Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В результате намеченной в 70-х годах тєедєецки на лоЕКшеяие секционной ькщности локо«отлзоз за последние десятилетия депо поповнились тепловозаші о ыощешш энергетическими установками. Это предъявляет повышенные требования к надежности работы вспомогательных систем, в том чиоле и к системам пуска дизель-генераторных установок,' оснозным талон которых з ЕЗСТОЯ339Є время является электрический, о питанием от аккумуляторной батареи (БА).
Пусковые сзойстга стартерных аккумуляторных батарей зависят от их тина, емкости и полного внутрегного сопротивления, определягаих возможность на протяжении всего процесса пуска поддергззать з обмотках стартера пусковой ток требуемого значения, а срок службы - о? ня типа к ycroBidi эксплуатации. В работах Ваннела Да., Лзмтева Н.'К., Стрэкопытова В.В., Еэзиворозско-гоВ.В., ДрзчеЕаГ.Г., Волошина А.В., Романове В.В., Хап;ева Ю.Ы. и др. показано, что з процессе эксшгуатации происходит снижение фактической емкости ЕА и увеличение полного внутреннего сопротивления, причиной чеыу являются необратимые изменения химического состава и структуры активной нассы эгектродов. Значительное влияние на состояние электродов оказывает режим разряда БА, причеы с увеличениеы разрядного тока срок службы аккумуляторов снижается.
В соответствии о нормативными документами замена стартерных 5А на тепловозах должна производиться при снняеяив их фактической емкости до 60S от номинального значения. Изучение оос-
тояния теадоЕоэкых БА, выполненные в раде депо Красноярской железкой дороги показали, что при соблюдении этого условия средний срок службы кислотных аккумуляторов составил 4,2...4,3 года, і На практик, особенно в последнее врэыя, эксплуатируется значительное число тепловозов с аккумуляторами, имеюігкші фактическую еыкость значительно ыоньше нормативного значення, что вызвано значзггельным ростом отоимости и дефицитоц БА, слогив-ииіазя на йелеэнодорааноы транспорте. Поэтому, в условиях эксплуатации нередки случал, когда дизели приходится запускать от аккумуляторных батарей, ииеэдих фактическую єіікость значительно мзньпе 60Z от номинального значения.
Ситуация усугубляется в холодное вреыл года, т.к. вследствие снижения температуры электролита еюахзть батареи ецэ боль-вэ уменьЕаэтся, а ее внутреннее сопротивление возрастает, т.е. происходит снЕзение ее стартерных характеристик. Однозреиенно о этим, иэ-за повышения вязкости иасла моиент сопротивления вра-цения коленчатого вала увеличивается , а в цилиндры дизеля поступает холодный воздух, затрудняя процесс воспламенения топлива. В этих условиях евтовоыныи пуск энергетической установки тепловоза становится невозможен.
Такш образом, поиск путей повшениа эффективности работы систеи электрического пуска является актуальной задачей для надежной работы автоношшх локомотивов.
В последние годы МШО "Зконд" и рядом других научных и производственных завершена разработка и освоен выпуск импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости (ИХЭ). Применение их в качестве накопителей энергии в системах пуска погвоаабЧ решить поставленную задачу для энергетических установок транс-
- Б -
ПОРТНЫХ СреДСТВ бСХЕЬПОЙ мощности.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целыэ зиссертациоЕной работы является разработка системы пуска энергетической устаиозки тепловоза о комби-пнрозанныы источником питания, состоящим из аккумуляторной батареи и накопителя энергии на базе' импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости, обеспечивающей надежный пуск дизеля при использовании БА с низкими стгртерньзсі характеристшеаыл.
