CC BY
40
ЛИТЕРАТУРА
1. Топильский В.Б. Схемотехника измерительных устройств / В.Б. Топильский. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. - 232 с.
2. Корис Р., Шмидт-Вальтер X. Справочник инженера-схемотехника. - Москва: Техносфера, 2008. -608с.
3. Синтез измерительного преобразователя для измерения проводимости кондуктометрического датчика. Кулапин В.И., Колдов А.С. Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2017г. -Т.1.С. 250-251.
4. Дж. Фрайден Современные датчики. Справочник. - Москва: Техносфера, 2005. - 592 с.
5. Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики / Под ред. В.М. Шарапова. - Москва: Техносфера, 2006. - 632 с.
6. Автоматическая система управления прецизионной посадкой беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) на наземную платформу беспроводной зарядки. Князьков А.В., Кулапин В.И., Егорихин А.С., Шевцов П.В. Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2015г. -Т.1.С. 244-246.
УДК 629. 113.004
Мельников О.Н., Солодимова Г.А., Ишков А.С., Маркелов В.С.
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОНТРОЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Проведен анализ систем контроля объема дизельного топлива в топливных баках тепловозов. Установлено, что универсальные системы контроля позволяют измерять только уровень топлива. Однако в погрешность измерений объема топлива вносит серьезную лепту его тепловое расширение, особенно в осенне-зимний период. Рассматривается система контроля объема топлива, позволяющая учесть специфику измерения объема дизельного топлива на предприятиях железнодорожного транспорта. Ключевые слова:
ТЕПЛОВОЗ, ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО, МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЕ ДАТЧИКИ, ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
посредством стимулирования и повышения ответственности работников предприятия. Для этого необходимо иметь систему учета топлива, позволяющую при помощи датчиков - уровнемеров регистрировать изменение количества топлива в баке тепловоза при экипировке, сливах и в поездке, выявлять наиболее явные нарушения, которые могут допускать машинисты. На выходе такой системы должна формироваться самая простая форма контроля, которая может представлять собой визуализацию изменения количества топлива в баке тепловоза за любой период времени. Следует учесть, что при обнаружении фактов нецелевого использования (сливов) топлива доказательной базой могут быть только показания метрологически поверенной системы, поэтому система мониторинга уровня топлива должна быть сертифицирована как средство измерения.
Вторая цель - оценка качества работы (профессионализма) машинистов. Для ее достижения используются системы учета топлива на основе расходомеров и/или уровнемеров, а также оборудования, позволяющего регистрировать режимы работы тепловоза - скорость, пробег, позицию контроллера и др. Расходомеры, устанавливаемые в топливную магистраль дизеля, могут более точно отображать картину потребления им топлива, поскольку контролируют топливный трафик непосредственно в напорной и сливной магистралях, но не позволяют контролировать поступление топлива при экипировке и сливы. Уровнемеры, устанавливаемые в бак тепловоза, учитывают все возможные изменения количества топлива без разделения на потребление его дизелем и прочие потери. Это затрудняет анализ эффективности работы дизеля, но при этом решается задача контроля с допустимой погрешностью текущего количества топлива в баке. Выходные данные таких систем представляют собой результаты расшифровки регистрируемых параметров поездки, в которой динамика изменения количества топлива (потребляемого дизелем или находящегося в баке) сопоставляется с режимами работы тепловоза и экипировками локомотива в тот или иной промежуток времени.
Третья цель — удаленный мониторинг эксплуатации тепловоза с последующей оценкой его состояния, включая теплотехническое. Преследуя эту цель, на тепловоз устанавливают системы, обеспечивающие автоматическую регистрацию не только данных о расходе/поступлении топлива, позиции контроллера машиниста, скорости, пробеге и местоположении локомотива, но и целого ряда параметров работы его силовой установки (частоте вращения коленчатого вала, давлении и температуры рабочих жидкостей, мощности тягового гене-
Маневровая работа является неотъемлемой частью перевозочного процесса на железнодорожном транспорте. Для ее исполнения занято более 4 0 % эксплуатационного парка грузовых тепловозов. Затраты на содержание локомотивов маневрового движения составляют более 25 % от общих эксплуатационных расходов [1]. Основной статьей расходов являются затраты на топливо, поэтому снижение расхода топлива в процессе маневровой работы имеет существенное значение в топливно-энергетическом балансе локомотивных депо и железных дорог.
Основная часть. В настоящее время в локомотивных депо железных дорог учет, контроль и нормирование расхода топлива маневровыми тепловозами осуществляют следующим образом:
измерение уровня топлива в баке тепловоза проводится машинистом визуально по мерному стеклу, имеющему заводскую шкалу с ценой деления, равной 250 литров, например, для типового тепловоза типа ЧМЭ3 [2,3];
учет расхода топлива за смену работы локомотива осуществляется по разности количества топлива в баке тепловоза в начале и конце смены. Массовый расход топлива рассчитывается машинистом по объемному расходу и заданной плотности топлива, принимаемой постоянной в течение определенного промежутка времени;
нормирование расхода топлива осуществляется теплотехником по времени и виду выполняемой маневровой работы с учетом фактических расходов, достигнутых в предыдущее время.
