автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматическая система исключения столкновения поездов рудничного электровозного транспорта



на правах рукописи

ДАКОТА ОЛЬГА БОРИСОВНА

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ИСКЛЮЧЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЯ

ПОЕЗДОВ РУДНИЧНОГО ЭЛЕКТРОВОЗНОГО ТРАНСПОРТА

Специальность 05.13.07 - "Ав-оматизации технологических процессов и производств в горной промышленности"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 199С

Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель:

доктор технических наук, пройзссор КОРДАКОВ ВАЛЕРИЙ НИКОЛАЕВИЧ.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук ЗАПАД ИНСКР1Й АЛЕКСЕЙ ЛЕОНИДОВИЧ

кандидат технических наук, доцент ГРИНБЕРГ ЯНКЕЛЬ ПИНХОСОВИЧ

Ведущее предприятие:

институт ГИПРОНИКЕЛЬ

Защита диссертации состоится 7 О час^Умин. на заседании диссертационного совета К.063.15.04.

1996 г. в

в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по. адресу: 199026, Санкт-Петербург, В.О., 21 линия, д.2, ауд. №

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан "ЯО" е-и&с/ 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

бЖанискин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Акту?шыгость_Еаботьт

Рудничный электровозный транспорт является одним из звеньев технологического процесса по добыче полезного ископаемого. Ритмичность движения, безаварийная и безопасная его работа оказывает влияние на технико-экономические показатели подземной добычи горной массы.

Важной народнохозяйственной задачей является совершенствование рудничного электровозного транспорта на основе его автоматизации. Повышение уровня безопасности движения поездов - есть главный вопрос при создании систем автоматизации.

Безопасность на рудничном электровозном транспорте, срок службы электромеханического оборудования во многом определяются опытом машиниста.

На основании анализа, проведенного Всесоюзным научно-исследовательским институтом безопасности труда в горнорудной промышленности, травматизм на электровозном транспорте достигает 40% от общего травматизма на горном предприятии. Эксплуатируемые в настоящее время системы сигнализации, централизации и блокировки не позволяют полностью предотвратить аварийные ситуации, возникающие при работе электровозного транспорта, поскольку конечная функция - останов поезда, возложена на машиниста.

Светофорная сигнализация, предназначенная для предупреждение возможности столкновения следующих друг за другом поездов и рассчитанная на реакцию машинистов, не обеспечивает в должной мере безопасность движения. Это ведет к увеличению числа столкновении поездов и нарушению ритмичности движения электровозного транспорта.

Автоматические системы исключения столкновения иоездов железнодорожного транспорта и метрополитена не могут быть использованы, поскольку в их основу положено применение рельсовых цепей, которые не позволяют фиксировать местонахождение поезда п различных точках блок-участка транспортной сети и не могут быть попользованы из-за обводненности рельсов.

С учетом специфики эксплуатации рудничного электровозного транспорта актуальной задачей является разработка автоматической системы обеспечения безопасности движения, основанной на контроле местонахождения поездов на откаточном горизонте и исключении возможности их столкновения независимо от реакции машиниста на дорожную ситуацию.

Диссертационная работа выполнялась' на кафедре автоматизации производственных процессов Санкт-Петербургского государственного горного института- (технического университета)

им.Г.В.Плеханова в соответствии с координационными планами научно-технических работ МЦМ СССР.

Работа связана с госбюджетной НИР 6.30.045 1991-1995гг. "Разработка принципов построения, методов расчета технических средств интегральных автоматизированных систем управления технологическими процессами (ИАСУТП) горно-обогатительного производства".

Цель и задачи исследований

Цель работы - разработка автоматической системы исключения столкновения поездов (АСИС) рудничного электровозного транспорта, обеспечивающей безостановочное, безопасное их движение при минимизации приведенных затрат.

Для реализации поставленной цели решены следующие задачи:

• технологически и структурно обоснован компонентный состав автоматической системы исключения столкновения поездов, параметров и характеристик входящих в нее подсистем;

• выявлена зависимость между параметрами системы и технологическими характеристиками движения поездов;

• разработана методика определения параметров подсистемы автоматической блокировки блок-участков секционированной транспортной сети, учитывающей специфические условия движения поездов;

• установлены закономерности между параметрами режима автоматического электродинамического торможения электровоза и системой с учетом особенностей реализации тормозного усилия в рудничных условиях;

• разработана методика расчета параметров подсистемы автоматического электродинамического торможения;

• разработаны схемные реализации устройств подсистем АСИС.

