CC BY
41
ФОРМИРОВАНИЕ РЕЖИМНЫХ КАРТ ВЕДЕНИЯ ПОЕЗДА ТЕПЛОВОЗОМ НА ЗАДАННОМ УЧАСТКЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
© Сковородников Е.И.*, Михеев В.А.*, Гришина Ю.Б.*
Омский государственный университет путей сообщения, г. Омск
В статье рассматривается возможность применения математического моделирования для формирования режимных карт ведения поезда тепловозом с учетом условий эксплуатации на заданном участке обслуживания.
Формирование режимных карт ведения поезда тепловозом представляет практическую значимость, так как позволяет получить распределение времени работы тепловозной дизель-генераторной установки по позициям контроллера машиниста и на этой основе оценить эксплуатационную экономичность локомотива на участке обслуживания. Формирование режимных карт ведения поезда предполагает комплексный подход, включающий в себя с одной стороны применение элементов тяговых расчетов, а с другой использование результатов экспериментальных и теоретических исследований режимов работы магистральных тепловозов в эксплуатации.
Выполнение тяговых расчетов для заданного участка обслуживания и соответствующих исходных данных позволяет теоретически провести состав методом равномерных скоростей, что дает возможность определить распределение позиций контроллера машиниста по элементам профиля пути.
Перед выполнением расчета для заданного участка эксплуатации формируется необходимый объем информации. Информация об участке включает в себя следующие сведения: профиль пути с указанием длин элементов, знака и крутизны уклона (для сокращения объема тяговых расчетов и повышения их точности исходный продольный профиль пути спрямляется); расчетный подъем на выбранном участке эксплуатации, величина которого определяется по результатам спрямления исходного профиля пути; перечень раздельных пунктов с указанием расстояния между ними; установленные скорости движения на перегонах, станционных путях; длительные и постоянные предупреждения об ограничении скорости; тип пути - звеньевой или бесстыковой. Информация о локомотиве включает в себя: серия локомотива; количество секций; мощность дизель-генераторной установки каждой секции локомотивов на номинальном
* Профессор кафедры «Локомотивы», доктор технических наук
* Преподаватель кафедры «Локомотивы»
* Преподаватель кафедры «Безопасность жизнедеятельности и экология»
режиме. Основные технико-экономические характеристики дизель-гене-раторных установок могут быть приняты по результатам реостатных испытаний или по паспортным значениям. Информация о составе содержит сведения о типах вагонов и процентном содержании вагонов с различными характеристиками в составе. Также задаются: температура наружного воздуха; время работы силовых установок локомотивов за поездку на нормируемом участке в четном или нечетном направлении.
С учетом заданных скоростей движения, веса и структуры поезда определяется величина требуемой касательной силы тяги локомотива ¥к и соответствующая ей ьая позиция контроллера машиниста тепловоза на каждом ]-ом элементе спрямленного профиля пути обеспечивающая равномерное движение поезда из следующего условия [1, 2]:
Р* - = 0
где - полное сопротивление движению поезда на ]-ом элементе профиля пути.
Полное сопротивление движению поезда как ряда сцепленных повозок в общем случае суммируется из сопротивления локомотива как повозки и сопротивления вагонов [3, 4, 5]:
^ = К; '+^7
где Ж- ’ - общее сопротивление движению локомотива;
Ж-» - общее сопротивление движению вагонов.
Общее сопротивление движению локомотива при движении в режиме тяги или на холостом ходу (выбеге) определяется соответственно по следующим формулам:
=к+!^)р или ^+1ч)р
где ^0- ’ - основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме тяги;
’ - основное удельное сопротивление движению локомотива на холостом ходу;
1э- - дополнительное сопротивление, вызванное уклоном профиля данного элемента пути;
Р - расчетная масса локомотива.
Величина основных удельных сопротивлений движению локомотива рассчитывается в зависимости от режима движения с использованием эмпирических выражений теории локомотивной тяги [3, 4, 5].
Общее сопротивление движению вагонов определяется по формуле:
^ =(<+ ^ )б
где - основное удельное сопротивление движению вагонов;
Q - масса состава.
Величина основного удельного сопротивления движению состава рассчитывается в зависимости от структуры состава. В соответствии с этим основное удельное сопротивление движению состава, состоящего из вагонов различных типов на подшипниках скольжения и качения, определится по формуле:
™ О = «с + « <44 +Р<6 і + rw'0Sj
где ас, ак, р, г - соответственно доли в составе четырехосных вагонов на подшипниках скольжения, четырехосных на подшипниках качения и шестиосных вагонов на подшипниках качения;
™04с»>, Мык», ^6», мо8» - соответственно основное удельное сопротивления четырехосных вагонов на подшипниках скольжения, шестиосных на подшипниках качения и четырехосных вагонов на подшипниках качения [3, 4, 5].
По результатам расчета формируется распределение позиций контроллера машиниста по элементам профиля пути заданного участка эксплуатации (табл. 1).
Таблица 1
Параметры режимной карты ведения поезда по участку
Направление движения: четное
Характеристики элемента Примечание Параметры поездки по элементам
№ І], %о Б], км V], км/ч Пк] ] 4
1 І1 - Уі Пк1 І1
-
п Іп Зп - Уп Пкп Іп
Направление движения: нечетное
Характеристики элемента Примечание Параметры поездки по элементам
№ І|, %о Б], км V], км/ч Пк] ] ч
1 І1 Зі - Уі Пк1 іі
-
п Іп Зп - Уп Пкп Іп
Время работы тепловоза на 1-й позиции контроллера машиниста при движении поезда в режиме тяги или выбега на _|-ом элементе спрямленного профиля пути вычисляется по формуле:
где Sj - длина ]-го элемента спрямленного профиля пути;
У- - установленная скорость движения поезда.
