CC BY
50
A UNIVERSUM:
№9(78)_А ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_сентябрь. 2020 г.
ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛОКОМОТИВОВ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Аблялимов Олег Сергеевич
канд. техн. наук, старший научный сотрудник, и.о. профессора кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство» Ташкентский государственный транспортный университет,
Узбекистан, г. Ташкент E-mail: o. ablyalimov@gmail. com
INDICATORS OF EFFICIENCY OF LOCOMOTIVES USE IN OPERATING CONDITIONS
Oleg Ablyalimov
Doctor ofphilosophy, chief worker, acting professor of the chair, «Lornmotives and locomotive economy»
Tashkent state transpоrt university, Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
Получены силовые и энергетические показатели эффективности локомотивов в эксплуатации, которые можно использовать для анализа и оценки производительности локомотивов на разных по степени трудности участках железных дорог.
ABSTRACT
The power and energy indicators of the efficiency of locomotives in operation have been obtained, which can be used to analyze and evaluate the performance of locomotives on railway sections of different degrees of difficulty.
Ключевые слова: силовой, энергетический, показатель, производительность, локомотив, перевозочная работа, коэффициент.
Keywords: power, energy, indicator, performance, locomotive, transportation work, coefficient.
Оценке эффективности использования локомотивов в эксплуатации посвящены многочисленные работы, которые охватывают вопрос оценки эффективности тяги по комплексу тягово - энергетических, эксплуатационных и экономических показателей, и рассматривают методы оценки использования локомотивов по времени, по мощность и располагаемому запасу работы.
Здесь можно указать на три разновидности, исследований: работы, рассматривающие вопросы улучшения использования локомотивов во времени; работы, изучающие использование локомотивов в процессе движения и часть работ, изучающих комплекс вопросов перевозочной работы локомотивов -выбор и анализ показателей производительности локомотивов, веса (массы) составов, расчётных скоростей движения и другие.
Таким образом, оценка результатов эффективности работы локомотивов должна проводиться с учётом энергетических, силовых и экономических итогов перевозочного процесса локомотивов.
Энергетические показатели позволяют рассматривать результаты на основе величин, взаимосвязанность которых определяется законом сохранения энергии. В результате получают характеристики вполне сравнимые для любых условий работы, что расширяет правомерность выводов. Силовые показатели дают представление об использовании силовой
энергетической установки локомотива на участке, как по установленной мощности, так и по времени её загрузки. Экономические показатели являются обобщающими параметрами, выраженными единым мерилом - денежной единицей.
Однако, при отнесении их к продукции, которая выражается в тонна - километрах поездной работы, имеющей неодинаковую энергоёмкость, результаты оценки эффективности не всегда будут отражать истинное положение. В практических условиях часто попользуются также эксплуатационные показатели, учитывающие результаты работы без связи её с энергетическими и силовыми преобразованиями в локомотивах. Эти показатели (т км брутто поездной работы, км пробега, скорость, вес и масса состава и пр.) не имеют между собой точных соотношений и поэтому, не могут правильно отражать зависимости между выполненной работой и расходом энергии, скоростью и пр.
Отметим, что различные показатели можно выражать как в абсолютном, так и в относительном выражении [5] и они могут определяться за любой период - сутки, оборот локомотива, период движения и т.д.
В процессе перевозочной работы локомотивов (ПРЛ) на участке, подводимая энергия преобразуется в касательную механическую работу локомотива Aк,
Библиографическое описание: Аблялимов О.С. Показатели эффективности использования локомотивов в условиях эксплуатации // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 9(78). URL:
https://7universum. com/ru/tech/archive/item/10700
№ 9 (78)
• 7universum.com
АиМ1УЕК5иМ:
/т ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
которая распределяется на полезную, производительную часть, расходуемую на преодоление сил сопротивления состава А" и на непроизводительную часть, которая расходуется на преодоление сил сопротивления локомотива А' и работу тормозных сил Ат поезда. Величины А' и Ат нередко достигают 20 - 40 процентов от значений Ак и снижение их на конкретном участке зависит от организации движения и технологии работы локомотивов с поездами. Величина А " в конкретных условиях эксплуатации является неуправляемой и снижение её требует улучшение технического содержания подвижного состава, реконструкции его и верхнего строения пути.
Определение механической работы сил, действующих на поезд, является необходимым для подсчётов показателей эффективности локомотивов, что можно сделать, используя аналитические [6] или графические [4] методы.
В задачах оптимизации перевозочной работы локомотивов подсчёты координат механической работы сил, действующих на поезд, при выполнении их на ЭВМ обычно производят по следующим выражениям.
