Delist.ru

Выбор рациональной структуры, основных компонентов и систем управления электротрансмиссией гусенечных машин (23.03.2007)

Автор: Назаров Сергей Витальевич

1. Разработана комплексная методика оценки эффективности и выбора рациональной структуры ЭТ, позволяющая на основе набора частных показателей свойств электротрансмиссии для ГМ сформировать систему групповых частных показателей основных свойств ЭТ, дающая возможность оценить влияние структурной схемы ЭТ и применения электрических машин различного типа на общую эффективность электротрансмиссий.

2. Предложен комплекс уточненных моделей элементов ЭТ переменного тока, позволяющий построить обобщенную систему взаимосвязанных моделей ЭТ и исследовать динамические свойства вездехода во время работы в различных условиях при переменной нагрузке на ведущих колесах и изменении режимов работы ДВС.

3. Уточнена математическая модель ЭТ переменного тока на базе преобразователя со звеном постоянного тока и молекулярного накопителя энергии (МНЭ), позволяющая исследовать работу в различных режимах, рассчитывать основные динамические характеристики ЭТ и осуществлять выбор параметров основных компонентов ЭТ для использования в ГМ заданного класса при различных условиях нагружения.

На защиту выносятся:

-Результаты экспериментальных исследований физических моделей электроприводов с использованием МНЭ в цепи питания.

-Уточненная математическая модель ЭТ переменного тока на базе преобразователя со звеном постоянного тока и МНЭ.

-Комплекс законов управления для различных диапазонов частот питающего напряжения и соответствующая структурная схема системы управления ЭМТ.

-Обобщенная методика, позволяющая провести сравнительную оценку эффективности применения электротрансмиссий ГМ и произвести выбор рационального варианта структурной схемы и компонентов ЭТ.

-Технические предложения по структуре ЭМТ, типу и характеристикам основных компонентов электромеханической трансмиссии переменного тока.

Достоверность результатов подтверждается достаточной сходимостью экспериментальных данных и результатов моделирования, определением необходимого количества опытов на основе таблицы распределения Стьюдента, оценкой воспроизводимости результатов по однородности дисперсии по критерию Кохрена, определением параметров функции отклика в виде уравнения регрессии с помощью критерия Фишера.

Практическая значимость и реализация результатов заключается в том, что:

– разработана обобщенная методика, позволяющая провести сравнительную оценку эффективности применения электротрансмиссий ГМ и произвести выбор оптимального варианта структурной схемы и компонентов ЭТ, упростить решение задачи оценки эффективности по векторному показателю;

– уточнена математическая модель ЭТ переменного тока на базе преобразователя со звеном постоянного тока и МНЭ, позволяющая исследовать ее работу в различных режимах и обеспечить выбор исходных данных для исследования типа и оптимальных параметров основных компонентов ЭТ для использования их в ГМ заданного класса.

– предложена для заданного класса ГМ (до 40 т) оптимальная структура электромеханической трансмиссии с поперечным валом, одним центральным тяговым электродвигателем (ТЭД) и электродвигателем привода поворота малой мощности с «нулевым» валом, которая превосходит существующие проекты перспективных ЭТ классического типа по показателям удельного объема и массы, а также серийную ГМТ по надежности, технологичности производства и ремонта;

– применен в структуре электромеханической трансмиссии МНЭ, обеспечивающий эффективное использование мощности, рекуперируемой от основного ТЭД, при движении по инерции и торможении, уменьшающий значение обратных токов, габариты и мощность специальных рассеивающих сопротивлений, снижающий пульсации и уровень падения напряжения на общей шине постоянного тока при изменениях нагрузки;

– разработаны технические предложения и практические рекомендации по структуре ЭМТ, типу и характеристикам основных компонентов электромеханической трансмиссии переменного тока, которые могут быть использованы при создании перспективных электротрансмиссий современных ГМ.

Материалы диссертации используются в учебном процессе при чтении курсов лекций по электрическим машинам и электрооборудованию автомобилей в Московском автомобильно-дорожном институте (ГТУ).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались в 2004-2006 гг. на заседаниях кафедры «Электротехника и электрооборудование» МАДИ (ТУ).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 6 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 54 наименований. Работа выполнена на 167 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков и 20 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, формулируется цель исследования, приведена общая характеристика работы. Отмечается, что развитие средств, обеспечивающих транспортирование буровых установок при полном отсутствии дорог, в значительной степени влияет на динамику разведки газа и нефти в России. Актуальной задачей является перемещение монтажно-транспортных агрегатов типа МТА-40, для буксирования которых необходимо от 2 до 9 тракторов марки Т-100М в зависимости от условий и комплектации. При этом имеет место неравномерность работы тракторов, сложность управления и организации перевозки. Существенные ресурсы необходимы для обеспечения ГСМ и расходными материалами тракторов, а также для обеспечения жизнедеятельности дополнительных членов бригады, что в условиях длительной автономности приводит к значительному повышению затрат.

