786
1,572
33
{R1+[(R2+R3) || R4]} || {R9+[(R10+R11) || R12]}
0,538
1,076
34
{R1+[(R2+R3) || R4 || R5 || R6]} || (R9+R10+R11)
0,388
0,776
35
{R1+[(R2+R3) || R4 || R5 || R6]} ||{R9+[(R10 + R11) || R12]}
0,252
0,504
0,120
0,24
0
0
{R1+[(R2+R3) || R4 || R5 || R6 || R7]}||{R9+[(R10+R11)||R12 ||
36
R13]}
–
37
Значения сопротивлений секций пускового реостата приведены в табл. 1.2.
Т а б л и ц а 1.2
Значения сопротивлений секций пускового реостата
Cекция
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
R*c j, Ом
0,0033
0,0224
0,0769
0,0985
0,2503
0,0167
0,0143
0,0143
R*ci =R*cio ∙Rэ1 ,
0,0670
0,4549
1,5618
2,0005
5,0836
0,3392
0,2904
0,2904
R9
R10
R11
R12
R13
R14
R15
R16
Ом
Cекция
21
О к о н ч а н и е т а б л. 1.2
R*c j, Ом
R*ci =R*cio ∙Rэ1 ,
Ом
0,0033
0,0224
0,0641
0,1182
0,2503
0,0167
0,0143
0,0143
0,0670
0,4549
1,3019
2,4006
5,0836
0,3392
0,2904
0,2904
R9
R10
R11
R12
R13
R14
R15
R16
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
Рис. 1.1. Схема соединения секций пускового реостата электровоза , как на
локомотиве-образце – электровозе 2ЭС6
1.3. Расчет переходного вентиля
Поскольку мы выбрали вентильный способ перегруппировки ТЭД, нам
необходимо рассчитать параметры переходного вентиля [5]. Из каталога [6]
выбираем диод Д133-500-28, на рис. 1.2 изображена его конструкция.
Технические параметры диода:
- максимальное импульсное обратное напряжение - 2800 В;
- максимальный прямой (выпрямленный за полупериод) ток - 500 А;
- максимально допустимый прямой импульсный ток - 1620А;
- максимальный обратный ток - 50000 мкА;
- максимальное прямое напряжение - 1.7 В при Iпр = 500 А;
- рабочая частота - 2 кГц;
- максимальное время восстановления - 35 мкс;
22
- рабочая температура - -60…175 оС.
Рис. 1.2. Конструкция диода Д133-500-28
Определим необходимое количество последовательно включенных
диодов и параллельное количество ветвей.
Число параллельных ветвей диодов в переходном вентильном блоке
определяют по формуле:
mv =
In.max
,
IF(AV)
(1.14)
где I п. max  1,7  I н – максимальный пусковой ток, определяемый по условиям
сцепления
колеса
с
рельсом
при
скорости,
соответствующей
перегруппировке двигателей, А;
IF(AV) - максимально допустимый средний прямой ток, А.
Iп.max =1,7∙574=975,8 А.
Результат вычисления подставляем в формулу (1.14):
mv =
975,8
=1,95.
500
23
Число последовательно включенных диодов в ветви находят как:
pv =
Up
+1,
URRM ∙kн.в.
(1.15)
где Uр – пробивное напряжение разрядника электровоза-образца, В;
URRM - предельно повторяющееся импульсное обратное напряжение, В;
kн.в = 0,9 – коэффициент неравномерности распределения обратного
напряжения между последовательно соединенными диодами.
pv =
4000
+1=2,59.
2800∙0,9
Полученные значения mv и pv должны быть округлены в большую
сторону до целого числа. Следовательно, mv = 2, а pv = 3.
Изобразим
схему
последовательно-параллельного
соединения
полупроводниковых диодов на рис. 1.3 на основании рассчитанных данных.
VD1
C
Rш VD4
C
Rш
VD2
C
Rш VD5
C
Rш
VD3
C
Rш VD6
C
Rш
Рис. 1.3. Схема последовательно-параллельного соединения
полупроводниковых диодов
24
1.4. Расчёт электромеханических характеристик
тепловоза при полном поле возбуждения ТЭД
Расчет характеристик V(I) и F(I) выполняем на ЭВМ. Программа
расчета составлена на основе использования универсальных формул
скоростной и тяговой характеристик.
Vj =
Udoi -Ij ∙(Zэ.н.i +Ra +Rni +Rгп ∙βк )
,
(Сv ∙Ф)
(1.16)
где Ud.o.i – напряжение холостого хода цепи двигателя на i-ой позиции
регулирования;
Zэ.н.i – эквивалентное сопротивление преобразователя на данной i-ой
позиции регулирования, приведенное двигателю
Ra, Rгп, βк –соответственно значение сопротивление якорной цепи
двигателя, Ом;
сопротивление главных полюсов, Ом; коэффициент
регулирования возбуждения.
Ij и (СvФ) – текущие значения тока, А, и магнитного потока двигателя,
В*ч/км;
Rпj – сопротивление пускового реостата, приведенное к одному
двигателю, Ом.
Результаты расчетов на ЭВМ представлены в виде табл. 1.3.
По полученным данным на рис. 1.4 строим сетки пусковых
характеристик на всех позициях регулирования скорости V и F(I) на всех
ступенях ослабления возбуждения.
В тяговом режиме учитываем ограничение по максимальной скорости,
ограничение по коммутационной устойчивости, ограничение силы тяги по
сцеплению.
Ограничением
по
коммутационной
устойчивости
скоростную характеристику по последней ступени ОВ (ОВ4).
25
принимаем
Силу тяги, допустимую по условиям сцепления, определяем по
формуле:
Fсц =П∙ψ∙g,
(1.17)
где П – масса локомотива на ось, т;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
 - коэффициент сцепления, зависящий от скорости.
Рассчитываем коэффициент сцепления по формуле:
ψ=0,28+
3
-0,0007∙V,
50+20∙V
(1.18)
Расчет ограничения силы тяги выполняем для значений скорости от 0
до 70 км/ч с интервалом 10 км/ч.
Т а б л и ц а 1.3
Скоростные характеристики ТЭД
№
позиции
Ток нагрузки
0,25Iн
0,5Iн
Iн
0,75Iн
1,25Iн
1,5Iн
1,75Iн
Скорость V на i – ой позиции, км/ч
1
-0,21
-19,39
-31,04
-41,24
-51,39
-62,02
-73,58
2
8,55
-8,33
-17,73
-25,53
-33,03
-40,74
-49,03
3
13,40
-2,22
-10,37
-16,83
-22,87
-28,97
-35,45
4
17,17
2,55
-4,64
-10,07
-14,97
-19,81
-24,88
5
20,67
6,97
0,68
-3,78
-7,63
-11,30
-15,07
6
21,90
8,52
2,54
-1,58
-5,06
-8,32
-11,63
7
22,74
9,58
3,82
-0,08
-3,29
-6,28
-9,27
8
24,33
11,58
6,23
2,77
0,03
-2,42
-4,82
9
26,04
13,75
8,84
5,85
3,63
1,75
-0,01
26
П р о д о л ж е н и е т а б л. 1.3
10
27,12
15,11
10,47
7,78
5,88
4,36
3,00
11
27,85
16,03
11,59
9,10
7,42
6,15
5,06
12
28,40
16,73
12,42
10,08
8,58
7,48
6,60
13
28,94
17,41
13,24
11,05
9,70
8,78
8,10
14
29,09
17,60
13,47
11,32
10,02
9,15
8,53
15
29,29
17,85
13,77
11,68
10,44
9,63
9,08
16
29,43
18,02
13,98
11,93
10,73
9,97
9,48
17
25,37
-6,23
-22,91
-36,23
-48,74
-61,41
-74,90
18
33,04
3,45
-11,26
-22,46
-32,66
-42,77
-53,40
19
38,83
10,77
-2,46
-12,07
-20,52
-28,70
-37,17
20
43,90
17,16
5,24
-2,98
-9,90
-16,39
-22,97
21
49,19
23,84
13,27
6,51
1,19
-3,54
-8,14
22
53,26
28,97
19,44
13,80
9,71
6,33
3,24
23
55,19
31,42
22,39
17,28
13,77
11,04
8,68
24
56,70
33,32
24,68
19,98
16,93
14,70
12,90
25
58,17
35,18
26,91
22,62
20,01
18,27
17,02
26
59,25
36,53
28,54
24,55
22,26
20,88
20,03
27
59,84
37,29
29,45
25,61
23,51
22,33
21,70
28
72,19
14,62
-13,24
-33,97
-52,51
-70,71
-89,69
29
85,19
31,02
6,50
-10,66
-25,28
-39,14
-53,27
30
91,26
38,69
15,72
0,24
-12,55
-24,39
-36,25
31
98,00
47,19
25,96
12,33
1,57
-8,02
-17,37
32
102,32
52,65
32,52
20,08
10,63
2,48
-5,26
33
108,10
59,95
41,30
30,45
22,74
16,52
10,93
34
111,61
64,38
46,64
36,75
30,11
25,05
20,78
35
114,79
68,39
51,46
42,45
36,77
32,77
29,68
36
117,87
72,28
56,15
47,98
43,23
40,26
38,32
37
120,66
75,81
60,38
52,99
49,08
47,04
46,14
27
О к о н ч а н и е т а б л. 1.3
ОП1
139,50
85,83
66,96
57,53
52,18
48,98
47,06
ОП2
161,86
97,90
75,08
63,42
56,53
52,17
49,28
ОП3
188,58
112,47
85,05
70,82
62,25
56,65
52,76
ОП4
219,96
129,70
96,96
79,82
69,36
62,40
57,45
Т а б л и ц а 1.4
Электротяговая характеристика ТЭД
Сила тяги, кН
ПП
6,39
20,12
37,53
56,62
75,83
94,08
110,89
ОП1
5,53
17,78
33,88
52,21
71,44
90,53
108,99
ОП2
4,77
15,59
30,23
47,42
66,02
85,13
104,28
ОП3
4,09
13,58
26,71
42,50
60,02
78,51
97,56
ОП4
3,51
11,78
23,44
37,73
53,92
71,35
89,69
Так для скорости равной 0 км/ч согласно формуле (1.18) получим
значение коэффициента сцепления:
ψ=0,28+
3
-0,0007∙0=0,34.
50+20∙0
Значение силы сцепления для скорости 0 км/ч согласно формуле (1.17):
Fсц =25∙0,34∙9,81=83,39 кН.
28
Т а б л и ц а 1.5
Расчет ограничения по сцеплению ТЭД
V, км/ч
0
5
10
20
30
40
50
60
70
I, A
765
685
675
650
630
620
610
570
550
Fсц, кН
ψ
83,39 72,72 69,90 66,87 64,65 62,67 60,79 58,96 57,16
0,34
0,297 0,285 0,273 0,264 0,256 0,248 0,240 0,233
Для остальных значений скорости расчеты производим аналогично,
результаты расчетов заносим в табл. 1.5. По данным табл. 1.5 на
электромеханической характеристике ТЭД (рис. 1.4) строим кривую
ограничения силы тяги по сцеплению.
1.5. Расчёт тяговых характеристик тепловоза
при полном поле возбуждения ТЭД
Для построения тяговых характеристик ТЭД сведем необходимые
данные в табл. 1.6. Значения силы тяги для ПП взяты из табл. 1.4, а значения
скорости для всех значений токов - из табл. 1.3. Тяговые характеристики ТЭД
строим, используя данные табл. 1.6. По данным табл. 1.6 строим тяговую
характеристику ТЭД (рис. 1.5).
Значения силы тяги электровоза определяем по формуле:
Fсц =П∙ψ∙g∙Nдв .
Сила тяги при скорости движения 0 км/ч:
Fсц =25∙0,34∙9,81∙8=667,12 кН.
29
(1.19)
Значения электротяговой характеристики рассчитываем на основе табл.
1.4, учитывая количество двигателей на тепловозе-образце. Результаты
сводим в табл. 1.6.
.Т а б л и ц а 1.6
Электротяговая характеристика электровоза
Сила тяги, кН
ПП
51,14
160,93
300,23
452,96
606,66
752,66
887,15
ОП1
44,25
142,22
271,01
417,69
571,49
724,21
871,91
ОП2
38,15
124,75
241,88
379,35
528,17
681,02
834,24
ОП3
32,75
108,64
213,67
339,97
480,20
628,07
780,44
ОП4
28,08
94,24
187,51
301,85
431,36
570,78
717,52
Дальнейшие расчеты проводим аналогично. Результаты сводим в табл. 1.7.
.Т а б л и ц а 1.7
Расчет ограничения по сцеплению электровоза
V,
км/ч
Ψ
Fк.сц.,
кН
0
5
10
20
30
40
50
60
70
0,34
0,297
0,285
0,273
0,264
0,256
0,248
0,240
0,233
667,08 581,73 559,17 534,97 517,21 501,35 486,3 471,66 457,28
30
31
V,
Fсц
0
20
40
60
80
100
км/ч,
100
кН
120
П
СП
С
200
Iд
400
500
600
32
Рис. 1.4. Электромеханические характеристики ТЭД
300
ОПmax
V(I)
700
А
800
Т а б л и ц а 1.9
Тяговые характеристики электровоза
№
позиции
Сила тяги, кН
51,14
160,93
300,23
452,96
606,66
752,66
887,15
Скорость электровоза, км/ч
1
-0,21
-19,39
-31,04
-41,24
-51,39
-62,02
-73,58
2
8,55
-8,33
-17,73
-25,53
-33,03
-40,74
-49,03
3
13,40
-2,22
-10,37
-16,83
-22,87
-28,97
-35,45
4
17,17
2,55
-4,64
-10,07
-14,97
-19,81
-24,88
5
20,67
6,97
0,68
-3,78
-7,63
-11,30
-15,07
6
21,90
8,52
2,54
-1,58
-5,06
-8,32
-11,63
7
22,74
9,58
3,82
-0,08
-3,29
-6,28
-9,27
8
24,33
11,58
6,23
2,77
0,03
-2,42
-4,82
9
26,04
13,75
8,84
5,85
3,63
1,75
-0,01
10
27,12
15,11
10,47
7,78
5,88
4,36
3,00
11
27,85
16,03
11,59
9,10
7,42
6,15
5,06
12
28,40
16,73
12,42
10,08
8,58
7,48
6,60
13
28,94
17,41
13,24
11,05
9,70
8,78
8,10
14
29,09
17,60
13,47
11,32
10,02
9,15
8,53
15
29,29
17,85
13,77
11,68
10,44
9,63
9,08
16
29,43
18,02
13,98
11,93
10,73
9,97
9,48
17
25,37
-6,23
-22,91
-36,23
-48,74
-61,41
-74,90
18
33,04
3,45
-11,26
-22,46
-32,66
-42,77
-53,40
19
38,83
10,77
-2,46
-12,07
-20,52
-28,70
-37,17
20
43,90
17,16
5,24
21
49,19
23,84
13,27
6,51
1,19
22
53,26
28,97
19,44
13,80
9,71
6,33
3,24
23
55,19
31,42
22,39
17,28
13,77
11,04
8,68
32
О к о н ч а н и е т а б л. 1.9
24
56,70
33,32
24,68
19,98
16,93
14,70
12,90
25
58,17
35,18
26,91
22,62
20,01
18,27
17,02
26
59,25
36,53
28,54
24,55
22,26
20,88
20,03
27
59,84
37,29
29,45
25,61
23,51
22,33
21,70
28
72,19
14,62
-13,24
-33,97
-52,51
-70,71
-89,69
29
85,19
31,02
6,50
-10,66
-25,28
-39,14
-53,27
30
91,26
38,69
15,72
0,24
-12,55
-24,39
-36,25
31
98,00
47,19
25,96
12,33
1,57
-8,02
-17,37
32
102,32
52,65
32,52
20,08
10,63
2,48
-5,26
33
108,10
59,95
41,30
30,45
22,74
16,52
10,93
34
111,61
64,38
46,64
36,75
30,11
25,05
20,78
35
114,79
68,39
51,46
42,45
36,77
32,77
29,68
36
117,87
72,28
56,15
47,98
43,23
40,26
38,32
37
120,66
75,81
60,38
52,99
49,08
47,04
46,14
Тяговые характеристики электровоза строим, используя данные
табл.1.9. Значения силы тяги ТЭД для всех значений токов при ПП и ОВ
выбираем по табл. 1.7. Значения скорости движения для этих же значений
тока – по табл. 1.3. Полученная характеристика показана на рис. 1.6, также
тяговая характеристика электровоза изображена на демонстрационном листе
1.
33
34
Fсц
0
10
20
30
40
50
60
0
70кН
80
20
С
V
60
Рис. 1.5. Тяговые характеристики ТЭД
4
40
СП
V(Iя.сц.)
ОПmax
80 км/ч
П
100
35
0
100
200
Fсц 300
400
500
0
600кН
700
10
C
20
40
5
50
60
70
V
Рис. 1.6. Тяговые характеристики электровоза
30
СП
V(Iя.сц.)
ОПmax
80
П
90
км/ч
100
2. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СХЕМ СИЛОВЫХ ЦЕПЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗА
2.1. Разработка схемы силовых цепей электровоза
В данном разделе нам необходимо, проанализировав выполненные
расчеты, разработать и изобразить схему силовых цепей электровоза образца , как на локомотиве-образце – тепловозе 2ЭС6, (демонстрационный
лист 2).
Принципиальные схемы тяговых силовых цепей тепловозов выполняют
разнесенным способом, согласно [1]. Отдельные цепи на схеме располагают
горизонтально одна под другой — они образуют параллельные строки.
Силовые цепи различных тепловозов отличаются одна от другой прежде
всего числом тяговых двигателей, которых может быть 16, 12, 8, 6 или 4.
Кроме того, на построении схемы сказывается наличие или отсутствие
рекуперативного либо реостатного торможения, используемый способ
перехода с одного соединения двигателей на другое, число ступеней
ослабления возбуждения, способы защиты силовых цепей.
Контакты аппаратов на силовых схемах показывают в положении,
соответствующем условиям их изображения. Как уже было отмечено,
контакты аппаратов, не имеющие отключенного положения, изображают для
положения, принятого за исходное (нормальное).
К таким аппаратам силовой цепи относятся реверсоры, тормозные и
групповые переключатели. Для реверсоров исходным считают положение
«Вперед», для тормозных переключателей — положение, соответствующее
тяговому режиму, для групповых переключателей — последовательному
соединению тяговых двигателей.
Очередность замыкания и размыкания контактов аппаратов силовой
цепи устанавливается при разработке схем. Замыкание или размыкание тех
или иных контактов в заданной последовательности обеспечивается
36
введением в цепь управления электровоза катушек вентилей, блокировок и
других аппаратов.
Переключения в цепи управления, а следовательно, и в силовой цепи
осуществляют
с
помощью
специального
аппарата
—
контроллера
машиниста. Машинист, ставя главную рукоятку контроллера на ту или иную
позицию, подключает провода цепи управления к источнику тока. При этом
срабатывает определенный аппарат силовой цепи. Каждая позиция рукоятки
контроллера
фиксируется
специальным
образом,
исключая
самопроизвольный переход с позиции на позицию без участия машиниста.
Схема силовых цепей тягового электропривода электровоза , как на
локомотиве-образце – тепловозе 2ЭС6, обеспечивает работу в составе двух,
трех и четырех секций в режимах тяги, электрического торможения, а также
в режиме выбега.
Цепи
тяговых
электродвигателей
М1…М4
показаны
на
принципиальной электрической схеме силовых цепей.
Основным рабочим режимом возбуждения тяговых электродвигателей
является
независимое
возбуждение,
при
необходимости
имеется
возможность перехода на последовательное возбуждение.
Регулирование скорости электровоза производится:
-
изменением
схемы
соединения
групп
тяговых
двигателей.
Переключение тяговых двигателей при переходе с одного соединения на
другое
производится
с
помощью
линейных
электропневматических
контакторов;
- ступенчатым изменением сопротивления пусковых резисторов.
Переключения
силовых
электродвигателей
цепей
пусковых
производится
резисторов
с
(ПТР)
тяговых
помощью
реостатных
реостатных
контакторов
электропневматических контакторов.
Всеми
включениями
линейных
и
осуществляет микропроцессорная система управления электровоза (МПСУ и
Д) через блоки управления контакторами (БУК-3), входящих в ее состав;
37
- изменением тока возбуждения тяговых двигателей. Регулирование
тока
возбуждения
(магнитного
потока)
тяговых
электродвигателей
осуществляется статическими преобразователями напряжения (СТПР-1000),
входящих в состав преобразователя собственных нужд (ПСН) и управляемых
МПСУ и Д.
Линейные
электропневматические
контакторы
К27…К40
обеспечивают три вида соединения тяговых электродвигателей всех секций
электровоза:
С – последовательное соединение всех двигателей;
СП – последовательно-параллельное соединение;
П – параллельное соединение.
Предусмотрено отключение тяговых электродвигателей за счет
изменения алгоритма включения линейных контакторов.
Для предотвращения разрыва силовой цепи при переключениях
контакторов применены разделительные диоды VD9…VD17 и VD18…VD26.
Электровоз-образец , как на локомотиве-образце – тепловозе 2ЭС6,
имеет 37 позиций включения реостатных контакторов для тягового режима,
из которых 16, 27 и 37 - ходовые позиции. На этих позициях пусковые
резисторы R3 и R4 полностью шунтируются контакторами, а вентиляторы
охлаждения модулей ПТР отключаются.
Пусковые резисторы R3 и R4 также используются для режима
электродинамического торможения тяговых электродвигателей (реостатное
торможение).
Электропневматические
контакторы
К5…К8
используются
для
включения электродвигателей М11 и М12 вентиляторов охлаждения модулей
пуско-тормозных резисторов (ПТР).
Реверсирование направления движения электровоза осуществляется
переключением полярности якорей тяговых двигателей в каждой секции с
помощью двух переключателей QP1 и QP2.
38
Обмотки возбуждения каждой пары тяговых двигателей получают
питание от статических преобразователей СТПР-1000, обозначение А2 на
схеме силовой цепи.
Выходные цепи СТПР-1000 зашунтированы тиристорно-резисторной
цепью устройств А12, А13, что обеспечивает быстродействие переходных
процессов при снижении тока возбуждения.
Переключение тяговых двигателей на последовательное возбуждение
осуществляется в каждой секции двумя режимными переключателями. QP3 и
QP4.
В контур обмоток возбуждения двигателей введены сглаживающие
реакторы L2 и L3, которые также включены в цепь обмоток якоря.
Использование реактора в общей цепи якоря и возбуждения двигателей –
принципиальная особенность предлагаемой схемы. Это обеспечивает
динамическую обратную связь по току якоря для магнитного потока тяговых
двигателей и существенно улучшает качество переходных процессов и
эффективность защиты тяговых двигателей при коротких замыканиях.
Быстродействующие электромагнитные контакторы К41 и К42 служат
для снижения тока возбуждения электродвигателя при возрастании якорного
тока в режиме рекуперативного торможения, путем включения в цепь
резисторов R5 и R6. Контакторы включаются и шунтируют резисторы при
включении быстродействующего выключателя, отключение контакторов
осуществляет А3 - устройство УУБК, которое отслеживает якорные токи
двигателей.
Защиту силовой цепи от превышения в ней тока более 2700 А, в
каждой секции осуществляет быстродействующий выключатель БВ, на схеме
QF1, за счет внутреннего срабатывания защелки.
Защиту цепей тяговых двигателей при коротких замыканиях на землю,
когда значение тока ниже уставки БВ (2700 А), осуществляет дифференциальное
реле защиты КА1. Реле защиты включается и готово к работе, если разность тока в
39
силовых цепях КА1 не превышает 250 А, а при увеличенной разности токов
происходит срабатывание защиты и отключение БВ.
Микропроцессорная система управления МПСУ и Д с помощью
измерительных преобразователей напряжения в код (ПНКВ) и мегомметров
регистрирует параметры силовых цепей тягового электропривода:
UZ1 - напряжение в контактной сети;
UZ2 – напряжение тяговых двигателей в цепи после пуско-тормозных
резисторов;
UZ3 и UZ4 – сопротивление изоляции цепей тяговых двигателей;
UZ7 и UZ8 – токи цепей возбуждения тяговых двигателей;
UZ10 и UZ11 - токи якорных цепей тяговых двигателей;
UZ12 и UZ13 – токи цепей двигателей вентиляторов охлаждения ПТР.
После токоприемника ХА1 в цепь включен входной LC-фильтр,
предназначенный для снижения уровня радиопомех, создаваемых при
токосъеме.
Фильтр
состоит
из
дросселя
помехоподавления
L1
и
конденсаторов С1, С2.
Для защиты от коммутационных и атмосферных перенапряжений в
цепи установлен ограничитель перенапряжений FV1.
Для отключения от высоковольтной цепи электровоза в обесточенном
состоянии
всех
вышеперечисленных
аппаратов,
кроме
дросселя
помехоподавления L1 и ограничителя перенапряжений FV1, служит
разъединитель QS1.
При
отключении
разъединителя
последовательно
автоматически
включается заземлитель QS2, который предназначен для заземления
высоковольтных цепей.
Для ввода или вывода электровоза в депо путем питания тяговых
электродвигателей от внешнего источника питания пониженного напряжения
через розетки Х21 и Х22 служит отключатель Q1.
40
Для объединения секций по вариантам двух- и трех секционного
электровоза служит панель переключения секций ХВ1. Порядок установки
пластин на ХВ1 указан в табл. 2.1.
Т а б л и ц а 2.1
Порядок установки пластин на ХВ1 при объединении секций тепловоза ,
как на локомотиве-образце – электровозе 2ЭС6
Электровоз
Секция А
Секция Б
Бустерная секция
2-х секционный
Г
Г
-
3-х секционный
Г
Г
С
Общий провод силовых цепей 063 соединяется с каждой колесной
парой через токосъемники ХА2…ХА5.
2.2. Работа силовой схемы в режиме тяги
2.2.1. Установка режима тяги
Переключателями на пульте управления машиниста «Режимы работы
секции» устанавливается приоритет в каждой секции двухсекционного
электровоза командами «1-Головная» или «1-Прицепная» переключателя
(SA32).
Для сцепа четырех секций устанавливается режим для секций 1, 2 по
командам «1-Головная» и «1-Прицепная» переключателя (SA32), а для
секций 3 и 4 - по командам «3-Головная» и «3-Прицепная» переключателя
(SA34).
Секция, на которой отключены все ТЭД, становится прицепной
независимо от переключателей.
41
В головной секции на пульте управления машиниста переключателями
«Отключение тяговых двигателей» (SA28…SA31) выбирается одна из
следующих комбинаций включения тяговых двигателей для каждой секции:
- включены все двигатели;
- отключены двигатели 1-2;
- отключены двигатели 3-4;
- отключены все двигатели;
Переключателем «Реверсор» (SA41) на пульте управления машиниста
по команде «ВПЕРЕД» производится включение реверсоров QP1, QP2
головной секции в положение движения вперед и реверсоров QP1, QP2
прицепной секции в положение движения назад. По команде «НАЗАД»
производится включение реверсоров QP1, QP2 головной секции в положение
движения назад и реверсоров QP1, QP2 прицепной секции в положение
движения вперед.
