Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующих систем автоматического регулирования (сар) нажатия токоприемников 9
1.1. Обзор существующих САР нажатия токоприемников 10
1.2. Анализ устройств и методов регистрации искрения токоприемников 19
1.2.1. Обзор методов регистрации искрения токоприемников 20
1.2.2. Определение перспективных способов регистрации искрения токоприемников 32
1.2.3. Требования, предъявляемые к устройству регистрации искрения токоприемников 33
1.3. Выводы 35
2. Теоретические исследования системы автоматического регулирования нажатия токоприемника 36
2.1. Обоснование предлагаемого способа регулирования нажатия токоприемника 38
2.2. Описание САР нажатия токоприемника 44
2.3. Методика теоретических исследований САР нажатия токоприемника 45
2.4. Разработка математической модели САР нажатия токоприемника 49
2.4.1. Математическая модель взаимодействия токоприемника с контактной подвеской с учетом отрывов полоза от контактного провода.. 50
2.4.2. Математические модели элементов САР нажатия токоприемника 67
2.4.3. Обобщенная модель САР нажатия 69
2.5. Анализ результатов расчета токоприемника, оснащенного САР нажатия, при его взаимодействии с контактной подвеской 70
2.5.1. Определение устойчивости и показателей качества САР нажат ия
2.5.2. Определение динамических характеристик токоприемника, осна- 74
ценного САР нажатия
2.6. Выводы
3. Особенности предлагаемых элементов системы автоматического регулирования нажатия токопри емника
3.1. Измерительная часть САР нажатия токоприемника
3.2. Блок управления САР нажатия токоприемника
3.3. Пневматическая система токоприемника, оснащенного САР нажатия
3.4. Выводы
4. Экспериментальные исследования предложенной системы автоматического регулирования нажатия токоприемника и ее элементов
4.1. Методика испытаний разработанной САР нажатия токоприем ника и ее элементов
4.1.1. Исследования с использованием лабораторных стендовых установок
4.1.2. Методика испытаний устройства для регистрации искрения токоприемника
4.1.3. Методика испытаний САР нажатия токоприемника
4.2. Результаты экспериментальных исследований 101
4.2.1. Экспериментальные исследования устройства для регистрации искрения токоприемника 4.2.2. Экспериментальные исследования САР нажатия токоприемника... 42
3 Оценка адекватности предложенного метода расчета САР нажатия токоприемника
4.3. Выводы..,..
5. Оценка возможности применения системы автома тического регулирования нажатия с регулятором нечеткой логики ... 114
5.1. Модель регулятора, основанного на нечеткой логике
5 2 Расчет САР нажатия с регулятором нечеткой логики 53.
Выводы
6. Оценка экономической эффективности использования предлагаемой системы автоматического регулирования нажатия токоприемника 125
6.1. Определение стоимостной оценки результатов
6.2. Определение единовременных затрат
6.3. Определение показателей экономической эффективности
6.4. Выводы 131
Заключение 132
Библиографический список
- Обзор методов регистрации искрения токоприемников
- Анализ результатов расчета токоприемника, оснащенного САР нажатия, при его взаимодействии с контактной подвеской
- Блок управления САР нажатия токоприемника
- Расчет САР нажатия с регулятором нечеткой логики
Введение к работе
Актуальность проблемы. В соответствии со стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 г. в настоящее время необходимо решать задачи по созданию скоростного и высокоскоростного движения. При реализации высоких скоростей движения особенно актуальной во всем мире остается проблема обеспечения надежного и качественного токосъема, одним из перспективных решений которой является применение систем автоматического регулирования (САР) нажатия токоприемников.
Настоящая работа посвящена разработке и совершенствованию САР нажатия токоприемников, позволяющих снизить износ контактирующих элементов за счет поддержания нажатия в заданном диапазоне, предотвращения искрения и дугообразования в контакте и, как следствие, исключения пережогов и отжигов контактных проводов.
Цель диссертационной работы – повышение качества токосъема путем снижения коэффициента искрения токоприемников скоростного электроподвижного состава (ЭПС) за счет совершенствования САР нажатия.
Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены следующие задачи:
1) выполнить анализ существующих САР нажатия и методов регистрации искрения токоприемников;
2) разработать математическую модель САР нажатия токоприемника с позиционным регулятором, датчиками искрения и скорости;
3) усовершенствовать методику расчета взаимодействия авторегулируемого токоприемника с контактной подвеской с учетом отрывов полоза от контактного провода;
4) реализовать САР нажатия токоприемника, основанную на применении позиционного регулятора, датчиков искрения и скорости;
5) создать методику экспериментальных исследований авторегулируемого токоприемника, оснащенного датчиками искрения и скорости;
6) выполнить оценку возможности применения САР нажатия с регулятором нечеткой логики;
7) оценить технико-экономическую эффективность предлагаемых технических решений.
Методы исследования. Теоретические исследования проведены на основе методов математического моделирования на ПЭВМ с использованием программ Solidworks и Matlab, теории автоматического управления, теории планирования эксперимента, статистического и корреляционного анализа. Экспериментальные исследования проводились на лабораторных установках и действующих участках магистральных железных дорог.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1) разработана математическая модель САР нажатия токоприемника с датчиками искрения и скорости, учитывающая влияние закона управления на показатели качества работы системы;
2) усовершенствована методика расчета взаимодействия авторегулируемого токоприемника с контактной подвеской, учитывающая отрывы полоза от контактного провода;
3) создана методика лабораторных испытаний авторегулируемого токоприемника, оснащенного датчиками искрения и скорости.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами лабораторных и натурных экспериментов. Расхождение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными не превышает 7 %.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
1) разработанная САР нажатия токоприемника, основанная на применении датчиков искрения и скорости, позволяет повысить качество токосъема за счет снижения коэффициента искрения токоприемника в 2,5 раза;
2) усовершенствованная математическая модель взаимодействия авторегулируемого токоприемника с контактной подвеской позволяет определить рациональные параметры САР нажатия токоприемника для различных условий эксплуатации;
3) разработанная методика лабораторных испытаний авторегулируемого токоприемника, оснащенного датчиками искрения и скорости, обеспечивает оперативную настройку параметров системы, оценку работоспособности и эффективности применения САР нажатия.
Реализация результатов работы. Разработанная САР нажатия внедрена в ЗАО «Универсал – контактные сети» в техническом проекте токоприемника в рамках темы «Разработка и организация высокотехнологичного производства нового магистрального токоприемника для применения на линиях с модернизированной инфраструктурой системы токосъема», реализуемой при поддержке Минобрнауки России.
Личный вклад соискателя. Разработка и исследование вариантов САР нажатия скоростного токоприемника выполнены на основе предложенных автором методов. Основные научные положения и результаты, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно.
Апробация работы. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались и обсуждались на VI международном симпозиуме «Элтранс» (Санкт-Петербург, 2011); на X и XI международных научно-практических конференциях «Моделирование. Теория, методы и средства» (Новочеркасск, 2010, 2011); на IV международной научно-практической конференции «Трансэлектро-2010» (Днепропетровск, 2010); на всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2009» (Ростов-на-Дону, 2009); на II межвузовской научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура Сибирского региона» (Иркутск, 2011); на научно-технических семинарах кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ОмГУПСа в 2007 – 2012 гг.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в семнадцати печатных работах, которые включают в себя семь статей и семь тезисов докладов, получено три патента РФ на полезные модели. Три статьи [1 – 3] опубликованы в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, заключения, библиографического списка из 125 наименований и одного приложения. Общий объем диссертации составляет 145 страниц, включая 12 таблиц и 105 рисунков.
Обзор методов регистрации искрения токоприемников
Французской фирмой «Faiveley» разработан авторегулируемый токоприемник, имеющий в своем составе систему измерения контактного нажатия, выполненную в виде оптического волокна, расположенного под контактными вставками [16]. Немецкой фирмой «Stemmann» разработана САР нажатия, которая получает сигнал от датчиков нажатия, установленных в специально сконструированной каретке, выполненных в виде пневматических цилиндров. САР воздействует на гидравлический цилиндр, изменяя контактное нажатие [17].
