Оптимизация тепловозной характеристики дизеля для микропроцессорных систем управления электропередачей тепловозов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

длительном торможении большой мощности может вызвать почти полное снятие действительного натяга.

3. Перспективен способ увеличения прочности соединения с натягом путем изменения макрогеометрии контактирующих поверхностей. Результаты испытаний соединений с натягом, имеющих дискретную поверхность в контакте, показали, что несущая способность соединения по провороту возрастает более чем в 1,3 раза по сравнению с соединением из деталей с гладкими сопряженными поверхностями [9].

Список литературы

1. Буйносов, А. П. Методы повышения ресурса колесных пар тягового подвижного состава: Монография [Текст] / А. П. Буйносов / ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте». М., 2010. -224 с.

2. Козубенко, В. Г. Безопасное управление поездом: вопросы и ответы [Текст] / В. Г. Ко-зубенко / ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте». М., 2008. 548 с.

3. О надежности соединения бандажа с колесным центром [Текст] / В. Г. Иноземцев, В. В. Иванов и др. // Вестник ВНИИЖТа. - 1986. - № 8. - С. 29 - 33.

4. Брюнчуков, Г. И. Эксплуатационные испытания бандажей повышенной твердости [Текст] / Г. И. Брюнчуков, А. В. Сухов, В. В. Тимофеев // Локомотив. - 2011. - № 11. - С. 33 - 35.

5. Сашко, А. А. Отчего повреждаются бандажи / А. А. Сашко // Локомотив. - 2005. -№10.-С. 36,37.

6. К вопросу образования наваров на поверхности катания колеса [Текст] / В. И. Несте-ренко, В. А. Левандовский и др. // Вюник СМУ 1м. В. Даля. -2010. -№ 5(147). - 160 с.

7. Грек, В. И. Прочность соединения бандажа с центром колес подвижного состава с учетом действия тепловых нагрузок при торможении: Дис... доктора техн. наук. [Текст]. Коломна, 1991. - 191 с.

8. Бородин, А. В. Соединение с натягом повышенной несущей способности [Текст] / А. В. Бородин // Исследование процессов взаимодействия объектов железнодорожного транспорта с окружающей средой: Материалы науч.-техн. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 1995. - С. 21 - 25.

9. Бородин, А. В. Высоконагруженные соединения с гарантированным натягом для локомотивов: Монография [Текст] / А. В. Бородин, В. М. Волков, И. Л. Рязанцева. - Омск, 2011.- 160 с.

10. Гаркунов, Д. Н. Триботехника (износ и безызносность) [Текст] / Д. Н. Гаркунов / Московская сельскохозяйственная академия. М., 2001. - 616 с.

УДК 629.421 (621.436 + 621.313.12)

А. И. Володин, М. Н. Кирьяков

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕПЛОВОЗНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЯ ДЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧЕЙ ТЕПЛОВОЗОВ

В статье разработана математическая модель универсальных характеристик дизель-генераторных установок тепловозов, приводящая задачу выбора оптимального тепловозной характеристики к оптимизации по одному параметру. С помощью разработанного математ и ческой модели универсальных характеристгт <)п-зель-генераторных установок тепловозов рассчгтгывается оптимальная эконолтческая тепловозная характе-ристгта для различных тгтов дизелегХ

Работа направлена на повышение эффективности использования дизельного топлива за счет оптимальной настройки тепловозной характеристики при эксплуатации тепловозов.

В настоящее время на тепловозах широко используются микропроцессорные системы управления электропередачей тепловозов. Микропроцессорные системы позволяют с высокой степенью точности реализовать тепловозные характеристики, имеющие достаточно сложную зависимость между потребляемой мощностью и частотой вращения коленчатого вала дизеля. Для того чтобы заложить параметры оптимальной тепловозной характеристики в алгоритм управления системы, необходимо произвести расчет ее параметров. В данной работе приведен расчет оптимальной тепловозной характеристики для использования ее в микропроцессорных системах управления электропередачей тепловозов с целью обеспечения минимального расхода топлива с учетом времени работы тепловозов на различных режимах.

Тепловозную характеристику, обеспечивающую минимальный удельный расход топлива, согласно исследованиям Коссова Е. Е. [1] наиболее точно можно описать параболической зависимостью.