Тумблером «Возбуждение» (SB14) на пульте управления машиниста
осуществляется выбор режима возбуждения тяговых двигателей. По команде
«Независимое» переключатели QP3, QP4 подключают обмотки возбуждения
тяговых
двигателей
к
преобразователям
СТРП-1000
и
включаются
контакторы К31 и К32. Если на секции имеются отключенные двигатели, то
контакторы К31 (при отключении двигателей 1 и 2) и К32 (при отключении
двигателей 3 и 4) не включаются. После установки тумблера возбуждения в
положение "последовательное" переключатели QP3 и QP4 соединяют
обмотки возбуждения тяговых двигателей последовательно с якорями, а
контакторы К31, К32 не включаются.
2.2.2 Последовательное соединение тяговых электродвигателей
На первой позиции сериесного соединения ток идет из контактной сети
через токоприемник ХА1 первой секции электровоза через дроссель L1,
затем течет через замкнутые разъединитель QS1 и быстродействующий
выключатель QF1, реле дифференциальной защиты КА1, замкнутый
пневматический контактор К2, модуль ПТР R4, замкнутые пневматические
42
контакторы К22 и К23, через модуль ПТР R3, замкнутые пневматический
контактор К21 и пневматический контактор с приводом К27. Затем, пройдя
кулачковый переключатель QP1, попадает в цепь тяговых двигателей М1 и
М2, затем через шунт RS1, реактор L2, через замкнутый быстродействующий
контактор К41, переключатель кулачковый QP3, замкнутый пневматический
контактор К30, замкнутый пневматический контактор с приводом К29,
переключатель кулачковый QP2, цепь тяговых двигателей М3 - М4, затем
через шунт RS2, реактор L3, замкнутый быстродействующий контактор К42,
переключатель кулачковый QP4, замкнутый пневматический контактор с
приводом К34, замкнутый контактор пневматический с верхним выводом
К36, через унифицированное межвагонное соединение Х4 во вторую секцию.
Через панель переключения секций ХВ1 ток течет по замкнутым
пневматическим контакторам с приводом К40 и К27, через реверсор и
переключатель кулачковый QP1 попадает в цепь тяговых двигателей М2-М1,
через шунт RS1, реактор L2, через замкнутый быстродействующий
контактор К41, переключатель кулачковый QP3, замкнутый пневматический
контактор К30, замкнутый пневматический контактор с приводом К29,
переключатель кулачковый QP2, цепь тяговых двигателей М3 - М4, затем
через шунт RS2, реактор L3, замкнутый быстродействующий контактор К42,
переключатель кулачковый QP4, замкнутый пневматический контактор с
приводом К34, замкнутый контактор пневматический с верхним выводом
К36, через унифицированное межвагонное соединение Х4 обратно в первую
секцию через унифицированное межвагонное соединение Х3. Ток с Х3
попадает
в
панель
переключения
секций
ХВ1,
через
замкнутый
пневматический контактор с приводом К39, реле дифференциальной защиты
КА1, уходит через токоотвод в рельсовую цепь. Так как в силовой схеме
электровоза применяется независимое возбуждение ТЭД, то у тока
возбуждения свой контур протекания. На рис. 2.1 изображена схема цепей
независимого возбуждения ТЭД одной секции, стрелкой указан путь
протекания тока, также схема изображена на демонстрационном листе 3.
43
Обмотки
возбуждения
двигателей
каждой
тележки
включены
последовательно и запитаны от управляемых выпрямителей, которые входят
в состав СТПР1000 преобразователя собственных нужд ПСН. Первая
тележка
запитана
от
преобразователя
А7,
затем
ток
течет
через
переключатель кулачковый QP3, замкнутый быстродействующий контактор
К41, реактор L2, шунт RS3, цепь двигателей M1 - M2, замкнутый
пневматический
контактор
К31
и
замыкается
на
статический
преобразователь А7.
Рис. 2.1. Схема цепей независимого возбуждения ТЭД одной секции
44
После набора первой позиции управления джойстиком «Тяга» (SA45)
включаются
линейные
контакторы
и
собирается
единая
цепь
последовательного соединения «С» ТЭД.
Далее, при включении последующих позиций управления джойстиком
«Тяга», происходит включение реостатных контакторов головной секции в
соответствии с данными Приложения В. На 23 ходовой позиции управления
резисторы R3 и R4 головной секции закорочены реостатными контакторами,
что позволяет обеспечить продолжительную работу на этом соединении
тяговых электродвигателей.
Для 3-х секционного с бустерной секцией электровоза на соединении
«С» в общую силовую цепь будут последовательно включены двенадцать
тяговых электродвигателей трех секций. Силовой ток будет протекать
последовательно по цепям трех секций аналогично 2-х секционному
тепловозу с учетом направления включения бустерной секции (смотри
направление тока якорей секции А и секции Б).
В табл. 2.2 показана последовательность включения реостатных
контакторов по позициям от 1 до 16 переключения силовой схемы на
соединении «С» тягового режима электродвигателей.
2.2.3. Соединение «СП» - последовательно – параллельное соединение
тяговых электродвигателей
При наборе 17-ой позиции управления джойстиком «Тяга» (SA45)
происходит переход с последовательного на последовательно – параллельное
соединение «СП» тяговых электродвигателей, линейные и реостатные
контакторы включаются в соответствии с данными
последовательно-параллельном
соединении
четыре
табл. 2.2. На
тяговых
двигателя
каждой секции включены последовательно, при этом секции между собой
включены параллельно.
45
При наборе 17-ой позиции ток из контактной сети через токоприемник
ХА1 первой секции электровоза проходит через дроссель L1, затем течет
через замкнутые разъединитель QS1 и разветвляется.
По первой ветке ток течет через быстродействующий выключатель
QF1, реле дифференциальной защиты КА1, замкнутый пневматический
контактор К2, модуль ПТР R4, замкнутые пневматические контакторы К22 и
К23, через модуль ПТР R3, замкнутые пневматические контакторы с
приводом
К21 и К27. Затем, пройдя кулачковый переключатель QP1,
попадает в цепь тяговых двигателей М1 и М2, затем через шунт RS1, реактор
L2, через замкнутый быстродействующий контактор К41, переключатель
кулачковый QP3, замкнутый пневматический контактор К30, замкнутый
пневматический контактор с приводом К29, переключатель кулачковый QP2,
цепь тяговых двигателей М3 - М4, затем через шунт RS2, реактор L3,
замкнутый быстродействующий контактор К42, переключатель кулачковый
QP4, замкнутые пневматические контакторы с приводом К34 и К38, через
реле дифференциальной защиты КА1 на токоотвод в рельсовую цепь.
По второй ветке ток идет во вторую секцию и в точности повторяет
путь протекания в первой секции. В обмотке возбуждения ток протекает
аналогично пути протекания на первой позиции.
Для 3-х секционного электровоза схема прохождения тока в бустерной
секции аналогична как для прицепной секции, но с учетом направления
включения бустерной секции (смотри направление тока якорей секции А и
секции Б).
При переключениях последующих позиций управления джойстиком на
17 позицию и далее происходит снижение сопротивления резисторов R3 и R4
в каждой секции, а на 27-ой ходовой позиции управления эти резисторы
закорочены
реостатными
контакторами.
Это
позволяет
обеспечить
продолжительную работу на этом соединении тяговых электродвигателей с
максимальной тяговой силой.
46
Все переключения в схеме при обратных переходах позиций
происходят в последовательности обратной процессу набора.
2.2.4. Параллельное соединение тяговых электродвигателей
При наборе 28-ой позиции джойстика «Тяга» (SA45) происходит
переход с последовательно – параллельного на параллельное соединение «П»
тяговых электродвигателей, линейные и реостатные контакторы включаются
в соответствии с данными табл. 2.2.
При наборе 28-ой позиции ток течет из контактной сети через
токоприемник ХА1 первой секции электровоза ток проходит через дроссель
L1, затем через замкнутые разъединитель QS1 и разветвляется.
По первой ветке ток течет через быстродействующий выключатель
QF1, реле дифференциальной защиты КА1, замкнутый пневматический
контактор К2, модуль ПТР R4, замкнутые пневматические контакторы К22 и
К23, через модуль ПТР R3, замкнутые пневматические контакторы с
приводом
К21 и К27. Затем, пройдя кулачковый переключатель QP1,
попадает в цепь тяговых двигателей М1 и М2, затем через шунт RS1, реактор
L2, через замкнутый быстродействующий контактор К41, переключатель
кулачковый QP3, замкнутый пневматический контактор К30, замкнутый
пневматический контактор с приводом К29, переключатель кулачковый QP2,
цепь тяговых двигателей М3 - М4, затем через шунт RS2, реактор L3,
замкнутый быстродействующий контактор К42, переключатель кулачковый
QP4, замкнутые пневматические контакторы с приводом К34 и К38, через
реле дифференциальной защиты КА1 на токоотвод в рельсовую цепь.
По второй ветке ток идет во вторую секцию и в точности повторяет
путь протекания в первой секции. В обмотке возбуждения ток протекает
аналогично пути протекания на первой позиции.
На параллельном соединении ТЭД в 2-х секционном тепловозе
создается четыре параллельные цепи - по два последовательно включенных
47
тяговых электродвигателя в каждой ветви. В 3-х секционном тепловозе
создается шесть параллельных ветвей.
При подключении бустерной секции процесс прохождения тока
аналогичен как для прицепной секции, но с учетом направления включения
бустерной секции (смотри направление тока якорей секции А и секции Б).
После включения более высоких позиций управления, от 28 и далее,
происходит снижение сопротивления резисторов R3 и R4, а на 37-ой ходовой
позиции
во
всех
секциях
эти
резисторы
закорочены
реостатными
контакторами, что позволяет обеспечить продолжительную работу на этом
соединении тяговых электродвигателей.
Все переключения в схеме при обратных переходах происходят в
последовательности обратной процессу набора.
48
49
Ом
поз
20,310
14,308
10,988
8,406
6,004
5,163
4,590
3,497
2,325
1,584
1,080
0,711
0,343
0,24
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
.
Rпуск,
мер
Но
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
-
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
-
-
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
-
-
-
-
+
+
-
-
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
+
+
-
-
+
+
-
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
-
-
+
+
-
-
-
-
-
+
-
-
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
-
-
+
+
+
+
+
-
-
+
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
-
-
+
+
+
+
+
+
-
+
-
-
-
+
-
-
-
-
-
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
К2 К4 К10 К12 К14 К16 К18 К20 К22 К24 К1 К3 К9 К11 К13 К15 К17 К19 К21 К23
Последовательность включения реостатных контакторов по позициям от 1 до 37 переключения силовой схемы
Т а б л и ц а 2.2
50
0,286
0,104
0,0000
25
26
27
1,826
21
0,538
2,732
20
24
3,599
19
0,796
4,590
18
23
5,904
17
1,129
0,0000
16
22
0,104
15
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
-
+
+
+
+
+
-
+
+
+
-
-
+
+
+
+
+
-
-
+
+
-
-
-
-
-
+
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
-
+
+
-
-
-
-
+
+
+
+
+
-
+
+
-
-
+
+
+
+
+
+
+
-
-
+
+
+
-
-
-
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
-
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
-
-
-
-
-
-
-
+
-
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
-
-
-
+
-
+
-
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
-
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
-
П р о д о л ж е н и е т а б л. 2.2
51
Ом
поз
2,076
1,519
1,259
0,971
0,786
0,538
0,388
0,252
0,120
0,0000
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
.
Rпуск,
мер
Но
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
+
+
-
-
-
-
+
+
+
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
-
-
+
-
-
-
+
-
+
-
+
-
+
-
-
+
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
-
К2 К4 К10 К12 К14 К16 К18 К20 К22 К24 К1 К3 К9
-
+
-
+
-
-
-
+
+
+
1
К1
-
-
-
-
-
-
-
+
+
-
3
К1
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
5
К1
-
+
+
+
+
-
-
+
+
+
7
К1
-
-
-
-
-
+
+
+
+
-
9
К1
+
-
-
-
-
-
-
+
+
+
1
К2
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
3
К2
О к о н ч а н и е т а б л. 2.2
2.3. Работа силовой схемы в режиме рекуперативного торможения
Рекуперативное торможение – торможение с отдачей электроэнергии в
контактную сеть.
Рекуперативное торможение возможно только в тех случаях, когда
суммарная ЭДС тяговых двигателей превышает уровень напряжения
контактной
сети,
чтобы
была
возможность
обратному
потоку
электроэнергии.
МПСУ и Д управляет силой торможения путем изменения величины
тока возбуждения ТЭД по специальному алгоритму. Рекуперативное
торможение обеспечивается в чистом виде при напряжении контактной сети
до 3,4 кВ. При напряжениях контактной сети от 3,4 кВ до 3,8 кВ система
МПСУ и Д дополнительно подключает пуско-тормозные резисторы R3 и R4
(реостатное торможение) для предотвращения перенапряжений в силовых
цепях тяговых двигателей и обеспечения заданной силы торможения.
В режиме рекуперативного торможения ток с рельсовой цепи течет
через реле дифференциальной защиты РДЗ-068-01 КА1 и разветвляется.
1. Замкнутые пневматические контакторы с приводом К37 и К33,
переключатель кулачковый QP3, замкнутый быстродействующий контактор
К41, реактор L2, шунт RS1, цепь тяговых двигателей М2 и М1, кулачковый
переключатель QP1, замкнутый пневматический контактор с приводом К37,
цепь диодов VD3...VD5.
2. Замкнутые пневматические контакторы с приводом К38 и К34,
переключатель кулачковый QP4, замкнутый быстродействующий контактор
К42, реактор L3, шунт RS2, цепь тяговых двигателей М2 и М1, кулачковый
переключатель QP2, замкнутый пневматический контактор с приводом К28,
цепь диодов VD6...VD8.