Схема управления нажатием с регулированием в верхнем узле токоприемника более эффективна для управления в диапазоне частот до 10 Гц, но она налагает жесткие ограничения на размеры и массу привода.
Система управления нажатием с регулированием в верхнем узле реализована на токоприемнике ATR95 [18], разработанным компанией «Ansaldo» для поезда ETR500. Управляющая система построена с обратной связью по контактному нажатию. В качестве закона управления используется пропорционально-интегральное управление по отклонению контактного нажатия. Активное управление токоприемником реализовано с помощью контроля углов поворота двух полозов токоприемника. Управляющее воздействие формируется двумя электрическими двигателями, встроенными внутрь шарниров каретки токоприемника.
В Японии предложено устройство, реагирующее на изменение контактного нажатия. Устройство представляет собой каретку токоприемника, закрепленную между токоприемником и его полозом. В каретке установлен нажимной механизм (1), имеющий пьезоэлектрический привод (2) (рисунок 1.8). Контактные вставки крепятся к механизму посредством цилиндрических пружин. Нажатие измеряется тензодатчиком (3), соединенным с пьезоэлектрическим приводом через регулирующее устройство (4) [19].
Комбинированная схема управления нажатием отрабатывает низкочастотные колебания контактного нажатия с помощью устройств регулирования, расположенных в подъемно-опускающем механизме, а высокочастотные - с помощью устройств, расположенных в верхнем узле токоприемника.
Известен токоприемник ATR 90 фирмы «Ansaldo» [20], оснащенный проводным приводом для регулирования нажатия (рисунок 1.9), действующим на рамы токоприемника, либо на полоз. При этом стандартный пневматический привод используется для обеспечения статического нажатия токоприемника, а в качестве управляющего привода используется трехфазный электрический двигатель.
В Германии представлен двухступенчатый полупантограф [21], нижнее основание которого реагирует на значительные перепады высотного положения контактного провода, тогда как верхняя ступень отрабатывает высокочастотные колебания небольшой амплитуды (рисунок 1.10). Токоприемник управляется через согласующие устройства (3) двумя цилиндрами (1 и 2).
Авторегулируемый токоприемник СП-6М В России применяется специальный скоростной токоприемник Сп-бМ для поездов ЭР200 и электровозов ЧС200, который имеет малую приведенную массу при обычной разности рабочих высот [22]. Высокие динамические качества получены благодаря двухступенчатой кинематической схеме (рисунок 1.11). На небольшое изменение высоты контактного провода в пролетах контактной подвески реагирует не вся масса подвижных частей токоприемника, а только его верхняя подвижная система. На существенные изменения высоты контактного провода реагируют обе подвижные системы, причем верхняя управляет работой нижней системы посредством пневматической связи.
Как показал анализ существующих токоприемников ЭПС [11], большинство современных зарубежных токоприемников, таких как SSS87-RZD (Siemens), Ах (Сх) (Faiveley), DSA 380 (Stemmann), WBL и SSS 400 (Schunk), ATR 90 и ATR95 (Ansaldo) оснащены CAP нажатия. В то же время на отечественных токоприемниках, таких как Т-5М1, Л-13У, 10РР, ТАсС-11, ТП-250, АТ-160 САР нажатия не предусмотрены. Единственным действующим отечественным авторегулируемым токоприемником является токоприемник СП-6М.
Наиболее широкое применение во всех странах мира нашли САР нажатия с замкнутым принципом управления и с действием устройств регулирования на рамы токоприемника.
