Влияние переходных процессов на расход топлива дизелем в эксплуатации Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

контактных подвесок и токоприемников электрического транспорта: Сб. науч. ст. с между-нар. участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - С. 196 - 206.

4. Кудряшов, Е. В. Метод расчета эластичности контактной подвески на основе простой конечноэлементной модели. Измерения эластичности [Текст] / Е. В. Кудряшов, С. В. Заренков, О. А. Ходунова // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. -№4(8).-С. 16-26.

5. Пат. № 110343 на полезную модель (РФ), МПК В 60 М 1/225. Поперечный электрический соединитель контактной сети / О. А. Сидоров, А. Н. Смердин, И. Е. Чертков, С. В. Заренков, А. В. Тарасенко, Е. М. Дербилов. Заявлено 20.05.2011; Опубл. 20.11.2011. Бюл. № 32.

6. Пат. № 83970 на полезную модель (РФ), МПК В 60 Ь 5/00, В 60 Ь 5/02. Токоприемник электроподвижного состава / О. А. Сидоров, И. Е. Чертков, А. Е. Аркашев, Е. М. Дербилов. Заявлено 15.12.2008; Опубл. 27.16.2009. Бюл. № 18.

УДК 629.47:658.2

С. М. Овчаренко, П. С. Корнеев, В. А. Четвергов

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ НА РАСХОД ТОПЛИВА ДИЗЕЛЕМ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

В статье приведены результаты исследования параметров переходных процессов тепловозного дизеля ПД1М. Получена теоретическая модель расчета коэффициента влияния переходных процессов дизеля на расход топлива. Исследовано влияние количества переходных процессов на расход топлива по результатам опытных поездок.

Эксплуатация маневровых локомотивов связана с частой сменой режима работы дизель-генераторной установки (ДЕУ). По данным источника [1] общая продолжительность работы дизеля маневрового тепловоза на переходных режимах может достигать 20 - 40 % от общего времени работы. Анализ экспериментальных данных, полученных по нескольким локомотивным депо промышленного железнодорожного транспорта, позволяет утверждать, что за 10 - 12 ч работы маневрового локомотива количество переключений п позиций контроллера машиниста (переходных процессов) может достигать 2500 (рисунок 1).

0,25 -

0,2

0,15

0,1

£

0,05

100 340 580 820 1060 1300 1540 1780 2020 ед. 2500

Рисунок 1 - Диаграмма распределения количества переключений позиций контроллера машиниста за смену для маневрового локомотива

п =1041 а = 441

Подвижной состав железных дорог

Увеличение количества переходных процессов (ПП) негативно сказывается на общем расходе топлива тепловозом за смену. При переводе рукоятки контроллера машиниста с позиции на позицию объединенный регулятор частоты вращения коленчатого вала и мощности управляет подачей топлива, перемещая рейки топливных насосов высокого давления (ТНВД). Перемещаясь, рейка поворачивает плунжер топливного насоса, в результате чего изменяется позиционирование кромки 1 (рисунок 2) относительно отверстия 2, через которое топливо заполняет надплунжерное пространство. Рабочий ход плунжера увеличивается (уменьшается) и в камеру сгорания подается соответствующее количество дизельного топлива. На рисунке 3 представлена зависимость цикловой подачи топлива (£, г) от выхода рейки топливного насоса (//, мм) для дизеля ПД1М.

Рисунок 2 - Зависимость цикловой подачи топлива от активного хода плунжера ТНВД

Рисунок 3 - Плунжер топливного насоса высокого давления

Процесс стабилизации частоты вращения коленчатого вала дизеля, соответствующий установленному режиму работы ДГУ, происходит в течение некоторого времени при повышенном расходе топлива. В работе [2] приведено уравнение для приближенной оценки разности цикловой подачи топлива в переходном и установившемся режимах работы ДГУ:

л г ¿Рг

л

дМт

<Эд +МГ

(1)

где </т - момент инерции вращающихся масс дизель-генератора и вспомогательного оборудования тепловоза с приводом от дизеля;

Рт - мощность тягового генератора;

г - время;

Мт- момент, передаваемый валу генератора;

Од - угловая скорость коленчатого вала дизеля;

Ни - теплотворная способность топлива;

т\е - эффективный КПД дизеля в установившемся режиме;

2 - число цилиндров дизеля;

х - коэффициент тактности дизеля.