Затем
ветви
вновь
объединяются,
ток
пересекает
реле
дифференциальной защиты КА1, быстродействующий выключатель QF1,
52
замкнутый разъединитель QS1, дроссель L1 и через токоприемник ХА1
возвращается в контактную сеть.
Питание обмоток возбуждения ТЭД осуществляется от статических
преобразователей СТПР-1000 (ПСН), это обеспечивает быстрый переход
электровоза из тягового режима в режим электрического торможения. В
обмотке возбуждения ток протекает аналогично пути протекания на первой
позиции.
Микропроцессорная система управления МПСУ и Д, получая задание
машиниста
о
силе
торможения,
полностью
управляет
режимами
электрического торможения в зависимости от скорости электровоза, текущих
значений напряжения контактной сети и силы тока якорей тяговых
электродвигателей. Система МПСУ и Д автоматически, по алгоритму в
зависимости от скорости электровоза, включает линейные контакторы и
собирает схему силовых цепей:
- соединение «С» – ТЭД всех секций включены последовательно;
- соединение «СП» – в каждой секции создается цепь из четырех
последовательно включенных ТЭД;
- соединение «П» – в каждой секции создается две параллельные цепи
из двух последовательно включенных ТЭД.
2.4. Работа силовой схемы в режиме реостатного торможения
Реостатное торможение (электродинамическое торможение – ЭДТ) –
торможение с выделением энергии в пуско-тормозных резисторах.
Реостатное
торможение
в
чистом
виде
без
рекуперативного
торможения получается на низких скоростях движения электровоза, когда
суммарная ЭДС тяговых двигателей ниже уровня напряжения контактной
сети. При этом происходит «отключение» цепей тяговых двигателей от
контактной сети, так как диоды VD3…VD8 не пропускают обратного тока.
Система МПСУ и Д в зависимости от задания силы торможения и скорости
53
движения электровоза определяет величину тока возбуждения ТЭД и
включает реостатные контакторы.
При реостатном торможении ток протекает по двум контурам. Первый
контур: с плюса двигателя М2, через двигатель М1, кулачковый
переключатель QP1, замкнутые пневматические контакторы с приводом К27
и К21, замкнутые пневматические контакторы К3 и К25, Замкнутые
пневматические
контакторы
с
приводом
К37
и
К33,
кулачковый
переключатель QP3, замкнутый быстродействующий контактор К41, реактор
L2, шунт
RS1, кулачковый переключатель QP1 и замыкается на минусе
двигателя М2.
Второй контур протекания тока аналогичен первому, только ток
протекает через цепь двигателей М3 -– М4.
В обмотке возбуждения ток протекает аналогично пути протекания на
первой позиции.
54
2.5. Система независимого возбуждения тяговых электродвигателей
2.5.1. Расчет параметров преобразователя возбуждения ТЭД
Выпрямитель в общем случае представляет собой агрегат, состоящий
из
преобразовательного
трансформатора,
выпрямительной
схемы,
сглаживающего фильтра, устройств управления и защиты и автоматического
регулирования.
Рассчитаем основные параметры преобразователя по формулам [5],
чтобы выбрать тип тиристора.
Максимальное
выпрямленное
напряжение
преобразователя
возбуждений:
UПВ max =Ud =IB max ∙ ∑ Ri =IB max ∙(nдв ∙rг.п. +Rи.ш. ),
(2.1)
где IBmax = I2 = 800 А - максимальный ток возбуждения двигателя;
nд = 2 - количество двигателей в цепи;
rг.п. = 0,018 Ом - сопротивление обмоток главных полюсов ТЭД;
Rи.ш. - сопротивление индуктивного шунта, Ом
Rи.ш. =(0,85÷0,9)∙
βm ∙nдв ∙rг.п.
,
1-βm
(2.2)
где βm = 0,45 - минимальный коэффициент регулирования возбуждения.
Rи.ш. =0,9∙
0,45∙2∙0,018
=0,0265 Ом.
1-0,45
Результат подставляем в формулу (2.1):
UПВ max =800∙(2∙0,018+0,0265)=50 В.
55
Максимальная активная мощность преобразователя возбуждений:
Pmax =UПВ max ∙IB max .
(2.3)
Pmax =50∙800=40000 Вт.
Выбираем мостовую схему выпрямления тока (рис. 2.1).
Id
Ia
I1
U1
VD3
VD1
I2
U2
Ud
Rd
VD2
VD4
Рис. 2.1. Мостовая схема выпрямления однофазного тока
Рассчитаем оставшиеся параметры преобразователя, необходимые для
выбора типа тиристора.
Напряжение на входе ПВ:
Uвх =U2 =
Uвх =
2√2
∙Ud .
π
(2.4)
2√2
∙50=45 В.
π
Входное значение тока ПВ:
Iвх =I2 =
π
2√2
56
∙IB max .
(2.5)
Iвх =
π
2√2
∙800=888,6 А.
Среднее значение тока через тиристор:
IB max
.
2
800
Ia =
=400 А.
2
Ia =
(2.6)
Максимальное значение обратного напряжения тиристоров:
π
Ub max = ∙Ud .
2
(2.7)
π
Ub max = ∙50=78,5 В.
2
На основе рассчитанных параметров из каталога [7] выбираем
тиристор. По параметрам подходит тиристор КУ219Б (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Конструкция тиристора КУ219Б
57
Основные характеристики выбранного тиристора:
- Ub max = 1000 B - максимальное значение обратного напряжения;
- Ia max = 1000 А - наибольшее значение тока в открытом состоянии;
- Iобр = 1,5 мА - постоянный обратный ток.
Определим необходимое количество последовательно включенных
тиристоров и параллельное количество ветвей.
Число параллельных ветвей тиристоров в мостовой схеме определяют
по формуле:
mv =
In.max
,
IF(AV)
(2.8)
где I п.max  1,7  I н – максимальный пусковой ток, определяемый по условиям
сцепления
колеса
с
рельсом
при
скорости,
соответствующей
перегруппировке двигателей, А;
IF(AV) - максимально допустимый средний прямой ток, А.
In.max =1,7∙Iн =975,8 А.
Результат подставим в формулу (2.8):
mv =
975,8
=0,98.
1000
Определим необходимое количество последовательно включенных
тиристоров:
pv =
Up
+ 1,
URRM ∙kн.в.
где Uр – пробивное напряжение разрядника электровоза-образца, В;
Ub max - максимальное значение обратного напряжения;
58
(2.9)
kн.в = 0,9 – коэффициент неравномерности распределения обратного
напряжения между последовательно соединенными диодами.
pv =
80
+1=1,09.
1000∙0,9
Полученные значения mv и pv должны быть округлены в большую
сторону до целого числа. Следовательно, mv = 1, а pv = 2. На рис. 2.3
изобразим схему цепей соединения тиристоров.
L
R
VT1
R
C
R
VT2
R
C
Рис. 2.3. Схема последовательного соединения тиристоров
59
2.6. Расчет электромеханических и тяговых характеристик ТЭД при
различных алгоритмах регулирования тока возбуждения
2.6.1. Алгоритм поддержания тока возбуждения ТЭД постоянным
Тяговые характеристики представляют собой зависимость силы тяги
двигателя от скорости движения [8]. На тепловозе-образце используется
независимое
возбуждение
тяговых
двигателей,
управляемое
микропроцессорной системой управления и диагностики (МПСУ и Д) и ток
возбуждении изменяется по закону:
IB =IBO +k∙Iя ,
(2.10)
где IВ0 – уставка тока возбуждения, А;
k – коэффициент компаундирования обратной связи по току якоря;
Iя – ток якоря ТЭД, А.
При этом необходимо задаться ограничениями по максимальному току
возбуждения, минимальному и максимальному ослаблению возбуждения.
Согласно заданию: IВ ≤ 800 А, βmin = 0,45.
В связи с этим рассмотрим несколько вариантов изменения тока
возбуждения ТЭД.
Первый
вариант
характеризуется
тем,
что
система
МПСУиД
поддерживает ток возбуждения постоянным за счет изменения коэффициента
k при постоянном значении уставки тока возбуждения. Ток якоря будет
принимать значения от 50 до 800 А. Значение уставки тока возбуждения
примем равным 50 А. Расчет будет проводиться для значений тока
возбуждения от 100 до 800 А для параллельного соединения тяговых
двигателей. Коэффициент компаундирования рассчитывается по формуле:
60
k=
k=
Для
дальнейших
IB -IBO
,
IЯ
(2.11)
100-50
=1.
50
расчетов
потребуются
значения
кривой
намагничивания двигателей, рассчитаем и построим ее по формуле:
сv Ф=
U д -I∙rд
,
V
(2.12)
где Uд. – напряжение, приложенное к ТЭД, В;
rд = 0,0839 Ом – сопротивление обмоток ТЭД;
I – ток двигателя, А;
V – скорость электровоза, км/ч.
Полученную кривую намагничивания изобразим на рис. 2.4.
Скорость электровоза рассчитаем по формуле:
V=
V=
Uд -Iя ∙(ra +rко +rдп )
,
сv Ф
(2.13)
1500-50∙0,0839
=318,26 км/ч.
4,7
Силу тяги рассчитаем по формуле:
Fк.д. =0,0036∙сv Ф∙Iя .
Fк.д. =0,0036∙4,7∙50=0,85 кН.
61
(2.14)
25
В∙
ч/км
20
15
cvФ
10
5
0
0
200
400
600
А800
1000
Iд
Рис. 2.4. Кривая намагничивания ТЭД
Коэффициент ослабления возбуждения рассчитаем по формуле:
β=
β=
IB
,
IЯ
(2.15)
100
=2.
50
Расчеты производим для токов возбуждения от 100 до 800 А либо до
значений β, превышающих ограничения.
Результаты расчетов сводим в табл. 2.4 – 2.9.
62
Т а б л и ц а 2.4
Тяговые характеристики при IB = 400 на параллельном соединении ТЭД
Ток
Ток
якоря, возбуждения,
k
cvФ,
В∙ч/км
Скорость
электровоза,
км/ч
Сила
β
тяги, кН
А
А
50
400
7,00
14,4
103,88
2,59
8,00
100
400
3,50
14,4
103,58
5,18
4,00
200
400
1,75
14,4
103,00
10,37
2,00
300
400
1,17
14,4
102,42
15,55
1,33
400
400
0,88
14,4
101,84
20,74
1,00
500
400
0,70
14,4
101,25
25,92
0,80
600
400
0,58
14,4
100,67
31,10
0,67
700
400
0,50
14,4
100,09
36,29
0,57
800
400
0,44
14,4
99,51
41,47
0,50
Т а б л и ц а 2.5
Тяговые характеристики при IB = 500 А на параллельном соединении ТЭД
Ток
Ток
якоря, возбуждения,
k
cvФ,
В∙ч/км
Скорость
Сила
электровоза,
тяги,
км/ч
кН
β
А
А
50
500
9,00
16,6
90,11
2,99
10,00
100
500
4,50
16,6
89,86
5,98
5,00
200
500
2,25
16,6
89,35
11,95
2,50
300
500
1,50
16,6
88,85
17,93
1,67
400
500
1,13
16,6
88,34
23,90
1,25
500
500
0,90
16,6
87,83
29,88
1,00
600
500
0,75
16,6
87,33
35,86
0,83
63
О к о н ч а н и е т а б л. 2.5
700
500
0,64
16,6
86,82
41,83
0,71
800
500
0,56
16,6
86,32
47,81
0,63
Т а б л и ц а 2.6
Тяговые характеристики при I = 600 А на параллельном соединении ТЭД
B
Ток
Ток
якоря, возбуждения,
cvФ,
k
В∙ч/км
Скорость
Сила
электровоза,
тяги,
км/ч
кН
β
А
А
50
600
11,00
18,6
80,42
3,35
12,00
100
600
5,50
18,6
80,19
6,70
6,00
200
600
2,75
18,6
79,74
13,39
3,00
300
600
1,83
18,6
79,29
20,09
2,00
400
600
1,38
18,6
78,84
26,78
1,50
500
600
1,10
18,6
78,39
33,48
1,20
600
600
0,92
18,6
77,94
40,18
1,00
700
600
0,79
18,6
77,49
46,87
0,86
800
600
0,69
18,6
77,04
53,57
0,75
Т а б л и ц а 2.7
Тяговые характеристики при IB = 700 А на параллельном соединении ТЭД
Ток
Ток
якоря,
возбуждения,
А
А
k
cvФ,
В∙ч/км
Скорость
электровоза,
км/ч
Сила
тяги, кН
β
14,0
50
700
13,00
20,45
73,14
3,68
0
100
700
6,50
20,45
72,94
7,36
7,00
64
О к о н ч а н и е т а б л. 2.7
200
700
3,25
20,45
72,53
14,72
3,50
300
700
2,17
20,45
72,12
22,09
2,33
400
700
1,63
20,45
71,71
29,45
1,75
500
700
1,30
20,45
71,30
36,81
1,40
600
700
1,08
20,45
70,89
44,17
1,17
700
700
0,93
20,45
70,48
51,53
1,00
800
700
0,81
20,45
70,07
58,90
0,88
Т а б л и ц а 2.8
Тяговые характеристики при IB = 800 А на параллельном соединении ТЭД
Ток
Ток
якоря,
возбуждения,
А
А
50
800
15,00
22
67,99
3,96
100
800
7,50
22
67,80
7,92
8,00
200
800
3,75
22
67,42
15,84
4,00
300
800
2,50
22
67,04
23,76
2,67
400
800
1,88
22
66,66
31,68
2,00
500
800
1,50
22
66,28
39,60
1,60
600
800
1,25
22
65,89
47,52
1,33
700
800
1,07
22
65,51
55,44
1,14
800
800
0,94
22
65,13
63,36
1,00
k
cvФ,
В∙ч/км
Скорость
электровоза,
км/ч
Сила
тяги, кН
β
16,0
0
По данным табл. 2.3 – 2.8 построим тяговые и скоростные
характеристики, которые показаны на рис. 2.5 и рис. 2.4 соответственно.