В соответствии с указанной целью в диссертации поставлены к репекы следуйте задачи:
разрзботсяы принципиальные схеш систем пуска о кокбини-рова::нш источником питания для дизелей и дпгель-генератороз тепловозов различных серий;
разработана математическая иодежь переходного процесса а системе электростартерного пуска с комбинированным источников питания;
разработана методика определения. допуоясдк . параметров комбинированного источника питания а зазискиости от тэхвяческо-го состояЕНЯ SA;
разработана методика определения паргуэтроз зарядного устройства системы стартерного пусхз о тестированным всгочяп-каи питания;
исследовано влияние параметров гамэишфозашгаго еоточел-ка питания на характеристики системы пуюа;
системой стартерного пуска о ко^бпяяроааткм источникоы питания оборудованы дизели тепловозов различных оврий и автомотриса АЧ2 и проведены их экспернментаашэ нооледования, п том числе, и в условиях эксплуатации;
на основании обойденных результатов дюягершюнтагьного н
- о -
расчетного исследования характеристик системы стартерного пуска с кдабинированньш источником питания, определены пред ель Еые параметры БА, используеїш в .составе комбинированных источников питаній, и показана возможность применения для пуска дизелей тепловозов ВА с низкими стартерными характеристиками.
- проведена оценка технике- экономической эффективности
применения систен пуска с комбинированным источником питания ка
тепловозах различной мощности и сделаны предложения по широкому
гнедренко этих систем на сети йелезных дорог.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Поставленные задач}! рекены с использованием методов синтеза исследуемого объекта -математического моделирования, параметрической оптимизации, экспериментального исследования процессов пуска дизелей тепловозов различных серий.
Реализация разработанных алгоритмов и программ выполнялась на ЕЕМ с использованием численных методов математического анализа.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Нз основе разработанных методик впервые решек комплзке задач, связанных с созданием систем злектростар-терного пуска мощных энергетических установок с использованием импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости . Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
разработаны принципы технически}: решении схем систем электрического пуска дизелей тепловозов различных серий с накопителями энергии, в качестве которых используются ИКЭ;
разработана методика расчетного определения допустимых параметров блока ИКЭ в зависимость от гначения фактической емкости и полного внутреннего сопротивления источника питания
- ? -
системы пуска;
разработана методика расчетного определения параметров зарядного устройства системы электрического пуска с блоком ИКЭ;
определено влияние параметров комбинированного источника питания на характеристики систем электростартерного пуска дизель-генераторных установок тепловозов;
показана возможность использования в систеї-ах электрического пуска дизелей тепловозов с комбинированным источником питания аккумуляторных батарей с низкими стартерными характеристиками.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработаны системы пуска- с комбинированным источником питания энергетических установок тепловозов различных серий. Для тепловозов 2ТЭ116 и ТЭП70 рассчитаны параметры комбинированных источников питания и зарядных устройств систем электростартерного пуска дизель-генераторных установок 1А-9ДГ и 2А-9ДГ и' определены их характеристики в зависимости от параметроз БА и блока ИКЭ. Иэготоэлены и испытаны элементы систем пуска с комбинированным источником питания.
В процессе экспериментальных исследований, проведенных как в стендовых условиях, так и в условиях эксплуатации, на тепловозах 2ТЭ116, ТЭГТ70, MS2 и автомотрисе АЧ2 с различными типами и техническим состоянием БА, подтверждена эффективность систем пуска энергетических установок с комбинированным источншхм пн-тзния.
На основании выполненных исследований разработаны проекты и выполняется модернизация систем пуска магистрата них л маневровых тепловозов с использованием комбинированного источника питания.
В соответствии о , предлскеиияыл по внедрении разработанных систем даны рекомендации по замене в системах пуска с комбинированным источником питания штатных стгртеркых БА на более дешевые к надежные аккумуляторы, по сеоим характеристикам приближающиеся і: тягогым БА, и имеющие,, по сравнению со стартеркши аккумуляторами, повыаенное значение полного внутреннего сопротивления. В 199Б году Санкт-Петербургское А0"0КБ" приступило к разработке и выпуску опытной партии таких аккумуляторов.
Разработанные методики определения допустимых параметров ко!.:биннрованного источника питания и зарядного устройства могут исшльеозаіься при расчете различных иариантоз cxew систем электрического пуска с ККЭ дизелей тепловозов различных серий.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы и ее отдельные положения докладывались на заседании технико-экономического совещания Глазного управления локомотивного хозяйства Ї.ЇЇИ2.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ и получено положительное решекі'.е по заявке на патент.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех основных разделов, заключения, списка использованных источников и приложении.