Касательная механическая работа локомотива
Ак = К=№к • п • Лш (п = 0,1,...,т) (1)
Механическая работа сил сопротивления движению состава
А" = Q • КГ1) + и • Лп,
(п = 0,1,., т) (2)
Механическая работа сил сопротивления движению локомотива
А' = £п=(Т[ £п=0(ак • Г) + ¿кп] • Лп,
(п = 0,1,.,т) (3)
сентябрь, 2020 г.
Механическая работа сил действующих на поезд на отдельных участках зависимости от условий работы может колебаться, как по величине, так и по знаку, а именно:
Ак > 0; 0 > А" > 0; 0 > А' > 0; Ат < 0 (5)
В расчётах нередко приходится рассматривать случаи движения поезда от момента трогания с места до момента остановки, то есть Ун = Ук = 0.
Для таких случаев будем иметь,
Ак = А' + А" + Ат (6)
Использование выражения (6) нередко упрощает определение того или иного значения величины механической работы.
На участках, где имеется значительное понижение центра тяжести поезда, величины А', и А" будут поло положительными. В таких случаях, равенство (6) сохраняется за счёт увеличения слагаемой Ат. Однако, аналогичный баланс по расходу энергии в таких случаях не будет иметь место, так как эквивалентная величине А т энергия будет включать не только подведённую энергию, но и определённое количество потенциальной энергии поглощённой тормозами, что следует учитывать при расчётах расхода энергии на участках.
Ряд программ расчётов перевозочной работы локомотивов для ЭВМ [2 и другие] позволяют определять на участках величины Ак, А', А", и Ат, а также невозвратимую работу вредных сил сопротивления Ас движению, включающую работу сил основного сопротивления, сил дополнительного сопротивления от кривых и работу сил торможения
Ас = Ак - (Р0 + Q) [£ ¿кп • Лп + 0,00417 • (К<2Т - 7Н2Т)]
(2.7)
Механическая работа тормозных сил поезда
Ат = (P0 + Q)•TJr=™a.
п=т
п=0 ит а"'.Уг + а'"'
(п = 0,1,...,т)
Лп, (4)
где Р0 и Q - соответственно, вес локомотива и состава;
£ак • 7к - зависимости силы тяги и сил сопротивления движению;
ак - соответствующие коэффициенты аппроксимирующего полинома;
¿кп - текущее значение подъёма (уклона); а', а", а"\ а"" - коэффициента зависимости тормозной силы от величины тормозного коэффициента поезда и и типа тормозных колодок; Лп - шаг интегрирования по пути; Ус - среднее значение скорости движения на шаге интегрирования Лп.
Выражения (1 - 4) решаются для соответствующих значений скорости, которые определяются интегрированием уравнения движения поезда (9 б) [1].
где ¿кп - текущий элемент профиля пути на шаге интегрирования, %<>;
Лп - текущий шаг интегрирования по пути принятым численным методам;
Унт и Укт - соответственно, скорости в начале и конце торможения, км / ч;
(Ро+О) - вес поезда, т.
Механическую работу сил сопротивления состава, которая необходима для подсчётов продукции в условных ткм брутто, с достаточной для практики точностью можно определять для участков работы локомотивов, используя соответствующие отчётные данные по выражениям [5] за поездку, то есть
А'= + ¿кС) (2.8)
1А" = + (Ш - Ш')Нс + 700-£| (2.9)
где XQL - общая величина поездной работы на участке протяжённостью Ь, км, т км брутто;
№ 9 (78)
сентябрь, 2020 г.
Хб' - вес составов в направлении станции оборота локомотива, расположенной относительно второй станции оборота выше на Нс, то есть на величину геометрического превышения, т;
Хб" - вес составов в обратном направлении, т; Нс - разность высотных отметок конечных станций на участке, м;
ХХс/Я - сумма отношений длин кривых £к, км к их радиусам Я, м;
ш0Б, шос - средневзвешенные по пути значения основного удельного сопротивления состава за поездку или составов за рассматриваемый период, кгс/т (Н/кН), приближённо определяют по рекомендациям [6];
1кс - средневзвешенный по пути подъём (уклон) на участке, %о.
При известных величинах механической работы, значения относительных показателей производительности локомотивов [6] определяются для периода хода поезда следующими выражениями: - силовой производительности
Фактически выполненная механическая работа локомотива будет меньше располагаемой работы и определяется, как было указано выше. Отношение величины ^х равное:
0,0037Ак
Мх = лгшах .4.
(13)
называем коэффициентом ходовой загрузки силовых агрегатов локомотива, пропорционально которому будут расходы, связанные с расходом энергии и ремонтом силовых агрегатов, а также с расходами по ремонту ходовых частей подвижного состава и текущего содержания пути. Увеличение Ак или ^х будет увеличивать эти расходы, поэтому увеличение Ак при заданном грузопотоке Г не оправдано.