65
70
ОПmax
V(Iя.сц.)
кН
60
Iв=700 А
50
Iв=800 А
40
Iв=600 А
Fкд
30
Iв=500 А
Iв=400 А
20
10
0
40
60
80
100
120
км/ч
V
Рис. 2.5. Тяговые характеристики ТЭД на зонах ослабления возбуждения, при
Iв=const на параллельном соединении ТЭД
66
110
ОПmax
Iв=400 А
100
км/ч
Iв=500 А
90
Iв=600 А
80
Iв=700 А
Iв=800 А
V70
60
V(I)
50
40
0
200
400
600
А
800
Iя
Рис. 2.6. Скоростные характеристики ТЭД на зонах ослабления возбуждения,
при Iв=const на параллельном соединении ТЭД
67
2.6.2. Алгоритм регулирования тока возбуждения ТЭД при постоянным
коэффициенте компаундирования
Во втором варианте система МПСУ и Д поддерживает постоянным
значение коэффициента компаундирования k, при этом ток возбуждения при
постоянном значении уставки тока возбуждения равен:
IB =k∙Iя +IВО .
(2.16)
Расчет будет проводиться аналогично расчету в пункте 3.2.1, только
для значений коэффициента k от 1 до 2,5 параллельного соединения тяговых
двигателей. Результаты расчетов сведем в табл. 2.9 - 2.16.
Т а б л и ц а 2.9
Тяговые характеристики при k = 1 на параллельном соединении ТЭД
Ток
якоря,
Ток
k
А
возбуждения,
А
cvФ,
В∙ч/км
Скорость
электровоза,
км/ч
Сила
тяги, кН
β
50
1
100
4,7
318,26
0,85
2,00
100
1
150
7
213,09
2,52
1,50
200
1
250
10,25
144,70
7,38
1,25
300
1
350
13,1
112,58
14,15
1,17
400
1
450
15,5
94,61
22,32
1,13
500
1
550
17,6
82,84
31,68
1,10
600
1
650
19,6
73,96
42,34
1,08
700
1
750
21,25
67,82
53,55
1,07
800
1
850
22,75
62,98
65,52
1,06
68
Т а б л и ц а 2.10
Тяговые характеристики при k = 1,25 на параллельном соединении ТЭД
Ток
якоря,
Ток
k
А
возбуждения,
А
cvФ,
В∙ч/км
Скорость
электровоза,
км/ч
Сила
β
тяги, кН
50
1,25
113
5,3
282,23
0,95
2,25
100
1,25
175
7,8
191,23
2,81
1,75
200
1,25
300
11,7
126,77
8,42
1,50
300
1,25
425
15
98,32
16,20
1,42
400
1,25
550
17,7
82,85
25,49
1,38
500
1,25
675
20
72,90
36,00
1,35
600
1,25
800
22
65,89
47,52
1,33
700
1,25
925
23,7
60,81
59,72
1,32
Т а б л и ц а 2.11
Тяговые характеристики при k = 1,5 на параллельном соединении ТЭД
Ток
якоря,
Ток
k
А
возбуждения,
А
cvФ,
В∙ч/км
Скорость
электровоза,
км/ч
Сила тяги,
кН
β
50
1,5
125
6
249,30
1,08
2,50
100
1,5
200
8,8
169,50
3,17
2,00
200
1,5
350
13,1
113,22
9,43
1,75
300
1,5
500
16,7
88,31
18,04
1,67
400
1,5
650
19,7
74,44
28,37
1,63
500
1,5
800
22
66,28
39,60
1,60
600
1,5
950
23,9
60,66
51,62
1,58
69
Т а б л и ц а 2.12
Тяговые характеристики при k = 1,75 на параллельном соединении ТЭД
Ток
якоря,
Ток
k
А
возбуждения,
А
cvФ,
В∙ч/км
Скорость
электровоза,
км/ч
Сила
β
тяги, кН
50
1,75
138
6,4
233,72
1,15
2,75
100
1,75
225
9,5
157,01
3,42
2,25
200
1,75
400
14,3
103,72
10,30
2,00
300
1,75
575
18,2
81,03
19,66
1,92
400
1,75
750
21,3
68,85
30,67
1,88
500
1,75
925
23,7
61,52
42,66
1,85
Т а б л и ц а 2.13
Тяговые характеристики при k = 2 на параллельном соединении ТЭД
Ток
якоря,
Ток
k
А
возбуждения,
А
cvФ,
В∙ч/км
Скорость
электровоза,
км/ч
Сила
тяги, кН
β
50
2
150
6,9
216,78
1,24
3,00
100
2
250
10,3
144,82
3,71
2,50
200
2
450
15,5
95,69
11,16
2,25
300
2
650
19,7
74,86
21,28
2,17
400
2
850
22,75
64,46
32,76
2,13
70
Т а б л и ц а 2.14
Тяговые характеристики при k = 2,5 на параллельном соединении ТЭД
Ток
Ток
якоря,
cvФ,
возбуждения,
k
А
В∙ч/км
А
Скорость
электровоза,
км/ч
Сила
тяги, кН
β
50
2,5
125
6
249,30
1,08
2,50
100
2,5
250
10,25
145,52
3,69
2,50
200
2,5
500
16,7
88,82
12,02
2,50
300
2,5
750
21,25
69,40
22,95
2,50
400
2,5
1000
24,6
59,61
35,42
2,50
По данным табл. 2.7 – 2.14 построим тяговые и скоростные
характеристики, изображенные на рис. 2.7 и 2.8 соответственно.
2.6.3 Алгоритм регулирования тока возбуждения ТЭД при поддержании
постоянной скорости
В третьем варианте система МПСУ и Д поддерживает постоянной
скорость электровоза, при этом ток возбуждения при постоянном значении
уставки тока возбуждения выбираем из графика кривой намагничивания
(рис.
2.4)
в
зависимости
от
магнитной
постоянной
сvФ,
которая
рассчитывается по формуле:
сv Ф=
U д -я ∙rд
,
V
где Uд - напряжение, приложенное к двигателю, В;
Iя - ток якоря двигателя, А;
rд - сопротивление обмоток двигателя, Ом;
V - скорость электровоза, км/ч.
71
(2.17)
Расчет будет проводиться аналогично расчету в пункте 3.2.1, только
для значений скорости от 20 до 120 км/ч для сериесного, сериеспараллельного и параллельного соединений тяговых двигателей. Результаты
расчетов сведем в табл. 2.16 - 2.28.
Т а б л и ц а 2.16
Тяговые характеристики при V=20 км/ч на сериесном соединении ТЭД
Ток
Ток
Скорость
якоря,
возбуждения,
А
А
50
590
11,80
100
570
200
cvФ,
Сила
В∙ч/км
тяги, кН
20
18,54
3,34
11,80
5,70
20
18,33
6,60
5,70
555
2,78
20
17,91
12,90
2,78
300
540
1,80
20
17,49
18,89
1,80
400
520
1,30
20
17,07
24,58
1,30
500
500
1,00
20
16,65
29,97
1,00
600
480
0,80
20
16,23
35,06
0,80
700
460
0,66
20
15,81
39,85
0,66
800
440
0,55
20
15,39
44,33
0,55
k
электровоза,
км/ч
72
β
70
ОПmax
V(Iя.сц.)
кН
60
k=1,25
k=1
50
k=1,5
k=1,75
40
k=2
Fсц
30
k=2,25
k=2,5
20
10
0
км/ч
100
120
V 80
Рис. 2.7. Тяговые характеристики ТЭД на зонах ослабления возбуждения при
40
60
k=const на параллельном соединении ТЭД
73
120
ОПmax
км/ч
100
k=1
80
V
k=2,5
k=1,25
k=2,25
60
k=2
k=1,75
k=1,5
V(I)
40
600
700
800
А
Iя 500
Рис. 2.8. Скоростные характеристики ТЭД на зонах ослабления возбуждения
200
300
400
при k=const на параллельном соединении ТЭД
74
Т а б л и ц а 2.17
Тяговые характеристики при V=30 км/ч на сериесном соединении ТЭД
Ток
якоря, А
Ток
возбуждения,
Скорость
k
электровоза,
А
км/ч
cvФ,
Сила
В∙ч/км
тяги, кН
β
50
325
6,50
30
12,36
2,22
6,50
100
315
3,15
30
12,22
4,40
3,15
200
305
1,53
30
11,94
8,60
1,53
300
290
0,97
30
11,66
12,59
0,97
400
280
0,70
30
11,38
16,39
0,70
500
270
0,54
30
11,10
19,98
0,54
Т а б л и ц а 2.18
Тяговые характеристики при V=40 км/ч
на сериес-параллельном соединении ТЭД
Ток
якоря, А
Ток
возбуждения,
Скорость
k
электровоза,
А
км/ч
cvФ,
Сила
В∙ч/км
тяги, кН
β
50
600
12,00
40
18,65
3,36
12,00
100
590
5,90
40
18,54
6,67
5,90
200
580
2,90
40
18,33
13,20
2,90
300
570
1,90
40
18,12
19,57
1,90
400
560
1,40
40
17,91
25,79
1,40
500
550
1,10
40
17,70
31,86
1,10
600
540
0,90
40
17,49
37,78
0,90
700
530
0,76
40
17,28
43,55
0,76
800
520
0,65
40
17,07
49,17
0,65
75
Т а б л и ц а 2.19
Тяговые характеристики при V=50 км/ч
на сериес-параллельном соединении ТЭД
Ток
якоря, А
Ток
возбуждения,
Скорость
k
А
электровоза,
км/ч
cvФ,
Сила
В∙ч/км
тяги, кН
β
50
425
8,50
50
14,92
2,68
8,50
100
420
4,20
50
14,83
5,34
4,20
200
410
2,05
50
14,66
10,56
2,05
300
405
1,35
50
14,50
15,66
1,35
400
400
1,00
50
14,33
20,63
1,00
500
390
0,78
50
14,16
25,49
0,78
600
380
0,63
50
13,99
30,23
0,63
700
370
0,53
50
13,83
34,84
0,53
800
360
0,45
50
13,66
39,33
0,45
Т а б л и ц а 2.20
Тяговые характеристики при V=60 км/ч
на сериес-параллельном соединении ТЭД
Ток
якоря, А
Ток
возбуждения,
Скорость
k
А
электровоза,
км/ч
cvФ,
Сила
В∙ч/км
тяги, кН
β
50
330
6,60
60
12,43
2,24
6,60
100
320
3,20
60
12,36
4,45
3,20
200
315
1,58
60
12,22
8,80
1,58
300
310
1,03
60
12,08
13,05
1,03
400
305
0,76
60
11,94
17,19
0,76
76
Т а б л и ц а 2.21
Тяговые характеристики при V=70 км/ч
на сериес-параллельном соединении ТЭД
Ток
якоря, А
Ток
возбуждения,
Скорость
k
А
электровоза,
км/ч
cvФ,
Сила
В∙ч/км
тяги, кН
β
50
260
5,20
70
10,65
1,92
5,20
100
255
2,55
70
10,59
3,81
2,55
200
250
1,25
70
10,47
7,54
1,25
300
245
0,82
70
10,35
11,18
0,82
400
240
0,60
70
10,23
14,74
0,60
500
235
0,47
70
10,12
18,21
0,47
Т а б л и ц а 2.22
Тяговые характеристики при V=80 км/ч на сериес-параллельном соединении
ТЭД
Ток
якоря, А
Ток
возбуждения,
Скорость
k
А
электровоза,
км/ч
cvФ,
Сила
В∙ч/км
тяги, кН
β
50
220
4,40
80
9,32
1,68
4,40
100
215
2,15
80
9,27
3,34
2,15
77
Т а б л и ц а 2.23
Тяговые характеристики при V=80 км/ч на параллельном соединении ТЭД
Ток
якоря, А
Ток
возбуждения,
Скорость
k
электровоза,
А
км/ч
cvФ,
Сила
В∙ч/км
тяги, кН
β
50
600
12,00
80
18,70
3,37
12,00
100
595
5,95
80
18,65
6,71
5,95
200
590
2,95
80
18,54
13,35
2,95
300
585
1,95
80
18,44
19,91
1,95
400
580
1,45
80
18,33
26,40
1,45
500
575
1,15
80
18,23
32,81
1,15
600
570
0,95
80
18,12
39,14
0,95
Т а б л и ц а 2.24
Тяговые характеристики при V=90 км/ч на параллельном соединении ТЭД
Ток
якоря, А
Ток
возбуждения,
Скорость
k
А
электровоза,
км/ч
cvФ,
Сила
В∙ч/км
тяги, кН
β
50
495
9,90
90
16,62
2,99
9,90
100
490
4,90
90
16,57
5,97
4,90
200
485
2,43
90
16,48
11,87
2,43
300
480
1,60
90
16,39
17,70
1,60
400
475
1,19
90
16,29
23,46
1,19
500
470
0,94
90
16,20
29,16
0,94
600
465
0,78
90
16,11
34,79
0,78
700
460
0,66
90
16,01
40,36
0,66
800
455
0,57
90
15,92
45,85
0,57
78
Т а б л и ц а 2.25
Тяговые характеристики при V=110 км/ч на параллельном соединении ТЭД
Ток
якоря, А
Ток
Скорость
возбуждения,
k
А
электровоза,
км/ч
cvФ,
Сила
В∙ч/км
тяги, кН
β
50
380
7,60
110
13,60
2,45
7,60
100
375
3,75
110
13,56
4,88
3,75
200
370
1,85
110
13,48
9,71
1,85
300
365
1,22
110
13,41
14,48
1,22
400
360
0,90
110
13,33
19,20
0,90
500
355
0,71
110
13,26
23,86
0,71
600
350
0,58
110
13,18
28,47
0,58
700
345
0,49
110
13,10
33,02
0,49
Т а б л и ц а 2.26
Тяговые характеристики при V=120 км/ч на параллельном соединении ТЭД
Ток
якоря, А
Ток
Скорость
возбуждения,
k
А
электровоза,
км/ч
cvФ,
Сила
В∙ч/км
тяги, кН
β
50
330
6,60
120
12,47
2,24
6,60
100
325
3,25
120
12,43
4,47
3,25
200
320
1,60
120
12,36
8,90
1,60
300
315
1,05
120
12,29
13,27
1,05
400
310
0,78
120
12,22
17,60
0,78
500
305
0,61
120
12,15
21,87
0,61
600
300
0,50
120
12,08
26,09
0,50
По
данным
расчетных
табл.