Одной из основных подсистем САР нажатия является измерительная часть, выполненная в виде различного рода датчиков и чувствительных элементов, от быстродействия и точности которых зависит качество регулирования применяемой САР нажатия. Анализ измерительных частей САР нажатия [23] показал, что наиболее широкое применение нашли тензометрические и оптоэлектрические датчики контактного нажатия. Однако наиболее опасными явлениями в процессе токосъема являются дуговые нарушения, ведущие к отжигам и пережогам контактных проводов, и не определяющиеся однозначно датчиками нажатия. Российские условия эксплуатации железнодорожного транспорта, а именно расположение железнодорожной сети в различных климатических зонах, продолжительные периоды гололедообразования на контактных проводах, существующие участки с плохо отрегулированной контактной подвеской приводят к интенсивному искрению и, следовательно, повышенному износу контактных элементов. В связи с этим измерительная часть отечественной САР нажатия должна включать в себя датчик искрения токоприемника для предотвращения электродуговых нарушений, ведущих к повышенному электрическому износу контактных элементов.
До настоящего времени датчик искрения токоприемника использовался только для определения коэффициента искрения измерительного токоприемника на вагоне-лаборатории испытаний контактной сети (ВИКС). Следовательно, для разработки САР нажатия, содержащей датчик искрения, необходимо выполнить анализ устройств и методов регистрации искрения токоприемника.
Анализ результатов расчета токоприемника, оснащенного САР нажатия, при его взаимодействии с контактной подвеской
Результаты исследований устройств токосъема на линии Москва - Санкт-Петербург показали, что для достоверной оценки качества токосъема недостаточно использовать только датчики контактного нажатия, поскольку они обладают инерционностью и не позволяют регистрировать микроотрывы, сопровождающиеся интенсивным искрением (рисунок 2.2).
Характерными внешними факторами, вызывающими интенсивное искрение токоприемника являются разрегулированная контактная подвеска, дефекты контактных вставок токоприемника и контактных проводов, гололедные образования на контактной подвеске. При этом наиболее опасным режимом токосъема является возникновение электрической дуги, которая ведет к таким негативным последствиям, как отжиги и пережоги контактного провода и, как следствие, обрывам проводов и поломке токоприемников [59].
Москва - Санкт-Петербург: а - контактное нажатие; б - искрение токоприемника Результаты испытаний также свидетельствуют о резком увеличении СКО контактного нажатия и интенсивности искрения токоприемника при скорости движения свыше 160 км/ч. В связи с этим целесообразно оснастить САР нажатия датчиком скорости, который позволит на высоких скоростях повышать нажатие токоприемника для предотвращения искрения токоприемника.
Основным этапом в процессе проектирования САР нажатия токоприемника является определение закона регулирования и выбор соответствующего регулятора [60]. Для выбора закона регулирования нажатия токоприемника необходимо определить; - статические и динамические характеристики токоприемника при его взаимодействии с контактной подвеской; - характер возмущений, действующих на процесс регулирования нажатия токоприемника; - требования к качеству процесса регулирования.
При замкнутом и комбинированном принципе управления применяются следующие типы регуляторов: позиционный (релейный), пропорциональный (П - регулятор), пропорционально-интегральный (ПИ - регулятор), пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД - регулятор), регулятор нечеткой логики, адаптивный и оптимальный регуляторы.
Целью применения ПИД - регулятора во многих известных САР нажатия является снижение СКО контактного нажатия за счет непрерывной работы регулятора. Но при приложении управляющего воздействия к рамам токоприемника, и, вследствие инерционности самого токоприемника, его эффективность ограничена низким скоростным диапазоном до 90 км/ч (рисунок 2.3).
Принцип действия ПИД - регулятора При достижении критической скорости vKp движения ЭПС САР нажатия с ПИД - регулятором не успевает отслеживать изменение контактного нажатия по пролетам контактной сети и может значительно ухудшить качество токосъема. Необходимым условием для работы ПИД - регулятора является наличие датчика нажатия.
САР нажатия с позиционным регулятором позволяет увеличить нажатие по информации от любого датчика (нажатия, искрения или скорости) (рисунок 2.4). При этом требуемое количество положений регулирования определяется конструктивной схемой САР нажатия.