Следует увеличивать полезную часть механической работы локомотива, используемой на преодоление сил сопротивления состава, то есть отношение
А''
в" = — н Ак
(14)
£
0,0037037А''
(10)
энергетической производительности для тепло-
возов
С
2.3419А''
(11)
- энергетической производительности для электровозов
л.
денежной ходовой производительностью
Ух
0,434А" Эх
(11')
(12)
В приведённых выражениях:
- наибольшая касательная мощность локо-
мотива, л.с. (кВт); t - время хода, ч;
- низшая теплотворная способность рабочего топлива, ккал/л.с.;
Е, Еэ - расход натурного дизельного топлива (электроэнергии), кг (кВт-ч).
Коэффициенты пересчёта механической работы в другие единицы измерения работы и энергии приведены в [5,7] и были использованы в вышеуказанных формулах.
Знаменатель формул (10 - 12) выражает затраты, связанные с получением продукции. Произведение • ь характеризует располагаемую работу локомотива и в течение времени t за предоставленную мощность (за локомотив) приходится оплачи-
вать расходы, пропорциональные времени.
называем показателем совершенства процесса перевозочной работы локомотива, который колеблется в довольно широких пределах в зависимости от комплекса условий перевозочной работы локомотива.
Силовая и энергетическая производительность может выражаться через следующие величины, а именно:
£
= Г-Их
(15)
(16)
На величину коэффициента ходовой загрузки силовых агрегатов и энергетической производительности локомотива решающее значение имеет изменение р'' - показателя совершенства процесса перевозочной работы локомотива.
Увеличение Ак связано с увеличением соответствующих расходов энергии и денежных средств, тогда как совершенствование процесса перевозочной работы локомотива за счёт повышения А" не приводит к их росту [8,9].
На величину общих денежных расходов большое влияние оказывает расход энергии, который определяется соответствующими методами на основании характеристик локомотивов, приведённых в [3].
Имеется определенная связь между механической работой и расходом энергии за поездку на участке, которую можно выразить для тепловозов
Е =
QH
или Е =
Лх
и для электровозов
Еэ =
0,00272А'' Лх
или Еэ =
0,00272А"
(17)
(18)
к
тих к
N
с
''
0.0072-А
Е
э
''
2.3419-А
2.3419-А
к
№ 9 (78)
сентябрь, 2020 г.
Величина
Лх =
2,3419
QHE
(19)
является средним коэффициента полезного действия (к.п.д.) брутто тепловоза за период хода (ана-
0,00272-Лк
логично =--для электровозов).
Увеличение полезной работы А" приводит и к увеличению , поэтому роста расхода энергии не
происходит, что свидетельствует о необходимости увеличения величины р''в процессе перевозочной работы локомотива.
Таким образом, проведёнными исследованиями обоснованы силовые и энергетические показатели эффективности перевозочной работы локомотивов в условиях эксплуатации, которые рекомендуются для практического использования в локомотивном комплексе железных дорог.
Список литературы:
1. Аблялимов О. С. К методу решения задачи оптимизации перевозочной работы локомотивов [Текст] / О. С. Аблялимов // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2020. № 9 (78). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10675 (дата обращения: 30.08.2020).
2. Быков В. Н. Производство тяговых расчётов и определение эксплуатационных расходов по передвижению поездов [Текст] / В. Н. Быков, К. М. Берестовенко // Тр. ВНИИТС, вып. 51 / Всероссийский науч - иссл. инт твёрдых сплавов. - Москва, 1964. - С. 59 - 67.
3. Бабичков А. М. Тяга поездов и тяговые расчёты [Текст] / А. М. Бабичков, П. А. Гурский, А. П. Новиков // Учебник для студентов вузов ж-д транспорта. - М.: Транспорт, 1971. - 280 с.
4. Джамадзе О. В. Графический способ определения механической работы локомотива [Текст] / О. В. Джамадзе // Тр. НИИЖТ, вып. 16 / Науч-иссл. ин-т. ж-д транспорта. - Новосибирск, 1958. - С. 49 - 55.
5. Толкачёв А. В. Относительные показатели использования локомотивов [Текст] / А. В. Толкачёв // «Вестник ВНИИЖТ» / Всесоюзный науч-иссл. ин-т. ж-д транспорта. - М.: Трансжелдориздат, 1963, № 3. - С. 73 - 79.
6. Толкачёв А.В. Аналитический способ определения механической работы сил, действующих на поезд [Текст] / А. В. Толкачёв // Тр. ТашИИТ, вып. 17 / Ташкентский ин-т. инж. ж-д транспорта. - Ташкент, 1961.