построим
тяговые,
скоростные
характеристики и график зависимости тока якоря от тока возбуждения,
79
которые изображены на рис. 2.9, 2.10 и 2.11 соответственно. Тяговые
характеристики и график зависимости тока якоря от тока возбуждения также
изображены на демонстрационных листах 6 и 7 соответственно.
На рисунках 2.10 и 2.11 сериесное соединение изображено пунктирной
линией, сериес-параллельное - сплошной, параллельное - штрихпунктирной
линией.
80
90
кН
80
ОПmax
V(Iя.сц.)
70
«CП»
60
50
«CП»
«П»
Fсц
40
«CП»
«CП»
«C»
«П»
«П»
30
«CП»
«П»
«C»
«CП»
20
«П»
10
0
0
20
40
60
80
км/ч
100
120
V
Рис. 2.9. Тяговые характеристики ТЭД на зонах ослабления возбуждения при
V=const
81
130
120
км/ч
ОПmax
110
100
90
80
70
60
V
50
V(I)
40
30
20
10
0
0
200
400
600
А
Iя
Рис. 2.10. Скоростные характеристики ТЭД на зонах ослабления
возбуждения при V=const
82
800
900
V=30 км/ч
А
800
700
600
V=80 км/ч
V=40 км/ч
V=30 км/ч
500
V=90 км/ч
Iв
V=100 км/ч
400
V=50 км/ч
V=110 км/ч
V=120 км/ч
V=60 км/ч
V=20 км/ч
300
V=70 км ч
200
V=80 км/ч
100
0
400
600
800
1000
А
Iя
Рис. 2.11. Зависимость тока якоря от тока возбуждения при V=const
0
200
83
3. Применение инструментов и методов бережливого производства в
локомотивном хозяйстве
3.1. Проблемы ОАО «РЖД»
Среди
основных
проблем
открытого
акционерного
общества
«Российские железные дороги», обострившихся в ходе глобального
финансово-экономического кризиса и его последствий, можно выделить
следующие [9]:
- повышение межвидовой конкуренции в грузовых и пассажирских
перевозках (за счет автомобильного, авиационного транспорта);
- государственное регулирование тарифов на железнодорожные
перевозки;
- сокращение инвестиционных ресурсов.
Перечисленные проблемы были актуальны для компании и в
относительно благополучные докризисные годы, в частности, повышение
конкурентоспособности услуг и повышение внутренней эффективности
компании в начале 2007 года были обозначены в «Функциональной
стратегии управления качеством в ОАО «РЖД» как приоритетные задачи
разработки
и
внедрения
корпоративной
интегрированной
системы
менеджмента качества.
На
решение
управленческие
обозначенных
технологии,
проблем
объединенные
нацелены
под
инновационные
общим
понятием
«бережливое производство (lean production)».
«Бережливое
менеджмента,
производство»
сфокусированная
—
на
логистическая
оптимизации
концепция
бизнес-процессов
с
максимальной ориентацией на рынок и с учётом мотивации каждого
работника. Бережливое производство составляет основу новой философии
менеджмента, это ресурсосберегающая бизнес-стратегия, ищущая пути
устранения потерь для удовлетворения требований клиентов [10].
84
Все действия компании, которые не приводят в конечном итоге к
созданию ценности для потребителя, являются потерями - потерями рабочего
времени, избыточным оборудованием, производственными площадями,
материально-техническими
ресурсами.
Инструментарий
бережливого
производства призван помочь персоналу компании на всех уровнях
управления осуществлять планомерный поиск и исключение потерь во всех
производственных
процессах.
К
началу
2010
года
в
локальных
подразделениях и филиалах ОАО «Российские железные дороги» накоплен
опыт, как позитивный так и негативный, связанный с внедрением
инструментов бережливого производства, однако для получения эффекта в
масштабах всей компании требуются системные согласованные действия по
развитию фирменной производственной системы открытого акционерного
общества «Российские железные дороги», неотъемлемой частью которой
является применение инструментов бережливого производства.
В настоящей Концепции изложены основные принципы и ближайшие
перспективы внедрения бережливого производства в производственные
процессы подразделений ОАО «Российские железные дороги» [11].
3.2. Цели Программы поэтапного внедрения технологий
бережливого производства в ОАО «РЖД»
Целью программы является развитие производственной системы ОАО
«РЖД» и повышение ее эффективности за счет применения инструментов
бережливого производства, направленных на выявление и устранение/
сокращение потерь (т.е. затрат, не добавляющих ценности) в перевозочном
процессе, в процессах ремонта и эксплуатации инфраструктуры, подвижного
состава, в процессах материально-технического обеспечения и в других
процессах.
85
В рамках программы ставится соответствующий ряд задач:
1) создание организационной, нормативной и методической базы для
реализации бережливых преобразований, в т.ч.:
-
разработка
корпоративных
требований
к
бережливой
производственной системе ОАО «РЖД» - разработка корпоративных
директив и стандартов;
-
разработка
практических
руководств
по
применению
инструментов бережливого производства по отраслевым направлениям;
-формирование рабочих групп на уровне центральных дирекций,
на уровне пилотных дорог и выбранных объектов и обучение рабочих
групп
2) реализация проектов на выбранных объектах пилотных дорог:
Куйбышевская, Октябрьская и Приволжская железные дороги.
3) формирование базы типовых решений на основе результатов,
полученных в ходе реализации программы на выбранных объектах пилотных
дорог.
4) развертывание проекта в масштабе Компании на основе:
- сформированной организационной, нормативной и методической
базы;
- результатов, полученных в ходе реализации программы на выбранных
объектах пилотных дорог;
- сформированной базы типовых решений.
Целью программы является также получение экономического эффекта
при реализации проектов на выбранных объектах пилотных дорог. Оценка
эффекта
должна
осуществляться
на
основе
методики
«Оценка
экономического эффекта внедрения требований производственной системы и
бережливого производства в дирекциях и структурных подразделениях ОАО
«РЖД» в соответствии с положениями раздела 6 настоящей Концепции.
86
3.3. Виды потерь
Концепция бережливого производства направлена на сокращение и
устранение потерь.
Потери - это действия, которые увеличивают затраты или время
выпуска продукции, но не добавляют ценность конечной продукции.
Существует
семь
видов
потерь,
встречающихся
при
всех
видах
производственной деятельности предприятия.
Семь видов потерь включают в себя следующие виды потерь:
1) перепроизводство – вид потерь, связанный с выпуском изделий в
избыточном количестве;
2)
излишние
запасы
–
вид
потерь,
связанный
с
наличием
сверхнормативного количества изделий, непосредственно хранящихся на
предприятии или за его пределами. К запасам относится сырье и материалы,
незавершенное производство, запасные детали и готовые изделия. Наличие
излишних запасов говорит о нестабильности производства на предприятии;
3) транспортировка – вид потерь, связанный с перемещением
материалов, запасных частей, деталей и готовых изделий;
4) потери из-за дефектов – вид потерь, связанный с возникновением
дефектов, затратами на их выявление и устранение. Дефекты возникают из-за
ошибок, а также вследствие отклонения в работе оборудования.
5) потери при излишней обработке возникают при выполнении
операций и процессов, без которых можно обойтись;
6) потери при излишних перемещениях – вид потерь, возникающий в
связи с движениями персонала, которые не являются необходимыми.
7) простои – вид потерь, связанный с задержками и возникающий в
результате ожидания готовности оборудования, персонала, транспортных
задержек, слишком быстрого или слишком медленного темпа работы
подразделений предприятия.
87
Выявление этих видов потерь, их последующее уменьшение и
устранение
причин
их
возникновения
лежат
в
основе
технологий
бережливого производства.
3.3. Принципы применения бережливого производства в ОАО «РЖД»
Ценность продукции, услуги может быть определена только конечным
потребителем. Ценность имеет только та продукция/услуга, которая за
определенную цену и в определенное время способна удовлетворить
потребности и пожелания потребителей. Бережливое производство должно
начинаться с того, чтобы точно определить ценность в терминах конкретного
продукта,
имеющего
определенные
характеристики
и
стоящего
определенную цену. Ценность определяется не только конечным, но и
внутренними потребителями - хозяйствами ОАО «РЖД». Определение
ценности - первый и самый важный этап в организации бережливого
производства.
Поток создания ценности – это совокупность всех действий, которые
требуется совершить, чтобы определенная продукция / услуга прошла свой
путь к потребителю: решение проблем, управление информационными
потоками, физическое преобразование. Определение всего потока создания
ценности для каждого продукта – это следующий этап построения
бережливого производства, на котором ликвидируются явно лишние этапы.
На данном этапе происходит реорганизация потока создания ценности
продукта. Необходимо перейти от разделения работы на партии и
выполнения ее по подразделениям к более эффективному способу - когда
продукт (продукция, услуга или все вместе) подвергается обработке
непрерывно. Для повышения эффективности надо акцентировать внимание
не на структурных подразделениях и оборудовании, а на продукте и его
нуждах. Таким образом, вся работа, начиная с проектирования, разработки
технологических процессов и до поставки продукта потребителю, должна
88
выполняться в одном непрерывном потоке. Бережливое производство
предполагает переосмысление роли хозяйств и всей Компании с тем, чтобы
все вносили свою лепту в создание ценности, а также чтобы их работа
соответствовала реальным потребностям сотрудников на всем протяжении
цепочки создания ценности (чтобы сотрудники были лично заинтересованы в
обеспечении движения ценности по потоку). Для этого недостаточно
простого создания бережливого производства для каждого продукта.
Требуются переосмысление роли Компании, хозяйств и профессий.
Позволить потребителю «вытягивать» продукт (продукция \ услуга
запрашивается со стороны потребителя, а не навязывается поставщиком).
Необходимо прислушиваться к потребителю и делать то, что ему
действительно нужно. После внедрения потокового метода должны
уменьшиться сроки проектирования, время обработки заказов, время
проведения работ. Изменение организации работы (от партий к потоку)
должно привести к значительному сокращению времени между разработкой
концепции
и
выпуском изделия, между получением материалов и
комплектующих и завершением работ.
Стремиться к совершенству.
Необходимо применять принцип постоянного улучшения. Следует
уменьшать трудозатраты, время, производственные площади, себестоимость
и число ошибок, при этом создавая продукт, который все больше
приближается к тому, что действительно нужно потребителю. Увеличение
скорости движения потока должно последовательно выявлять потери,
которые до этого были незаметны. Чем выше скорость вытягивания, тем
больше возникает препятствий движению потока. При ликвидация потерь
следует не только внедрять новые технологии, но и использовать простые
методы.
Делать процессы прозрачными.
Все участники процесса (поставщики, структурные подразделения,
потребители, сотрудники) должны видеть процесс создания ценности
89
целиком, и совместно находить пути повышения ценности. Для процесса
постоянных улучшений очень важно то, чтобы участники процесса сразу
получали информацию о результатах.
3.4. Приоритетные направления в ОАО «РЖД» для сокращения потерь
с применением технологий бережливого производства
Сокращение потерь на этапе проектирования и разработки технических
средств железнодорожного транспорта является одной из приоритетных
задач, поскольку потери, связанные с анализом причин и устранением
несоответствий технических средств на этапе производства и эксплуатации
по сравнению с аналогичными потерями на этапах проектирования и
подготовки производства возрастают в геометрической прогрессии. На этапе
проектирования
и
развития
технических
средств
железнодорожного
транспорта целесообразно применять инструменты управления качеством, в
том числе технологии бережливого производства, представленные в табл.
3.1.
Проектный менеджмент при проектировании и развитии технических
средств железнодорожного транспорта должен обеспечивать:
- рациональное использование финансовых, кадровых и иных видов
ресурсов при достижении целей проекта;
- возможность оперативной коррекции хода выполнения проекта,
следовательно - сокращения рисков нецелевого использования ресурсов
проекта;
- регистрацию результатов планирования и исполнения проектов с
последующей
возможностью
тиражирования
успешных
проектов
сокращением ресурсов, затрачиваемых на планирование проектов.
90
и
Т а б л и ц а 3.1
Инструменты бережливого производства и примеры их реализации
Инструменты
управления
качеством и
бережливого
Примеры по реализации инструментов на этапе
проектирования/ модернизации технических средств
производства
Применение
комплексного
проектного
подхода
Оценка достижения промежуточных и итоговых
результатов реализации проекта со стороны ОАО
«РЖД», оперативная коррекция хода проектирования /
модернизации
технических
средств
железнодорожного транспорта
Проектирование
и
разработка
конструкции
/
Структурирование
технологического процесса производства технических
функции качества
средств железнодорожного транспорта, обладающих
свойствами, востребованными потребителями
Анализ
видов
и Оценка
на
этапе
рисков
технических
средств
последствий
потенциальных
потенциальных
железнодорожного
отказов
коррекция
(конструкции,
контроля
технологических
ремонта технических средств для снижения рисков
процессов)
отказов
Проектирование
потоков создания
ценности
отказов
проектирования
транспорта
конструкции,
состояния,
и
оперативная
процессов
производства,
технического
обслуживания,
Разработка и последовательное совершенствование
процессов производства, технического обслуживания,
ремонта
технических
средств
железнодорожного
транспорта с минимально возможными потерями
91
Применение метода анализа видов последствий и потенциальных
отказов должно обеспечивать:
- проведение мероприятий по предотвращению возникновения
отказов технических средств железнодорожного транспорта и связанных с
ними потерь при эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте
технических средств железнодорожного транспорта;
-
регистрацию
потенциальных
конструкторских
отказов
и
результатов
и
анализа
последующее
технологических
видов
и
последствий
распространение
решений
на
все
принятых
аналогичные
технические средства железнодорожного транспорта сети железных дорог
ОАО «РЖД»;
Проектирование потоков создания ценности в ходе планирования
производства, технического обслуживания, ремонта технических средств
железнодорожного транспорта должно обеспечивать:
- сокращение затрат, не связанных с созданием ценности (не
востребованных
перевозочным
процессом
средств),
производстве,
техническом
при
характеристик
технических
обслуживании,
ремонте
технических средств железнодорожного транспорта.
