Введение к работе
Актуальность работы
Реализация задач, стоящих перед современными предприятиями транспортного машиностроения, требует решения вопроса транспортировки обрабатываемых объектов в пределах цеха или по территории предприятия. На сегодняшний день широко используется перевозка на автомобилях или в вагонах, электрокарах, крановые установки. На вновь построенных или прошедших модернизацию предприятиях применяются современные средства транспортировки: технологические трансбордеры, конвейерные поезда, малогабаритные тягачи с пневматическим, гидравлическим и электрическим приводом.
Поставляемые российскими и зарубежными машиностроительными компаниями (ОАО «НІЖ «УралВагонЗавод», Neuero, Mercedes-Benz) образцы систем для перемещения подвижного состава (тяговые модули вагонов ТМВ, аккумуляторные локомотивы серии RRM, универсальные тягачи Unimog) имеют различное конструктивное исполнение и способ передачи усилия, но большинство из них имеют в своей основе либо тросо-лебедочный механизм, либо привод вращательного движения с передачей тягового усилия посредством пары «колесо-поверхность». Такое исполнение имеет ряд практически неустранимых недостатков, ужесточающих требования к условиям эксплуатации и определяющих значительные капитальные и эксплуатационные затраты на строительство и техническое обслуживание.
В последние годы возрос интерес к линейному электроприводу, который в настоящее время успешно применяется при испытаниях моделей судов в опытовых бассейнах, в разгонных устройствах при динамических испытаниях автомобилей и их отдельных узлов, в инерционных конвейерах.
С учетом сказанного перспективным представляется использование низкоскоростного линейного частотно-управляемого асинхронного электропривода в условиях современных промышленных предприятий транспортного машиностроения и ремонтного комплекса для перемещения компонентов подвижного состава при его изготовлении, техническом обслуживании и ремонте.
В работе решается комплексная задача по обоснованию исполнения транспортного модуля с линейным асинхронным электроприводом для перемещения и позиционирования подвижного состава в технологическом процессе ремонтного предприятия. Такой привод, вследствие отсутствия механических передач, может быть более дешевым, надежным и безопасным в эксплуатации.
Целью работы является создание новых технических средств для перемещения и позиционирования подвижного состава при его обслуживании и ремонте.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
-
Выполнить анализ используемого технологического оборудования при ремонте и обслуживании подвижного состава с позиций капитальных затрат, энергоэффективности, безопасности, экологии.
-
Разработать требования к электроприводу и обосновать схему тягового транспортного модуля с линейным асинхронным электроприводом.
-
Обосновать выбор методики расчета характеристик и выполнить анализ влияния конструктивных параметров ЛАД на тягово-энергетические показатели.
-
Выполнить расчетно-теоретические исследования показателей ЛАД и сформулировать последовательность определения рациональных значений конструктивных параметров.
-
Разработать компьютерную модель электропривода и выбрать наиболее энергоэффективный принцип управления режимами его работы.
-
Выполнить экспериментальные исследования электропривода с ЛАД на физической модели.
-
Оценить технико-экономические показатели разработки. Объект исследования
Линейный асинхронный электропривод. Предмет исследования
Характеристики электропривода в зависимости от конструктивных параметров ЛАД, режимов работы и принципов управления.
Методика исследования
Для решения поставленных в работе задач использовались теории электрической тяги, линейных асинхронных машин, планирования эксперимента; методика и программа расчета характеристик ЛАД, базирующаяся на рассмотрении трехмерного электромагнитного поля в зазоре и реактивной шине; компьютерный эксперимент в системе SimulinkMatlab, экспериментальные исследования на физической модели.
Научная новизна работы
-
Разработана последовательность выбора рациональных значений параметров ЛАД тягового транспортного модуля на основе результатов выполненных расчетно-теоретических исследований тягово-энергетических показателей в зависимости от немагнитного зазора, полюсного деления и электрической проводимости шины.
-
Создана компьютерная модель электропривода, учитывающая возможность реализации режимов усиления поля и дискретного питания.
-
Обоснованы параметры режимов усиления поля при пуске и торможении, дискретного питания при установившейся скорости, повышающие энергоэффективность электропривода.
-
Экспериментально подтверждены на физической модели линейного электропривода функционирование системы на низких скоростях, высокая степень адекватности принятой расчетной модели.
На защиту выносится:
-
Компоновочная схема транспортного модуля с линейным асинхронным электроприводом с обоснованием требований по силе тяги в режимах разгона, установившегося движения и торможения.
-
Результаты анализа и расчетно-теоретических исследований тягово-энергетических показателей ЛАД и алгоритм выбора рациональных значений конструктивных параметров.
-
Компьютерная модель электропривода и результаты анализа принципов управления в установившихся и динамических режимах.
-
Обоснование энергоэффективных режимов работы при разгоне (усиление
поля), установившемся движении (дискретное питание) и торможении.
5. Результаты экспериментальных исследований физической модели ЛАД. Практическая значимость
-
Разработана компоновочная схема тягово-транспортного модуля с линейным асинхронным электроприводом с обоснованием исполнения индуктора ЛАД и реактивной шины (РШ).
-
Полученные результаты расчетно-теоретических исследований тягово-энергетических показателей ЛАД в виде линейных полиномов позволяют выполнить анализ характеристик машины по значениям основных конструктивных параметров.
-
Рекомендована последовательность выбора рациональных значений параметров ЛАД по заданному тяговому усилию.
-
Предложены энергоэффективные режимы работы электропривода: усиление поля при разгоне и дискретное (импульсное) питание при установившейся скорости.
Достоверность полученных результатов обеспечена корректной постановкой задач исследований, использованием проверенной методики расчета характеристик ЛАД, элементов теории планирования эксперимента, современных методов компьютерного моделирования и соответствующих программных пакетов, проведением экспериментальных исследований на физической модели ЛАД (сравнение их с данными расчетов по принятой методике показали расхождение по силе тяги не более 7%).
Реализация результатов исследований
Разработанные алгоритм выбора конструктивных параметров ЛАД и режимы работы электропривода по системе ПЧ-ЛАД приняты к внедрению на предприятиях ремонтного комплекса ОАО «РЖД».
Апробация работы
Основные положения диссертации, результаты исследований, выводы и рекомендации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Электрическая тяга» ПГУПС в 2010-2013 годах, на заседании кафедры «Электрическая тяга» УрГУПС в феврале 2012 года, на семинаре «Электрические машины и преобразователи» кафедры «Электрическая тяга»
МГУПС (МИИТ) в январе 2013 года, на VI Международном симпозиуме
ELTRANS (Санкт-Петербург, 2011), на Второй международной научно-практической конференции «ИнтеллектТранс» (Санкт-Петербург, 2012), на Специализированной конференции «Транспортная инфраструктура: модернизация железной дороги и портов» (Москва, 2012).
Публикации
Материалы, изложенные в диссертационной работе, нашли отражение в 4 опубликованных печатных работах, в том числе в 3 изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы
