CC BY
73
8. Mikhalchenko G. S, Pogorelov D. Y., Simonov V. A. Improvement of dynamic qualities of rolling stock of railways by means of computer modeling [Sovershenstvovanie dinamicheskih kachestv podvizhnogo sostava zheleznyh dorog sredstvami komp'yuternogo modelirovani-ya].Tyazheloe mashinostroenie - Heavy mechanical engineering, 2003, no. 12, pp. 2 - 6.
9. Petrov G. M. Ocenka bezopasnosti dvizheniya vagonov pri otkloneniyah ot norm soderzhaniya hodovyh chastej i puti (Evaluation of the safety of the movement of cars in the event of deviations from the norms of maintenance of running parts and track). Thesis the doctor of technical sciences, Moscow, MIIT, 2000, 348 p.
10. Sokol E. N. Skhody s relsov i stolknoveniya podvizhnogo sostava (Sudebnaya ekspertiza. Elementy teorii i praktiki) [Derailments and collisions of rolling stock. (Expert evidence. Elements of theory and practice)]. Kiev: Transport Ukrainy, 2004, 368 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Капустина Елена Петровна
Российский университет транспорта (МИИТ).
Образцова ул., д. 9, г. Москва, 127055, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Тяговый подвижной состав», МИИТ.
Леоненко Елена Геннадьевна
Красноярский институт железнодорожного транспорта - филиал Иркутского государственного университета путей сообщения (КрИЖТ, ИрГУПС).
Новая заря ул., д. 2и, г. Красноярск, 660041, Российская Федерация.
Преподаватель отделения «Электромеханическое», КрИЖТ, ИрГУПС.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Капустина, Е. П. Влияние технических характеристик и их отклонений на устойчивость движения порожнего подвижного состава [Текст] / Е. П. Капустина, Е. Г. Леоненко // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2019. - № 2 (38). -С. 16 - 23.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Kapustina Elena Petrovna
Russian Transport University (RUT).
9, Obraztsova st., Moscow, 127055, The Russian Federation.
Ph. D. of Engineering Sciences, Associate Professor at the department of «Traction Rolling Stock », RUT (MIIT).
Leonenko Elena Gennadievna
Krasnoyarsk Institute of Railway Transport - a branch of the Irkutsk State University of Communications (CIRT ISUC).
2i, New dawn st., Krasnoyarsk, 660041, the Russian Federation.
Lecturer at the department of "Electromechanical", CIRT ISUC.
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Kapustina E. P., Leonenko E. G. Influence of technical characteristics and their definitions on the stability of the movement of empty Rolling. Journal of Transsib Railway Studies, 2019, vol. 2 no. 38, pp. 16 - 23 (In Russian).
УДК 629.423:621.311.004.18
А. А. Бакланов, А. П. Шиляков
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Аннотация. Цель работы заключается в оценке энергетической эффективности рекуперативного торможения пассажирского электровоза постоянного тока при движении поезда с неустановившейся и установившейся скоростью, определении степени влияния скорости движения и электроотопления пассажирских вагонов на возврат электроэнергии при рекуперативном торможении электровоза, разработке рекомендаций по повышению энергетической эффективности пассажирских электровозов постоянного тока.
Использованы методы: сравнительный анализ, методы тяговых расчетов, линейный регрессионный анализ, метод энергетического баланса.
Рассмотрены уравнения энергетического баланса движения пассажирского поезда и его составляющих в режиме рекуперативного торможения, позволяющие выявить основные факторы, влияющие на возврат электроэнергии. Получены зависимости возврата электроэнергии при рекуперативном торможении, позволяющие оценить влияние режима движения поезда и электроотопления пассажирских вагонов на возврат электроэнергии при рекуперативном торможении электровоза. Даны рекомендации по сокращению энергозатрат пассажирских поездов.
Определены условия, при которых можно увеличить возврат электроэнергии при рекуперативном торможении пассажирских электровозов. Разработанные предложения позволят повысить энергетическую эффективность пассажирских электровозов постоянного тока.
Ключевые слова: пассажирский электровоз, скорость движения, рекуперативное торможение, возврат электроэнергии, электроотопление вагонов.
Alexander A. Baklanov, Andrey P. Shilyakov
Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation
THE REGENERATIVE BRAKING ENERGY EFFICIENCY OF PASSENGER DC ELECTRIC LOCOMOTIVES
Abstract. The purpose of the work is to assess the energy efficiency of recuperative braking of a passenger DC electric locomotive when a train is moving at an unsteady and steady speed, to determine the degree of influence of the speed of movement and electric heating ofpassenger cars on the return of electricity during recuperative braking of an electric locomotive, to develop recommendations for improving the energy efficiency of passenger DC electric locomotives.
The following methods were used: comparative analysis, methods of traction calculations, linear regression analysis, energy balance method.
The equations of the energy balance of the movement of a passenger train and its components are considered in the mode of regenerative braking, allowing to identify the main factors affecting the return of electricity. The dependences of the return of electricity during regenerative braking, allowing to evaluate the influence of the train running mode and electric heating ofpassenger cars on the return of electricity during regenerative braking of an electric locomotive, are obtained. Developed recommendations to reduce the energy consumption of passenger trains.
The conditions under which it is possible to increase the return of electricity during regenerative braking of passenger electric locomotives are determined. The developed proposals will allow increasing the energy efficiency ofpas-senger DC electric locomotives.
Keywords: passenger electric locomotive, speed of movement, regenerative braking, return of electric power, electric heating of wagons.
Повышение энергетической эффективности тягового подвижного состава является важнейшей задачей, определяемой стратегиями развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 г. и научно-технологического развития холдинга «Российские железные дороги» на период до 2025 г. и на перспективу до 2030 г. (Белая книга ОАО «РЖД»). Применительно к электроподвижному составу (ЭПС) эта задача ставится как для вновь изготавливаемых перспективных серий электровозов, так и для находящихся в эксплуатации.
Возможны разные пути повышения энергетической эффективности электроподвижного состава: повышение КПД, применение рекуперативного торможения, снижение затрат энергии на собственные нужды, применение рациональных режимов работы ЭПС и вождения поездов, лучшее использование сцепных свойств электровозов и др.
В данной статье рассмотрен один из ключевых способов экономии электрической энергии на ЭПС - рекуперативное торможение (РТ) - применительно к пассажирским электровозам постоянного тока, которое позволяет возвращать в контактную сеть электрическую энергию, преобразованную из механической тяговыми электродвигателями (ТЭД), работающими в генераторном режиме.
Традиционно сложилось так, что пассажирские электровозы постоянного тока, эксплуатируемые на сети железных дорог страны, подобными системами не оснащались. Среди причин такого положения дел можно отметить мнение о невысоких значениях количества рекуперируемой электроэнергии при торможении пассажирского поезда, особенно на равнинных
участках железных дорог, а также стремление уменьшить затраты на изготовление, техническое обслуживание и ремонт ЭПС.
Помимо этого существовали проблемы с обеспечением поддержания заданной тормозной силы и ее плавного регулирования в условиях нестабильности напряжения в контактной сети, негативно сказывающихся на комфорте пассажиров. В настоящее время эти проблемы успешно решаются путем применения современных автоматизированных, в том числе микропроцессорных, систем управления ЭПС.
Опыт эксплуатации пассажирских электровозов переменного тока серии ЭП1 различных модификаций, выпускаемых промышленностью в последние десятилетия, показывает, что применение рекуперативного торможения на них позволяет получить заметную экономию электроэнергии, повысить их энергетическую эффективность и безопасность движения поездов. Например, на Красноярской и Восточно-Сибирской железных дорогах электровозы серии ЭП1 с пассажирскими поездами дают удельный возврат электроэнергии в режиме РТ, достигающий 16...18 кВтч/104 ткм, который даже несколько превышает аналогичный показатель грузовых электровозов ВЛ80Р и ВЛ85, составляющий 12.15 кВтч/104 ткм в одинаковых условиях работы [1]. Следовательно, можно ожидать, что оснащение пассажирских электровозов постоянного тока системой рекуперативного торможения в эксплуатации позволит получить не меньший эффект.
Исследования разных авторов [2 - 4] также свидетельствуют о высокой эффективности рекуперативного торможения электроподвижного состава в условиях эксплуатации. В них рассмотрено влияние отдельных факторов на возврат электроэнергии грузовых электровозов, однако применительно к пассажирским электровозам, в том числе постоянного тока, результаты подобных исследований не приведены.
Для оценки количества рекуперируемой электроэнергии пассажирским электровозом постоянного тока воспользуемся методом энергетического баланса движения поезда [5], на основании которого результирующий возврат электроэнергии при РТ пассажирского поезда в общем виде характеризуется выражением:
Аэ = Аэд + Ас.н + Ао = Ад Лд + Ас.н + Ао = = (А + А + Ас.о + Ас.кр + А.г) Лд + 4.н + Ао,
(1)
где Аэд - электрическая энергия, выработанная ТЭД электровоза;
Ад - механическая энергия, преобразуемая ТЭД в электрическую энергию;
Ак, Ап - изменения кинетической и потенциальной энергии поезда;
Асо, Ас.кр - затраты энергии на преодоление основного и дополнительного от кривых сопротивления движению;
Ап.г - затраты энергии на работу подвагонных генераторов;
Пд - КПД ТЭД электровоза в режиме рекуперативного торможения;
Асн, Ао - затраты энергии на собственные нужды электровоза и электроотопление пассажирских вагонов.
Количество механической энергии, которое может быть преобразовано в электрическую, определяется прежде всего изменениями кинетической и потенциальной энергии поезда в процессе торможения со снижением скорости движения:
1 V2 - V2
4 = ™К 2 1
Ап = т8*ь ,
(2) (3)
где т = тл + пв тв - масса поезда;
тл, тв - массы локомотива и пассажирского вагона; пв - число пассажирских вагонов в составе поезда;
К - коэффициент инерции вращающихся частей поезда [6];
VI, V2 - начальная и конечная скорости на участке рекуперативного торможения;
g = 9,81 м/с - ускорение свободного падения;
i, L - крутизна уклона и длина участка рекуперативного торможения.
Затраты энергии на преодоление основного и дополнительного от кривых сопротивления движению определяются выражениями:
4о = L; (4)
Ас.кр = ^^крL , (5)
где wo, wкp - удельные основное и дополнительное от кривых сопротивления движению.
Затраты энергии на собственные нужды электровоза, а также на электроотопление пассажирских вагонов и работу подвагонных генераторов определяются выражениями:
Ас.н = РснТ; (6)
А = п Р0Т; (7)
Л, = ПРп гТ , (8)
где Рсн, Ро, Рп.г - мощности собственных нужд электровоза, электроотопления пассажирского вагона и подвагонного генератора;
Т - время движения в режиме рекуперативного торможения.
Удельные значения возврата электроэнергии в режиме РТ для электровоза в целом и его отдельных составляющих определяются выражением, кВт-ч/104 ткм:
*э = ^ (9)
где тс - масса состава вагонов, т.
Рассмотрим применение РТ на пассажирском электровозе в двух основных случаях: для остановки поезда на станции и для поддержания заданной скорости движения на спусках. В первом случае РТ производится от начальной скорости до достижения некоторой минимальной скорости, ограниченной условием превышения суммарной электродвижущей силы ТЭД напряжения в контактной сети. Анализ характеристик электровозов постоянного тока и их тяговых двигателей в генераторном режиме показывает, что эта скорость обычно составляет от 9 до 15 км/ч. Следовательно, для остановки поезда на конечном этапе снижения скорости до нуля необходимо применять механическое торможение. Во втором случае РТ на спуске реализуется обычно при постоянной скорости движения.
Эффективность применения рекуперативного торможения рассмотрим на примере пассажирских электровозов постоянного тока серии ЭП2К, оснащенных системой реостатного торможения. В настоящее время электровозы этой серии выпускаются отечественной промышленностью и заменяют на железных дорогах электровозы ЧС2, ресурс которых полностью исчерпан.
Для оценки возврата электроэнергии при движении электровоза постоянного тока в режиме РТ с пассажирским поездом для случая остановочного торможения примем следующие исходные данные: участок пути прямой с нулевым уклоном; путь бесстыковой; диапазон измененения скорости движения V = 120...15 км/ч; масса электровоза тл = 132 т; КПД тяговых двигателей в режиме РТ Пд = 0,8; мощность собственных нужд электровоза Рсн = 100 кВт; тормозная сила электровоза Вк = 150 кН; коэффициент инерции вращающихся частей поезда К = 1,06; масса состава вагонов тс = 1020 т; масса вагона тв = 60 т; количество вагонов пв = 17; мощность электроотопления пассажирского вагона Ро = 30 кВт; мощность подвагонного генератора Рп.г = 10 кВт.
Возможность реализации постоянной тормозной силы электровоза Вк = 150 кН во всем диапазоне скорости движения оценим путем сравнения ее с максимальной тормозной силой, ограниченной сцеплением колес с рельсами и характеризуемой выражением [6, 7]:
Вк.сц = тл g V
к.р
(10)
где ук.р - коэффициент сцеплением колес электровоза с рельсами.
Согласно Правилам тяговых расчетов [7, 8] в режиме РТ коэффициент сцепления принимается равным 0,8 от коэффициента сцепления в режиме тяги, т. е. ук.р = 0,8ук. Применительно к пассажирскому электровозу постоянного тока серии ЭП2К с реостатным торможением коэффициент сцепления в режиме тяги определяется по формуле:
V к = 0,28 +
3
50 + 20V
0,0007V.
(11)
Тогда при начальной скорости торможения 120 км/ч коэффициент сцепления в режиме РТ ^кр = 0,8 0,197 = 0,158 и максимальная тормозная сила электровоза Вксц, ограниченная сцеплением колес с рельсами, составит 204,3 кН.
Как известно, при снижении скорости движения коэффициент сцепления колес электровоза с рельсами и, соответственно, тормозная сила возрастают. Следовательно, реализация заданной тормозной силы 150 кН для пассажирского электровоза с указанными выше параметрами во всем диапазоне скорости движения 120.15 км/ч вполне допустима по условиям безъюзового торможения.
В расчетах использованы формулы для определения удельного основного сопротивления движению, взятые из Правил тяговых расчетов [7] для бесстыкового пути, Н/кН: для электровоза под током
w' = 1,9 + 0,008 V + 0,00025 V
для пассажирских вагонов
w
= 0,7 +
8 + 0,16К + 0,0023V2
т„
(12)
(13)
где V - скорость движения, км/ч;
тво - масса на ось вагона; в нашем случае тво = 15 т.
Кривые движения и энергетические показатели перспективного пассажирского электровоза постоянного тока без электроотопления вагонов для летнего периода года и с электроотоплением вагонов для зимнего периода в случае применения РТ для остановки поезда на станции приведены на рисунке 1.
Анализ полученных кривых движения показывает, что в режиме РТ пассажирского электровоза с поездом массой 1020 т при снижении скорости от 120 до 15 км/ч на участке пути с нулевым уклоном пройденный путь Ь = 3292 м; время движения Т = 195,5 с = 3,3 мин; средняя скорость Vср = 60,6 км/ч, ускорение (замедление) поезда находится в диапазоне и = - 0,16... — 0,18 м/с2. Возврат энергии в тяговую сеть без электроотопления вагонов Аэбо составляет 106,1 кВт-ч, а с электроотоплением вагонов - Аэ.со = 81,1 кВт-ч. Удельный возврат энергии без электроотопления вагонов находится в диапазоне аэбо = 321.279 кВт-ч/104 ткм, его среднее значение - 316,0 кВт-ч/104 ткм; с электроотоплением вагонов - аэ.со = 279,0 кВт-ч/104 ткм, его среднее значение - 241,5 кВт-ч/104 ткм. Расход электроэнергии на собственные нужды электровоза Асн составляет 3,7 кВт-ч, на работу подвагонных генераторов - Ап.г = 10,4 кВт-ч, на электроотопление вагонов - Ао = 25,0 кВт-ч.
о
200
км/ч, с
175 150
125 | 100 V,T
75 50 25 0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 м 3500
L-►
Рисунок 1 - Кривые движения пассажирского поезда массой состава 1020 т в режиме рекуперативного торможения электровоза при снижении скорости от 120 до 15 км/ч
Несмотря на снижение скорости движения, удельный возврат электроэнергии за период торможения достаточно стабильный, и только в конце торможения существенно снижается, особенно с электроотоплением вагонов, когда практически вся выработанная ТЭД электроэнергия расходуется на электроотопление вагонов и собственные нужды электровоза.
Для оценки возврата электроэнергии в режиме РТ электровоза постоянного тока с пассажирским поездом при движении на спусках разной крутизны с постоянной скоростью приняты такие же исходные данные, как и в случае остановочного торможения. Кривые удельного возврата электроэнергии перспективного пассажирского электровоза постоянного тока в режиме РТ без электроотопления вагонов для летнего периода года и с электроотоплением вагонов для зимнего периода при движении с установившимися скоростями на спусках различной крутизны приведены на рисунках 2 и 3.
Рисунок 2 - Удельный возврат электроэнергии пассажирского электровоза в режиме рекуперативного торможения при движении с составом массой 1020 т без электроотопления вагонов с установившейся скоростью на спусках различной крутизны
28 ИЗВЕСТИ Я Транссиба №2213981
Полученные зависимости показывают, что удельный возврат электроэнергии в режиме РТ пассажирского электровоза имеет высокие значения, не уступающие грузовым электровозам. Он пропорционально возрастает с увеличением крутизны спуска и на каждом уклоне достигает максимума при определенной скорости движения, причем для поезда с электроотоплением вагонов эта скорость выше. Особенно большие значения удельного возврата электроэнергии при РТ получаются в летний период без электроотопления вагонов, достигающие 140.180 кВт-ч/104 ткм на спусках крутизной 10.12 %о. В зимний период значительная часть выработанной при РТ электроэнергии потребляется собственными нуждами электровоза и электроотоплением пассажирских вагонов, поэтому удельный возврат электроэнергии при прочих равных условиях существенно меньше, чем в летний период.
Рисунок 3 - Удельный возврат электроэнергии пассажирского электровоза в режиме рекуперативного торможения при движении с составом массой 1020 т и электроотоплением вагонов с установившейся скоростью на спусках различной крутизны
Расчеты показывают, что в целом за поездку на участке с холмистым профилем пути возврат электроэнергии в режиме РТ электровоза с пассажирским поездом без электроотопления вагонов может достигать 10.15 %, а на на участке с равнинным профилем пути - 3.5 %. Разумеется, значения возврата электроэнергии существенно зависят от профиля пути конкретного участка, условий движения поезда и других факторов. Учитывая положительный опыт работы пассажирских электровозов переменного тока ЭП1 с рекуперативным торможением, имеющих примерно такой же возврат электроэнергии, который получен в приведенных выше расчетах, можно уверенно сказать, что оснащение пассажирских электровозов постоянного тока системами рекуперативного торможения будет экономически выгодным.
Кривые на рисунках 2 и 3 достигают максимальных значений при определенной скорости движения, для вычисления которой исследуем зависимости на экстремум. Для этого на основании энергетического баланса движения поезда с установившейся скоростью запишем уравнение удельного возврата электроэнергии в режиме РТ пассажирского электровоза, кВт-ч/104 ткм:
104
= 27,25^Л(/ -^ -w )--— (Рп.г"вЛд + Рс.н + Рл), (14)
тУ
т
где km л = 1 н—- - коэффициент влияния массы локомотива на удельный возврат энергии.
