Наукові основи вибору електроприводів стрілочних переводів для швидкісних та високошвидкісних залізниць

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – "Електротранспорт". Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2017. Дисертація присвячена створенню теоретичних основ вибору та оцінки типу електроприводів стрілочних переводів, що працюють в оптимальних режимах з урахуванням нелінійностей навантаження та електрофізичних властивостей двигунів, на основі рішення задачі мінімізації основних показників якості як: час переводу, величина імпульсу удару гостряка об рамну рейку, величина пружної сили в робочій тязі, а також величина загальних втрат в системі. Запропоновано узагальнений векторний критерій ефективності роботи електроприводу стрілочного переводу, компонентами якого є час переводу, величини імпульсу удару гостряка, пружної сили, а також загальних втрат потужності системи за яким проведено оцінку придатності використання конкретного типу переводу для ділянок швидкісного та високошвидкісного руху. Розглянуто існуючі кінематичні схеми з типовими двигунами, а також запропоновано використати перспективну – шпальну компоновку з новими типами електродвигунів ротаційного та лінійного виду. Розроблено математичні моделі для існуючих та перспективних типів стрілочних переводів на базі двигунів ротативного і лінійного типів, що основані на рішенні рівняння Лагранжа для електромеханічної системи з урахуванням нелінійності магнітної системи. Створені імітаційні моделі електроприводів стрілочних переводів в середовищі MATLAB SIMULINK на базі двигуна постійного струму (ДПС), асинхронного двигуна (АД), вентильно-індукторного двигуна (ВІД), лінійного двигуна електромагнітного типу (ЛДЕМТ) і лінійного індуктор-ного двигуна (ЛІД) та проведена перевірка адекватності існуючим зразкам. Сформульовано задачу аналізу з визначення раціональної структури електроприводу стрілочного переводу на основі ДПС, АД, ВІД, ЛДЕМТ і ЛІД.Doctoral thesis, technical sciences, specialty 05.22.09 – "Electric transport." National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2017. The dissertation is dedicated to develop of theoretical bases for the selection and evaluation of the types of electric drives of turnouts operating in optimal modes, taking into account the nonlinearities of the load and the electrophysical properties of the engines, on the basis of solving the problem of minimizing the main quality indicators such as: the transfer time , the value of the impulse of switch rail impact against a rail, the value of the elastic force in the working draft and the magnitude of the total losses in the system. The universal vector criterion for the working efficiency of the electric drive of turnouts is proposed. Its components are the transfer time, the value of the impulse of switch rail impact against a rail, the value of the elastic force in the working draft and the magnitude of the total losses in the system. The assessment of the appropriateness of application a specific type of turnouts for rapid and high-speed traffic segments is made. The kinematic schemes in the form of two- and three-mass electromechanical systems with standard engines are considered. Various control systems for the operated electric drives, which provide higher quality indicators for rapidity of the switching process of the switch rails, positioning accuracy and the impact force on the rail, are proposed. The railway sleeper layout of the turnout with new types of electric motors is suggested to applying. The mathematical models for existing and prospective types of turnouts based on motors of rotational and linear types, which based on the solution of the Lagrange equation for electromechanical system taking into account the nonlinearity of the magnetic system, have been developed. The simulation models of electric drives of turnouts in the software environment of MATLAB SIMULINK on the basis of a DC motor, an asynchronous motor, a valve-inductor motor, a linear motor of electromagnetic type and a linear inductor motor are developed. The adequacy verification on physical models was made. The problem of analysis for determining the rational structure of the electric drive of turnout based on DC motor, asynchronous motor, valve-inductor motor, linear motor of electromagnetic type and linear inductor motor is formulated.