CC BY
17
тального макетного образца на основе разработанных расчетных методик.
Библиографический список
1. Ковалев Ю.З., Копылов И.П. Расчет переходных процессов электрических машин при автоматизированном проектировании//Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. _ J 9QQ _ №3. - С. 7 - 12.
2. Stabrowske M.M., SikoraJ. Nonlinear analysis of field distribution electric motor with periodicity. - Arch. Electrotechn W -Berlin conditions, 198), 64, №3-4, S. 195-200.
3. Татевосян А.А. Расчет параметров оптимальных конструкций магнитных систем магнитоэлектрического привода по испытанию вязкоупругих свойств эластомеров // Омский научный вестник. -2004. - Вып. 27.-С. 108-113.
4. Ковалев Ю.З., Соколов А.Н., Татевосян А.А.Устройство для определения реологических характеристик вязкоупруго-пластичных систем. Патент 3652В Российская Федерация: МПК 7 G01 N 11/10. - 2003132348/20; Заявлено06.11.03;Опубл. 10.03.04, Бюл. №7. — 1 е.: ил.
5. ASTM Designation: D 5992 - 96 Standard Guide for Dynamic Testing of Vulcanized Rubber and Rubber-Like Materials Usina Vibratory Methods.
6. DIN 53535- Bestimmung dcr visco-elastischen Eiyenschaften von Elastimeren. Testing of rubber; determination of the visco-elas-tic property of rubber under forced vibration beyond resonance.
7. Ковалев Ю.З., Татевосян A.A. Программное обеспечение «Эластомер» для исследования параметров многоконтурной схемы замещения вязкоупругих свойств материалов на основе процесса релаксации. М.: ВНТИЦ, 2004 - №5020040; 152
8. Татевосян A.A. Синтез мн-токонтурной схемы замещения опытного образца эластомера на основе ис н>дования процесса релаксации. // Зимняя школа по механике сплошных сред (четырнадцатая).: Те-« Екатеринбург: УрО РАН 2005 - С. 6
'). Ковалев Ю.З., Тат"|.-..<:чи VA. Математическая модель магнитоэлектрического ; ршг да для испытания вязкоупругих свойсп: эластомеров. /; М-мериалы V Международной науч. ~охи- К0"Ф "Дш'-'мика СИС1 >м мохаг.и «ч>в и машин».: Теэ.докл. Омск. 2004. г. |о;;, i%
ТАТЕВОСЯН Андрей Александрович, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Электрическая техника»
Дата поступления статьи в редакцию: 08,08.06 г. © Татевосян A.A.
УДК 629.42.07
A.B. КЛИМОВИЧ A.C. ЛЕНДЯСОВ
Омский государственный университет путей сообщения
АНАЛИЗ ЭНЕРГОЗАТРАТ НА ТЯГУ ПОЕЗДА ПО ГРАФИКУ ДВИЖЕНИЯ
В статье рассматривается возможность анализа энергозатрат на тягу по исполненному графику движения поезда, основанного на определении его действительного удельного сопротивления движению. Такой анализ позволит руководящим работникам принимать научно обоснованные решения, направленные на повышение эффективности перевозочной работы.
Основная часть энергозатрат на тягу расходуется на преодоление сопротивления движению поезда. Теоретически установить его величину чрезвычайно сложно, так как оно зависит от многих факторов, меняющихся в процессе движения случайно или по весьма сложным закономерностям. В конкретной поездке при заданных погодных условиях для данного конкретного поезда определенной массы и номенклатуры состава вагонов это значение зависит от скорости движения. Методика определения основного удельного сопротивления, рекомендуемая Правилами тяговых расчетов (ПТР) и полученная в результате обработки большого объема статистических данных, предполагает, что его зависимость от скорости представляет собой многочлен второй степени [1]:
со{у) - а + Ьу + су2, (1)
где а, Ь, с — постоянные коэффициенты,
Таким образом, эту величину следует считать среднестатистической. В каждой конкретной поездке из-за погодных условий, индивидуальных особенностей состава значение основного удельного сопротивления будет несколько отличаться от расчетного. Это вносит соответствующие погрешности в анализ энергозатрат на тягу при исследовании конкретной поездки,
Между тем при движении поезда в режиме «выбега» на него действуют только силы основного и дополнительного сопротивлений движению. Последнее появляется, если поезд движется по уклону, не равному нулю, или кривой пути. Добавочное сопротивление движению от этих препятствий не зависит от скорости [2]. Так как план и профиль участков движения поезда нам обычно известен, то это добавочное значение по рекомендациям ПТР определяется как постоянная величина, добавляемая
к значению коэффициента а уравнения (1) на каждом элементе профиля. В результате зависимость полного удельного сопротивления движению поезда от скорости также представляет собой многочлен второй степени.