Приравняв к нулю первую производную уравнения (14) по скорости, после преобразований получим кубическое уравнение вида:
ЬУЪ + е¥2 + d = 0, (15) где Ь, с, d- коэффициенты, определяемые по выражениям:
Ь = 27,25^ • 2е2; (16)
с = 27,25^ (17) 104
d =--(Рп.г ПвЛд + Рс.н + Ро Пв). (18)
тс
Здесь коэффициенты е1, е2 соответствуют выражению для удельного основного сопротивления движению поезда, получаемому, в свою очередь, из формул удельного основного сопротивления движению электровоза под током и пассажирских вагонов:
Wo = е0 + еу + е2У2, (19)
которое для принятых параметров поезда имеет вид:
wo = 1,31 + 0,0104 V + 0,000164 V2. (20)
С учетом принятых выше исходных данных запишем кубическое уравнение для режима РТ электровоза с пассажирским поездом: с электроотоплением вагонов -
0,008095V3 + 0,255V2 -7313,7 = 0 ; (21)
без электроотопления вагонов -
0,008095 V3 + 0,255 V2 - 2313,7 = 0. (22)
Кубическое уравнение можно решить в радикалах с помощью формулы Кардано, подстановки Виета и другими способами [9, 10]. Воспользовавшись способом Кардано, с помощью подстановки V = у - С запишем кубическое уравнение в приведенной форме:
3Ь
У + 3ру + 2q = 0, (23)
3Ь - с2 2с3 d в котором 3р =--—; 2q =-- + —.
У 3Ь2 Н 27Ь Ь
Анализ данных показывает, что дискриминант кубического уравнения больше нуля, т. е.
В = рр + q2 > 0. (24)
В таком случае кубическое уравнение имеет один вещественный корень и два комплексно сопряженных корня, при этом действительный корень равен сумме вспомогательных величин у = и + s, которые характеризуются выражениями:
= 3 + ^
д + ,1 q2 + р3; (25)
5 = ^-д Ч д2 + р3. (26)
После выполнения соответствующих вычислений с учетом принятых выше исходных данных получим значения оптимальной установившейся скорости движения пассажирского
поезда, при которой достигаются максимальный удельный возврат электроэнергии в режиме РТ электровоза:
в летний период без электроотопления вагонов ¥опт = 56,9 км/ч;
в зимний период с электроотоплением вагонов ¥опт = 87,2 км/ч.
Полученные результаты согласуются с зависимостями, приведенными на рисунках 2 и 3. Использование разработанной методики позволяет определить оптимальные значения установившейся скорости движения пассажирского поезда по критерию максимума возврата электроэнергии в тяговую сеть в режиме РТ электровоза для различных условий, которые можно использовать при разработке рациональных режимов вождения поездов.
Сравнивая полученные зависимости, можно отметить, что в режиме РТ пассажирского поезда с электроотоплением вагонов возврат электроэнергии в тяговую сеть существенно снижается, так как значительная его часть потребляется электроотоплением вагонов. Следует подчеркнуть, что вообще в зимний период на электроотопление вагонов затрачивается значительная часть электроэнергии, которая при низкой температуре воздуха может составлять 20.50 % от общего расхода электроэнергии пассажирского поезда.
Таким образом, рекуперативное торможение пассажирского поезда имеет высокую энергетическую эффективность, так как позволяет возвратить в тяговую сеть и, таким образом, сэкономить значительное количество электроэнергии не только на спусках, но и при остановках на станциях. Конкретное значение возврата электроэнергии зависит от количества вагонов в поезде (массы состава), начальной скорости рекуперативного торможения, количества остановок и ограничений скорости, крутизны и протяженности спусков и др.
Приведенная оценка возврата электроэнергии позволяет утвердительно ответить на вопрос о целесообразности применения систем рекуперативного торможения на пассажирских электровозах постоянного тока, даже не принимая во внимание аспекты повышения безопасности движения поездов. Следовательно, выпускаемые в настоящее время пассажирские электровозы постоянного тока ЭП2К целесообразно оснащать системой рекуперативного торможения, тем более, что на них уже есть реостатное торможение и требуются минимальные затраты на их дооснащение для рекуперации энергии.
Учитывая особенности взаимодействия ЭПС и системы тягового электроснабжения на участках постоянного тока, можно отметить, что с технической точки зрения наиболее выгодным вариантом применения рекуперативного тормоза является его совмещение с реостатным тормозом по аналогии с новыми сериями грузовых электровозов 2ЭС4К, 2ЭС6 и электропоездов ЭД4. Это позволит обеспечить поезд готовым к работе электрическим тормозом, общая эффективность которого, обусловленная экономией электроэнергии и тормозных колодок, а также повышением безопасности движения, не будет зависеть от уровня напряжения в контактной сети.
Перспективы и эффективность подобных систем будут выше при использовании электровозов с рекуперацией на полигонах с холмистым и горным профилем. Применительно к железным дорогам Урала и Сибири существенный эффект от использования рекуперации на пассажирских электровозах постоянного тока можно ожидать на участках с холмистым и горным профилем пути Кузбасского региона Западно-Сибирской железной дороги, а также Свердловской, Южно-Уральской и Куйбышевской железных дорог.
Список литературы
1. Бакланов, А. А. Пути повышения энергоэффективности применения систем рекуперативного торможения на Красноярской железной дороге [Текст] / А. А. Бакланов, С. В. Швецов, А. П. Шиляков // Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов: Матер. всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - С. 300 - 308.
2. Мазнев, А. С. Повышение эффективности электроподвижного состава [Текст] / А. С. Мазнев, А. М. Евстафьев // Железнодорожный транспорт. - 2010. - № 9. - С. 33 - 36.
3. Мельниченко, О. В. Повышение энергетических показателей электровозов [Текст] / О. В. Мельниченко, Ю. В. Газизов // Железнодорожный транспорт. - 2010. - № 3. - С. 50, 51.
4. Сопов, В. И. Количественная оценка объемов энергии тяги и торможения на основе обработки экспериментальных данных [Текст] / В. И. Сопов, А. А. Штанг, Е. А. Спиридонов // Транспортные системы Сибири: Материалы междунар. науч.-техн. конф. / Красноярский гос. техн. ун-т. - Красноярск, 2004. - С. 143.
5. Бакланов, А. А. Энергетический баланс движения для решения задач снижения расхода электроэнергии на тягу поездов [Текст] / А. А. Бакланов // Транспорт: наука, техника, управление. - 2005. - № 6. - С. 32 - 35.
6. Астахов, П. Н. Справочник по тяговым расчетам [Текст] / П. Н. Астахов, П. Т. Гребе-нюк, А. И. Скворцова. - М.: Транспорт, 1973. - 256 с.
7. Правила тяговых расчетов для поездной работы [Текст]. - М.: Транспорт, 1985. -287 с.
8. Правила тяговых расчетов для поездной работы [Текст]: Утв. распоряж. ОАО «РЖД» от 12.05.2016 № 867р. - М., 2016. - 515 с.
9. Бронштейн, И. Н. Справочник по математике [Текст] / И. Н. Бронштейн, К. А. Семен-дяев. - М.: Наука, 1965. - 608 с.
10. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров [Текст] / Г. Корн, Т. Корн. - М.: Наука, 1974. - 832 с.
References
1. Baklanov A. A., Shvetsov S. V., Shilyakov A. P. Puti povysheniya energoeffektivnosti primeneniye sistem rekuperativnogo tormozheniya na Krasnoyarskoy zheleznoy doroge [Ways to improve energy efficiency the use of regenerative braking systems on the Krasnoyarsk Railway]. Mater. vseros. nauch.-tekhn. konf. s mezhdunar. uchastiyem «Ekspluatatsionnaya nadezhnost' loko-motivnogo parka i povysheniye effektivnosti tyagi poyezdov» (Materials of the All-Russian Scientific and Technical Conference with International Participation «Operational reliability of the locomotive fleet and increasing the efficiency of train traction»). Omsk, 2012. pp. 300 - 308.
2. Maznev A. S., Evstafyev A. M. Povysheniye effektivnosti elektropodvizhnogo sostava [Improving the efficiency of electric rolling stock]. Railway transport, 2010, no 9, pp. 33 - 36.
3. Melnichenko O. V., Gazizov Y. V. Povysheniye energeticheskikh pokazateley elektrovozov [Increasing the energy performance of electric locomotives]. Railway transport, 2010, no 3, pp. 50 -51.
4. Sopov V. I., Shtang A. A., Spiridonov E. A. Kolichestvennaya otsenka ob"yemov energii tyagi i tormozheniya na osnove obrabotki eksperimental'nykh dannykh [Quantitative assessment of the energy of thrust and braking based on the processing of experimental data]. Materialy II mezhdunarodnoy nauch.-tekh. konf. «Transportnyye sistemy Sibiri» (Materials of the II International Scientific-Technical. conf. «Transport Systems of Siberia»). Krasnoyarsk, 2004. 143 p.