Значительные погрешности определения количества топлива в баках тепловозов (средний объем топливных баков 3500 литров), невозможность анализа расхода топлива с учетом фактически выполненной работы и технического состояния локомотивов приводят к искусственному завышению нормативов расхода топлива локомотивами и открывают возможность для его использования не по назначению. Оценка эффективности работы тепловоза и машиниста затруднена, что приводит к отсутствию заинтересованности машинистов в экономии топлива.
Автоматизированные системы контроля уровня топлива достаточно широко используются в промышленности. Они отличаются принципами измерения и, следовательно, стоимостью. Каждый из методов имеет свои как преимущества, так и недостатки, поэтому чтобы выбрать наиболее подходящее оборудование, сначала следует определить его расчетную эффективность для достижения конкретной цели.
Первая и наиболее важная цель - сократить непроизводительный расход топлива на тягу поездов
ратора и др.). На основе этих данных определяется фактический расход на разных режимах работы, который сравнивается с паспортными показателями силовой установки. Выходной информацией такой системы являются данные о совершенной поездке с указанием режимов работы тепловоза (пробеге, общем времени работы, а также на холостом ходу, под нагрузкой и при простое). Кроме того, система сравнивает фактические и нормативные значения параметров работы силовой установки, а когда требуется - регистрирует отчеты о завышенном расходе топлива и его причинах. Все расчеты выполняются программой расшифровки автоматически и при необходимости позволяют оценить теплотехническое состояние локомотива и условия поездки.
Когда будет определена цель энергосберегающей технологии и способы ее реализации, необходимо обратить внимание на применяемые в выбранной системе методы измерения потребляемого количества топлива и типы датчиков. Как правило, если система применяется для диагностики потребления топлива тепловозом, то в качестве датчика может использоваться расходомер. Если же система применяется для учета количества и точны:': данны:: о
заправке и расходе, предотвращения несанкционированного использования топлива, то роль датчика обычно выполняет уровнемер.
Большинство уровнемеров в универсальных системах позволяют измерять только уровень топлива [3]. Однако в погрешность измерений объема топлива вносит серьезную лепту и его тепловое расширение, особенно в осенне-зимний период. Допустим, бак тепловоза содержит 3500 литров дизельного топлива (с плотностью 830 кг/м3 при 20оС и коэффициентом температурного расширения
0,00075). Если температура топлива изменится на 30оС (при выезде тепловоза из отапливаемого стойла на мороз), то его объем уменьшится на 75 л. При этом уровень топлива в баке тепловоза изменится на 7 - 10 мм. Объем топлива и его уровень (до 25 л на 1 мм высоты) имеют нелинейную зависимость. Поэтому погрешность измерения, вносимая тепловым расширением, может достигать 250 литров. Таким образом, в тепловозных системах учета топлива рекомендуется, наряду с уровнемерами, применять также плотномеры.
Существует большое количество методов измерения уровня [4, 5]. На рисунке 1 показаны наиболее распространенные из ни::.
Рисунок 1 - Методы измерения уровня, пригодные для РЖД
Если учитывать многие факторы и условия эксплуатации тепловозов, особенно на предприятиях, специализирующихся на маневровых работах, то здесь наиболее полно удовлетворяют многофункциональные датчики, позволяющие: измерять не только
уровень, но и температуру и плотность. К числу таких датчиков относится выпускаемый отечественной промышленностью датчик ПМП-201 [6]. Внешний вид датчика и его устройство приведены на рисунке 2.
б
а
а - внешний вид, б - устройство Рисунок 2 - Датчик ПМП-2 01
Преобразователь ПМП-201 состоит из корпуса, направляющей, на которой устанавливаются: устройство крепления, поплавки уровня, плотности, раздела сред и ограничители хода поплавков.
Несущим элементом конструкции блока датчиков является труба из диэлектрического материала. Внутри трубы натянут звукопровод из магнито-стрикционного материала. На верхнем конце зву-копровода установлена катушка считывания. На
трубе блока датчиков установлены интегральные датчики температуры.
Принцип измерения уровня датчиком ПМП-2 01 основан на использовании эффекта магнитострикции, который заключается в следующем. Трубка датчика соединяется с пьезокерамическим датчиком в трансмиттере, который с помощью приспособления прикреплен к противоположному концу трубки датчика. Трубка проходит через отверстие в центре поплавка. Чтобы найти поплавок, передатчик посылает короткий импульс тока по трубке датчика, возбуждая магнитное поле вдоль всей его длины. Одновременно включается схема синхронизации. Поле сразу взаимодействует с полем, создаваемым магнитом в поплавке. Общий эффект в том, что в течение короткого времени пока ток течет, в трубке создаётся противодействующее поле. Это поле отражает импульс обратно к пьезокерамиче-скому датчику с аналогичной скоростью. Когда датчик обнаруживает обратный импульс, он производит электрический сигнал, который уведомляет схему, что волна прибыла, и останавливает таймер. Схема синхронизации измеряет интервал времени между началом импульса тока и прибытием волны. Из этой информации вычисляется точное
Метрологичес
расположение поплавка. Измерение плотности осуществляется с помощью поплавка плотности, уровень погружения которого зависит от плотности жидкости. По взаимному расположению поплавков уровня и плотности определяется глубина погружения поплавка плотности, и, соответственно, и сама плотность [7]. Измерение температуры осуществляется с помощью интегральных датчиков температуры, равномерно распределенных по направляющей.
