CC BY
25
Сравнение результатов расчета на основе описанной модели показывает хорошую сходимость с данными эксперимента Так, для пролета, показанного на рисунке 10, усредненное расхождение эксперимента и результатов расчета на основе модели составило 3,5 %, а расхождение с расчетом по ранее применявшейся методике составляло почти 18%.
Отметим, что расхождение результатов между расчетом на основе конечно-элементной модели и данными эксперимента в значительной степени может быть связано с погрешностями монтажа контактной подвески.
В заключение можно отметить, что применение метода конечных элементов позволило построить простую и доступную для повторения статическую модель контактной подвески, на основе которой реализован расчет эластичности.
Предлагаемый метод расчета эластичности в отличие от ранее применявшихся не содержит специальных эмпирических формул и коэффициентов, позволяет гибко задавать параметры контактной подвески и обеспечивает значительно лучшую точность. Метод может использоваться при совершенствовании систем токосъема для высоких скоростей движения.
Для оценки адекватности метода использованы экспериментальные данные, полученные в ходе испытаний контактной сети на участке Лихославль - Калашникове с применением усовершенствованных измерительных средств. Сравнение данных расчета и эксперимента показало достаточную степень сходимости.
Список литературы
1. Фрайфельд, А. В. Проектирование контактной сети [Текст] / А. В. Фрайфельд, Г. Н. Брод. - М.: Транспорт, 1991.-335 с.
2. Ефимов, А. В. Разработка конечно-элементной модели статического взаимодействия токоприемников с контактной сетью [Текст] / А. В. Ефимов, А. Е. Еалкин, Е. А. Полыгалова // Межвуз. сб. науч. тр. / Самарский ин-т инж. ж.-д. транс. - Самара, 2001. - С. 72 - 75.
3. Кудряшов, Е. В. Проектирование контактных подвесок на основе статических конечно-элементных моделей [Текст] / Е. В. Кудряшов // Актуальные проблемы проектирования и эксплуатации контактных подвесок и токоприемников электрического транспорта: Сб. науч. ст. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - С. 196 - 206.
4. Постнов, В. А. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций [Текст] /
B. А. Постнов, И. Я. Хархурим. - Л.: Судостроение, 1974. - 344 с.
5. Пат. № 81922 на полезную модель (РФ), МПК В 60 М 1/00. Устройство для измерения жесткости контактных подвесок / В. М. Павлов, О. А. Сидоров, А. Н. Смердин, И. Е. Чертков,
C. В. Заренков (Россия). - № 2008145676/22; Заявлено 19.11.2008; Опубл. 10.04.2009. Бюл. № 10. е.-7
УДК 629.47:658.2
С. М. Овчаренко, П. С. Корнеев
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
С УЧЕТОМ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ ТЕПЛОВОЗА
Приводится методика формирования расходных характеристик дизель-генераторноьI установки тепловоза по результатам реостатных испытаний или контрольного поездки. Модель позволяет скорректировать паспортные расходные характеристики с учетом снижения экономичности работы дизеля, которые необходимы для решения задач (щеикирасхода топлива и контроля технического состояния.
При эксплуатации тепловоза происходит ухудшение его технического состояния. Процессам износа, разрегулировки подвержены детали и системы дизеля. Результатом такого ухудшения технического состояния является не только снижение надежности работы, но и увеличение расхода топлива. Влияние множества случайных факторов приводит к тому, что расходные характеристики дизелей изменяются на разную величину [1]. Такие отклонения могут
26 ИЗВЕСТИЯ ТранссЯШЯ ^^
достигать 10 - 15 %. Изменение параметров дизель-генераторных установок (ДГУ) должны учитываться при решении задачи оценки расхода топлива за поездку.
Значительное влияние на расход топлива ДГУ тепловоза оказывает качество настройки внешней характеристики тепловоза. При проведении послеремонтных реостатных испытаний мощность ДГУ тепловоза должна находиться в пределах паспортного поля допуска (таблица 1).