5. Baklanov A. A. Energeticheskiy balans dvizheniya dlya resheniya zadach snizheniya raskhoda elektroenergii na tyagu poyezdov [The energy balance of the movement to solve problems of reducing power consumption for train traction]. Transport: science, technology, management, 2005, no 6, pp. 32 - 35.
6. Astakhov P. N., Grebenyuk P. T., Skvortsova A. I. Spravochnik po tyagovym raschetam (Handbook of traction calculations). Moscow: Transport, 1973. 256 p.
7. Pravila tyagovykh raschetov dlyapoyezdnoy raboty (Traction rules for train operation). Moscow: Transport, 1985. 287 p.
8. Pravila tyagovykh raschetov dlya poyezdnoy raboty (Traction rules for train operation), approved by the order of JSC «RZD» from 12.05.2016 № 867r. Moscow, 2016, 515 p.
9. Bronstein I. N., Semendyayev K. A. Spravochnik po matematike (Math Handbook). Moscow: Science, 1965. 608 p.
10. Korn G., Korn T. Spravochnik po matematike dlya nauchnykh rabotnikov i inzhenerov (Mathematics Handbook for Scientists and Engineers). Moscow: Science, 1974. 832 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Бакланов Александр Алексеевич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Подвижной состав электрических железных дорог», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-34-19.
E-mail: aleksbakl@mail.ru
Шиляков Андрей Петрович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Подвижной состав электрических железных дорог», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-34-19.
E-mail: ShilyakovAP@omgups.ru
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Baklanov Alexandr Alexeevich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation. Ph. D. of Engineering Sciences, Associate Professor of the department «Electric Railways Rolling Stock», OSTU.
Phone: +7 (3812) 31-34-19. E-mail: aleksbakl@mail.ru
Shilyakov Andrey Petrovich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation. Ph. D. of Engineering Sciences, Associate Professor of the department «Electric Railways Rolling Stock», OSTU.
Phone: +7 (3812) 31-34-19. E-mail: ShilyakovAP@omgups.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Бакланов, А. А. Энергетическая эффективность рекуперативного торможения пассажирских электровозов постоянного тока [Текст] / А. А. Бакланов, А. П. Шиляков // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2019. - № 2 (38). -С. 23 - 33.
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Baklanov A. A., Shilyakov A. P. The regenerative braking energy efficiency of DC passenger electric locomotives. Journal of Transsib Railway Studies, 2019, vol. 2, no. 38, pp. 23 - 33 (In Russian).
УДК 534.134
А. Ю. Портной, О. В. Мельниченко, К. П. Селедцов, А. О. Линьков
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС), г. Иркутск, Российская Федерация
ОСОБЕННОСТИ ВИБРАЦИИ, ВОЗНИКАЮЩЕЙ В ПАРЕ «КОЛЕСО ЭЛЕКТРОВОЗА - РЕЛЬС» В КРИВЫХ МАЛОГО РАДИУСА
Аннотация. Статья посвящена экспериментальному исследованию параметров вибраций, возникающих при вписывании в кривые малого радиуса, при помощи вибропреобразовательных датчиков. Представлены значения амплитуд виброускорений с математической обработкой и анализом данных. Приведены результаты исследования амплитуды вибрации, возникающей на буксе электровоза при взаимодействии колеса и рельса на горно-перевальном участке с большим количеством кривых малого радиуса. Установлено, что при вписывании в кривую малого радиуса даже в режиме выбега возникает псевдослучайная вибрация, по уровню превышающая вибрацию при прохождении стыка на прямом участке пути, а по времени эта вибрация является непрерывной. В режимах тяги также регистрируются гармоники, связанные с частотой зубчатой передачи. Спектральная плотность виброускорений представлена в трехмерном виде, кодируется цветом на двумерной диаграмме «время - частота» для оценки спектров колебаний и их вероятных источников.
Ключевые слова: тяговый подвижной состав, вибрация, система «колесо электровоза - рельс», вибрационное воздействие, кривые малого радиуса, тяга поездов, вейвлет-анализ.