Таким образом, представим тепловозную характеристику в следующем виде:

{Ne-NeQ) = kl{n-nQ) + k2{n-n())\ (1)

где Ne - мощность дизеля; Neо - мощность дизеля в опорной точке; к\, кг - параметры уравнения; п - частота вращения коленчатого вала дизеля; щ - частота вращения коленчатого вала дизеля в опорной точке.

Уравнение (1) представляет семейство кривых (рисунок 1), проходящих через точку D¡

(Ne0J, Пи1').

В качестве опорных точек Dj (NeoJ, ) выбираем следующие [2]:

D\ (Neо(1), nQ-l)) - точка, соответствующая минимальному расходу топлива (Ъе(п) —> min); Di (Neо(2), П(,(2>) - точка, соответствующая холостому режиму работы дизеля; D3 (Neо(3), п<)(3>) - точка, соответствующая номинальному расчетному значению мощности Ne. В соответствии с уравнением (1) можно записать:

Ne. = Njj) + к{и) (пУ] - n0iJ)) + k2U) (и.(л - n0U) У . (2)

При расчете оптимальной тепловозной характеристики дизеля предлагается использовать следующие критерии [1,3]:

п

Кэ1=-=>min; (3)

Y N.P.

/ i ei i 7 = 1

П

^э2=1Л^т1П' (4)

/=1

КЕ+УТЧ Р.

1 1 (5)

где bei - удельный расход топлива на i-м участке частоты вращения коленчатого вала дизеля; Net — мощность дизеля на i-м участке частоты вращения коленчатого вала дизеля; Р, - вероятность работы дизеля на i-м участке частоты вращения коленчатого вала.

б

Рисунок 1 - Схема расположения опорных точек на универсальной характеристике дизеля: а, б, в - для опорных точек Дз соответственно

Для оценки эффективности критериев Кэ\, Кэ2, Кэз и рациональности выбора опорной точки производится расчет тепловозной характеристики по всем критериям для каждой опорной точки.

Величина удельного расхода топлива bei в зависимости от мощности дизеля для каждого значения скорости вращения п, вычисляется по уравнению:

К = +

hiNei+a2Nei\

(6)

где а0, ах, а2- параметры, зависящие от частоты вращения щ.

Универсальная характеристика дизеля, представленная в виде Ье = ) (выражение (6), приводит задачу выбора экономической характеристики к оптимизации по одному параметру - удельному расходу топлива, что существенно упрощает задачу выбора оптимальных режимов работы дизеля.

Значения коэффициентов а0, ах, а2 находим методом наименьших квадратов.

Подставляем в выражение (6) вместо ^ выражение (2) и получаем:

(7)

Вероятность Р, находим по известной функции распределения плотности вероятностей У(Т), где Т - случайная величина, определяющая время работы дизеля в зависимости от частоты вращения щ.

Р,= } f(T)6T.

(8)

Ti-\+Ti 2

Подставляя выражения (7) и (8) в (3), (4), (5) для каждого критерия - Кэ\, Кэ% Кэз, находим параметры к\, кг для каждой опорной точки - 1)2, Дз - из условия экстремума:

дК

dKj дк j

дк2/

= 0:

= 0.

(9)

Подставляем рассчитанные значения параметров к\г кг в выражение (2), строим для каждой опорной точки - В\, 1)2, £>3 - три кривых, соответствующие критериям Кэ\, КЭ2, Кэз.

Результаты расчетов характеристик для дизелей 1 ОД 100, 5Д49, ПД1М приведены на рисунках 2-4.

Сравнение полученных характеристик можно провести по величине математического ожидания удельного расхода топлива, результаты расчетов которого приведены в таблице.

Наименьшая величина математического ожидания удельного расхода топлива получается для дизелей:

1 ОД 100 - кривая, рассчитанная по критерию Кэ2 и проходящая через опорную точку

5Д49 - кривая, рассчитанная по критерию Кэ2 и проходящая через опорную точку

ПД1М - кривая, рассчитанная по критерию Кэ2 и проходящая через опорную точку В

Рисунок 2 - Параболы, рассчитанные по критериям оптимизации для дизеля 10Д100: а, б, в - для первой, второй и третьей опорных точек соответственно; А, В - внешняя и экономическая характеристики; 1, 2, 3 - для критериев Кэ\, К12 и Кэз

2500

кВт

А 1500

1000

Ne 500

°350 450 550 650 750 850 -1 1050

мин

Ид -►

а

2500 кВт

А 1500

1000

Nc 500 D

2 0

350 450 550 650 750 850 -1 1050

мин

Ид -►

б

2500 кВт

А 1500

1000 N~q 500

о

350 450 550 650 750 850 _1 1050

мин

пд -►

в

Рисунок 3 - Параболы, рассчитанные по критериям оптимизации для дизеля 5Д49 а, б, в - для первой, второй и третьей опорных точек соответственно; - внешняя и экономическая характеристики; 1, 2, 3 - для критериев КэЪ Кэ2 и K.ß

-!

3 с:

/

D3

Л- / /

3 у

в 1,2 А V ig

882 кВт

Л

588 441 294 147

О 1

300 400 500 600 мин1 800

Яд -►

В

Рисунок 4 - Параболы, рассчитанные по критериям оптимизации для дизеля ПД1М: а, б, в - для первой, второй и третьей опорных точек соответственно; А, В - внешняя и экономическая характеристики; 1, 2, 3 - для критериев Кэ\, Kl2 и Кэз

1 2 3 В,

А \ VA wf) г /

А//

Тип дизеля Критерии Точка

А А Оз

Кэ1 223,063 223,152 223,178

10Д100 Кэ2 223,042 223,121 223,147

Кэ3 223,043 223,127 223,149

Кэ1 210,051 209,464 210,051

5Д49 Кэ2 209,364 209,223 209,364

кэ3 209,572 209,224 209,572

кэ] 221,623 221,722 221,701

ПД1М кэ2 221,614 221,735 221,682

Кэ3 221,615 221,756 221,688

Можно сделать вывод о том, что наиболее оптимальным является критерий КЭ2, а рассчитанные по этому критерию характеристики будут наиболее экономичными.

Значения математического ожидания удельного расхода топлива для всех опорных точек отличаются друг от друга незначительно, но для управления тепловозом наиболее подходящей является характеристика, проходящая через опорную точку 1)2, так как эта точка соответствует холостому ходу дизеля.

Таким образом, подводя уровень тепловозной характеристики дизеля к полученной оптимальной кривой посредством микропроцессорной системы управления электропередачей тепловоза, можно добиться наиболее экономичной работы тепловозного дизеля в эксплуатации.

Список литературы

1. Коссов, Е. Е. Оптимизация режимов работы тепловозных дизель-генераторов [Текст] / Е. Е. Коссов, С. И. Сухопаров. -М.: Интекст, 1999. - 184 с.

2. Володин, А. И. Выбор критериев оптимизации универсальных характеристик дизель-генераторных установок тепловозов [Текст] / А. И. Володин, В. Ф. Кузнецов, Хан Рен Ир // Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике: Межвуз. сб. науч. тр. / Новочеркасский гос. ун-т. - Новочеркасск, 2005. - Вып. 5. - С. 28.

3. Володин, А. И. Топливная экономичность силовых установок тепловозов [Текст] / А. И. Володин, Е. А. Фофанов. - М: Транспорт, 1979. - 126 с.

УДК 621.332.531

Е. М. Дербилов, С. В. Заренков, О. А. Ходунова

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ТОКОСЪЕМА В ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЛЕТАХ СОПРЯЖЕНИЙ АНКЕРНЫХ УЧАСТКОВ ЦЕПНЫХ КОНТАКТНЫХ ПОДВЕСОК

В статье рассмотрены основные причины возникновения отказов на сопряжениях анкерных участков цепных контактных подвесок. Приведена классификация параметров, показателей, характеристик и критериев плавности перехода с одного контактной подвески на другую в сопряжениях анкерных участков. Предложены и описаны меры по повышению качества токосъема в переходных пролетах сопряжений.

При увеличении скоростей движения большое внимание уделяется конструкции и методам расчета переходных пролетов в сопряжениях анкерных участков, так как именно они становятся причиной ограничения скорости движения [1]. Современная тенденция увеличе-