Таблица 1 - Параметры настройки ДГУ тепловоза серии ТЭМ2
Позиция контроллера машиниста Частота вращения -1 коленчатого вала дизеля, мин Мощность ДГУ, кВт
0 300 0
1 300 25±10
2 300 85-10
3 330 130-15
4 400 230-15
5 480 350—15
6 570 490^15
7 650 620-15
8 750 750+15
Исследования, проведенные по ряду локомотивных депо, показали, что наблюдаются отклонения мощности ДГУ от паспортных значений. На рисунке 1 в качестве примера приведены внешние характеристики тепловозов серии ТЭМ2, прошедших реостатные испытания. Для учета текущего технического состояния ДГУ тепловозов разработана математическая модель, позволяющая корректировать расходные характеристики.
Результаты настройки внешней характеристики тепловозов серии ТЭМ2: верхняя и нижняя границы мощности
На маневровом тепловозе серии ТЭМ2 установлен дизель типа ПД1М с генератором постоянного тока ГП 300А (ГП300Б). В таблице 2 указаны паспортные расходные характеристики ДГУ тепловоза серии ТЭМ2, приведенные к стандартным условиям.
Для корректировки расходных характеристик ДГУ тепловоза при проведении реостатных испытаний или контрольной поездки фиксируются следующие параметры работы тепловоза: время работы ДГУ по позициям в режиме холостого хода (7(ХХ)); время работы ДГУ по позициям в режиме нагрузки (¿(Н)Х реализуемая мощность ДГУ по позициям (АГ); температура
ИЗВЕСТИЯ Транссиба 27
(Т) и давление (Р) наружного воздуха; время работы воздушного компрессора по позициям контроллера машиниста в режиме нагрузки () и холостого хода (), время (¿вх) и частота вращения (пвх) вентилятора холодильника; количество переключений позиций контроллера машиниста (Кпк); фактический расход топлива (Вф ).
Таблица 2 - Паспортные расходные характеристики ДГУ тепловоза серии ТЭМ2
Позиция контроллера машиниста Расход топлива
в режиме холостого хода, кг/ч в режиме нагрузки, кг/кВт ч
0 8 -
1 8 0,314
2 8 0,272
3 9 0,241
4 11 0,230
5 15 0,223
6 22 0,223
7 24 0,226
8 32 0,242
Фактический расход топлива фиксируется при условиях, отличных от стандартных, поэтому он должен быть приведен к расходу топлива при стандартных условиях [2], кг:
вф = ;
где (3 - коэффициент приведения.
Коэффициент приведения расхода топлива к стандартным условиям
К
(1)
Р =
а
а = К-0Л(\-К)
1
-1
чЛм у
к = т (ТХ ( т У с
1 Р-ауР,) т к1 У т V сх /
(2)
(3)
(4)
где а, т, п, g - постоянные коэффициенты; а = 1; т = 0,57; п = 0,55; £ = 1,75;
г|м - механический КПД;
Р ,Р— полное атмосферное давление при стандартных условиях и текущее, кПа;
Р , Р - давление насыщения водяного пара при стандартных условиях и при испытаниях,
ф, ф - относительная влажность воздуха при стандартных условиях и при испытаниях, %;
Т ,Т— абсолютная температура окружающего воздуха при стандартных условиях и при испытаниях, °К;
Тс - стандартная исходная абсолютная температура охлаждающей среды на входе в охладитель наддувочного воздуха, °К;
Гсх- температура окружающей среды на входе в охладитель наддувочного воздуха при испытаниях, °К.
На увеличение расхода топлива оказывает влияние количество переходных процессов. При переключении позиций контроллера машиниста регулятор частоты вращения коленчатого вала дизеля за счет перемещения реек топливных насосов высокого давления устанавливает требуемую частоту. Длительность этого процесса составляет порядка 4 - 5 с и сопровождается
28 ИЗВЕСТИЯ ТрансбШШ ^^
■ ЛЛ <4 Л
повышенным расходом топлива. Этот фактор учитывается в модели, установленной по экспериментальным данным, зависимостью, кг:
К„
(5)
^.=1 + 0,027^, (6)
60^
где Кик - количество переключений позиций контроллера машиниста за время работы ДГУ, , ч).
