Процессы срыва и восстановления сцепления колес с рельсами электровоза переменного тока с управляемыми преобразователями возбуждения коллекторных тяговых двигателей

Введение. На электровозах постоянного и переменного тока широко применяются коллекторные тяговые двигатели последовательного возбуждения, недостатком которых является их повышенная склонность к буксованию. Необходимо найти современное решение актуальной задачи повышения сцепных свойств электровозов. Для этого должны быть рассмотрены процессы срыва и восстановления сцепления колесных пар электровоза переменного тока с управляемыми преобразователями возбуждения коллекторных тяговых электродвигателей, обеспечивающими плавные переходы с характеристик последовательного на независимое возбуждение, а также возможность плавного управления токами возбуждения и силами тяги в этих режимах. Целью статьи является разработка предложений по повышению сцепных свойств электровозов.

Материалы и методы. Авторами предложена методика исследований срыва сцепления колесной пары электро- воза. Рассмотрены процессы взаимодействия колесных пар и рельсов при наезде на масляное пятно, определены значения сил тяги, сил сцепления, а также скорости проскальзывания колесных пар. Исследование указанных процессов выполнялось на математической модели, разработанной в программном пакете Matlab/Simulink.

Результаты. Результаты исследования процессов при срыве сцепления под одним колесом колесной пары, а также при срыве сцепления под обоими колесами колесной пары показали, что сила сцепления первой колесной пары становится значительно меньше силы тяги двигателя, чем в случае срыва сцепления под одним колесом. Это вызывает значительное увеличение относительной скорости скольжения колеса от 6,9 % при срыве сцепления под одним колесом и до 9,5 % при срыве сцепления под обоими колесами, при этом возрастает и скорость вращения колеса.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты целесообразно использовать в дальнейшем при разработке систем управления силой тяги на пределе по сцеплению и систем управления проскальзыванием колесных пар грузовых электровозов переменного тока с транзисторным управляемым мостом коллекторных тяговых двигателей.

1. Лужнов Ю.М. Сцепление колес с рельсами (природа и закономерности). М.: Интекст, 2003. 144 с. EDN: https://elibrary.ru/smtutb.

2. Исаев И.П., Лужнов Ю.М. Проблемы сцепления колес локомотива с рельсами. М.: Машиностроение, 1985. 238 с.

3. Кикичев Ш.В. Повышение эффективности брикетного активизатора сцепления путем варьирования состава наполнителя // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2009. №4 (36). С. 5–9. EDN: https://elibrary.ru/mipldz.

4. Космодамианский А.С., Воробьев В.И., Корчагин В.О. Увеличение сцепления колес локомотива с рельсами воздействием постоянных магнитных полей на зону контакта // Наука и техника транспорта. 2017. №2. С. 8–15. EDN: https://elibrary.ru/ysphtv.

5. Самме Г.В. Фрикционное взаимодействие колесных пар локомотива с рельсами. М.: Маршрут, 2005. 80 с. EDN: https://elibrary.ru/ryrphj.

6. Охотников Н.С. Использование накопителей энергии для повышения тяговых свойств электровозов // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2010. №5. С. 33–36. EDN: https://elibrary.ru/mvcsbp.

7. Задорожный В.Л. Особенности электровозов серии «Ермак» с поосным регулированием силы тяги // Локомотив. 2019. №10(754). С. 11–16. EDN: https://elibrary.ru/mzskfp.

8. Савоськин А.Н., Михальчук Н.Л., Пудовиков О.Е., Чучин А.А. Процессы трогания и разгона грузового поезда с электровозом, оборудованным управляемыми преобразователями возбуждения // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2025. Т. 68, №1. С. 66–74. https://doi.org/10.17213/0136-3360-2025-1-66-74. EDN: https://elibrary.ru/megzsm.

9. Михальчук Н.Л., Попов Ю.И., Савоськин А.Н., Пудовиков О.Е., Чучин А.А. Повышение эффективности электропривода электровоза с управляемым преобразователем возбуждения тяговых двигателей // Бюллетень результатов научных исследований. 2023. №2. С. 104–114. https://doi.org/10.20295/2223-9987-2023-2-104-114. EDN: https://elibrary.ru/dtqyeo.

10. Бурчак Г.П., Васильев А.П., Ляпушкин Н.Н., Савоськин А.Н. Модель взаимодействия колеса и рельса с учетом дискретного строения металлов контактирующих тел // Вестник машиностроения. 2019. №2. С. 21–28. EDN: https://elibrary.ru/zaiavv.

11. Polach O. Creep forces in simulations of traction vehicle running on adhesion limit. Wear. 2005;258:992–1000.

12. Polach O. SBB 460 Adhäsionsverhalten: Techn. Report No. 401. SLM Winterthur. [S. l.]; 1992.

13. Polach O. Optimierung modern Lok-Drehgestelle durch fahrzeugdynamische Systemanalyse. Eisenbahningenieur. 2002;53(7):50–57.

14. Савоськин А.Н., Шилин Н.Д. Анализ управления скольжением колесных пар грузового электровоза с асинхронными тяговыми двигателями // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2022. Т. 81, №3. С. 230–239. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2022-81-3-230-239. EDN: https://elibrary.ru/cecenc.