3.5. Эксплуатация и ремонт подвижного состава
(тяговый подвижной состав, мотор-вагонный подвижной состав, грузовые
вагоны, пассажирские вагоны)
Подразделения по ремонту и эксплуатации подвижного состава имеют
свою специфику в реализации принципов бережливого производства (табл.
3.2).
92
Т а б л и ц а 3.2
Принципы бережливого производства и примеры их реализации при
эксплуатации и ремонте подвижного состава
Принцип бережливого
Примеры по реализации принципа при
производства
ремонте подвижного состава
Выравнивание загрузки,
исключение
Ритмичная подача локомотива на ремонт
потерь и запасов
Размещение производственных участков и
Выстраивание потока
оборудования по ходу выполнения процесса
Организация вытягивания
Пополнение МТР по мере потребления
Визуальный контроль
Доски заданий и ярлыки
Целевое состояние бережливого производства должно обеспечивать:
- разработку и актуализацию надежных технологических процессов
ремонта и эксплуатации подвижного состава с учетом местных условий и
имеющихся рисков, полными комплектами технологической документации,
наглядными пособиями, электронными базами документации, включая
интерактивные электронные руководства по ремонту;
-
поддержание
оптимального
соотношения
планово-
предупредительных ремонтов и ремонтов по состоянию, с учетом
фактического состояния подвижного состава, применения новых средств
диагностики и новых информационных систем. Планово-предупредительные
ремонты технологического оборудования цехов, связанных с ремонтом,
направленные на надежную бесперебойную работу оборудования, что в том
числе позволит исключить дублирование оборудования;
- организацию эффективной системы технологического контроля;
-
своевременное
выявление
несоответствий
документации и их устранение.
93
в
технологической
-
оптимизацию
планировочных
решений
цехов
по
ремонту,
исключения встречных потоков, непроизводственных затрат и потерь,
сокращения производственного цикла,
- использование передовых технологий оперативного управления
производством,
«вытягивающих»
технологии
планирования
работ,
обеспечивающих сокращение и исключение межоперационных и переходных
запасов,
- разработать четкие регламенты управления ремонтом, контроля
соблюдения технологической дисциплины, приемки работ.
Важным
является
стандартизация
действий
исполнителей
при
производстве работ для обучения правильному порядку выполнения работы
и предотвращения возможных нарушений. Для этого по каждому рабочему
месту должны быть разработаны стандартные операционные карты на основе
нормативных
документов,
регламентирующих
порядок
выполнения
технологических операций, нормы времени на их выполнение, соблюдение
требований охраны труда и безопасное производство работ. В стандартных
операционных картах должны быть описаны действия работника в
различных ситуациях (в том числе и нестандартных). Стандартные
операционные карты должны быть иллюстрированы рисунками, схемами,
что позволит обеспечить более точное выполнение технологических
требований.
3.6. Инструменты бережливого производства
Бережливое производство является логическим развитием многих
подходов управления, созданных в японском менеджменте. Поэтому система
Lean включает в себя большое число инструментов и методик из этих
подходов, а зачастую и сами подходы управления. Перечислить все
инструменты и методики довольно сложно. Тем более что состав
применяемых инструментов будет зависит от условий конкретных задач
конкретного предприятия. Основные инструменты и подходы управления,
которые входят в состав инструментов бережливого производства сведены в
табл. 4.3.
94
Т а б л и ц а 3.3
Инструменты бережливого производства
Инструмент
Что это такое?
Составление
логико-
математической
модели
управляемого
сетевого
планировани
и
управление
объекта
графика
в
или
виде
модели,
находящейся в памяти ЭВМ, в
Сетевое
е
Как это помогает?
которой отражаются взаимосвязь и
длительность
определённого
комплекса работ. Сетевой график
после его оптимизации средствами
прикладной
математики
вычислительной
используется
и
техники
для
оперативного
управления работами.
Производство,
где
работа
в
процессе плавно перетекает через
Карта потока производство с минимальным (или
нет) буфером между ступенями
производственного процесса.
СПУ создаёт условия
для выполнения всего
комплекса
работ
в
логической
последовательности. С
помощью
сетевых
графиков
осуществляется
системный
вопросам
подход
к
организации
управления заданными
процессами.
Устранение
форм
многих
отходов
(например,
инвентаризация).
Многие из этих подходов и инструментов могут использоваться и по
отдельности, но в концепции бережливого производства их сочетание дает
более существенные результаты. Комбинация методик, инструментов и
подходов поддерживает и усиливает друг друга, за счет этого сама система
Lean становится более гибкой.
95
4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА
В КОНСТРУКЦИИ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
ТЕПЛОВОЗА С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ
4.1. Характеристика опасных зон при функционировании элементов силовой
электрической схемы тепловоза с электрической передачей
Установленное на тепловозах электрическое оборудование (тяговые и
вспомогательные электрические машины, аккумуляторная батарея, основная
и вспомогательная электрическая аппаратура) обеспечивает передачу
вырабатываемой
дизелем
механической
энергии
на
колесные
пары
локомотива и автоматическое регулирование силы тяги в зависимости от
скорости движения тепловоза. Кроме того, оно обеспечивает пуск дизеля,
дистанционное и автоматическое управление тепловозом и отдельными его
агрегатами, а также защиту их от ненормальных режимов работы и
сигнализацию
машинисту
о
возникновении
неисправности.
Все
электрические машины и большинство электрических аппаратов тепловозов
одинаковы
по
конструкции,
поэтому
характеристика
опасных
зон,
технические средства защиты оборудования и персонала также имеют общие
особенности. На рис. 4.1 приведена компоновочная схема, иллюстрирующая
расположение основного электрического оборудования на примере тепловоза
2ТЭ116.
Исходя из компоновочной схемы можно сделать вывод, что там, где
расположены электрические аппараты, электрические машины и пускорегулирующая аппаратура находятся опасные зоны в близи которых
возможно получить травму локомотивной бригаде, а также персоналу по
обслуживанию и ремонту перечисленного оборудования.
96
Рис. 4.1. Компоновочная схема расположения
электрического оборудования на тепловозе:
1 – устройство контроля бдительности машиниста (УКБМ); 2 – панель сигнальных ламп;
кондиционер; 4 – блок пожарной сигнализации (БПСУ); 5 – мотор-вентилятор охлаждения
тормозных резисторов; 6 – антенна; 7 – выпрямительная установка; 8 – управляемый
выпрямитель возбуждения; 9 – мотор-вентилятор кузова; 10 – контакторы моторвентиляторов холодильной камеры; 11 – мотор-вентиляторов холодильной камеры;
12 –вентили песочниц; 13 – тяговый электродвигатель; аккумуляторная батарея;
15 – маслопрокачивающий агрегат; 16 – тяговый генератор; 17 – пневмоэлектрические
датчики; 18 – панель пульта; 19 – датчик реле давления; 20 – блок АЛСН; 21 – фильтр
АЛСН; 22 – приемные катушки АЛСН; 23 – электродвигатель калорифера; 24 – пульт
управления; 25 – электропневматический клапан; 26 – электрическое устройство
автоматики тормозного режима; 27 – высоковольтная камера; 28 – датчик реле давления;
29 – вентили блокировки пневматического тормоза; 30 – инвертор кондиционера; 31 –
мотор-вентиляторы тяговых двигателей первой тележки; 32 – возбудитель; 33 – вентили
аварийной остановки дизеля; 34 – датчик реле давления; 35 – датчики давления;
36 – датчики реле температуры; 37 – вентили привода устройств холодильника;
38 – электродвигатель компрессора; 39 – межтепловозные розетки; 40 – вентили вызова
помощника машиниста; 41 – топливоподкачивающий агрегат; 42 – датчик реле уровня
воды; 43 – стартер-генератор; 44 – мотор-вентилятор выпрямительной установки; 45 –
вентили тифона; 46 – радиостанция; 47 – пульт управления радиостанции.
97
Приведем несколько примеров характеристик напряжений и токов для
электрического оборудования тепловозов:
1. Тяговый генератор – основной источник электрической энергии для
обеспечения тяговых и вспомогательных нужд тепловоза (рис. 4.2):
- напряжение на зажимах может варьироваться от 300 до 800 В;
- ток тягового генератора может варьироваться от 2000 до 5000 А.
Рис. 4.2. Общий вид синхронного тягового генератора и его расположение
в кузове тепловоза
2. Выпрямительная установка – преобразовательное устройство,
необходимое для согласования работы тягового генератора и тяговых
электродвигателей (рис. 4.3):
- напряжение на зажимах может варьироваться от 300 до 800 В;
- ток тягового генератора может варьироваться от 2000 до 5000 А.
Рис. 4.3. Общий вид выпрямительной установки и ее расположение
в кузове тепловоза
98
3. Стартер-генератор – запуск дизеля при работе в режиме
электродвигателя и питание возбудителя (рис. 4.4):
- напряжение на зажимах 110 В;
- ток стартер-генератора может варьироваться от 500 до 1800 А.
Рис. 4.4. Общий вид стартер-генератор и его расположение
в кузове тепловоза
4.
Двигатель
вентилятора
охлаждения
тяговых
двигателей
–
охлаждение тяговых двигателей (рис. 4.5):
- напряжение на зажимах 400 В;
- ток двигателя вентилятора может варьироваться от 100 до 150 А.
Рис. 4.5. Общий вид двигателя вентилятора охлаждения тяговых двигателей
5.
Тяговый
электрической
электродвигатель
энергии,
тепловоза
вырабатываемой
99
–
тяговым
преобразование
генераторов,
в
механическую энергию вращения якоря и передачу этой энергии тяговому
редуктору с целью приведения в движение колесных пар тепловоза (рис. 4.6):
- напряжение на зажимах 400 В;
- ток двигателя вентилятора может варьироваться от 100 до 150 А.
Рис. 4.6. Подвешивание тягового двигателя на тепловозе
6.
Пульт
управления
тепловозом
–
управление
техническими
процессами на тепловозе, контроль и регистрация основных параметров
работы узлов и агрегатов тепловоза (рис. 4.7):
- напряжение от 50 до 110 В;
- ток питания до 10 А.
Рис. 4.7. Общий вид пульта управления тепловозов
Выполнив анализ условий работы электрического оборудования
тепловозов, параметров их токов и напряжений, можно сделать вывод о том,
100
что все виды электрического оборудования, расположенные в кузове
тепловоза или снаружи, могут представлять опасность для человека при
недостаточном уровне защиты, а также неправильной их эксплуатации.
4.2. Определение наличия и эффективности действия технических средств,
обеспечивающих безопасность обслуживания оборудования
Безопасность
конструкции
производственного
оборудования
обеспечивается [1 – 3]:
1)
выбором
принципов
действия
и
конструктивных
решений,
источников энергии и характеристик энергоносителей, параметров рабочих
процессов, системы управления и ее элементов;
2) минимизацией потребляемой и накапливаемой энергии при
функционировании оборудования;
3) выбором комплектующих изделий и материалов для изготовления
конструкций, а также применяемых при эксплуатации;
4) выбором технологических процессов изготовления;
5)
применением
работающих,
а
также
встроенных
средств
в
конструкцию
информации,
средств
защиты
предупреждающих
о
возникновении опасных (в том числе пожаровзрывоопасных) ситуаций*;
* Опасная ситуация - ситуация, возникновение которой может вызвать
воздействие
на
работающего
(работающих)
опасных
и
вредных
производственных факторов.
6)
надежностью
дублированием
конструкции
отдельных
и
систем
ее
элементов
управления,
(в
средств
том
числе
защиты
и
информации, отказы которых могут привести к созданию опасных ситуаций);
7) применением средств механизации, автоматизации (в том числе
автоматического
регулирования
параметров
дистанционного управления и контроля;
101
рабочих
процессов)
8) возможностью использования средств защиты, не входящих в
конструкцию;
9) выполнением эргономических требований;
10) ограничением физических и нервнопсихических нагрузок на
работающих.
Техническое обслуживание и ремонт тепловозов может быть выполнено в
плановом режиме, согласно графику постановки тепловоза на ремонт, и
внепланово при наличии аварийного режима, связанного с неисправностью
тепловоза.
К основным техническим средствам, обеспечивающим безопасность
обслуживания электрооборудования на тепловозах, относятся [3]:
- защитные ограждения, двери высоковольтной камеры (рис. 4.8.)
позволяют ограничить доступ локомотивной бригады к электрическим
аппаратам во время работы тепловоза;
Рис. 4.8. Защитные ограждения (двери) высоковольтной камеры
- изоляция токоведущих частей (рис. 4.9) предназначена для защиты
человека от прикосновения к токоведущим частям, а также для изолирования
токоведущих частей от нетоковедущих для обеспечения нормальной работы
оборудования;
102
Рис. 4.9. Изоляция подводящих проводов тягового двигателя
- изоляция органов управления пульта машиниста (рис. 4.10)
выполняется из пластмассы, позволяющей изолировать цепи управления от
человека;
Рис. 4.10. Изоляция органов управления пульта машиниста
-
аппараты
защиты
–
контакторы
и
выключатели,
которые
дополнительно размыкают цепь после остановки дизель-генераторной
установки (рис. 4.11).