Расход топлива на привод воздушного компрессора, кг, в режиме холостого хода -
8
о(хх) _ ^ , (XX) (XX) (7Л
ПКТ " КТ '¿КТ 5 V ')
2=0
в режиме нагрузки -
8
ю(Н) _ ^ г (Н) (Н)
^КТ ¿^ ¿КТ ¿КТ ' V0/
2=1
где / - позиция контроллера машиниста.
Расход топлива на привод вентилятора холодильника, кг,
Вв=Ъв1в, (9)
где ¿в- время работы вентилятора, ч;
Ьв- часовой расход топлива в зависимости от частоты вращения вентилятора, кг/ч.
Для тепловоза серии ТЭМ2 с механическим приводом вентилятора холодильника получена зависимость:
Ъв = 0,008358йв, (10)
где Цв - средневзвешенная частота вращения вентилятора за время работы, мин"1.
Фактический расход топлива ДГУ тепловоза с учетом долей расхода на привод воздушного компрессора, вентилятора холодильника и переходных процессов, кг,
В'ФК=ВФК-^Х)-В^-Вв. (11)
По режимам работы ДГУ тепловоза рассчитываются доли расхода топлива на холостом ходу и под нагрузкой для тепловоза с паспортными расходными характеристиками:
^(ХХ) = Е?ХХЧ(ХХ); (12)
2 = 0
(13)
2=0
где Ь.ХХ} и Ь'и>- паспортный расход топлива по позициям ДГУ тепловоза в режиме холостого хода, кг/ч, и в режиме нагрузки, кг/кВт - ч;
ТУ,. - паспортная мощность по позициям ДГУ тепловоза, кВт.
Доля топлива, израсходованная в режиме холостого хода, по паспортным характеристикам,
^(ХХ)
^хх = £(ХХ) ^(Н) • (14)
№ 4(8) 2011
Доля топлива, израсходованная в режиме нагрузки, по паспортным характеристикам,
£(Н)
н £(ХХ) + £(Н) •
Принимаем допущение о том, что соотношение расхода топлива ДГУ в режиме холостого хода и под нагрузкой при испытаниях сохраняется, тогда
количество топлива, израсходованное ДГУ испытываемого тепловоза в режиме холостого хода, кг, -
Д!ХХ) = В' 5 ;
Ф <|)К XX '
фк XX :
(16)
количество топлива, израсходованное ДГУ испытываемого тепловоза в режиме нагрузки,
кг, -
«г=в;А
Коэффициент корректировки расходной характеристики в режиме холостого хода
(в' -В{ХХ)-В{Щ)5
Ххх -
'XX
(17)
(18)
(XX)
Коэффициент корректировки расходной характеристики в режиме нагрузки
(19)
1=1
где N¡ - значения мощности по позициям испытываемого тепловоза, кВт.
Расходная характеристика испытываемого тепловоза в режиме холостого хода, кг/ч,
,(ХХ)=г,(ХХ)х
XX •
Расходная характеристика испытываемого тепловоза в режиме нагрузки, кг/кВт ч,
,(Н) -
Ь{Я)Х.
(20)
(21)
В заключение следует отметить, что предложенная методика позволяет формировать расходные характеристики ДГУ, учитывающие текущее техническое состояние тепловоза, без проведения специальных испытаний на расход топлива. Технология корректировки паспортных расходных характеристик с использованием разработанной методики может быть реализована как при проведении реостатных испытаний тепловоза, так и по результатам опытной поездки в условиях реальной эксплуатации.
Список литературы
1. Хомич, А. 3. Экономия топлива и теплотехническая модернизация локомотивов [Текст] / А. 3. Хомич, О. И. Тупицын, А. Э. Симеон. - М.: Транспорт, 1975. - 264 с.
2. ГОСТ Р 52517-2005. Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Характеристики. Стандартные исходные условия, объявление мощности, расход топлива и смазочного масла. Методы испытаний [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 2005. - 6 с.
ИЗВЕСТИЯ Транссиба
№ 4(8) 2011