7. Толкачёв А. В. Тягово - экономические расчёты на ЭВМ [Текст] / А. В. Толкачёв, С. Г. Упадышева // Тр., ТашИИТ, вып. 43 / Ташкентский ин-т. инж. ж-д транспорта. - Ташкент, 1967. - С. 53 - 61.
8. Толкачёв А. В. Влияние условий эксплуатации на эффективность использования локомотивов [Текст] / А. В. Толкачёв // Тр. ТашИИТ, вып. 43 / Ташкентский ин-т. инж. ж-д транспорта. - Ташкент, 1967. - С. 62 -71.
9. Толкачёв А. В. Расход энергии на преодоление сил сопротивления движению [Текст] / А. В. Толкачёв // Тр. ТашИИТ, вып. 43 / Ташкентский ин-т. инж. ж-д транспорта. - Ташкент, 1967. - С. 72 - 79.
A UNIVERSUM:
№9(78)_А ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_сентябрь. 2020 г.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛОКОМОТИВОВ ДИЗЕЛЬНОЙ ТЯГИ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
Аблялимов Олег Сергеевич
канд. техн. наук, старший научный сотрудник, и.о. профессора кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство» Ташкентский государственный транспортный университет,
Узбекистан, Ташкент E-mail: o. ablyalimov@gmail. com
RESEARCH OF THE EFFICIENCY OF USING OF DIESEL TRACTION LOCOMOTIVES IN OPERATION
Oleg Ablyalimov
Doctor ofphilosophy, chief worker, acting professor of the chair «Loсomotives and locomotive economy»
Tashkent state transpоrt university, Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
Приведены результаты исследования по обоснованию эффективности перевозочной работы локомотивов дизельной тяги - грузовых тепловозов на некоторых реальных участках железных дорог.
ABSTRACT
The results of a study on the substantiation of the efficiency of the transportation work of diesel traction locomotives - freight diesel locomotives on some real sections of the railways are presented.
Ключевые слова: исследование, нагрузка на ось, локомотив, показатель, производительность, перевозочная работа, оптимизация, число осей.
Keywords: research, axle load, locomotive, optimization, indicator, number of axles, performance, transportation work.
Полученная продукция и соответствующие затраты для конкретных условий перевозочной работы локомотивов зависят от мощности и совершенства технических средств организации движения и достигнутой технологии работы. Изменение материально - технической базы Мб транспорта происходит периодически за счёт соответствующих капитальных вложений, направленных на повышение установленной мощности, повышения коэффициента полезного действия, эксплуатационной надёжности и удобства.
При имеющейся материально - технической базе Мб, улучшение и совершенствование режимов перевозочной работы локомотивов являются предметом непрерывных забот предприятий железнодорожного транспорта.
В данном исследовании расчёты производились на основе соответствующих характеристик локомотивов и вагонов, приведённых в ПТР [5] и правилах технической эксплуатация соответствующих железных дорог [6]. Расчёты выполнялись по [2,4,5], а также на ЭВМ, при этом использовались данные для участков главного хода Казахской и Среднеазиатской железных дорог при самых разнообразных условиях работы.
В большинстве случаев изучалось влияние условий перевозочной работы локомотивов на ходовые показатели использования локомотивов, хотя ряд примеров сделан с показателями для эксплуатационного периода. Для конкретных условий на участках, показатели эффективности перевозочной работы локомотивов будут
связаны с объёмом выполненной работы, то есть весом (массой) состава и длиной участка, а также затратами времени, энергии, рабочей силы а прочее.
Величина расходов периода хода определяется согласно (1) [1]. Величина Эхн связана непосредственно с объёмом работы на участке, а величины Эхк и Эхв связаны со временем, зависящим от режима ведения поезда.
Слагаемая Эхв пропорциональна общему времени хода поезда, а величина Эхк зависит от упомянутого времени в сложной зависимости. Общее время движения на участке складывается из периодов tр - рабочего хода, 4 - холостого хода и ^ - торможений. Энергетические затраты каждого названного периода различны. Сочетания указанных периодов может быть самое различное, что и ведёт к большим колебаниям величины Эхк. Периоды 4 и и будут, определяться принятым режимам ведения поезда, определяющим во многом и общее время хода поезда. Поэтому выбор оптимальных режимов ведения оказывает существенное влияние на величину Эх, а также и на показатели использования локомотивов.
Таким образом, время хода и режим ведения поезда оказывают своё влияние и на слагаемые Эгх и Зъ, определяя во многом и величину Эг. Всё сказанное указывает на огромное значение правильного выбора времени хода поезда по перегонам и соответствующего режима ведения его для конкретных условий организации работы на участках.
Библиографическое описание: Аблялимов О.С. Исследование эффективности использования локомотивов дизельной тяги в эксплуатации // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 9(78). URL:
https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10694