Достоинствами САР нажатия с позиционным регулятором являются относительно невысокая стоимость и простота реализации, надежность в работе и отсутствие необходимости в установке датчика нажатия.
Логика нечеткого регулятора основывается на базе правил, формируемой экспертами, что позволяет регулировать нажатие во всем скоростном диапазоне, но только после получения статистических данных об условиях токосъема на участке (рисунок 2.5).
Управление с использованием аппарата нечеткой логики является одним из наиболее эффективных методов управления сложными динамическими системами, для которых достаточно сложно или невозможно построить адекватную математическую модель. Использование нечетких контроллеров позволит повысить быстродействие процессов управления и точность алгоритмов фильтрации случайных возмущений при обработке информации от датчиков, а также уменьшить
Выбор конкретного регулятора в совокупности с исполнительным устройством и параметрами токоприемника позволяет получить требуемый переходный процесс нажатия с определенными показателями качества и устойчивости. Чаще всего авторегулируемый токоприемник имеет колебательный или апериодический переходный процесс [23] (рисунок 2.6).
Апериодический переходный процесс характеризуется отсутствием перерегулирования, а колебательный процесс обладает минимальным временем нарастания. Время регулирования зависит от параметров токоприемника и элементов, входящих в САР нажатия. а - апериодический; б - колебательный Таким образом, для повышения качества токосъема путем активного регулирования нажатия токоприемника, предлагается использовать САР нажатия, построенную по комбинированному принципу управления с программным управлением по скорости движения ЭПС, контуром обратной связи с датчиком искрения и позиционным законом управления [62].
Одним из наиболее эффективных способов предотвращения отрывов полоза токоприемника от контактного провода является увеличение статического нажатия. Принцип регулирования по искрению в контакте показан на рисунке 2.7а. Блок управления обрабатывает данные об искрении токоприемника, полученные за интервал времени наблюдения І абл- Регулятор ступенчато увеличивает статическое нажатие токоприемника при появлении интенсивного искрения. Время переходного процесса tnep зависит от параметров токоприемника и элементов САР нажатия. Выдержка времени tBbm на уровне Ррї осуществляется как для исключения «звонковой» работы САР, так и для реализации режима ожидания новых сигналов от датчика искрения. Если последних не поступало, система уменьшает нажатие в течение времени возврата tB03B Регулирование нажатия осуществляется только по интенсивному искрению, что позволяет исключить реакции на единичные искрения, связанные, например, с прохождением секционных изоляторов, воздушных стрелок и других элементов контактной сети. Допустимые значения отрывов приведены в [63], на основе которых выбирается условие срабатывания САР нажатия.
Блок управления САР нажатия токоприемника
Измерительная часть разработанной САР нажатия состоит из датчика искрения и датчика скорости. Для подтверждения адекватности математической модели и оценки влияния САР нажатия на качество токосъема также используются тензометрические датчики нажатия. Данные, полученные с помощью датчиков нажатия, используются только для экспериментальной оценки и не требуются для работы предлагаемой САР нажатия.
В ОмГУПСе ведутся работы по созданию токоприемника, оснащенного датчиком искрения (патент РФ №105862), отличительной особенностью которого является универсальность - возможность установки на любых типах токоприемников за счет размещения его вне токоведущей конструкции токоприемника - на крыше ЭПС (рисунок 3.1).
В качестве основы для разработки датчика искрения используется извеща-тель пламени «Аметист ИП-329-5», доработанный для решения поставленных целей в части получения требуемого сигнала на аналоговом выходе.
Датчик искрения представляет собой автоматическое оптико-электронное устройство, осуществляющее электрическую сигнализацию о появлении искрения и электрической дуги. При появлении искрения чувствительный элемент датчика регистрирует возникновение УФ - излучения и преобразует его в последовательность импульсов.
Датчик искрения состоит из блока датчика, который при помощи четырехконтактного разъема соединяется с базой, и унифицированной базы.
Блок датчика представляет собой единую конструкцию, состоящую из корпуса и основания, соединенных винтами. На лицевой поверхности корпуса расположен чувствительный элемент (индикатор УФ - излучения) и светодиод (индикатор срабатывания). В корпусе блока датчика расположены три печатные платы с элементами электронной схемы, соединенные между собой стойками. На основании блока датчика расположены четыре контакта, которые соединены с печатными платами электронной схемы.
База предназначена для крепления датчика непосредственно или с помощью поворотного устройства к несущей поверхности, а также для подключения к датчику измерительных проводов.
Датчик не выдает ложных срабатываний при воздействии на его чувствительный элемент фоновой освещенности, создаваемой дневным светом, люминесцентными лампами и лампами накаливания.
В качестве датчика скорости используется GPS приемник с чипсетом SiRF Star-Ill и выносной активной GPS антенной (рисунок 3.3), закрепленной на крыще ЭТТС. GPS приемник обладает следующими характеристиками: 1) регистрация скорости движения в диапазоне: от 0 до 500 м/с; 2) точность определения скорости: 0,1 м/с; 3) точность измерения координат: до 15м; 4) точность определения времени: 1 мкс; 5) протокол обмена данными с контроллером: NMEA; 6) период передачи навигационных данных: 1с; 7) время первого определения навигационных параметров: - горячий старт: 1с; - холодный старт: 42с; 8) диапазон рабочих температур: -40 - +55 С. Рисунок 3.3 - Активная GPS антенна GPS приемник передает контроллеру по протоколу NMEA следующие данные: время и дата фиксации данных, географические координаты местоположения, скорость движения, направление движения, высота приемника над уровнем моря. Контроллер выбирает из последовательности данных информацию о скорости движения и использует ее при работе САР.
Таким образом, предлагаемая измерительная часть САР нажатия не требует гальванической развязки и конструктивных изменений токоприемника, так как устанавливается отдельно от токоприемника - на крыше ЭПС. Применение рассмотренной измерительной части позволяет использовать ее как для работы САР нажатия, так и для определения коэффициента искрения токоприемника с регистрацией координат участков контактной сети, характеризующихся интенсивным искрением.
В ОмГУПСе разработана САР нажатия токоприемника с использованием промышленного логического контроллера (ПЛК) в качестве блока управления (рисунок 3.4). Принципиальное отличие ПЛК от релейных схем заключается в том, что все его функции реализованы программно. На одном контроллере можно реализовать схему, эквивалентную тысячам элементов жесткой логики. При этом надежность работы схемы не зависит от ее сложности.
Применение ПЛК в данной системе позволяет: - унифицировать САР нажатия за счет применения надёжных общедоступных промышленных изделий, - производить обработку данных, поступаюших с измерительной части. реализовать любой необходимый алгоритм управления, управлять исполнительными элементами САР нажатия.
Расчет САР нажатия с регулятором нечеткой логики
Апериодический переходный процесс нажатия получается за счет установленного в пневматической схеме САР регулятора давления и дросселя, регулирующих скорость нарастания давления в РКЭ и способных оказывать влияние на время переходного процесса.
Оценка влияния САР нажатия на основные показатели качества токосъема, такие как коэффициент дугообразования и СКО контактного нажатия, производилась путем проведения однотипных экспериментов для токоприемника, не оснащенного САР нажатия, и токоприемника, оснащенного САР нажатия с датчиком скорости. Эксперименты проводились для одинаковых по длительности участков увеличения скорости, движения с заданной скоростью и торможения (рисунки 4.14а, 4.15а), при этом регистрировалось контактное нажатие (рисунки 4.146, 4.156) и искрение (рисунки 4.14в, 4.15в) токоприемника.
При эксперименте с токоприемником, оснащенным САР нажатия и превыщении скорости движения 40 м/с, блок управления выдает управляющий сигнал на увеличение нажатия и участок высокой скорости токоприемник проходит с повыщенным нажатием.
По результатам испытаний для различных условий проведения эксперимента согласно предложенной методике определяется процентный коэффициент искрения по формуле (1.2) и СКО контактного нажатия по формуле (2.45).
Из анализа рисунков 4.14, 4.15 можно сделать вывод, что токоприемник, оснащенный предложенной САР нажатия, имеет меньщий коэффициент искрения, чем токоприемник без САР нажатия. При этом САР нажатия уменьщает как количество искрений за наблюдаемый промежуток времени, так и их мощность.
Результаты применения САР, оснащенной датчиком искрения, сравнивались с существующей в ОмГУПСе САР, оснащенной датчиками нажатия, чувствительная часть которых выполнена в виде пневмоэлементов [23].
САР с датчиками нажатия срабатывает только при снижении контактного нажатия ниже определенного значения (на четвертой секунде) (рисунок 4.16). Но вследствие инерционности полоза токоприемника и недостаточной чувствительности датчиков нажатия существующая САР не способна однозначно определять отрывы и искрение в контакте, о чем свидетельствуют дальнейщие участки интенсивного искрения, на которых нажатие не опускается ниже установленного значения и САР не срабатывает.
Указанных недостатков лищена САР нажатия с датчиком искрения. Работа САР нажатия по каначу датчика искрения показана на рисунке 4.17.
САР нажатия не реагирует на участки с незначительным коэффициентом искрения, однако при интенсивном искрении в течении 2 с (со 2 по 4 секунды) блок управления открывает клапан повышенного давления, увеличивая нажатие токоприемника. Токоприемник движется с повышенным нажатием в течение заданного времени и, при условии отсутствия интенсивного искрения за этот период, блок управления снижает нажатие токоприемника до номинального значения. Последующие интенсивные искрения также улавливаются САР и токоприемник движется с повышенным нажатием до тех пор, пока за период обработки данных не последует интенсивного искрения.
Результаты анализа данных показателей качества для различных условий токосъема показали, что применение предлагаемой САР нажатия позволяет снизить коэффициент искрения в 1,5 - 2,5 раза, при этом СКО контактного нажатия увеличивается лишь на 4 - 6 %.
Модель, с помощью которой достигается поставленная в работе цель, должна быть адекватной. Условие адекватности является важнейщим требованием, предъявляемым к моделям. Адекватность модели является одним из подтверждений правомерности теоретических исследований. Мерой адекватности служат расхождения количественных характеристик основных параметров объекта, полученных экспериментально и теоретически.
Подтверждение адекватности математической модели САР нажатия проводилось сравнительным анализом основных параметров переходных процессов при переходе с номинального значения нажатия на повыщенное значение и обратно. Переходные процессы, полученные при расчете, сравнивались с процессами, записанными в память компьютера аналого-цифровым преобразователем при проведении экспериментов.
На рисунках 4.18 - 4.19 приведены графики переходных процессов САР нажатия при увеличении нажатия с номинального на повышенное значение и обратно, полученные при лабораторных исследованиях (красная линия), совмещенные с переходными процессами, полученными расчетным путем (синяя линия).
Для определения адекватности разработанной математической модели взаимодействия токоприемника с контактной подвеской с учетом отрывов токоприемника рассчитана кривая контактного нажатия, используя принятые исходные данные токосъемных устройств. Полученная кривая нажатия (синяя линия) сравнивается с данными, полученными в ходе линейных испытаний (красная линия) данной системы токосъема на участке Лихославль - Калашникове Октябрьской железной дороги (рисунок 4.20).
Анализ контактного нажатия токоприемника как непрерывной случайной величины показал, что наиболее точно исследуемую величину описывает нормальный закон распределения, основными характеристиками которого являются среднеквадратическое отклонение и математическое ожидание [120].
Проверка адекватности метода расчета эксперименту производится с помощью критерия Фишера [121]: Р Р = (4.1) іабл s2{y) где 8 - дисперсия адекватности, 8 {у} - дисперсия эксперимента, FTa6jI - табличное значение критерия Фишера. Дисперсия адекватности определяется по выражению: где уэ1 - экспериментальное значение функции, ум - значение функции математической модели, f - число степеней свободы дисперсии адекватности, равное числу опытов, не использованных для определения каких-либо характеристик:
