Реостатные испытания проводятся для регулировки параметров рабочего процесса по цилиндрам дизеля, настройки внешней характеристики тягового генератора, параметров срабатывания отдельных реле и аппаратов, контроля систем охлаждения дизеля, тягового генератора и тяговых электродвигателей. Мощность дизеля в процессе эксплуатации тепловоза на каждой позиции контроллера останется постоянной, если не будут изменяться мощность генератора Рг, мощность вспомогательных механизмов Nвсп и коэффициент ηг полезного действия генератора. В действительности при работе тепловоза эти величины практически непрерывно изменяются.
Изменения тока и напряжения генератора вызывают изменение коэффициента его полезного действия.
На мощность генератора также оказывают влияние включение и выключение оглавления возбуждения тяговых двигателей и боксование колесных пар. Мощность вспомогательных механизмов (вентиляторы, компрессор и др.) также не остается постоянной, так как зависит от режима их работы и параметров окружающей среды.
Для поддержания неизменной мощности дизеля необходимо, чтобы система регулирования дизель-генератора автоматически корректировала мощность генератора в соответствии с изменениями мощности вспомогательных нагрузок и коэффициента полезного действия генератора. Например, при регулировке тепловоза 2ТЭ10Л для обеспечения постоянной мощности генератора во всем диапазоне изменения тока нагрузки и работе на разных позициях контроллера необходимо, чтобы каждому положению точки подвески золотника регулятора нагрузки соответствовали определенные значения тока подпитки и тока задающей обмотки [22].
В установившемся режиме, когда частота вращения коленчатого вала и нагрузка дизель-генератора не изменяются, золотник регулятора нагрузки должен находиться в положении перекрыши. Изменение положения точки подвески золотника вызывает при заданном скоростном режиме изменение цикловой подачи топлива в цилиндры дизеля. Если на каждом скоростном режиме мощность генератора будет соответствовать мощности дизеля, обусловленной цикловой подачей топлива, то положения золотника регулятора нагрузки и индуктивного датчика будут неизменны. В том случае, когда это соответствие нарушится, регулятор нагрузки внесет соответствующую поправку, изменив положение индуктивного датчика. При значительных несоответствиях характеристик генератора и дизеля диапазон регулирования датчика может оказаться недостаточным и мощность дизеля будет недоиспользоваться.
Для реализации системой объединенного регулирования требуемых статических характеристик необходимо при настройке на реостате добиваться максимального соответствия между характеристикой дизеля Ne=f(n) и характеристикой генератора Pг=f(n) изменениями точки подвески золотника регулятора нагрузки и величины тока подпитки задающей обмотки амплистата.
Наряду со статическими характеристиками на экономичность дизель-генератора в значительной мере влияют переходные процессы. Опыт эксплуатации показал, что переходные процессы в электрической передаче тепловоза происходят почти непрерывно. Эти переходные процессы связаны с изменением плана и профиля пути, режима ведения поезда, с появлением боксования, формой внешней характеристики генератора, а также с переключением устройств ослабления возбуждения тяговых электродвигателей. При этом, как показал опыт завода транспортного машиностроения им. Малышева, отношение диапазона изменения мощности за счет регулирования индуктивным датчиком ΔΡг на определенной позиции контроллера к значению мощности генератора Рг на этой позиции должно оставаться постоянным (0,35—0,40) [22]. Если величина отношения ΔΡг/Ρг отличается от указанной, то это свидетельствует о неправильной настройке схемы электрической передачи и регулятора (рис. 28).
Рис. 28. Зависимости мощности генератора и диапазона регулирования от позиции контроллера машиниста пк
В системе регулирования тепловоза отсутствуют какие-либо корректоры мощности по атмосферным условиям, кроме проведенной модернизации тепловозов ранних выпусков [4]. Во избежание перегрузов дизель-генераторов желательно во всех депо ввести сезонную регулировку (зимнюю и летнюю) до внедрения автоматических устройств.
Тепловозы, вновь прибывшие из тепловозостроительного завода в северные, южные, а также в высокогорные районы нашей страны, должны быть поставлены на стойла реостатных испытаний и отрегулированы с учетом местных атмосферных условий. При этом необходимо обратить особое внимание на величину давления воздуха в воздушном ресивере.
Давление наддувочного воздуха 0,90 кгс/см2 и ниже сопровождается, как правило, повышенными температурами выпускных газов перед турбиной (более 420°С) и повышенной дымностью и может явиться причиной перегрева деталей цилиндро-поршневой группы. В этом случае необходимо убедиться в правильности замера давления наддува с помощью образцового манометра, после чего проверить состояние выпускных окон втулок, защитных решеток, сопловых аппаратов турбин и их лабиринтных уплотнений, форсунок. Проверить срабатывание защиты: защита должна срабатывать при давлении 30—35 мм вод. ст. Проверку следует проводить плавно, искусственно создавая давление в дифманометре. Проверить и продуть импульсную трубку подсоединения дифманометра к дизелю. На этой трубке не должно быть изгибов U-образной формы, в которой может скапливаться конденсат. Скопление конденсата в изгибах трубки может нарушить работу системы защиты дизеля от давления в картере. Мощность генератора при реостатных испытаниях тепловозов определяют с помощью амперметра и вольтметра (приборов класса точности 0,5).
Однако даже в этом случае наблюдаются значительные погрешности. Погрешность любого измерения складывается из основной погрешности прибора и погрешности отсчета его показаний. Класс точности прибора определяет его основную погрешность, выражаемую в процентах от конечного значения шкалы. Погрешность отсчета при нормальных условиях составляет не менее 1/3—1/4 части значения деления шкалы. По проведенным в ДИИТе расчетам неблагоприятное сочетание погрешностей может приводить к ошибкам в определении мощности генераторов тепловозов ТЭ3 и 2ТЭ10Л до 3%, т. е. точность определения мощности может оказаться в 5—6 раз ниже точности применяемых приборов. При использовании приборов более низкого класса и с меньшим (менее 150) количеством делений шкалы погрешность возрастает. Одно из направлений повышения точности измерения мощности — применение ваттметров. Промышленностью выпускается достаточное количество модификаций ваттметров класса 0,5, предназначенных для измерения малых мощностей. В ДИИТе разработан метод использования многопредельных ваттметров для измерения мощности тепловозных генераторов с включением магазина резисторов. Точность измерения мощности при этом повышается в пределах от 1 до 5% [24].
В эксплуатации температуры обмоток возбудителя и генератора изменяются в широких пределах в зависимости от температуры наружного воздуха и режимов работы тепловоза. Поэтому при относительно низких температурах обмоток (30—40° С) дизель работает с «просадкой» до 100 об/мин. При высоких температурах обмоток (110—120°С) недогрузка дизеля может составить более 17%. Снижение мощности приводит к увеличению расхода топлива на 8,8%. При работе дизеля с перегрузкой и температуре наружного воздуха более 30° С возникает ограничение по холодильнику.
Анализ результатов испытаний показал, что действующих технических требованиях и контрольных величинах для регулирования параметров дизель-генератора не в полной мере учтены влияния температуры наружного воздуха, особенности системы возбуждения тягового генератора и режимы работы тепловоза в эксплуатации. По данным реостатных испытаний при различных температурах воздуха необходимо уточнять параметры регулирования дизель-генератора 2Д100 (опыт Среднеазиатской дороги).
Для тепловозов типа ТЭ10 нагрев обмоток электрических машин и аппаратов не влияет на характеристики мощности генератора. Зависимости мощности тягового генератора от тока на всех позициях контроллера стабильны как при реостатных испытаниях, так и в поездных условиях.
В МИИТе предложены общие методы и принципы построения системы контроля и диагностики неисправностей, искажающих положение оптимальной по расходу топлива генераторной характеристики дизеля. При этом определено, что при известной функциональной связи между признаками и параметрами состояния задачи технической диагностики можно решать расчетным методом. При неизвестной функциональной связи между признаками и параметрами состояния, что бывает в подавляющем большинстве случаев, задачи технической диагностики предложено решать методами распознавания образов. Эти методы предусматривают выполнение обучения автомата распознаванию неисправностей, которое выполняется на одном из нескольких объектах одного типа путем искусственного создания неисправностей и запоминания при помощи автомата значений признаков, соответствующих этим неисправностям. Для распознавания образцов рекомендуется использовать следующие методы, приспособленные к решению задач технической диагностики.
Метод сравнения с признаками эталонных состояний.
Предложенные методы решения задач технической диагностики были проверены в МИИТе Μ. М. Дружининым на ряде объектов, в частности на электрической системе регулирования мощности тепловоза с амплистатом и селективным узлом. Эксперимент выполнялся на опытной установке тепловоза 2ТЭ10Л. При этом проводилось обучение автомата распознаванию неисправностей: обрыв проводов, нарушение контактов в разъемах и переключателях, обрыв обмоток электрических машин и аппаратов, выход из строя диодов выпрямительных мостов. В качестве автомата использовалась ЭЦВМ, работавшая по алгоритму правила близости.
Перед проведением эксперимента по распознаванию на установке были заменены основные узлы — аплистат, выпрямительные мосты, трансформатор постоянного напряжения. Затем искусственно создавались неисправности, замерялись значения признаков и вводились в автомат. Во всех случаях автоматом (вычислительной машиной) точно указывалась неисправность, что свидетельствует о высокой работоспособности методов.