Суммарное время работы тепловоза на і-й позиции контроллера машиниста при движении поезда в режиме тяги или выбега за поездку вычисляется по выражению:
=2
Расход топлива за время работы дизель-генераторной установки тепловоза на І-й позиции контроллера машиниста при движении поезда по заданному участку обслуживания определится по формуле:
Вдві = К Ьеі ¿іХ
где МеІ - мощность силовой установки на і-ой позиции контроллера машиниста;
ЬеІ - расход топлива силовой установки на і-ой позиции контроллера машиниста. Значения указанных параметров определяется с помощью статистических характеристик, представленных в виде полиномов:
АЫе1 = ПМ + ЪЫе ПМ + СЫе)
Ьеі = Ъен АЬеі = Ъен (аЬе ПКМ + ЪЬе Пкм + СЬе)
где Ыгн - мощность силовой установки на номинальном режиме;
Ьен - расход топлива силовой установки на номинальном режиме; АИеі, АЬеІ - соответственно относительная мощность и удельный расход топлива на і-ой позиции контроллера машиниста ПкмІ.
Суммарный расход топлива тепловозом за время движения определится по формуле:
Вдв = £ В,
1=0
где ппк - количество позиций контроллера машиниста соответствующей серии тепловоза.
Принятый способ тяговых расчетов при условии постоянства скорости не учитывает времени, затраченного на торможение, стоянки и разгоны поезда после стоянок, на переходные процессы (сброс и набор позиции дизель-генераторной установки) - 1всп. Неучтенное методом равномерных скоростей время, можно определить с использованием статистических
данных полученных по результатам экспериментальных исследовании выполненных в ходе опытных поездок [1]. Тогда, расход топлива дизель-генераторноИ установки тепловоза, затраченный на торможение, стоянки и разгоны поезда после стоянок, а также в переходных или неустановив-шихся режимах за поездку определится:
Ввп Ввспі Nei bei ^вспі
i=0
А„ .
t„„,. = с ——
i=0
At,.
100
где AtBcni - доля распределения вспомогательного времени работы тепловоза по позициям контроллера машиниста.
35 30 25
vo 20
О4
+* 15 10 5 0
1
Г- -
и fli [ft
- П-1 m m гП m m I m
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Пк
□ четное направление; □ нечетное направление
Рис. 1. Распределение времени работы тепловоза по позициям контроллера машиниста за поездку
По предлагаемой методике и принятым исходным данным рассчитываются следующие характеристики поездки: распределение позиций контроллера машиниста по элементам профиля пути участка эксплуатации; время работы тепловоза по позициям контроллера машиниста при движении поезда на участке с постоянной скоростью и соответствующий расход топлива; распределение времени работы тепловоза по позициям контроллера машиниста в переходных режимах и на стоянках в пути следования за поездку и соответствующий этому времени расход топлива; работа силовой установки тепловоза при движении, вспомогательная и суммарная рабата (A = Net), удельный расход топлива тепловозом на измеритель работы (q = (10000 B) / (QESj)), а также эксплуатационная экономичность локомотива при обслуживании поездов (Ьэ = B / АЕ = (Вда + ВВСП) / As).
Некоторые результаты расчета по предлагаемой методике для нижеследующих исходных данных представлены на рис. 1 и 2: принят услов-
n
n
ный модельный участок обслуживания на Восточном полигоне железных дорог России протяженностью 407 км состоящий из 160 спрямленных элементов в четном и нечетном направлении; минимальная скорость движения поезда по участку в четном и нечетном направлении составляет 35 км/ч, максимальная - 80 км/ч; серия эксплуатируемого локомотива на участке 2ТЭ116; руководящий уклон в четном направлении составляет 4,8 %о, в нечетном направлении - 4,1 %; вес состава, состоящего из четырехосных вагонов на подшипниках скольжения, в четном и нечетном направлениях - 3800 т; время поездки в четном и нечетном направлениях принято равным 12,01 ч и 12,40 ч соответственно; атмосферные условия - нормальные (стандартные для принятого полигона эксплуатации).
25
О4
и"
20
15
10
5
0
ш
Ш
ш
Ш
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Пк
□ четное направление; □ нечетное направление
Рис. 2. Распределение расхода топлива силовой установкой тепловоза по позициям контроллера машиниста за поездку
Список литературы:
1. Методы оценки технического состояния, эксплуатационной экономичности и экологической безопасности дизельных локомотивов / Ред. А.И. Володина. - М.: ООО «Желдориздат», 2007. - 264 с.
2. Сковородников Е.И., Овчаренко С.М. Нормирование расхода топлива на маневровую и поездную работу тепловозов // Ресурсосберегающие технологии в структурных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги: материалы научно-практической конференции. - Омск: ОмГУПС, 2005. - С. 116-125.
3. Правила тяговых расчетов для поездной работы. - М.: Транспорт, 1985. - 287 с.
4. Справочник по тяговым расчетам: справочное издание / Ред. П.Н. Астахов. - М.: Транспорт, 1973. - 256 с.
5. Тяговые расчеты: справочник / Ред. П.Т. Гребенюк. - М.: Транспорт, 1987. - 272 с.