Уменьшение количества техники, находящейся на заповедной территории способно также существенно снизить негативное влияние результатов человеческой деятельности на девственную природу. Поэтому применение тягового средства, способного решать вопросы транспортировки агрегатов МТА-40, представляет значительный интерес.

В первой главе проведена оценка трансмиссий ГМ, их влияние на автоматизацию процессов управления и сформулированы требования к электротрансмиссиям, соблюдение которых необходимо обеспечить при выборе структуры, типов и характеристик основных компонентов ЭТ. При анализе и сравнительной оценке структур ЭТ вездеходов (применительно к гусеничной машине весовой категории 20-60 т) сделаны следующие основные выводы: для размещения ЭТ в гусеничной машине наиболее важной задачей является уменьшение её габаритов и массы; для уменьшения массогабаритных показателей необходимо применение быстроходных электрических машин; наиболее приемлемой является ЭМТ на переменном токе; для расширения скоростного диапазона необходима установка двухступенчатого редуктора.

Проведен обзор работ отечественных и зарубежных авторов, посвященных проблемам выбора структуры и систем управления электрических трансмиссий. В частности работы Богоявленского В.Н., Груздева Н.И., Ганнуса К.П., Степанова А.Д., Погарского Н.А., Ефремова И.С., Болдова Н.А., Андреева Ю.М., Иванченко П.И., Лебедева С.П., Ильинского А.Д., Бибикова В.И., Ждамирова А.Ф., Волкова В.Д. и др. Анализ работ показал, что в настоящее время недостаточно исследованы вопросы выбора рациональной структуры, типа и параметров основных компонентов ЭТ переменного тока с целью получения для заданного класса машин высоких тягово-скоростных, топливно-экономических и массогабаритных показателей. Вопросы оценки ЭТ по обобщенным показателям не нашли должного отражения в соответствующих исследованиях, а отдельные работы в этом направлении требуют развития, расширения границ области исследования и большей конкретизации. При оценке эффективности не используются их математические модели в целях выбора оптимальных исходных данных и обеспечения требуемых динамических характеристик проектируемых ЭТ.

Отсутствуют наработки по созданию и исследованию ЭТ для гусеничных машин, предназначенных к применению в специфических условиях тундры для обеспечения перемещения сверхтяжелых грузов.

Во второй главе приведена методика оценки вариантов электротрансмиссий и уточненная математическая модель ЭТ переменного тока на базе преобразователя со звеном постоянного тока и МНЭ.

С этой целью выделены три группы показателей ЭТ: показатели функционирования (тяговые, разгонные и тормозные характеристики объекта, достаточность мощности энергоустановки), показатели эксплуатационных свойств (надежности, времени восстановления работоспособного состояния и контролепригодности) и показатели конструктивного исполнения (удельный объем и масса, коэффициент компактности). Сформирована система приоритетов уровня значимости выделенных групп показателей и проведено их ранжирование.

При совершенствовании ЭТ вопрос обеспечения требуемых мощностных, тягово-скоростных характеристик и качества электрической энергии становится первостепенным, при определении значимости групп показателей приоритет отдан обобщенному показателю функционирования (Wф).

Показатели конструктивного исполнения (Wки) существенно влияют на выбор оптимального варианта ЭТ. На этапе предварительного отбора конкурентоспособных вариантов накладываются ограничения по максимально допустимым объёму и массе электротрансмиссий и возможности компоновки их основных элементов в заданном классе вездеходов. В работе принято, что значимость группы показателей конструктивного исполнения занимает второе место после показателей функционирования.

Показатель эффективности эксплутационных свойств (Wн), в которых главная роль принадлежит надежности, безусловно, оказывает важное влияние на эффективность электротрансмиссий. Но в настоящее время для различных элементов ЭТ переменного тока достигнут такой уровень надежности, который соответствует оптимальному с точки зрения стоимости разработки, изготовления и эксплуатации (общая стоимость систем имеет минимум в интервале значений вероятности безотказной работы 0,85 ( 0,95).

Таким образом, определена система предпочтений и проведено ранжирование выделенных групповых частных показателей:

Wэт=f(Wф ? Wки? Wн),

где Wэт ( групповой комплексный показатель эффективности ЭТ.

Система частных показателей, определенная на основе полного набора частных свойств, позволила представить обобщенный комплексный показатель эффективности ЭТ вездехода в общем виде следующим выражением:

, PПОТ UКП, UСН, QМИ, JРЭ) +

+(киWки(GУД, VУД) + (нWн(P(t)),

UП ( допустимый уровень пульсаций напряжения; UКП ( допустимый уровень коммутационных перенапряжений; PПОТ ( относительный показатель мощности основных потребителей; UСН ( допустимый уровень снижения напряжения; QМИ ( допустимая мощность импульсов определенной продолжительности; JРЭ (показатель использования рекуперируемой энергии; P(t) ( показатель надежности; GУД ( показатель удельной массы; VУД ( показатель удельного объема; (ф, (н, (ки ( принятые коэффициенты значимости соответствующих групп показателей.

Показатель эффективности функционирования Wф предложено определять в виде:

+ ?3JРЭ + ?4PПОТ,

загрузка...