Идея работы заключается в комплексном использовании секционированной транспортной сети, систем автоматической блокировки блок-участков и автоматического торможения поезда, учитывающих технологические особенности рудничного электровозного транспорта, а также выполнение требований безоста-новочности и безопасности движения поездов при минимуме приведенных затрат.

Методы проведения исследований

Использованы: методы математического моделирования, аналитические методы решения линейных и нелинейных уравнений, моделирование исследуемых процессов и решение поставленных задач с использованием электронно-вычислительной техники, методы обработки экспериментальных данных.

учная новизна работы: о предложен комплексный критерий оптимизации параметров АС! 1С, учитывающий изменение кинетической энергии при движения поезда по рельсовым путям с переменным уклоном: » разработана математическая модель движения поезда по транспорт но и сети откаточного горизонта с переменным уклоном на основе комплексного критерия; ® разработана математическая модель работы привода электрово-сг, г р?;:сг::,:е автоматического электродинамического торможения, учитывающая изменение коэффициента сцепления колес электровоза с рельсами;

• установлена зависимость между коэффициентом тормозного пути и величиной участка безопасности автоматизированной секционированной контактной сети.

Научные результаты, изложенные в диссертации, основаны на материалах исследований, проведенных лично автором.

ОПоснонаитгость научных положений базируется на применении известных положений теории электрической тяги, автоматического управления, методов математического моделирования.

Достоверность результатов подтверждается адекватностью разработанных математических моделей и полученных экспериментальных данных, положительным опытом эксплуатации подсистем и системы в целом.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

• разработаны: методика расчета АСИС, которая позволяет определить оптимальные параметры системы стабилизации скорости движения электровоза и устройств блокировки блок-участков; методика определения настраиваемых параметров автоматической системы электродинамического торможения, учитывающая специфические условия реализации сцепления колес руднпчного электровоза с рельсами и ограничения, накладываемые АСИС;

• предложены схемные решения устройств подсистемы автоматической блокировки блок-участков н системы автоматического торможения, разработанные на уровне изобретений;

Реализация выводов и рекомендаций работы

Обоснована и реализована схема секционирования транспортной сети откаточного горизонта рудника "Молибден" Тыр-ныаузского ВМК с расположенными на ней элементами АСИС. На рудничных электровозах установлена система автоматического электропневматического торможения.

Технические предложения и расчетные параметры АСИС для рудника Алтын-Топкан внедрены в проект АСУТП Алмалыкского ГМК институтом Средазнппроцветмет (г.Ташкепт).

Внедрение АСИС на руднике "Молибден" позволило:

• обеспечить ритмичность и повысить уровень беропасностп движения рудничного электровозного транспорта;

• уменьшить число выходов из строя электромеханического оборудования подвижного состава;

• снизить затраты энергии на пуск привода электровоза в течение периода его работы.

Фактический экономический эффект от внедрения результатов работы составил 169,675 млн.руб (в ценах 1994 г.).

• На защиту выносятся:

• Комплексный критерий оптимизации параметров автоматической системы исключения столкновения поездов.

• Математическая модель движения поезда, учитывающая выявленную зависимость расстояния между поездами от рассогласования пх скоростей движения; математическая модель работы приводка электровоза в режиме автоматического электродинамического торможения (АЭДТ).

Апробаппя

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на совместном заседании институтов Гппронпкель, Кавказгппроцветмет и ВПО Союзвольфрам (г.Тырныауз, 1985); на конференциях и семинарах ученых кафедры автоматизации производственных процессов СПГТИ (1992-1995гг.); на XI Международной конференции "Автоматизация в горном деле" (г.Екатерпнбург, 1992г.); на межкафедральных научных семинарах горно-электромеханического факультета СПГТИ.

Публикации

Основные результаты работы опубликованы в 16 печатных работах; в том числе 5 авторских свидетельств.

Структура и объем работы

Диссертационная работа представлена на 180 страницах, содержит 27 рисунков, 10 таблиц, список использованной литературы из 53 наименовании и приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вопросами теоретических и экспериментальных исследований в области совершенствования рудничного электровозного транспорта уделялось п уделяется значительное внимание. Это отражено в работах известных ученых: Шклярского Ф.Н., Bö-лотковского С.А., Новикова Е.Е., Ренгевпча A.A., Ппвнякя Г.Г., •Зяпядинсхого А.Л., Шуцкого В.И.

Существенный вклад в решение задач автоматизации рудничного электровозного транспорта внесли ученые: Бунько В.А., Рысьев A.B., Беловидов Б.С., Живов Л.Г., Кордаков В.Н., Гузов З.С.

Созданы технические средства автоматизации, обеспечивающие управление аппаратурой сигнализации и блокировки, приводом электровоза п стрелочными переводами из кабины машиниста. Разработана аппаратура, предусматривающая централизованное автоматизированное задание маршрутов следования поездов и контроль их выполнения; аппаратура дистанционного управления электровозом в период погрузочных п разгрузочных работ.

Однако не решен ряд задач по повышению уровня безопасности движения, учитывающих специфику эксплуатации рудничного электровозного транспорта.

Обзор существующих систем повышения безопасности движения поездов показал, что эффективная работа автоматических систем светофорной сигнализации определяется реакцией машиниста и не исключает его ошибочных действий. Известные принципы расчета светофорной сигнализации, параметров контроля« руемых блок-участков транспортной сети не учитывают рассогласование скоростей движения поездов,' их загрузку, а также особенности работы устройств сигнализации, основанных на точечных методах.

На основе анализа современного состояния рудюганого электровозного транспорта и тенденций его развития обоснована

необходимость разработки принципов построения и методов расчета автоматической системы повышения уровня безопасности движения, обеспечивающей исключение столкновение поездов независимо от реакции машиниста на дорожную ситуацию.

Обоснованы цель и задачи диссертационных исследований.

В рамках решения указанных выше задач защищаются положения, выдвинутые автором.

ПАРАМЕТРЫ, КЛАССИФИКАЦИЯ, СТРУКТУРНЫЙ СОСТАВ И ВЗАИМОСВЯЗИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ АВТОМАТИЧЕСКУЮ

СИСТЕМУ ИСКЛЮЧЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЯ ПОЕЗДОВ

Разработанная автоматическая система исключения столкновения поездов (АСИС) учитывает технологические особенности,' условия эксплуатации рудничного электровозного транспорта и предусматривает выполнение следующих требований:

1. Контроль и обеспечение безопасного расстояния между поездами, следующими друг за другом по путям главного откаточного горизонта.

2.Создание условий для организации безостановочного движения поездов от начального до конечного пунктов.

3.Реализацию автоматического торможения электровоза при на. рушении допустимого расстояния между поездами.

Принцип построения АСИС основан на точечном методе контроля местонахождения поездов и разбиении транспортной | сети главного откаточного горизонта на блок-участки безопасности. Между движущимися поездами обеспечивается безопасное расстояние.

Разработана структурная схема АСИС, представленная на рис. 1. Основными составляющими системы являются: подсистема автоматической блокировки блок-участков транспортной сети (ПАБ); подсистема передачи, обработки данных и диспетчерского управления (ПОД); подсистема автоматического торможения поезда (ПАТ). Наиболее подробно разработаны подсистемы ПАБ и ПАТ.

Функциональная схема, соответствующая структурной, приведена на рис, 2. Подсистема автоматической блокировки предназначена: для контроля местонахождения поездов на транспортной сети, осуществляемого путевыми датчиками точечного действия; для коммутации секций безопасности блок-участков, осуществляемой управляемыми выключателями. Для рудничного контактного электровозного транспорта целесообразно применение изолированных секций контактной сети.

Подсистема диспетчерского управления построена по общеизвестным принципам, содержит логическое устройство, реализующее алгоритм функционирования подсистемы ПАБ.

Подсистема ПАТ расположена на электровозе и управляется по сигналу подсистемы ПАБ. При срабатывании подсистемы ПАТ реализуется режим автоматического электродинамического торможения с последующим переходом к пневмомеханическому

Рас.

1.

Структурная схема автоматической системы исключения столкновения рудничных поездов

ПА5 , ПОД

Рис. 2. Функциональная схема АСИС

торможению. Поезд останавливается, не выезжая на занятую изолированную секцию транспортной сети.

Разработано несколько вариантов схем подсистемы ПАБ, отличающихся логикой функционирования, количеством и расстановкой путевых датчиков контроля местонахождения поездов. Схемные решения подсистемы ПАБ защищены авторскими свидетельствами. В диссертационной работе представлена классифи-кадия типов схем ПАБ. которая позволяет определить коэффи-пийнт р схемы секционирования, оценивающий ее функциональные возможности; математическое описание логики срабатывания элементов; места расположения датчиков на блок-участках. Классификация типов схем подсистемы ПАБ выполнена по критерию пропускной способности и минимума приведенных затрат на оборудование транспортной сети устройствами автоматической блокировки. Основным параметром, характеризующим тип схемы подсистемы ПАБ является величина блок-участка - А1б, fcaK, для различных схем имеем:

Д1б1 = 21п + 21т + ]„i - схема ПАБ1;

д1б2 = 21п + 21т + 21г2 - схема ПАБГ; (1)

Л1б3 = 31„ + 21т + 21г3 - схема ПАБШ.

где: 1П - длина поезда;

1Т - длина тормозного пути; 1г1, 1|,2, 1гз - гарантированное расстояние между поездами.

Критерием обеспечения безопасного, безостановочного движения поездов при выполнении требований по заданной производительности электровозного транспорта является следующее выражение: " , ,

Л1Г ¿ AU, ' (2)

где: Л1т - технологическое расстояние между поездами.

При нарушении допустимого расстояния между поездами., . то есть при невыполнении условия (2), происходит срабатывание АСИС, чем обеспечивается исключение столкновения следующих друг за другом поездов в случае возможности возникновения аварийной ситуации.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОДСИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ БЛОКИРОВКИ БЛОК-УЧАСТКОВ СЕКЦИОНИРОВАННОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ

Разработана методика расчета параметров подсистемы автоматической блокировки блок-участков секционированной транспортной сети, основанная на выявленной зависимости расстояния между поездами от рассогласования их скоростей движения по откаточтюму горизокту, имеющему выдержашшш уклон.

На величину изменения скоростей движения поездов оказывают существенное влияние следующие факторы: жесткость скоростных характеристик привода электровоза, степень загрузки поезда, профиль пути, величина изменения основного удельного сопротивления движению.

При выдержанном уклоне пути величина рассогласования скоростей следующих друг оа другом поездов будет постоянной и определяется из выражения:

AV'p = (V2p-Vlp)Vlp-i, (3)

где: Vip,V2p - соответственно скорости впереди идущего и последующего поездов.

Значение величины рассогласования скоростей движения поездов должно удовлетворить следующему условию:

ДУр£ДУбтах, (4)

где: ДУб тах - величина максимально допустимого рассогласования скоростей движения поездов, обусловленного применением подсистемы ПАВ.

Выражение (4) является критерием безопасного безостановочного движения поездов рудничного электровозного транспорта по откаточному горизонту, имеющему выдержанный уклон пути при AV'p = const с учетом применения подсистемы ПАЕ.

С целью ограничения величины рассогласования скоростей . движения вводится отрицательная обратная связь по скорости. Используются известные способы построения системы стабилизации скорости.

Разработана методика, позволяющая определить параметры системы стабилизации скорости электровоза, расчетную величину рассогласования скоростей движения поездов; выполнить выбор подсистемы автоматической блокировки для заданных условий транспонирования горной массы при выдержанном уклоне пути.

С учетом факторов, влияющих на величину рассогласования скоростей движения, а также принятых ограничений, на основе предложенной методики автором разработан алгоритм определения расстояния между поездами и выбора типа подсистемы ПАБ. Данные, полученные в результате решения по указанному алгоритму, являются исходными для определения параметров блок-участков секционированной транспортной сети. Основными параметрами блок-участков являются: Д1к - длина блок-участка, характеризующая расстояние между точками контроля местонахождения поездов; 1гр - гарантированная длина блок-участка, соответствующая гарантированному расстоянию между поездами. Эти величины определяются из выражений:

. к AV;+I

]

AIN-L^AV; (p, + 2)1 ц + 21.

(С)

" {av,; +i)(p2 +i) p2+i

где: AKy - начальное расстояние между поездами (М\- < А1Т);

Lk.l - пут:,, пройденный вслед идущим поездом;

pl> Р2 " козОфпцпекты схемы секционирования, соответствующие пгтбрпиному типу подсистемы ПЛБ, причом pi --- т>» = о (паб1); pj = 0, р, = 1 (пабп); р, - 1, р.. = i (паб1п).

Количество блок-участков, на которые необходимо разбить транспортную сеть:

В - Lnk^V'p + l)-/MN~i (7)

где: - расстояние, проходимое поездом от начального N до конечного К пункта. Уменьшение величины рассогласования скоростей движения поездов позволит снизить число блок-участков секционированной транспортной сети, а следовательно - затраты на создание АСИС. Блок-схема алгоритма определения основных параметров АСИС приведена на рис. 3,

Tin г-, «которых горных предприятиях выработки проходят по залегачтло рудтхго тела, в склсп с чем откаточные пути имеют перемеикый уклон. ТЗ дцшилх условиях транспортирования горной массы еолт;*1г;:л рассогласования скоростей движущихся друг за другом ксо;»;.ов яилкетея переменной, поскольку при уклоне i = var имеам AV --= var.

3 настоящей работе аптором предлагается комплексный критерии определения параметров системы АСИС, учитывающий изменение кинетической при двшясшп: поезда по путям

с переменным уклоном.

Критерием безопасного безостановочного движения поездов для рассматриваемых условий является выражение:

Д1„;(0 > Alplj(t) > Л1б lnin, (ß>

где: AiTij(l) - технологическое расстояние между поездами с учетом выполнения требований безопасности движения поездов по условию торможения поезда на j-ом участке лутп Lj с i-ым уклоном, соответствующим i = f(Lj);

Alpij(t) - расчетное расстояние между поездами на рассматриваемом участке пути за определенный промежуток времени t;

Al6 mill - минимальное расстояние между контрольными точками участка пути, оборудованного подсистемой ПАБ при р=р1=р2=0-Разработана математическая модель движения поезда с учетом комплексного критерия (8), позволяющая определить расстояние между поездами при движении по транспортным путям с

Рис. 3. Блок-схема алгоритма определения параметров автоматической системы исключения столкновения рудничных поездов

переменным уклоном. Для указанных условий расстояние меэтду" двумя однотипными поездами при работе щгпводов в .тоас упругого скольжения определяется на основании решения системы уравнений: х

м

1,2

dt

_ тр -V ш * - * *У 1.2 >

' 1,2

Щ,2 - К'Л„1.2^дДк(Дк± ЛДк)-1-аге1е(М1,1,,); =» (и - Ки1я:,2)(Дк ± ДДк)1К1'Дкагс1ё(М'1я1>2)]-^

и = ид-Кв[1 + соэ(а-и„ + Ь'К,л„У)Т;

5,^1.2 - + <н до£| ,гж(й0 ± дсоо1,2) ± мьт,о)1; Мх>2 = 1075(Р + Q± ЛЯ1г2);

I

О

г

) О)

ДК

[У,сН;

мг = й,6.ю:цс-^)(кп-0,!)1 = д^,; Д1Р(+0 - М« - Ь2(Ц,

)

где - приведенные массы первого п второго поезда, кг;

У1>2 - скорости движения первого и второго поезда, м/с1;

—^1,2 " сопротивление движению первого и второго поездов, ч.

1я12 - токи тяговых двигателей первого и второго электровозов, А;

Д1(, ДЦК - диаметр и изменение диаметра ведущих колес элек- • тровоза, м;

и - напряжение, подаваемое на двигателя электровоза, В; ид - величина действующего напряжения сети переменного тока, В;

^1,2 - тяговое усилие, развиваемое соответственно первым

и вторым электровозами, К; К„ - коэффициент схемы выпрямления, зависящий от

схемы выпрямителя; а - угол отпирания тиристоров, определяемый парамет-. рами системы управления тирпсторными преобразователями, а е [0; к], рад; иа - задающее напряжение системы стабилизации скорос-, ти, В; -

а - передаточный коэффициент системы управления, рад-В"1;

в - передаточный коэффициент системы управления, рад-с-м"1;

Кос - коэффициент обратной связи системы стабилизации электровоза;

Р, <3 - массы электровоза и прицепной части поезда, т; ДС}1,2 - приращение массы прицепной части поезда, т;

со0 - основное удельное сопротивление движению ваго-етки, Н-кН"1;

Дш0 - допустимое изменение основного удельного сопротивления движению, Н-кН"1; 1 - уклон пути, %о', ЪгС'Ь) - пути, проходимые поездами за определенный промежуток времени, м;

Ь^к" расстояние от начального до конечного пункта рассматриваемого участка пути, м; ■ - начальное расстояние между поездами, м;

ДЬ, - интервал времени движения между поездами (расчетная величина интервала времени между поездами, используемая для определения параметров участков безопасности подсистемы автоматической блокировки), с;

Ос - вместимость поезда, м3;

- часовая производительность рудничного электровозного транспорта, м3-ч-1;

Кн - коэффициент неравномерности грузопотока;

- расчетное значение коэффициента кратности интервала времени для рассматриваемого участка пути;

Д1р(1) - текущее значение расстояния между поездами для рассматриваемого участка пути, м; К]/, К2' М' - постоянные коэффициенты привода электровоза.

В системе уравнений (9) переменными величинами являются. ДЕ>К, Д<5, Доз0 и принимаются равными допустимым. Изменение уклона 1 = ЦЬр является величиной, заданной в соответствии с транспортной схемой откаточных путей главного горизонта. При этом имеем:

- для впереди идущего поезда ДQ^ = Д<Здоп, Дсо01 = Дюдоп, АОк1 — - ДЕ)К доп;

- для вслед идущего поезда ДQ2 = -Д<Эдоп; Д©02 = -Аш0 доп; • ДГ)к2 = +ДГ>кдоп.

