Регулирование проскальзываний в контакте колесо - рельс моторных вагонов трамвая

Оригинал статьи: http://www.css-mps.ru/zdm/06-2001/01046-1.htm

Приведенные кривые отображают значительно бульшие значения крутящего момента, чем в случае вагона St13, так как момент передается от двигателя непосредственно на колесо без редуктора. Если максимальный крутящий момент в режиме тяги составляет 2400 Н·м, то в режиме торможения в случае опасности момент равен 4000 Н·м. Он действует во всем диапазоне скорости с 70 км/ч до остановки. Для этого требуются достаточно большие токи тяговых двигателей, которые значительно превышают допустимую нагрузку продолжительного режима, но предписываются правилами BOStrab для указанного режима торможения. Дополнительно на колесных парах поддерживающих тележек установлен дисковый тормоз, регулируемый защитой от юза и боксования, а на всех тележках вагона смонтирован магнитно-рельсовый.

При включении режима торможения в случае опасности вводится задаваемое значение замедления a_soll = 4,2 м/с². На увлажненных рельсах результирующий увеличенный тормозной момент ведет к началу процесса юза, но система регулирования проскальзываний блокирует его, задавая уменьшенный момент. В результате этого частота вращения колесной пары возвращается к величине, свойственной режиму движения с оптимальным проскальзыванием.

Сигнал скорости движения вагона получают из частоты вращения поддерживающей колесной пары. При торможении в случае опасности тормозятся также и эти колесные пары под контролем защиты от юза и боксования, причем в такой степени, чтобы, несмотря на максимальное задаваемое значение замедления, сигнал скорости вагона v_F мог ограничиваться высоким проскальзыванием всех поддерживающих колесных пар.

При торможении с высоким значением проскальзываний заторможенное колесо могло бы остановиться еще до того, как остановится вагон.

Специально для такого случая предусмотрена функция "Защита от блокирования колес", которая в момент t = 22,5 с кратковременно снижает на значительную величину тормозной момент.

В результате защита уменьшает проскальзывание перед остановкой вагона, как это видно из рис. 4.

Для моделирования экстремальной ситуации в процессе этих тормозных испытаний было блокировано автоматическое включение пескоподачи, обязательное в таких ситуациях. Несмотря на это, за период от начала торможения до остановки обеспечивалось замедление, равное 2,9 м/с², на рельсах, увлажненных мыльной эмульсией.

Двухсистемный моторный вагон GT8-100D/2S-M в Карлсруэ

Этот 8-осный вагон относится к четвертой серии двухсистемного подвижного состава транспортной компании VBK. В пределах города он получает питание от трамвайной контактной сети постоянного тока напряжением 750 В, а за его пределами на сети железных дорог Германии - от контактной сети напряжением 15 кВ, частотой 16 2/3 Гц. В этом случае промежуточное звено постоянного напряжения 750 В образуется с помощью главного трансформатора и выпрямителя.

Вагон оснащен четырьмя трехфазными асинхронными тяговыми двигателями, расположенными поперечно, тяговым преобразователем на транзисторах IGBT, передачей с полым валом и индивидуальным регулированием моторных осей. Моторная тележка вагона такая же, как у St13 в Дармштадте, но с более мощными тяговыми двигателями.

Опытные поездки поезда выполнялись на коротком участке в районе депо в сухую погоду при температуре воздуха 29  °C. На тележке вагона установили систему смачивания рельсов водно-мыльной эмульсией. Кривые, приведенные на рис. 5, показывают, что смачивание рельсов стало причиной значительного боксования и юза.

Рис. 1. Трогание и служебное торможение двухсистемного моторного вагона GT8-100D/2S-M, оснащенного системой регулирования проскальзываний RSR-N

Использовавшаяся в этих испытаниях система пескоподачи была отрегулирована таким образом, что в режиме тяги песок начинал подаваться в случае снижения силы тяги на 40 %. При торможении песочница автоматически включалась, если тормозная сила уменьшалась на 20 %. Следствием такого параметрирования системы пескоподачи было то, что во время фазы трогания она автоматически не включалась, как видно из рис. 5. В то же время вагон разгонялся со значительной пробоксовкой.

Для режима торможения, как указывалось, установлен более низкий порог включения пескоподачи. После срабатывания системы имеет место определенная задержка до того момента, когда песок попадет в контакт колесо - рельс. На рис. 5 видно, что это произошло в момент времени t = 16,3 с. Проскальзывание сразу уменьшилось, после чего система регулирования проскальзываний опять ввела полное задаваемое значение силы торможения. Автоматическая подача песка сначала прекратилась, пока через короткое время увеличенная тормозная сила не стала вновь действовать на увлажненном эмульсией пути. Повторная подача песка произошла в момент t = 20,3 с.

Режим работы с повторными включениями пескоподачи характерен для работы трамвая осенью во время листопада. В этой ситуации службы, эксплуатирующие путь и подвижной состав, должны находить компромисс между улучшением условий сцепления и повышенным расходом песка.

На рис. 6 для сравнения приведены кривые, характеризующие работу ранее использовавшейся защиты от юза и боксования типа GSS.

Рис. 2. Трогание и служебное торможение вагона GT8-100D/2S-M, оснащенного обычной системой защиты от юза и боксования GSS

Она не была встроена непосредственно в систему регулирования крутящего момента двигателей, а воздействовала на более высокий уровень управления вагоном. Система GSS снижает задаваемое значение крутящего момента пропорционально скорости проскальзывания, если в контакте колесо - рельс она достигла критической величины. Дополнительно контролируется ускорение колесной пары a_R. При достижении установленного предела также происходит снижение крутящего момента двигателя. Длительность цикла такого регулирования составляет 40 мс, т. е. на порядок больше, чем в системе регулирования проскальзываний.

Анализ кривых показывает, что система GSS работает надежно, но амплитуда колебания величин при регулировании слишком велика. На испытательном вагоне в Карлсруэ было проведено сравнительное определение тормозного пути при использовании систем RSR-N и GSS. Испытания проходили на указанном ранее участке с увлажнением рельсов и без подсыпки песка. Все 11 пробных торможений показали, что тормозной путь вагона, оснащенного системой регулирования проскальзываний RSR-N, на 11 % короче, чем в случае применения защиты от юза и боксования GSS.

H. J. Schwarz et al. Eisenbahntechnische Rundschau, 2000, N 10, S. 664 - 672.