Рис. 4.11. Быстродействующий контактор
103
Помимо таких аппаратов защиты можно выделить также аппараты,
которые
срабатывают
в
результате
ненормальных
режимов
работы
оборудования и узлов тепловоза, например, в случае короткого замыкания
срабатывает реле заземления; при превышении номинального тока двигателя
и его протекании в течение продолжительного периода времени срабатывает
реле перегрузки; при возникновении боксования колесных пар срабатывает
реле боксование. Все перечисленные аппараты защиты воздействуют на
отключение быстродействующего контактора, либо напрямую отправляя
сигнал в систему управления, воздействует на тяговый генератор с целью его
отключения.
4.3. Эргономический анализ организации рабочего места для управления
электрической схемой
Основные
проблемы
проектирования
кабин
электровозов
новой
транспортной техники связаны с поиском путей и средств оптимального
взаимодействия
всестороннего
ее
учета
с
человеком.
возможностей
Отсюда
вытекает
человека,
его
необходимость
физиологических,
эстетических и психологических факторов как при конструировании
рабочего места, так и при проектировании трудовой деятельности машиниста
в целом.
Поездная работа предъявляет высокие требования к работоспособности
различных анализаторов систем организма машиниста, прежде всего –
зрительной,
двигательной,
слуховой.
Разработка
кабины
электровоза
относится к особо сложной работе, так как она включает в себя много
функционально-конструкторских
объектов
проектирования
(пульт
управления, кресло машиниста и помошника, цветовой интерьер и т.д.).
Машинист при гармонично организованном оборудовании рабочего
места испытывает ощущение порядка, надежности и удобства, что
способствует
снижению
утомляемости
104
и
предотвращает
ошибки
в
управлении локомотивом. Учитывая вышеперечисленное, в настоящее время
следует рассматривать перспективный пульт, приборы и оборудование,
комплектующие
кабину
машиниста,
стилистической
целостности,
с
позиции
отвечающей
композиционной
оптимизации
и
деятельности
машиниста.
Для управления разработанной электрической схемой испытаний
предназначен пульт управления машиниста тепловоза, органы управления
которого должны быть выполнены в соответствии со следующими
требованиями [4]:
1) легко доступны и свободно различимы, в необходимых случаях
обозначены надписями, символами или другими способами;
2)
сконструированы
и
размещены
так,
чтобы
исключалось
непроизвольное их перемещение и обеспечивалось надежное, уверенное и
однозначное манипулирование, в том числе при использовании работающим
средств индивидуальной защиты;
3) размещены с учетом требуемых усилий для перемещения,
последовательности и частоты использования, а также значимости функций;
4) выполнены так, чтобы их форма, размеры и поверхности контакта с
работающим соответствовали способу захвата (пальцами, кистью) или
нажатия (пальцем, ладонью, стопой ноги);
5) расположены вне опасной зоны, за исключением органов
управления, функциональное назначение которых (например, органов
управления движением робота в процессе его наладки) требует нахождения
работающего
в
опасной
зоне;
при
этом
должны
быть
приняты
дополнительные меры по обеспечению безопасности (например, снижение
скорости движущихся частей робота).
Рассмотрим пульт управления современного тепловоза 2ТЭ25К (рис. 4.12)
105
Рис. 4.12. Пульт управления машиниста тепловоза 2ТЭ25К
По сравнению с пультами машиниста тепловозов более ранних серий
выпуска, данный пульт имеет минимально количество стрелочных приборов.
По сути только приборы контроля давления сжатого воздуха в тормозной
система тепловоза выполнена в виде механических стрелочных приборов,
т.к. использование этих приборов позволяет оценить динамику изменения
состояния воздуха в тормозной магистрали. Остальные приборы выполнены
электронными (цифровыми).
Для считывания скорости и ее контроля система управления
оборудована
специальными
индикаторами,
сигнализирующими
о
ее
превышении. Скоростемер расположен в зоне видимости машиниста, а не в
левом углу, как это выполнено на электровозе ВЛ22, и не закрывает обзор
ситуации на железнодорожном пути.
Рация вынесена в непосредственной видимости машиниста (на ранних
версиях она находилась за спиной машиниста).
Все
органы
управления
подписаны
и
расположены
слева
от
центральной панели управления (пульта машиниста), что позволяет
использовать их только лишь при пуске или остановке локомотива.
Контроллер машиниста для набора тяговых позиций и реализации
реостатного (динамического) торможения расположен на горизонтальной
поверхности центральной панели, при этом предусмотрена подсветка в виде
светильника, регулирование которого по высоте может быть выполнено
машинистом.
106
Краны управления тормозной системой состава и локомотива
выполнены механическими, что обусловлено их простейшей конструкцией и
наглядностью переключения.
Кресло машиниста унифицировано для снижения вибрации для
комфортного управления поездом.
4.4. Выводы и предложения с разработкой конструкции технического
средства (устройства безопасности)
Рассмотрев основные устройства для обеспечения безопасности
функционирования электрической схемы тепловоза (аппараты защиты),
оценив эргономику рабочего места (пульта машиниста тепловоза) можно
сделать вывод, что предусмотрено достаточное количество аппаратов
защиты, а эргономика рабочего места с каждой серией локомотива
претерпевает изменения постоянно в сторону улучшения психофизического
состояния машиниста.
Одним
из
предложений
по
улучшению
экранирующие
электрозащитные средства служат для исключения вредного воздействия на
работающих электрических полей промышленной частоты. К ним относятся
– индивидуальные экранирующие комплекты и переносные экранирующие
устройства.
Экранирующие
устройства
должны
обеспечивать
снижение
напряженности ЭП до уровня, допустимого для пребывания человека в
течение рабочего дня без средств индивидуальной защиты (не более 5 кВ/м).
Экранирующие
устройства выполняются
из
токопроводящего
материала и должны заземляться путем непосредственного присоединения к
заземлителю или заземленным объектам гибким медным проводом сечением
не менее 10 мм2.
Съемные экранирующие устройства должны иметь электрическое
соединение с машинами и механизмами, на которых они установлены. При
107
заземлении машин и механизмов дополнительного заземления съемных
экранирующих устройств не требуется [5].
Применение экранирования объектов (отдельных частей электрической
схемы) или рабочих мест, возможно с использованием отражающих и
поглощающих экранов. Первые изготавливают из материалов с низким
электросопротивлением, чаще всего из металлов или их сплавов (меди,
латуни, алюминия и его сплавов, стали). Весьма эффективно и экономично
использовать не сплошные экраны, а изготовленные; из проволочной сетки
или из тонкой (толщиной 0,01¸0,05 мм); алюминиевой, латунной или
цинковой
фольги.
Хорошей
экранирующей
способностью
обладают
токопроводящие краски (в качестве токопроводящих элементов используют
коллоидное серебро, порошковый графит, сажу и др.), а также металлические
покрытия, нанесенные на поверхность защитного материала. Экраны должны
заземляться.
Защитные действия таких экранов заключаются в следующем. Под
действием электромагнитного поля в материале экрана возникают вихревые
токи, которые наводят в нем вторичное поле. Амплитуда наведенного поля
приблизительно равна амплитуде экранируемого поля, а фазы этих полей
противоположны. Поэтому результирующее поле, возникающее в результате
суперпозиции (сложения) двух рассмотренных полей, быстро затухает в
материале экрана, проникая в него на малую глубину.
108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В рамках данного дипломного проекта была поставлена задача
разработать электрическую часть грузового тепловоза с независимым
возбуждением тяговых электродвигателей.
За двигатель-образец мы взяли двигатель ДПТ 810-2У1, рассчитали его
номинальные параметры: номинальный ток Iн=573,5 А, номинальная сила
тяги Fн=50,5 кН. Рассчитали и построили электромеханические и тяговые
характеристики тепловоза. Проанализировав их, можно сделать вывод, что
при параллельном соединении тяговых электродвигателей кривые более
пологие, чем при сериесном и сериес-параллельном соединениях, что
позволяет более плавно управлять тепловозом, без скачков силы тяги.
На основе расчетов параметров электрической части, разработали
силовую схему электровоза-образца. Описали ее работу в режимах тяги,
рекуперативного и реостатного торможений.
Рассчитали основные параметры преобразователя возбуждений ТЭД,
необходимого для осуществления независимого возбуждения двигателей. На
основе этих данных рассмотрели
2 алгоритма регулирования тока
возбуждения при параллельном соединении ТЭД: при поддержании
постоянного тока возбуждения IB и при поддержания постоянного
коэффициента компаундирования k. И один алгоритм при всех трех
соединениях ТЭД: при поддержании постоянной скорости электровоза V. На
основе расчетов этих алгоритмов построили тяговые и скоростные
характеристики ТЭД. Из построенных зависимостей видно, что более
плавное регулирование осуществляется при параллельном соединении ТЭД.
В экономической части дипломного проекта описана необходимость
применения бережливого производства, поскольку оно сокращает время
работы и затраты производственных объектов. В разделе охраны труда
описаны необходимые требования безопасности при работе на тепловозе, в
частности с электрической схемой.
109
Таким образом, в результате произведенных расчетов в разделах
дипломного проекта удалось достичь поставленной цели, а именно
разработать электрическую часть тепловоза, сделать выводы о работе
двигателей при независимом возбуждении.
110
Библиографический список
1.
Тепловоз,
как
на
локомотиве-образце
–
тепловозе
2ЭС6,.
Руководство по эксплуатации. ОАО "Уральский завод железнодорожного
машиностроения". 2008. 1202 с.
2.Системы управления электрическим подвижным составом постоянно
го тока: методические указания к курсовой работе для студентов
специальности 190300 -"Подвижной состав железных дорог" : утв. ред.-изд.
советом ун-та / В. О. Мельк, А. П. Шиляков ; Омский государственный
университет путей сообщения. - Омск : ОмГУПС, 2014. - 49 с. : рис. Библиогр.: с. 36-37.
3. Плакс, А. В. Системы управления электрическим подвижным
составом: учебник для студентов вузов железнодорожного транспорта по
специальности «Электрический транспорт железных дорог» : рекомендовано
Управлением
кадров
и
учебных
заведений
Федерального
агентства
железнодорожного транспорта / А. В. Плакс ; Учебно-методический центр по
образованию на железнодорожном транспорте. - Электрон. текстовые дан. М. : УМЦ ЖДТ, 2005.
4. Электроподвижной состав с электрическим торможением: учебное
пособие для студентов вузов ж.-д. транспорта: допущено Федеральным
агентством ж.-д. транспорта/ Учебно-методический центр по образованию на
железнодорожном транспорте; ред.: Ю. М. Иньков, Ю. И. Фельдман. -М.:
УМЦ ЖДТ; М.: Транспортная книга, 2008. -411 с.
5. Б у р к о в А. Т. Электронная техника и преобразователи / А. Т.
Б у р к о в / М.: Транспорт, 1999. 464 с.
6 . http://www.chipdip.ru/product/d133-500-28/
7. http://chiplist.ru/thyristors/KU219B/
8. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: Транспорт,
1985. 287 с.
9. Федеральный закон от 10.01.2003 № 17-ФЗ «О железнодорожном
111
транспорте в Российской Федерации»/ Собрание законодательства РФ,
13.01.2003, № 2, ст. 169.
10. Экономика железнодорожного транспорта: Учебник для вузов ж.-д.
транспорта/И.В. Белов, Н.П. Терешина, В.Г. Галабурда и др., Под ред. Н.П.
Терешиной, Б.М. Лапидуса, М.Ф. Трихункова. – М.: УМК МПС России,
2001. – 600с.
11.
Регламент
управления
программой
поэтапного
внедрения
бережливого производства в ОАО «РЖД»
12. Выполнение раздела «Безопасность и экологичность» в дипломных
проектах: Методические
указания для студентов электромеханических и
теплоэнергетических специальностей очного и заочного обучения / В. А.
Курило, Л. Я. Уфимцева, Б. В. Мусаткина, О. В. Игнатов – Омский гос.ун-т
путей сообщения. Омск, 2004, 34 с.
13. Охрана труда на железнодорожном транспорте: Учебник
для вузов ж.-д. трансп./Ю.Г.Сибаров, В.О.Дегтярев и др. М.:
Транспорт, 1981-287 с
14. Лощина А.В. и др. Охрана труда на железнодорожном
транспорте. Справочная книга.-М.:Транспорт1997,-448 с.с ил. и
табл.
15. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской
Федерации : утв. приказом Минтранса России от 21 декабря 2010 г. №
2867.2012 г.. -М.: Омега-Л, 2013. -173 с.
16.
Безопасность
жизнедеятельности.
Часть
1.
Безопасность
жизнедеятельности на железнодорожном транспорте. Учебник для вузов ж.д. транспорта / К.Б. Кузнецов, В.К. Васин, В.И. Купаев, Е.Д. Чернов; Под ред.
К.Б. Кузнецова. – М.: Маршрут, 2005. – 576 с.
17. ГОСТ 12.1.019-79. ССБТ. «Электробезопасность».
18. ГОСТ 12.2.056.-81. ССБТ. «Тепловозы и тепловозы колеи
1520 мм. Требования безопасности ».
112
19. ГОСТ 12.4.115-89. ССБТ. «Средства индивидуальной
защиты работающих. Общие требования к маркировке ».
20. ОмГУПС–1.2–2005. – 29 с.
113
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Демонстрационный материал к дипломному проекту
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
127
Размер файла
3 741 Кб
Теги
2016, квалификационная, выпускных, 1130, работа, омгупс
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа