CC BY
21
21. Буксовий вузол. Патент на корисну модель № 38901 Украша, МПК В6№ 5/00 № и 2008 10052, Заявл. 04.08.2008; Опубл. 26.01.2009, Бюл. № 2.
22. Тормозная рычажная передача тележки железнодорожного средства. А. с. 1463599, МКИВ 61 Н 13/28. О. М. Савчук, В. Я. Панасенко, Ю. Г. Амосов (СССР). - № 4228337/27/11, Заявл. 13.04.88, Опубл. 07.03.89. Бюл. № 9. -3 с.
УДК 629.424.1
Фалендиш А.П.,д. т. н., (УкрДАЗТ) Володарець М.В.,шженер ( Дон1ЗТ)
РОЗРОБКА МОДЕЛ1 РОЗРАХУНКУ ТЕХН1КО-ЕКОНОМ1ЧНИХ ПАРАМЕТР1В МАНЕВРОВОГО ТЕПЛОВОЗУ 13 ЗАСТОСУВАННЯМ Г1БРИДНО1 ТЯГИ
Постановка проблеми. Режим роботи маневрових тепловозiв характеризуемся рiзко змшним режимом роботи, при цьому 50 - 60 % часу вш працюе на холостому ходу; 45 - 70 % на низьких навантаженнях i лише 2 - 5 % часу на номшальних навантаженнях [1].
Одним iз способiв тдвищення економiчностi експлуатацп маневрових тепловозiв е замша юнуючо! дизель-генераторно! установки на дизель-генераторну установку мало! потужност з накопичувачем енергп. У якост можливих накопичувачiв енергп можуть бути використанi акумуляторнi батаре!, конденсатори високо! емностi, гiроскопiчнi апарати [2].
Виникае необхщшсть в розробщ такого гiбридного локомотиву.
Мета статт1. Розробка методики розрахунку параметрiв маневрового тепловозу iз гiбридною передачею.
Викладення основного матерiалу. При модершзацп тепловоза пбридною передачею його робота на середтх навантаженнях буде забезпечуватися роботою двигуна мало! потужностi; при робот на холостому ходi та низьких навантаженнях двигун мало! потужностi буде поповнювати запас енергп у накопичувач i здiйснювати роботу тепловоза; на високих навантаженнях робота тепловоза буде здшснюватися за рахунок енергп накопичувача i за рахунок роботи двигуна мало! потужносп.
Економiя палива буде мати мюце за рахунок наступних факторiв:
- зменшення часу роботи двигуна на холостому ходi та зменшення витрати палива без здiйснення корисно! роботи;
- зниження або вщсутшсть часу роботи двигуна на низьких навантаженнях, що супроводжуються збiльшеними питомими витратами палива;
- вщсутшсть або рiзке зниження часу роботи двигуна на перехщних режимах, що характеризуються збшьшеною витратою палива та збiльшеним зносом деталей та окремих вузлiв двигуна.
О^м економiчноl сторони, скорочення витрати палива, дана модершзащя тепловозу дозволить полшшити екологiчнi показники [3].
Подiбна модернiзацiя автомобiлiв у европейських кра'нах е основним напрямком зниження витрати палива та зниження викидiв в атмосферу шюдливих речовин [4].
Тому застосування пбридно! передачi потужностi е доцшьним для маневрових тепловозiв, бо !х режими роботи близькi до «мюького циклу» автомобiлiв. Бiльш того, зашзнищ всього свiту намагаються впровадити такий тип передачi потужностi [5].
Для виршення ще! задачi необхщно визначити параметри дизель-генераторно! установки i накопичувачiв енергп для пбридного локомотиву, що проектуеться.
Iснуючi моделi розрахунку параметрiв локомотиву [6,7,8] не передбачають гiбридну тягу, тому в даному видi використовуватись не можуть i потребують !х доопрацювання.
Було розроблено модель визначення технiко-економiчних показникiв маневрового тепловозу iз гiбридною передачею.
Процедура вирiшення ще! задачi представлена на рисунку 1.
При визначенш основних параметрiв екшажно! частини (довжина локомотива Lл, база локомотива Lб, дiаметр колеса кочення Дк) використовувались вiдомi шдходи [6,7,8]. Вихiдними даними були: потужшсть локомотиву Ne, службова маса локомотиву тсл, граничне навантаження на одиницю довжини шляху локомотиву §к, ктькють рушiйних колiсних пар локомотиву пкп, допустиме статичне навантаження вiд колюно! пари на рейки П2, допустиме навантаження на 1 мм дiаметра колеса р2.
При визначеннi параметрiв силово! енергетично! установки (ширина перехщно! площадки Впер) вихiдними даними були: ширина кузову локомотиву В1, ширина дизель-генераторно! установки Вдв.
При визначенш параметрiв охолоджуючого пристрою тепловозу (кшьюсть водяних секцiй системи охолодження zbд, кiлькiсть масляних секцiй системи охолодження zщд, загальна кiлькiсть секцiй охолоджуючого пристрою 7ох) вихiдними даними були: температура води
на виходi з дизеля йЬ, температура мастила на виходi з дизеля йт, температура зовнiшнього повiтря т1, тепловiдвiд (%) у воду дизеля qb i у мастило дизеля qm, тепловiдвiд (%) у воду наддувочного пов^ря qnp, масова швидюсть повiтря у водяних секцiях иЬ, лiнiйна швидкiсть води у секщях vb, лiнiйна швидкiсть мастила у секщях vm, питома теплоемнiсть води сЬ, питома теплоемнiсть повiтря ср, температура води на виходi з теплообмшника t1bm, площа живого перерiзу для проходу повiтря w1b, площа живого перерiзу для проходу води w2b, площа живого перерiзу для проходу мастила w2m, поверхня теплообмшу для повiтря F1b i F1m, поверхня теплообмiну для рiдин F2b i F2m, питома витрата палива дизелем §е, нижча теплота згоряння дизельного палива Qpn, коефiцiент теплопередачi вiд води до повiтря КЬ.
Рисунок 1. - Процедура визначення технiко-економiчних показникiв маневрового тепловозу iз гiбридною передачею
На основi розроблено! процедури було складено алгоритм програми розрахунку технiко-економiчних показникiв маневрового тепловозу iз гiбридною передачею, який зображено на рисунку 2.
Рисунок 2. - Алгоритм програми розрахунку технiко-економiчних показниюв маневрового тепловозу iз пбридною передачею
Визначались наступи параметри електрично! передачi: вшьна потужнiсть дизеля, що передаеться до електропередачi Nen, номiнальна потужнiсть на затискачах генератора постшного струму Ргда, потужнiсть тягового електродвигуна Р1го, максимальна швидюсть, до яко! повинна повнютю використовуватися потужнiсть дизеля vmax, струм 1гтт%, дiйсна швидкiсть тепловоза, яка досягаеться тшьки за рахунок регулювання генератора vmax1, швидкостi тепловоза при послабленш збудження v1i v2, мтмальне значення струму генератора 1гтт, напруга i струм тривалого режиму роботи генератора вщповщно Цгда i 1гда, максимальний струм генератора 1гтах, мтмальне значення напруги генератора Цгтт, напруга i струм електричного двигуна Цдю i 1дда, передаточне вiдношення зубчасто! передачi имех, максимальний дiаметр дшильного кола Дz, кiлькiсть зубцiв дшильного кола 7б, кiлькiсть зубцiв мало! шестерш 7м, дiаметр дiлильного кола мало! шестерш dг, уточнене значення передаточного вщношення имх, централь зубчастого зачеплення Ц, кутова швидюсть вала електродвигуна в тривалому режимi ю2да, обертальний момент вала електродвигуна в тривалому режимi Мго, швидкiсть руху локомотива V, сила тяги локомотива F. При цьому вихiдними даними були: частка допомiжноl потужностi вщ загально! потужностi дизеля в, найбшьша кутова швидкiсть вала електродвигуна ю2тах, коефiцiент корисно! ди генератора пгда, число тягових електродвигунiв п, конструкцшна швидкiсть локомотива vк, коефiцiент регулювання генератора по напрузi Кг, коефщент послаблення поля а, розрахункова швидюсть локомотива vp, коефiцiент насичення магштно! системи двигуна Кн, максимальна швидюсть за ушверсальною характеристикою vmaxпп%, максимальний струм генератора игтах, коефiцiент регулювання генератора по струму Сг, число послщовно з'еднаних двигушв паралельно! гшки тпс, число паралельних гiлок двигуна а, щшина мiж нижньою точкою редуктора i головкою рейки 53, вщстань вiд дiлильного кола колеса до кожуха q, модуль зачеплення зубчасто! передачi т, коефiцiент корисно! дп електропередачi пм.
На основi алгоритму було розроблено програму розрахунку техшко-економiчних показникiв маневрового тепловозу iз гiбридною передачею за допомогою пакету програм Mathcad, вiкно яко! зображено на рисунку 3.
Використовуючи цю програму при проектуванш маневрового тепловозу iз гiбридною передачею, можна вибрати ращональш спiввiдношення його основних параметрiв.
Результати попереднiх розрахункiв показали, що використання пбридно! передачi на маневрових тепловозах дозволить зменшити витрати дизельного палива на 40.. .60 % i знизити викиди шкiдливих речовин на 80...90 %.
Попередш розрахунки показали, що в умовах Донецько! залiзницi при рiчнiй витрат дизельного палива маневровими тепловозами 24360 т !х модернiзацiя дозволить отримувати рiчний економiчний ефект 120,4 млн. грн., у тому числi за рахунок зниження витрат палива - 76,7 млн. грн./рж.
При виконанш модершзацп маневрових тепловозiв промислових тдприемств, економiчний ефект лише по Донецькш областi пiсля повного впровадження пропозицп складатиме 240,8 млн. грн./рiк, а термш окупностi витрат на модершзащю тепловозу - 4 роки.
Рисунок 3. - Вшно програми розрахунку технiко-економiчних показникiв маневрового тепловозу iз гiбридною передачею
Використання розроблено! моделi дозволить:
- розрахувати параметри дизель генераторно! установки;
- розрахувати параметри накопичувача енергп;
- вибрати тип накопичувача енергп тощо.
Висновки.
1) Проведений аналiз iснуючих моделей розрахунку техшко-економiчних показникiв маневрового тепловозу показав, що виникае необхщшсть !х удосконалення з урахуванням гiбридноl передачi.
2) Розроблена модель розрахунку технiко-економiчних показниюв маневрового тепловозу i3 пбридною передачею, процедура, алгоритм та на основi !х програма цього розрахунку.
3) Необхщно в подальшому розробити модель визначення оптимальних параметрiв маневрового тепловозу iз гiбридною передачею.
Список лтератури
1. Молчанов А.И., Поварков И. Л., Мугинштейн Л. А., Попов К. М. Автоматизированная система учета, контроля и анализа расхода топлива маневровыми тепловозами. Вестник ВНИИЖТ. - №2, 2004г.
2. Гулиа Н.В. Накопители энергии. - М.: Наука, 1980, с.137-138.
3. Малоземов Н.А., Иунихин А.И., Каплунов М.П. Тепловозоремонтные предприятия. Организация, планирование и управление. - М.: Транспорт, 1979. - 264 с.
4. http://www.toyota.ua/cars/new_cars/prius/index.aspx.
5. Экономия топлива при тепловозной тяге. Железные дороги мира №03-2004. -с.42-46.
6. Конструкция, расчет и проектирование локомотивов: Учеб. для студентов ВУЗов/ Под ред. А.А. Камаева. - М.: Машиностроение, 1981. - 351с.
7. Конструкция и динамика тепловозов. - 2-е изд., доп.; Под. ред. В.Н. Иванова - М.: Транспорт, 1974. - 336 с.
8. Механическая часть тягового подвижного состава: Учеб. Для вузов ж.-д. т-та. / И.В. Бирюков, А.Н. Савоськин, Г.П. Бурчак и др.; Под ред. И.В. Бирюкова. - М.: Транспорт, 1992. -440 с.