Следовательно, если известна зависимость скорости движения поезда от пройденного пути у= ¡(б), то на участках выбега при соответствующей обработке этой зависимости можно достаточно точно определить удельное сопротивление движению поезда с учетом всех неформализуемых параметров реальных условий выполнения поездки, таких как погодные условия, индивидуальные особенности состава (масса, номенклатура, количество и последовательность расположения вагонов в поезде), наличие на открытых платформах грузов сложной аэродинамической формы и прочие. Такая зависимость, как известно, имеется на скоростемерных лентах или в блоках памяти электронных регистраторов параметров движения (ЭРПД).
Режим «выбега» — достаточно распространенный режим движения поезда. К этому режиму машин исты прибегают, во-первых, на затяжных спусках, во-вторых, при приближении к запрещающему сигналу светофора или к участку с ограничением скорости движения и, в-третьих, непосредственно перед прибытием на конечную станцию перед торможением. Статистические данные показывают |3], что при перевалисгом профиле примерно на 21-35 %, а при равнинном — на 13-35% пути машинист применяет режим «выбега». Учитывая сказанное, отыскать на графике движения участок «выбега» достаточно просто. Анализируемый участок выбега необходимо разбить на три элемента произвольным способом и для каждого определить: длину (/(), скорость поезда в начале (V,,,) и конце (уК1.) участка разбиения. Далее составляется система трех уравнений:
conpl
сопр2
conpj
2
V.2, - Vh22
2
Vk3 - V„"3
(2)
ГАеЛоиргЛоп^Л он,,:, - работа сил удельного сопротивления движению поезда соответственно на 1-м, 2-м и 3-м участках разбиения.
Работу удельных сил сопротивления поезда на каждом из участков разбиения можно было бы определить по формуле:
'к/
Аопр, = , (3)
1«,
где й)(в) — зависимость сопротивления движению поезда от пройденного пути. Однако эта зависимость не известна, так как еще не определена зависимость удельного сопротивления движению поезда от скорости (1). Но значение правой части выражения (3) можно оценить приближенно следующим образом:
V,,
+ ¿V + су2
Ло„р, = )ф)<Ь=6>ф1, ---1, =,(4)
/Н1 ^К/ ^
(V +у ) (V2- + V -V . + V2 )
= [а + ЬК" л,) -^-
гдс w — среднее значение удельного сопротивления движению поезда на i-ом элементе разбиения, полученное по зависимости eo(s).
Подставляя выражение для работы удельных сил сопротивления движению поезда (4) в систему уравнений (2), получаем систему трех уравнений с тремя неизвестными:
+ v„,vKl + О.
V2 -V2
■к! Н|
3
2/,
к2 + V„2V„2
■vh22).
(v2,+vulv..
2/,
v.\-v„\
,(5)
_ кЗ
21
решая которую можно найти постоянные коэффициенты а, Ьис зависимости (1).
Если известный график движения поезда у={(з)ъ выполненной поездке обработать известными математическими методами для определения математического ожидания М[к]л. и дисперсии скорости по пути, то работу силы основного сопротивления движению можно найти по формуле:
Л. ={а + Ь(М^1) + с(Аф],)2 + сЦу],}т1,,
а работу силы дополнительного сопротивления движению при известном плане и профиле участка пути по выражению:
а <•
где g — ускорение свободного падения; т — масса поезда; А, I — длина и величина /-го уклона; п — количество уклонов на рассматриваемом участке; Б — мина;-ой кривой; . — фиктивный эквивалентный подъем от 7-ой кривой; к — количество кривых на рассматриваемом участке; Н ив - приведенная разность географических высот над уровнем моря станций прибытия и отправления с учетом приведенных эквивалентных подъемов всех кривых участка:
7=1 7 = 1
Полезная работа, выполненная при перемещении поезда со станции отправления до станции прибытия, равна сумме найденных выше работ. Тогда средневзвешенный коэффициент полезного действия электровоза можно рассчитать по формуле: А +А
11 = --
IV
где И/, — показания локомотивного счетчика потребления электроэнергии.
Таким образом, знание реально действовавшего сопротивления движению поезда в выполненной поездке открывает совершенно иные, существенно более широкие возможности анализа энергозатрат натягу. Сравнивая выбранный машинистом график движения поезда с расчетным оптимальным можно судить о квалификации машиниста. Выявляя ошибочные решения поездных диспетчеров по задержке поездов у запрещающих сигналах светофора, внеграфиковые остановки и ограничения по скорости движения можно с энергетической точки зрения оценивать ущерб, нанесенный дороге такими особенностями в движении поезда. Организовав постоянный контроль величины средневзвешенного КПД конкретных локомотивов можно контролировать изменение его величины во времени и своевременно отправлять их для диагностики
основного оборудования и соответствующего ремонта в депо. Открываются перспективы по совершенствованию системы нормирования расхода энергоресурсов натягу, действующей в настоящее время на сети железных дорог. Постоянный анализ энергозатрат на тягу в выполненных поездках позволит руководящим работникам принимать научно обоснованные решения, направленные па исключение случаев необоснованного пережога энергоресурсов и повышение эффективности перевозочной работы.