Оценочной характеристикой критерия (8) безопасного безостановочного движения поездов является максимальное расстояние между поездами при изменяющемся уклоне пути и переменном коэффициенте системы стабилизации скорости электровоза.

На основе математического моделирования установлен оптимальный коэффициент Копт. обратной связи по скорости, при котором величина изолированной секции Д1опт, подсистемы ПАБ является наибольшей. Это обеспечивает наименьшее количество блок-участков, на которые необходимо разбить транспортную сеть для оборудования ее устройствами ПАБ, что удовлетворяет требованиям минимизации приведенных затрат на АСИС. Оптимальное значение коэффициента обратной связи системы стабилизации скорости изменяется в пределах 0,18 0,22.

Величина расчетного расстояния Д1ру является исходным параметром для выбора схемы подсистемы блокировки блок-участков.

В соответствии с выбранной схемой подсистемы ПАВ выполняется расчет параметров блок-участков транспортной сети. Для переменного профиля пути гарантированное расстояние между поездами:

1, - [Д1б - (р, + 2)1П - 21т](р2 + 1) 4 (10)

где: Д1б - Л!р опт; (рь р2) е [0; 1].

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАБОТЫ ПРИВОДА ЭЛЕКТРОВОЗА В РЕЖИМЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ

Подсистема автоматического торможения (ПАТ) электровоза, которая управляется по сигналу от подсистемы автоматической блокировки блок-участков транспортной сети, располагается на электровозе.

Автором разработана сх,ема автоматического переключения ступеней реостата электровоза для реализации режима электродинамического торможения (э.д.т.).

В настоящей работе предложен аналитической метод расчета параметров подсистемы автоматического торможения, позволяющий вычислить коэффициенты тормозного усилия и тормозного пути. Коэффициент тормозного усилия Кр характеризует уменьшение тормозного усилия в период реализации режима автоматического _ ступенчатого электродинамического торможения (АЭДТ). Увеличение пути торможения поезда при АЭДТ характеризуется коэффициентом тормозного пути - Кт. Выявлена зависимость между указанными коэффициентами, определяемая выражением:

„ 1 + К.Р

ар + Лир

где: Кч, - коэффициент пропорциональности;

КТ>1;КР<1.

Величину коэффициента Кг необходимо учитывать при определении скорости начала режима АЭДТ. Коэффициент Кх учитывается при расчете параметров блок-участков, то есть при определении протяженности секции безопасности схемы ПАБ.

Для исследования влияния изменения параметров схемы АЭДТ на режим торможения поезда разработана математическая модель, которая ддя }-ой ступени тормозных сопротивлений имеет вид:

<1У

\

М„

Е = 1я(Кя+ЫаКт)+Ь

v =! v - v у ю 'п * к

Гт - ктд-к2-1я-Ф ф

<а

К-аг^(М'1„) Е = К!ФУк Мп = 1075(Р + С}) ЕЧУ = ё(Р + <3)(со0 ± 1) V = «Ую) нтз- ~ ^С^т^)

(12)

где: - тормозное усилие, Н;

Нт; - сопротивление ¿-той ступени тормозного реостата, Ом;

Ь - индуктивность обмотки двигателя, Гн;

Ую - скорость колеса электровоза при юзе, м-с-1; УП) Ук - соответственно, скорость поезда в режиме торможения и скорость колеса электровоза, М'С"1;

- тормозной ток на .¡-той ступени регулирования режима АЭДТ, А;

^ - номер ступени тормозного сопротивления электровоза; т - количество ступеней регулирования режима АЭДТ;

- коэффициент сцепления колес электровоза с рельсами в режиме торможения;

^ - период торможения на З-ой ступени, с;

1ЭДТ - тормозной путь при реализации АЭДТ, м. .

Разработанная математическая модель характеризуется тем, что реализует новую совокупность известных уравнений с учетом зависимости величины коэффициента сцепления от скорости юза колес электровоза, а также изменение величины сопротивления ступеней тормозного реостата от тока торможенпя.

Исследование математической модели, проведенное с помощью аналогового моделирования, подтвердило правомерность аналитического метода расчета параметров режима АЭДТ и коэффициентов тормозного усилия и тормозного пути. Установлено, что при сравнении величин указанных коэффициентов, вычисленных для установившегося и динамического режимов АЭДТ, расхождение их значений составляет 7-10%, что является доступным для аналитических методов расчета.

