Расчет величины удельного расхода топлива на технологический процесс перевозки грузов магистральными тепловозами Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

РАСЧЕТ ВЕЛИЧИНЫ УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПЕРЕВОЗКИ ГРУЗОВ МАГИСТРАЛЬНЫМИ ТЕПЛОВОЗАМИ

© Михеев В.А.*

Омский государственный университет путей сообщения, г. Омск

В статье рассмотрена возможность применения аналитического подхода для формирования режимов работы магистральных тепловоза и расчета величины удельного расхода топлива на технологический процесс перевозки грузов в ожидаемых условиях эксплуатации на обслуживаемом участке.

Методика расчета величины удельного расхода топлива на технологический процесс перевозки грузов магистральными тепловозами 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 режиме. Основные технико-экономические характеристики дизель-генераторных установок могут быть приняты по результатам реостатных испытаний или по паспортным значениям. Информация о составе содержит

* Преподаватель кафедры «Локомотивы»

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 Рк и соответствующая ей 1-ая позиция контроллера машиниста тепловоза на каждом ]-ом элементе спрямленного профиля пути обеспечивающая равномерное движение поезда из следующего условия:

р4- Ж = 0

где Ж] - 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:

WJ = w; +ж'

где - 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:

w; = ^ 1 ч)р или w; = ^ 1 ч)р

где - 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.

Общее сопротивление движению вагонов определяется по формуле:

ж=к+)в

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 " "

о4с. +ак к +Р™о6. + 7™08у

где ас, ак, в, у - соответственно доли в составе четырехосных вагонов на подшипниках скольжения, четырехосных на подшипниках качения и шестиосных вагонов на подшипниках качения;

™"о4ф ^"о4к-, - соответственно основное удельное со-

противления четырехосных вагонов на подшипниках скольжения, шестиосных на подшипниках качения и четырехосных вагонов на подшипниках качения.

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:

= Ь-

' V

где Ь. - длина ]-го элемента спрямленного профиля пути;

V. - установленная скорость движения поезда.

Суммарное время работы тепловоза на 1-й позиции контроллера машиниста при движении поезда в режиме тяги или выбега за поездку вычисляется по выражению:

= V t..

'Е и

Расход топлива за время работы дизель-генераторной установки тепловоза на 1-й позиции контроллера машиниста при движении поезда по заданному участку обслуживания определится по формуле:

Вд = N Ь

де' е' е' 'Е

где ^ - мощность силовой установки на 1-ой позиции контроллера машиниста;

Ье' - расход топлива силовой установки на 1-ой позиции контроллера машиниста.

Значения указанных параметров определяется с помощью статистических характеристик, представленных в виде полиномов:

К е* = Кен ^ 1 = Кен (%е П1 + ъые Пм + 0Ые)

Ь е1 = Ъен &Ье, = Ьен (аЬе П1 + ЪЬе Пм + СЬе )'

где Ыен - мощность силовой установки на номинальном режиме;

Ьен - расход топлива силовой установки на номинальном режиме;

ДКе,, ДЬе1 - соответственно относительная мощность и удельный расход топлива на 1-ой позиции контроллера машиниста ПКМ1.

Суммарный расход топлива тепловозом при движении поезда за время поездки определяется по формуле:

Вдв = Е 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 исследований выполненных в ходе опытных поездок. Тогда, расход топлива дизель-генераторной установки тепловоза, затраченный на торможение, стоянки и разгоны поезда после стоянок, а также в переходных или неустановившихся режимах за поездку определится:

В =УВ , =УN ЬЛ

есп / , есп1 / , е1 е1 /

е1 есп,

Завершающим этапом оценки экономичности тепловоза является расчет удельного расход топлива тепловозом на измеритель работы в ожидаемых условиях эксплуатации:

Чп =

10000 В£

Выполнение расчетов по представленной выше методике позволяет получить следующие характеристики поездки: распределение позиций контроллера машиниста по элементам профиля пути участка эксплуатации; распределение времени работы тепловоза в движении с постоянной скоростью по позициям контроллера машиниста и соответствующий расход топлива; распределение вспомогательного времени работы тепловоза

1=0

1=0

по позициям контроллера машиниста, затраченного на переходные процессы и соответствующий расход топлива; величину работы, выполненной тепловозом и величину эффективной работы дизель-генераторной установки; среднеэксплуатационную экономичность магистрального тепловоза. Некоторые результаты расчета по предлагаемой методике для нижеследующих исходных данных представлены в таблице 1 и на рисунке 1: принят условный 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).

Таблица 1

Результаты расчета технико-экономических показателей эксплуатации тепловоза на участке обслуживания

Наименование и обозначение показателя Направление движения

четное нечетное

Расход топлива ВдВ, кг 2058,56 1736,21

Вспомогательный расход топлива ВВСП, кг 708,61 732,82

Работа тепловоза за поездку АТ = QL, ткм брутто 1546600 1221000

Работа дизель-генераторных установок тепловоза за поездку Л£, кВт-ч 12255,2 11440,69

Удельный расход топлива на тягу q, кг/104 ткм брутто 17,89 20,22

Среднеэксплуатационный расход топлива Ьэ, кг/(кВт-ч) 0,226 0,216

4,5 4 3,5 3

Я1 2,5 чЗ 2 1,5 1

0,5 0

□ четное направление □ нечетное направление

0 1 ГЪ 2 г-п 3 гП 4 Г-п 5 гП 6 ГП 7 г1 8 .11 9 10 11 12 13 14 15

Пк

Рис. 1. Распределение времени работы дизель-генераторной установки по позициям контроллера машиниста

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. Сковородников Е.И., Чулков А.В., Михеев В.А., Ахметов С.И. Разработка математической модели для формирования режимов работы и расхода топлива магистральных тепловозов // Омский научный вестник -Омск, 2009. - № 2(80). - С. 143-146.

ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

© Селезнева С.В.*

Пензенская государственная технологическая академия, г. Пенза

В данной статье изложены особенности создания автоматизированных систем управления в современном мире. Представлены основные требования к создаваемым автоматизированным системам. Так же в работе определена роль метрологических вопросов в создании современных систем управления, что является не мало важным аспектом.

Создаваемые сегодня современные автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) крупных объектов характеризуется высокой сложностью и степенью ответственности.

Прошли времена, когда автоматизированные системы управления технологическими процессами создавались в плановом порядке, обеспечивались финансированием и вводились в эксплуатацию в течение времени, которое было существенно меньше периода морального старения выбранных решений технических и программных средств.

В настоящее время ситуация изменилась из-за финансовых проблем. Создание АСУТП осуществляется последовательно. В таких условиях период создания системы может затягиваться до неопределенности и, следовательно, может стать соизмеримым не только с периодом морального старения технических и программных средств автоматизации, но и с нор-

* Ассистент кафедры «Автоматизация и управление»