Датчик ПМП-2 01 относится к интеллектуальным датчикам, так как в своем составе содержит микропроцессорные системы обработки измерительной информации, использование которых позволяет не только повысить точность преобразования датчика благодаря возможности его индивидуальной градуировки, линеаризации функции преобразования, компенсации влияния воздействующих факторов (температуры, внешних электромагнитных полей, агрессивных сред и т. д.), но и реализовать функции самодиагностики, хранения данных и связи с другими измерительными каналами. Метрологические характеристики датчика ПМП-201 приведены в таблице 1.
Таблица 1
! характеристики
Наименование характеристики Значение
Длина направляющей, мм от 500 до 6000
Нижняя / верхняя неизмеряемые зоны, мм, не менее 25 / 15
Пределы допускаемой основной погрешности измерения уровня, мм ±1
Диапазон температуры контролируемой среды, °С от минус 50 до плюс 60
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения температуры, °С от ±0,5
Диапазон плотности контролируемой среды, кг/м3 от 500 до 1500
Пределы абсолютной погрешности измерения плотности, кг/м3 от ±1
Заключение.
Для компенсации наклонов локомотива в пути следования можно использовать несколько датчиков, которые могут быть размещены в разных точках бака. Информацию об уровне и температуре топлива, полученной с помощью датчиков ПМП-201, можно передавать в блок учета топлива, который можно разместить в кабине локомотива. Датчик ПМП-201 внесен в государственный реестр средств
измерения, что позволяет использовать его в сферах государственного надзора.
Таким образом, использование датчиков ПМП-201 в системе контроля дизельного топлива позволит контролировать уровень топлива с погрешностью, не превышающей ±1мм, что в пересчете на объем бака не превышает ±7л. Традиционный метод контроля по мерному стеклу допускал потери топлива до 200 л.
ЛИТЕРАТУРА
1. Балабин В.Н. Существующие системы измерения расхода топлива. / В.Н. Балабин, В.В. Домогацкий. // Локомотив. - 2003. - №2. - C. 30-32.
2. Головаш А.Н. О рациональном использовании дизельного топлива. / А.Н. Головаш, С.Н. Должиков, В.Ф., Тарута// Локомотив. - 2004. - №4. - С. 14-17.
3. Эффективный путь экономии топлива на маневровой работе. // Электрическая и тепловозная тяга.
- 1971. - №7. - С. 18.
4. Мурашкина Т.И., Архипов А.В., Пивкин А.Г., Серебряков Д.И. Волоконно-оптическая система измерения уровня топлива // Труды международного симпозиума Надежность и качество. - 2 012. - № 2.
- С. 15.
5. Магнитострикционный уровнемер-плотномер ПМП-201 [Электронный ресурс] http://www.nppsensor.ru/catalog/showproduct/6■
6. Магнитострикционные преобразователи уровня и плотности топлива для систем мониторинга наземных транспортных средств / Е. С. Демин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2017. - № 4 (44). - С. 24-36.
7. Горелик А.В., Журавлев И.А., Веселова А.С. Модели и методы анализа надежности и эффективности функционирования объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта // Труды международного симпозиума Надежность и качество. - 2014. -№ 1. - С. 174-176.
УДК 004.932.2
Григорьев А.В., Фомин М.В., Наумова И.Ю., Трусов В.А. Пензенский государственный университет, г. Пенза, Россия
О КАЧЕСТВЕННОМ РАЗЛИЧИИ ПРОЦЕССОВ СТАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ КАЛИБРОВКИ ВИБРОМЕТРОВ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ РАЗМЫТИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ КРУГЛОЙ МЕТКИ
Проанализирован процесс формирования измерительного сигнала вибрационного перемещения, формируемого виброметрами, использующими размытие изображения метки круглой формы. Представлена и проанализирована схема статической калибровки таких виброметров. Проведен предметный анализ изображений матрицы круглых меток на исходной и приближенной позициях перемещения исследуемой материальной точки. Представлены основные соотношения, необходимые для вычисления перемещения исследуемой материальной точки по аппликате. Проведен сравнительный анализ процессов формирования измерительного сигнала при статическом и динамическом перемещениях исследуемой материальной точки по аппликате. Ключевые слова:
ВИБРОМЕТР, РАЗМЫТИЕ, ИЗОБРАЖЕНИЕ, КРУГЛАЯ МЕТКА, ВИБРАЦИОННОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ, РЕГИСТРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, РАСФОКУСИРОВАНИЕ, АППЛИКАТА, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ СИГНАЛ, ИЗМЕРЯЕМАЯ ВЕЛИЧИНА, МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА, СТАТИЧЕСКАЯ КАЛИБРОВКА, ДИНАМИЧЕСКАЯ КАЛИБРОВКА, МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА, АМПЛИТУДА
