Разработка алгоритмов повышения тяговых и сцепных свойств электровозов с асинхронными тяговыми двигателями

Введение. Повышение тяговых и сцепных свойств грузовых электровозов в настоящее время является актуальным вопросом для отечественного локомотивостроения. Рост массы и скорости движения поездов вынуждает искать новые пути и возможности реализации предельной силы тяги грузовых электровозов для соответствия требованиям быстроразвивающегося перевозочного процесса.

Материалы и методы. Проведен анализ существующих теоретических и практических методов управления сцеплением, а также выполнена разработка алгоритма управления сцеплением колесных пар электровоза с асинхронными тяговыми двигателями.

Результаты. На основе проведенного анализа результатов испытаний реального электровоза была разработана математическая модель движения электровоза, включающая в себя алгоритмы поосного управления силой тяги, в том числе с учетом перераспределения силы тяги между осями. Были проведены расчеты математической модели движения электровоза с поездом на участке с работающим и неработающим алгоритмом перераспределения, а также с различными настройками этого алгоритма. В модели также учтены изменение коэффициента сцепления колес с рельсами в зависимости от номера колесной пары по ходу движения, а также догружающие и разгружающие силы, возникающие в экипажной части в зависимости от реализуемой силы тяги. В результате расчетов были получены данные, имеющие хорошую сходимость с данными испытаний реального электровоза.

Обсуждение и заключение. Разработанная математическая модель позволяет оценить реализацию силы тяги электровоза, максимально приближенную к заданной контроллером машиниста, в условиях меняющегося коэффициента сцепления и его неоднородности под разными колесными парами электровоза. Полученные результаты в дальнейшем возможно применять при разработке перспективных грузовых электровозов с асинхронными тяговыми двигателями.  

1. Лужнов Ю. М. Нанотрибология сцепления колес с рельсами. М.: Интекст, 2009. 176 с.

2. Самме Г. В. Фрикционное взаимодействие колесных пар локомотива с рельсами. Теория и практика сцепления локомотива: монография. М.: Учеб.-метод. центр по образованию на ж.-д. транспорте, 2014. 104 с.

3. Logston C. F. Itami Locomotive Friction-creep studies // ASME Journal of Engineering for Industry. 1980. Vol. 102. P. 275–281.

4. Ляпушкин Н. Н. Прогнозирование сцепных свойств локомотивов с различными типами тяговых электродвигателей: автореферат дис. ... д-ра техн. наук: 05.22.07. М., 2013. 46 с.

5. Меншутин Н. Н. Исследование скольжения колесной пары электровоза при реализации силы тяги: автореферат дис. … канд. техн. наук: 05.00.00. М., 1961. 18 с.

6. Polach O. Creep forces in simulations of traction vehicle running on adhesion limit // Wear. 2005. Vol. 258. P. 992–1000.

7. Polach O. SBB 460 Adhäsionsverhalten: Techn. Report No. 401. / SLM Winterthur. [S. l.], 1992.

8. Polach O. Optimierung modern Lok-Drehgestelle durch fahrzeug-dynamische Systemanalyse // Eisenbahningenieur. 2002. Vol. 53, no. 7. P. 50–57.

9. Бушер M. Регулирование проскальзывания колес на электровозах с асинхронным тяговым приводом // Железные дороги мира. 1994. № 4. С. 30–45.

10. Модель взаимодействия колеса и рельса с учетом дискретного строения металла контактирующих тел / Г. П. Бурчак [и др.] // Вестник машиностроения. 2019. № 2. С. 21–28.

11. Розенфельд В. И., Исаев И. П., Сидоров Н. Н. Теория электрической тяги: учеб. для вузов ж.-д. транспорта. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1983. 328 с.

12. Шилин Н. Д., Прокофьев С. Н. Разработка алгоритмов повышения тяговых и сцепных свойств электровозов с асинхронными тяговыми двигателями / Наука 1520 ВНИИЖТ: Загляни за горизонт: сб. докл. I Междунар. науч.-практ. конф. (Щербинка, 26–27 августа 2021 г.). М.: АО «ВНИИЖТ», 2021. С. 209–214.