Введение к работе
Актуальность. Железнодорожный транспорт является важнейшей отраслью народного хозяйства Российской Федерации, зпачение которой в условиях развитая рыночной экономики будет постоянно возрастать. В настоящее время железнодорожным транспортом России осуществляется свыше 50% грузовых и 40% пассажирских перевозок. В перспективе развития экономики страны будет возрастать грузооборот железных дорог.
В этой связи приобретает особое значение повышение скоростей движения и весовых норм поездов. Недалеко то время, когда пассажирские поезда будут перемещаться со скоростями 200-300 км/час. Повышение скоростей движения, увеличение массы поездов делают проблему повышения безопасности движения все более актуальной. В значительной мере безопасность движения на железнодорожном транспорте обеспечивается эффективностью и надежностью тормозных систем.
Большинство применяемых в настоящее время тормозов подвижного состава воздействует непосредственно на колеса. Важнейшим фактором, определяющим эффективность работы колодочлого, дискового и электрического тормозов, является ограниченность силы сцепления колеса с рельсом.
Для повышения эффективности тормозных систем необходимо применение новых видов тормозов, дополняющих традиционные и повышающих безопасность движения. Это является весьма актуальной задачей. Тормоза, непосредственно взаимодействующие с рельсами, способны повысить эффективность торможения и обеспечить повышение безопасности движения подвижно-, го состава железных дорог. К числу таких устройств относятся электромагнитные рельсовые тормоза, вихретоковые и мапшто-рельсовые тормоза.
В представленной диссертации предлагается использовать в качестве тормозного устройства шшенные электромагнитные модули (ЛЭМ). ЛЭМ могут применяться в качестве внхретоковых и электромагнитных рельсовых тормозов, а также - в качестве догружающих и дополнительных тяговых устройств. Эффективность дейстьля устройств с ЛЭМ связана с повышением сцепления колеса с рельсом, что улучшает работу и основной тормозной си-
стемы. Многофункциональность тормозных и догружающих устройств с линейными электромагнитными модулями, повышение эффективности торможения подвижного состава делает задачу их разработки и исследования все более актуальной.
Цель работы. Осноьной целью представленной работы является теоретические исследования и конструктивная разработка тормозных, догружающих и вспомогательных тяговых устройств подвижного состава железных дорог на базе ЛЭМ.
Для достижения указанной цели в диссертационной работе было необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать конструкции тормозных, догружающих и дополнительных тяговых устройствах подвижного состава на базе новых систем ЛЭМ.
-
Создать схему замещения ЛЭМ и методику определения ее параметров в стационарных и переходных режимах, влияющих на тормозпое и тяговое усилие.
-
Исследовать влияние вытеснения тока в пазу вторичного элемента ЛЭМ на его параметры и характеристики.
-
Исследовать распределение тока п рельсе при его взаимодействии с индуктором.
-
Установить соотношения, определяющие силовое взаимодействие между индуктором линейного электромагнитного модуля и рельсом.
-
Разработать методику расчета усилий притяжения между индуктором ЛЭМ и рельсом.
-
Создаїь методику проектирования линейного модуля.
8. Разработать'программное обеспечение для исследования и проектиро-
ваиия ЛЭМ.
Методы проведения исследований. Исследование процессов, протекающих при взаимодействии индуктора ЛЭМ с рельсом производилось'на базе уравнений Макснелла, решаемых методами математической физики. Рассмотрены н решены аналитическим путем ряд одно-.и двумерных пол ых задач. Разработаны математические модели ЛЭМ, на базе которых составлены программы для ЭВМ.
Оцепка достоверности полученных результатов производилось путем сопоставления результатов, полученных расчетным путем, с дашыми экспериментальных исследований, выполпеппых па физической модели ЛЭМ.
На защиту выносятся следующие научные результаты:
-
Методика определения параметров схемы замещения лннейпого электромагнитного модуля для тормозного и тягоного режимов работы.
-
Методика расчета тормозных, догружающих и тяговых устройств па базе ЛЭМ с учетом их копструктппных особенностей.
-
Алгоритмы расчета параметров вторичного элемента регулируемого лилейного электроиагпггшого модуля с учетом шлтесиешш тока п пазу, влияющего на тормозное и тяговое усилия.
-
Алгоритм расчета ттхревых токов в рельсе при взаимодействии его с индуктором ЛЭМ.
-
Метод расчета силового взаимодействия индуктора модуля и рельса с учетом толщинного эффекта.
-
Разработанные конструкции ЛЭМ, защищенные авторскими свидетельствами СССР и патентами Российской Федерации.
Научная новизна работы:
на основании созданной методики расчета установлены ьзанмоспязп между параметрами схемы замещения и конструктивными особенностями ЛЭМ;
аналитическим путем решены полевые задачи, позволившие определить маппгаше поле и пазу вторичного элемента регулируемого линейного модуля при частичном замыкают проводников стержня;
установлены закономерности изменения коэффициентов увеличения активного п уменьшения индуктивного сопротивлений стержня коротаозамкиу-той обмотки регулируемого ЛЭМ в зависимости от конструктивных особенностей модуля;
найдены взаимосвязи между конструктивными размерами индуктора модуля и распределением вихревых токов в рельсе, получены соотношения для расчета токов в рельсе;
-6.
- определены аналитические соотношения, устанавливающие глубину
проникновения вихревых гоков в рельс, показано, что эквивалентная толщіша
рельса резко возрастает при сильном его насыщении;
- получены соотношения, позволяющие рассчитывать тормозпое и тяго
вое усилие ЛЭМ с учетом глубины проішкновеїшя вихревых токов в рельс и
коэффициента силового взаимодействия.
Достоверность научных положений и выводов обосновала результатами теоретических и экспериментальных исследований, выполненных на действующих опытных образцах шшейных элсктромагштшх модулей.
Практическая пепность работы состоит:
в разработке методики проектирования ЛЭМ и црограммного ее обеспечения, позволяющего рассчитывать линейные модули и их характеристики;
в разработке методики расчета вихревых токов в рельсе с учетом глубины проникновения и программы расчеты на ЭВМ;
в создании метода расчета параметров обмотки вторичного элемента регулируемого ЛЭМ и программного обеспечения.
Реализация результатов работы. Разработанная методика проектирования ЛЭМ пришла к внедрению на Ростовском электровозоремоптпом заводе. Кроме того, результаты исследования используются в учебном процессе Ростовского государственного университета путей сообщения.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на научных конференциях преподавателей и сотрудников РГУПС в 1994,1995,1996 и 1997 годах, на научно-технической конференции с международным участием (г. Ульяновск, 1996), па заседаниях кафедры 'Электрические машины" в 1996 и 1997 годах, на Областной научно-технической конференции, посвященной 50-летию кафедры 'Электротехники и автоматики" Ростовского государственного строительного университета і 1997 г.
Публикации. По маїсриалам диссертации опубліковано 14 печзтиьи работ, в том числе получены 2 авторских свидетельства СССР и 4 патента Рос списков Федерации.
Сгоуктура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глап п заключения, изложенных па 111 стр., 53 рисунков, списка литературы, включающего 97 наименований, и приложений.