Получены значения коэффициентов К, и Кр для типажного ряда электровозов: при коэффициентах сцсплеиия 4/5 — 0,07 и Ч/2 - 0,17 имеем Кг е [0,58 + 0,77]; Кт е [1,49 * 1,13].

Для проверки работоспособности автоматической системы торможения электровоза и возможности использования разработанной схемы автоматического электродинамического торможения для АСИС были проведены опытно-промышленные испытания в условиях рудника "Молибден" Тырныаузского ВМК, которые показали правильность принятых технических решений.

Схема устройства автоматического торможения электровоза, реализующего режим автоматического электродинамического торможения с последующим переходом к пневмомеханическому торможению, приведена па рис.4.

Принцип действия устройства основан на включении блока 4 электродинамического торможения выключателем 5 при снижении тока в датчике 2 ниже порогового значения.

Согласное включение катушек б и 9 управляемого механического тормоза позволяет исключить одновременное срабатывание электродинамического и механического торможений при токе в двигателе ниже порогового значения датчика тока 2. В качестве механического тормоза используется пневмомеханический тормоз выключающего типа, имеющий двухобмоточную катушку управления, воздействующий через пневмосистему на тормозные колодки электровоза.

Проведенные расчеты доказали эффективность применения методики в научно-исследовательских и проектных, работах, дозволяющей учесть технологические особенности и условия эксплуатации рудничного электровозного транспорта.

В настоящей работе автором предлагается применение разработанного алгоритма в качестве математического обеспечения расчета параметров подсистем автоматической блокировки блок-участков транспортной сети и автоматического торможения электровоза для условий рудника "Молибден" ТВМК и подземного рудника Алтыв-Топкан Алмалыкского ГМК.

Технические решения по реализации автоматической системы исключения столкновения поездов рудничного электровозного транспорта приняты в проекте института Гипроникель по созданию АСУ рудника "Молибден".

2,0

Рпс. 4. Схема устройства автоматического торможения электровоза

Результаты расчета параметров подсистемы автоматической блокировки блок-участков трапспортной сети учтены в техническом проекте института Средаошшропветмет для АСУТП рудника Алгын-Топкан, что подтверждено актом внедрения.

Для лрояеркя работоспособности разработанных теоретически х положений и правильности принятых технических решений проведена опытно-промышленная апробация АСИС на руднике "МотиОден".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ современного состояния развития автоматических систем исключения столкновения поездов и существующих методов расчета пх параметров показал, что в постановке задач отсутствует ряд важных факторов, влияющих на достоверность отражения технологических особенностей п условии эксплуатации рудничного электровозного транспорта.

В диссертации дано решение научной задачи, заключающей* ся в разработке принципов построения и метода расчета параметров автоматической системы исключения столкновения поездов, обеспечивающей повышение технико-экономических показателей рудничного электровозного транспорта.

Основные выводы диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана структура АСИС, отличающаяся наличием подсистемы автоматической блокировки (ПАБ) и подсистемы автоматического торможения (ПАТ), содержащих новые устройства блокировки блок-участков секционированной транспортной сетп и автоматического торможения электровоза; предложена классификация структурных схем ПАБ в соответствии с пропускной способностью, что позволяет определить количество необходимой аппаратуры (технических средств).

2. Разработана методика расчета и технические средства по реализации АСИС.

Методика расчета основана на выявленной зависимости расстояния между поездами от рассогласования пх скоростей движения и новой математической модели движения поездов по транспортным путям, имеющим переменный уклон. Данная методика позволяет определять параметры АСИС и оптимальный коэффициент обратной связи автоматической системы стабилизации скорости электровоза, учитывающий минимизацию приведенных затрат на применение ПАБ; при этом значение оптимального коэффициента обратпой связи по скорости изменяется в пределах 0,18 + 0,22.

Технические решения по реализации устройств блокировки блок-участков секционированной транспортной сети разработаны на уровне изобретений.

3. Разработана схема и методика расчета параметров подсистемы автоматического электродинамического . торможения (АЭДТ). Схемные решения отличаются новизной, что подтверждено авторскими свидетельствами.

Методика расчета параметров основана на математической модели движения поезда при реализации режима АЭДТ, предус- • матривающей учет зависимости изменения коэффициента сцепления от скорости юза колес электровоза и изменение величины сопротивления ступеней тормозного реостата от тормозного тока.

В результате исследования модели установлено, что для существующих рудничных электровозов величина коэффициента тормозного усилия изменяется в пределах 0,58 ч- 0,77, а соответствующий ему коэффициент тормозного пути изменяется в пределах 1,49 + 1,13, что необходимо учитывать при определении протяженности секции безопасности АСИС.

4. Осуществлена реализация технических предложений и методов расчета АСИС в проектной документации института Гп-проникель и института Средазнипроцветмет (г.Ташкент). Соответственно для рудника "Молибден" Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината и рудника Алтын-Топкан Алмалыкско-го горно-металлургического комбината.

5. Внедрение автоматической системы исключения столкновения поездов на руднике "Молибден" позволило получить фактический экономический эффект в размере 169,676 млн. руб. (в ценах 1994 г.), что подтверждено актом внедрения результатов диссертационной работы.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1.А,с. № 651987. Устройство для торможенпя тягового двигателя электровоза. / Лакота О.Б., Кордаков В.Н., Монанков С.Б. - Опубл. в Б.И., 1979, № 10.

2.A.c. № 653160. Устройство блокировка занятости блок-участков электрифицированных линий. / Лакота О.Б., Кордаков В.Н., Пантелеев A.C. и др. - Опубл. в Б.И., 1979, № 11.

3.А.с. № 821246. Контактная сеть для автоматизированной электровозной откатки. / Лакота О.Б., Кордаков В.Н., Пантелеев A.C. - Опубл. вБ.И., 1981, № 14.

4.A.C. Ка 935330. Устройство для торможения электровоза. / Лакота О.Б., Кордаков В.Н. - Опубл. в Б.И., 1982, № 22.

5.A.c. Кг 1172803. Устройство блокировки занятости блок-участков контактной сети. / Лакота О.Б., Кордаков В.Н. - Опубл. -в Б.И., 1985, N° 30.

6.Автоматизация электровозной откатки. / Кордаков В.Н., Лакота О.Б. - Сб. "Передовой опыт предприятий по механизации подземной добычи руды." - М., 1976.

7. Математическое моделирование движения поездов и экспериментальные исследования в производственных условиях. // Анискпн Б.Г., Кордаков В.Н., Лакота О.Б. - Сб. реф. НИР и ОКР, ВНТИ, Сер. 07 - М., 1977, №1.

8. Эффективность примменения систем автоматизации электровозной откатки / Лакота О.Б., Кордаков В.Н. - Деп. в ЦНИИЭНуголь, реф. опубл. в р.ж. "Горное дело", №6, 1977.

9. Пути повышения безопасности эксплуатации автоматизированной электровозной откатки. / Лакота О.Б., Кордаков В.Н. -Б сб. Записки ЛГИ "Оптимизация электроснабжения горных предприятий и автоматизация электровозного транспорта", т.84

- Л., 1979.

10.Построение системы управления движением поездов. Разработка алгоритма управления движением поездов автоматизированной откатки / Кордаков В.Н., Каменев П.М., Лакота О.Б

- Сб. реф. НИР и ОКР, ВНТЦ. Сер. 07. - М., 1980, №12.

11.Пути обеспечения безопасности эксплуатации автоматизированной электровозной откатки. // Лакота О.Б., Кордаков ( В.Н. - Детг. в ЦКИИЭТЭИцветмет, реф. опубл. в указателе ВИНИТИ, №12, 1980.

12.Разработка блок-схем системы диспетчерского управления. / Кордаков В.Н., Лакота О.Б. и др. - Сб. реф. НИР и ОКР, ВНТЦ. Сер. 16. - М., 1981, № 21.

13.Исследование и разработка методов и средств автоматизации электровозной откатки рудника Алтын-Топкан Алма-лыкского ГМК. / Кордаков В.Н., Каменев П.М., Лакота О.Б., и др. - Сб. реф. НИР и ОКР, ВНТЦ. Сер. 16. - М., 1982, № 1.

14.Разработка схемы автоматического торможения электровоза при управляемом электроснабжении контактной сети подземного рудника Алтын-Топкан Алмалыкского ГМК. / Лакота О.Б., Кордаков В.Н. и др. - Сб. реф. НИР и ОКР, ВНТЦ. Сер. 15.

- М., 1985, № 15.

15.Автоматизированные системы исключения столкновения поездов рудничного электровозного транспорта. / Лакота О.Б„ Кордаков В.Н. - Известия ВУЗов. Горный журнал - М., 1992, №10.

16.Автоматизация рудничного электровозного транспорта. / Лакота О.Б., Кордаков В.Н, г Сб. Записки СПГГИ. СПб, 1995, т.1 (142).