Описанная методика была проверена при анализе энергозатрат на тягу грузовых поездов, прошедших по участку Входная — Иртышская Омского отделения Западно-Сибирской железной дороги. Этот участок удобен для такого рода исследований, так как имеет равнинный профиль (максимальный уклон не превышает 3 °/Ш)). По участку за сутки проходит одна пара пассажирских и две пары пригородных поездов. В результате виеграфиковые остановки грузовых поездов — редкое явление. В нечетном направлении по участку перевозится уголь из Кузбасса на запад страны, а потому грузовые поезда при однотипных вагонах в составе имеют примерно одинаковую массу (средняя - 6300 т) и число осей. В четном направлении движутся в основном порожние поезда также примерно одинаковой массы (средняя — 2000 т) с однотипными вагонами. В результате для группы поездов, прошедших в одном направлении примерно при одинаковых погодных условиях (суточная группа), допустимо применение статистических методов анализа. Расчеты показали, что реально действовав-
шее сопротивление движению грузового поезда обычно меньше рассчитанного но Г1тр не 17 - 20 %. Полученные результаты объясняются том, что за 25 лет с момента утверждения действующих ПТР вагонный парк существенно обновился, -¡зменились и типы масс л, используемых в подвижном составе. Поедложенная методика позволит ¿скопить статистическую информ-^ию о величине сопротивления движению поездов без дорогостоящих экспериментальных гюе-дот- динамометрическим вагоном.
Биближ ипфичес кии список
1. Пр<н ила тяговых расчетов для поездной работы / МПС СССР. М.: Транспорт, 1985 287 с.
2. Б.-;"ичкон A.M., Гурский П.А., Новиков А.П. Тяга поездов итягоаые расчеты. М.: Транспорт, 1971. С. 280.
3. Бакланов А.А.., Модлин Р.Я. Применение методов теории вероя .ностейдля определения расхода энергии на преодоление основного сопротивления движению поезда // Исследование тяговоинергетических показателей г,лектроподвижного состава: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1981. С. 91-95.
КЛИМОВИЧ Андрей Владимирович, кандидагтехни-ческих наук, доцент кафедры «Прикладная математика и механика».
ЛЕНДЯСОВ Алексей Сергеевич, инженер кафедры «Прикладная математика и механика».
Дата поступления статьи в редакцию: 08.08.06 г. © Климович A.B., Лендясов A.C.
Новые научные разработки
Система для приготовления и подачи топлива с добавками в энергетическую установку
Система предназначена для приготовления и подачи топлива с добавками (пропан, спирты, присадки и др.) в транспортные и промышленные энергетические установки, в топки стационарных котельных и теплогенерирующих установок, работающих на жидком топливе. Может использоваться для приготовления и подачи водотопливной эмульсии. Используется замкнутый контур, позволяющий в режиме многократной циркуляции получать высокодисперсную смесь топлива с добавками и исключающий попадание добавок в топливный бак. Многоступенчатый смеситель и гидродинамический диспергатор реализуют кавитационные режимы смешения. Система обеспечивает перевод работы энергоустановки с топливо на топливо с добавками и наоборот в «горячем» режиме. Транспортные и промышленные энергетические установки, стационарные котельные и теплогенерирующие установки.ОАО «Российские железные дороги», ОАО «Самараэнерго», пароходство «Волготанкер».Потенциальный рынок данной продукции 5-10 млн руб. в год. Основные потребители ОАО «РЖД», пароходство «Волготанкер». Себестоимость системы составляет около 200 тыс. руб. Рыночная стоимость может составить 500 тыс. руб. Система обеспечивает эффективное сжигание топлива с добавками пропана, спиртов, кислородсодержащих углеводородов, что повышает полноту сгорания на 2-5 %, снижение вредных выбросов на 60-80 %, автономность работы системы, возможность перехода с топлива на топливо с добавками без остановки энергетической установки. ГУП НПЦ «Транспорт», ГОУ ВПО ОмГУПС.750-900 тыс. руб. Выполнены поисковые работы разработан макетный образец системы.
Тематика защищена многими авторскими свидетельствами и патентами:
- Роторно-диспергирующий аппарат// Патент на полезную модель №35081 РФ, Опубл.27.12.2003. Бюл. № 36;
- Перемешивающее устройство//Патент на полезную модель №38300 РФ. Опубл. 10.06.2004. Бюл. № 16;
- Система для приготовления и подачи водотопливной эмульсии в дизельный двигатель // Патент на полезную модель №35130 РФ. Опубл.27.12.2003. Бюл. №36.
В результате использования вложенных средств в реализацию заказных систем объем продаж составит: 2006 г. - 2,5 млн руб. 2007 г. - 4,0 млн руб. 2008 г. - 6,0 млн руб.
В настоящий момент для развития необходимы помещение, оборудование, исследование рынка. Объем требуемых инвестиций составляет 3,5 млн руб. Проведение ОКР - 1,5 млн руб, Приобретение оборудования -750 тыс. руб. Маркетинговые исследования, изготовление и продвижение продукции на рынке - 1,25 млн руб.
Средневолжский региональный инновационный научный центр
