Система керування дизель-генераторною установкою тепловоза

1. Система керування дизель-генераторною установкою тепловоза, що містить пульт машиніста, електричний реверсивний сервопривід, що з'єднаний з пультом машиніста з можливістю безпосереднього керування напрямком обертання сервоприводу, і всережимний регулятор обертів дизеля з безперервним задавальним кулачком, що закріплений на валу сервоприводу, яка відрізняється тим, що містить блок дискретних резисторів, який включений в ланцюг обмотки збудження генератора за допомогою пристрою комутації резисторів з можливістю дискретної зміни загального опору ланцюга обмотки збудження відповідно до змін обертів дизеля, при цьому зазначений пристрій виконаний в вигляді контактної щітки, що закріплена на валу сервоприводу з можливістю U 2 (19) 1 3 позиції головної рукоятки КМ. При цьому машиніст повинен керувати тепловозом в умовах малої швидкості руху і високої точності зупинки в необхідному положенні. Для виконання цих вимог необхідне точне і своєчасне регулювання потужності дизель-генераторної установки. Дискретність перших трьох-чотирьох позицій головної рукоятки KM є для цього занадто грубою. Фактично, при управлінні тепловозом у маневровому режимі, машиніст здійснює часті переміщення головної рукоятки KM між сусідніми позиціями. При цьому установлюється деяке усереднене значення потужності дизель-генераторної установки, що знаходиться в інтервалі між дискретними значеннями, які відповідають сусіднім позиціям. Описаний режим керування приводить до зниження паливної економічності, так як робота дизель-генераторної установки на перехідних режимах супроводжується неоптимальним регулюванням циклової подачі, і підвищеному зносу дизеля, оскільки дизель-генераторна установка практично увесь час працює в перехідних режимах при частій зміні завдання ВР. Крім того, за одну зміну машиніст маневрового тепловоза робить сотні переміщень головної рукоятки К.М, що стомлює і погіршує увагу і реакцію машиніста. Далі, при управлінні дизель-генераторною установкою тепловоза окрім узгодження оборотів і подачі палива необхідне також узгодження потужності дизеля з потужністю, що споживається генератором, на будь-якому режимі роботи. Це завдання розв'язується регулятором збудження генератора або схемою об'єднаного регулятора дизель-генераторної установки тепловоза. Як правило, схеми таких регуляторів містять набір дискретних резисторів, включених в ланцюг керування збудженням генератора і набір реле або контакторів з ланцюгами керування, сполученими з відповідними контактними групами контролера машиніста [Локомотивные энергетические установки. Учебник для ВУЗов ж-д транспорта под ред. д. т. н. А. И. Володина, Москва, Желдориздат, 2002, с. ???]. Зазначені регулятори працюють таким чином. При переміщенні головної рукоятки контролера, одночасно із ступінчастою зміною завдання всережимному регулятору оборотів, на певних позиціях перемикаються додаткові контактні групи, які управляють контакторами або реле, що дискретно змінюють опір в ланцюзі збудження генератора. При переході на вищі позиції контролера машиніста названий опір дискретно зменшується, що викликає ступінчасте збільшення потужності, що споживається генератором від дизеля. З урахуванням вище зазначених особливостей керування дизель-генераторними установками тепловозів, особливо тих, що працюють в маневреному режимі, важливо щоб система могла б забезпечувати як безперервне керування потужністю дизеля, так і одночасне керування потужністю тягового генератора по алгоритму узгодження потужностей дизеля і тягового генератора в безперервному режимі керування потужністю. Така система керування забезпечує зниження вит 50972 4 рат палива і зносу дизеля, особливо в маневровому режимі роботи. Як найближчий аналог вибрано системі керування дизель-генераторною установкою тепловоза, що відома за патентом України на корисну модель № 34136, МПК F02D 1/08, дата подання заявки 24.03.2008. Система керування дизель-генераторною установкою тепловоза містить послідовно з'єднані пульт машиніста, електричний реверсивний сервопривід і всережимний регулятор обертів з кулачком, що задає оберти. Кулачок всережимного регулятора обертів виконаний безперервним, а пульт машиніста виконаний з можливістю безпосереднього керування напрямком обертання сервопривода. Пульт машиніста виконаний з органом включення прямого або зворотного напрямку обертання електричного сервопривода у вигляді кнопкової станції з двома кнопками, позначеними "+", "-". Система керування дизель-генераторною установкою тепловоза працює таким чином. У залежності від кутового положення безперервного кулачка, всережимний регулятор обертів підтримує задане постійне число обертів дизеля, необхідне для одержання потужності, що відповідає заданому режимові руху. Якщо машиністові необхідно збільшити або зменшити цю потужність він натискає, відповідно, кнопку "+" або "-" на кнопковій станції. Електродвигун сервопривода починає обертатися і повертати безперервний кулачок, що приводить до зміни завдання всережимному регулятору обертів. Відповідно, всережимний регулятор обертів установлює новий режим роботи дизеля з більшим або меншим значенням потужності відносно вихідного значення. При оптимальному узгодженні швидкості обертання електричного сервопривода з постійною часу системи "всережимний регулятор обертів - дизель", досягається квазістаціонарний характер зміни потужності ДГУ, що дозволяє уникнути надмірного підвищення витрат палива і знизити темпи зносу дизеля. Загальними ознаками найближчого аналогу і рішення, що заявляється, є: система керування дизель-генераторною установкою тепловоза, що включає пульт машиніста, електричний реверсивний сервопривід, що з'єднаний з пультом машиніста з можливістю безпосереднього керування напрямком обертання сервопривода, і всережимний регулятор обертів дизеля з безперервним задаючим кулачком, що закріплений на валу сервопривода. Система керування дизель-генераторною установкою тепловоза, що вибрана як найближчий аналог, не вирішує задачу узгодження потужностей дизеля і тягового генератора в безперервному режимі керування потужністю. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення система керування дизельгенераторною установкою тепловоза в якій за рахунок конструктивних особливостей, забезпечується безперервне і адаптивне узгодження потужностей дизеля і тягового генератора в безперервному режимі керування потужністю, що 5 знижує витрати палива і знос дизеля в маневровому режимі роботи. Поставлена задача вирішується тим, що в системі керування дизель-генераторною установкою тепловоза, яка містить пульт машиніста, електричний реверсивний сервопривід, що з'єднаний з пультом машиніста з можливістю безпосереднього керування напрямком обертання сервопривода, і всережимний регулятор обертів дизеля з безперервним задаючим кулачком, що закріплений на валу сервопривода, відповідно до корисної моделі, система містить блок дискретних резисторів, який включений в ланцюг обмотки збудження генератора за допомогою пристрою комутації резисторів з можливістю дискретної зміни загального опору ланцюга обмотки збудження відповідно до змін обертів дизеля, при цьому зазначений пристрій виконаний в вигляді контактної щітки, що закріплена на валу сервопривода з можливістю спільного обертання з кулачком всережимного регулятора обертів, та нерухомих контактів, які рівномірно розташовані навколо вала сервопривода з можливістю почергової взаємодії з контактною щіткою в процесі її обертання і з'єднані з відповідними резисторами блока дискретних резисторів. Перераховані ознаки складають сутність корисної моделі. Доцільно, з конструктивних міркувань контактну щітку виконати в вигляді раді-ально закріпленого на валу сервопривода стержня, на вільному кінці якого встановити підпружинений вугільно-графітовий струмознімач, а нерухомі контакти рівномірно розмістити на внутрішній поверхні кільця, яке розташувати концентричне з валом сервопривода. Дискретні резистори можуть бути з'єднані в послідовний ланцюг, при цьому початок зазначеного ланцюга резисторів та контактну щітку необхідно підключити в розрив ланцюга обмотки збудження, а вузли послідового з'єднання дискретних резисторів почергово з'єднати з нерухомими контактами. Розмір струмознімача контактної щітки в напрямку її переміщення повинен перевищувати відстань між сусідніми нерухомими контактами для попередження розриву електричного ланцюга обмотки збудження при переміщенні контактної щітки відносно нерухомих контактів. Суттєві ознаки корисної моделі знаходяться в причинно-наслідковому зв'язку з технічним результатом, що досягається. Так, відмітні ознаки корисної моделі (система містить блок дискретних резисторів, який включений в ланцюг обмотки збудження генератора за допомогою пристрою комутації резисторів з можливістю дискретної зміни загального опору ланцюга обмотки збудження відповідно до змін обертів дизеля, при цьому зазначений пристрій виконаний в вигляді контактної щітки, що закріплена на валу сервопривода з можливістю спільного обертання з кулачком всережимного регулятора обертів, та нерухомих контактів, які рівномірно розташовані навколо вала сервопривода з можливістю почергово'!' взаємодії з кон 50972 6 тактною щіткою в процесі її обертання і з'єднані з відповідними резисторами блока дискретних резисторів), разом з істотним ознаками, спільними з найближчим аналогом, забезпечують безперервне і адаптивне узгодження потужностей дизеля і тягового генератора при зміні потужності дизеля на практично скільки завгодно малу величину (безперервний режим керування), що знижує витрати палива і знос дизеля в маневровому режимі роботи. Пояснюється це наступним. Включення в систему безперервного керування дизель-генераторною установкою тепловоза засобів керування струмом збудження тягового генератора, що зв'язані з засобами керування потужністю дизеля (включення в ланцюг обмотки збудження генератора дискретних резисторів з можливістю зміни загального опору ланцюга обмотки збудження за допомогою пристрою комутації резисторів, який виконаний в вигляді контактної щітки, що закріплена на валу сервопривода задаючого кулачка всережимного регулятора обертів дизеля з можливістю спільного обертання з задаючим кулачком, та нерухомих контактів, що рівномірно розташовані навколо вала сервопривода з можливістю почергово'!' взаємодії з контактною щіткою в процесі її обертання і з'єднані з відповідними дискретними резисторами) дає можливість управляти полем збудження тягового генератора по заданому алгоритму в залежності від зміни потужності дизеля і тим самим забезпечити безперервне і адаптивне узгодження потужностей дизеля і тягового генератора, що особливо важливо в маневровому режимі роботи тепловоза. При достатній кількості дискретних резисторів керування полем збудження тягового генератора можна вважати квазібезперервним і з необхідною точністю узгоджувати потужність генератора з потужністю дизеля. Експлуатаційні характеристики маневрового тепловоза, наприклад тепловоза серійного ЧМЭ-3, істотно підвищуються без виконання дорогих і складних доробок. Нижче приводиться докладний опис системи керування дизель-генераторною установкою тепловоза, що заявляється, з посиланнями на креслення, на яких показано: Фіг. 1 - Система керування дизельгенераторною установкою тепловоза, загальна схема системи. Фіг. 2 - Система керування дизельгенераторною установкою тепловоза, схема пристрою комутації резисторів. Фіг. 3-5 - Система керування дизельгенераторною установкою тепловоза, пристрій комутації резисторів R1-R8 в різних положеннях контактної щітки. Система керування дизель-генераторною установкою тепловоза включає послідовно з'єднані пульт машиніста 1, електричний реверсивний сервопривід 2 і всережимний регулятор обертів 3 з безперервним кулачком 4, що закріплений на валу 5 сервопривода 2. Кулачок 4 всережимного регулятора обертів 3 виконаний безперервним, а пульт машиніста 1 виконаний з можливістю безпосереднього керування напрямком обертання сервопри 7 вода 2. Пульт машиніста 1 виконаний з органом включення прямого або зворотного напрямку обертання електричного сервопривода 2 у вигляді двох кнопок 6, 7 позначеними „+", „ -". Система також містить блок 8 дискретних резисторів R1-R8, який включений в ланцюг обмотки збудження 9 генератора з джерелом струму 10 за допомогою пристрою комутації резисторів R1-R8 з можливістю дискретної зміни загального опору ланцюга обмотки збудження 9 відповідно до змін обертів дизеля (фіг. 1). Пристрій комутації резисторів R1-R8 виконаний в вигляді контактної щітки 11, що закріплена на валу 5 сервопривода 2 з можливістю спільного з кулачком 4 обертання, та нерухомих контактів К1-К8, що рівномірно розташовані навколо вала 5 сервопривода 2 з можливістю почергової взаємодії з контактною щіткою 11 в процесі її обертання і з'єднані 17 з відповідними резисторами R1-R8 блока 8 дискретних резисторів R1-R8. Контактна щітка 11 виконана в вигляді радіальне закріпленого на валу 5 сервопривода 2 стержня 12, на вільному кінці якого встановлений підпружинений вугільно-графітовий струмознімач 13, а нерухомі контакти К1-К8 рівномірно розміщені на внутрішній поверхні кільця 14, що розташоване концентричне з валом 5 сервопривода 2. Розмір струмознімача 13 в напрямку переміщення контактної щітки 11 перевищує відстань між сусідніми нерухомими контактами К1К8 (фіг. 2). Таке виконання струмознімача 13 попереджує розрив ланцюга обмотки збудження 9 генератора при переміщенні контактної щітки 11. Дискретні резистори R1-R8 з'єднані в послідовний ланцюг. Початок 14 зазначеного ланцюга та контактна щітка 10 підключені в розрив 15 ланцюга обмотки збудження 9, а вузли 16 послідового з'єднання дискретних резисторів R1R8 почергово з'єднані з нерухомими контактами К1-К8 (фіг. 2). Система керування дизель-генераторною установкою тепловоза працює наступним чином. Машиніст за допомогою пульта 1 управляє електричним реверсивним сервоприводом 2, на валу 5 якого закріплений безперервний кулачок 4 всережимного регулятор обертів 3 важіль і 11 з струмознімачем 12 контактної щітки. У залежності 50972 8 від кутового положення безперервного кулачка 4, всережимний регулятор обертів 3 задає число обертів дизеля, необхідне для одержання потужності, що відповідає заданому режимові руху. Якщо машиністу необхідно збільшити або зменшити цю потужність він натискає, відповідно, кнопку "+" або "-" на пульті 1. Електродвигун сервопривода 2 починає обертатися і повертати безперервний кулачок 4 в відповідному напрямку, що приводить до зміни обертів і потужності дизеля. При обертанні валу 5 сервопривода 2 важіль 11 з струмознімачем 12 обертається спільно з кулачком 4, що приводить до одночасної зміни завдання всережим-ному регулятору обертів 3 і переміщенню струмознімача 12 відносно нерухомих контактів К1-К8, унаслідок чого в ланцюг обмотки збудження 9 включається різне число дискретних резисторів R1-R8. Опір в ланцюзі обмотки збудження 9 і, відповідно, струм збудження, будуть погоджено змінюватися разом із зміною завдання всережимному регулятору оборотів 3. На фіг. 3-5 показано пристрій комутації резисторів R1R8 в різних положеннях контактної щітки 10. На фіг. З в ланцюг обмотки збудження 9 включені дискретні резистори R1-R2, на фіг. 4 - R1-R5, на фіг. 5 - R1-R7. Таким чином забезпечується безперервне і адаптивне узгодження потужностей дизеля і тягового генератора в безперервному режимі керування потужністю, що знижує витрати палива і знос дизеля в маневровому режимі роботи. Даний варіант реалізації системи керування дизель-генераторною установкою тепловоза є тільки окремим прикладом з використанням тільки восьми дискретних резисторів R1-R8. Зміна струму збудження тягового генератора при повороті безперервного кулачка 4 здійснюється дискретно, за рахунок ковзання контактної щітки 10 по нерухомим контактам К1-К8, зв'язаних з послідовно з'єднаними резисторами R1-R8, що включені в ланцюг обмотки збудження 9 тягового генератора. Число дискретних резисторів може бути збільшено до величини, при якій регулювання струму збудження тягового генератора можна було б вважати квазібезперервним і з необхідною точністю узгоджувати потужність генератора з потужністю дизеля. 9 50972 10 11 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 50972 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601