Учитывая, что в переходном режиме параметры рабочего процесса изменяются, применение приведенного выражения для расчета коэффициента влияния ПП на расход топлива дизелем в практических расчетах затруднено.

28 ИЗВЕСТИЯ Транссиб!1 Ир

Для оценки степени влияния количества переключений контроллера машиниста на увеличение расхода топлива на кафедре «Локомотивы» ОмГУПСа проведены экспериментальные исследования на маневровых тепловозах при осуществлении реостатных испытаний. На рейку топливного насоса устанавливался индуктивный датчик перемещения, который позволял фиксировать выход рейки с дискретностью 1 мм и максимальным перемещением до 60 мм при максимально возможном выходе реек 40 мм. Перемещение реек фиксировалось через 0,1 с. На рисунках 4 и 5 представлены графики временной реализации перемещения реек топливного насоса при ПП дизеля типа ПД1М тепловоза серии ТЭМ2, полученной по результатам эксперимента в режиме нагрузки и холостого хода. Набор позиций контроллера машиниста производился от минимальной до максимальной и обратно с выдержкой времени для стабилизации процесса подачи топлива на каждом ПП.

40

0 -'-'-'-'-

0 50 100 150 с 250

Рисунок 4 - График выхода реек ТНВД при переходных процессах в режиме нагрузки

35 мм

25 20 15 10 5

I

л I .1

50

100

150

200

300

Рисунок 5 - График выхода реек ТНВД при переходных процессах в режиме холостого хода

Так как выход рейки топливного насоса пропорционален цикловой подаче топлива, то для оценки степени влияния ПП на расход топлива дизелем достаточно сравнить площади фигур, ограниченных линией 1 (рисунок 6) при переходном процессе, и прямоугольником 2, характеризующим расход топлива при установившемся процессе.

В результате обработки экспериментальных данных установлено, что длительность ПП для дизеля типа ПД1М тепловоза серии ТЭМ2 в среднем составляет 5 с. Для расчета площади фигуры, ограниченной линией 1 (см. рисунок 6), выход рейки ТНВД при переходном процессе описывался полиномом Лагранжа пятой степени:

¿-г

11 7=0 11 '

(2)

Площадь указанной фигуры получена интегрированием полинома на временном интервале 0 - 5 с.

5 =

(3)

Рисунок 6 - Фрагмент переходного процесса

По результатам обработки данных эксперимента математическое ожидание превышения расхода топлива при ПП в режиме нагрузки относительно установившегося режима принято 43 %, в режиме холостого хода - 25.

При практических расчетах влияние ПП на расход топлива учитывается коэффициентом Кп, теоретическое значение которого может быть получено исходя из предположения равенства расчетного расхода топлива дизелем по всем режимам работы ДГУ, скорректированного на коэффициент Кп, и расхода топлива с учетом установленных экспериментально степени влияния ПП в режиме нагрузки и холостого хода:

/8 8 ^ 8 8 ^ 8 8 Уь х + Уь .N1 . Ки=\ УЬ X +УЬ N1 +УЬ (с1 -1 )шик + УЬ (с1 -1 )шик , (4)

/ 1 XI XI / 1 т г т II / 1 хг хг / 1 т г т / 1 хг \ х / II х / 1 т \ п / II л ' V /

1=0

1=1

1=0

1=1

1=0

1=1

где / - номер позиции контроллера машиниста;

Ьх1 - расход топлива по позициям контроллера машиниста (КМ) в режиме холостого хода, кг/ч;

Ьт - расход топлива по позициям КМ в режиме нагрузки, кг/кВт-ч;

¿тг ,- время работы ДГУ тепловоза по позициям контроллера машиниста в режиме холостого хода и под нагрузкой соответственно, ч;

30 ИЗВЕСТИЯ Трансе нет ВЩ

¿п = 0,0013 - установленное время переходного процесса, ч;

с!х, с!п - доля переходных процессов, приходящихся на режим холостого хода и режим нагрузки;

Кх, Кп - коэффициенты влияния переходных процессов на увеличение расхода топлива в

режиме холостого хода и нагрузки соответственно; АГ - мощность ДГУ тепловоза по позициям КМ, кВт;

п - количество переходных процессов. Следовательно,

IX, К-'К^+IX К-'К^

^п =1 + —-II-^-• (5)

Уь 1 +Тьл/

XI XI т г т

г=0 г=1

На рисунке 7 представлены результаты численного моделирования значений коэффициента Кп при изменении количества ПП п от 0 до 2500 и соотношения доли переходных

процессов в режимах нагрузки и холостого хода с1п, (с!п + с/х = 1).

Результаты теоретических расчетов позволяют сделать вывод о том, что за счет увеличения времени работы ДГУ на переходных процессах повышение расхода топлива за смену может достигать 7 %.

В процессе эксплуатации тепловозов на расход топлива оказывают влияние случайные факторы, учесть которые при теоретическом моделировании весьма проблематично. Для оценки влияния ПП на увеличение расхода топлива проведены опытные поездки, при которых фиксировались режимы работы ДГУ тепловоза, количество переходных процессов и фактический расход топлива. При получении зависимости К'п = /(п) из фактического расхода топлива по расходным характеристикам оценивалось количество топлива, израсходованное ДГУ, а оставшаяся доля топлива относилась к увеличению за счет переходных процессов. В результате проведения экспериментальных поездок установлено влияние количества ПП ДГУ на расход топлива (рисунок 8). На оси абсцисс на рисунке 8 представлено усредненное количество переключений позиций контроллера машиниста в минуту по результатам поездки, на оси ординат - значение составляющей коэффициента увеличения расхода топлива. Анализ регрессионной зависимости позволяет утверждать, что степень влияния ПП на расход топлива, установленная по результатам опытных поездок, согласуется с результатами теоретических исследований и может достигать 6 - 8 %.

В результате теоретических и экспериментальных исследований установлена степень влияния количества переходных процессов на расход топлива дизелем тепловоза серии

Рисунок 7 - Поверхность значений коэффициента Кп в зависимости от количества переходных процессов и их перераспределения по режимам работы ДГУ

Подвижной состав железных дорог

ТЭМ2, что позволяет уточнить оценку фактического расхода топлива за смену при решении задачи нормирования.

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 ед./мин 4,5

Рисунок 8 - Регрессионная зависимость влияния количества переходных процессов на коэффициент расхода топлива по результатам опытных поездок

Список литературы

1. Хомич, А. 3. Экономия топлива и теплотехническая модернизация локомотивов [Текст] / А. 3. Хомич, О. И.Тупицын, А. Э. Симеон. -М.: Транспорт, 1975. -264 с.

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

УДК 621.9.004: 621.9.044.2

Д. Ц. Симсиве, Т. Б. Брылова, Ж. В. Симсиве

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИЗНОСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ОБРАБОТКЕ КОЛЕС ПОВЫШЕННОЙ ТВЕРДОСТИ

В статье предложена модель адгезионного износа заднего поверхности твердосплавного режущего инструмента при высокоскоростного обработке колес повышенной твердости. Представлены результаты расчета износа режущего инструмента в сравнении с результатами экспериментальных исследований, опубликованных в открытого печати.

Безопасность движения подвижного состава и экономическая эффективность грузоперевозок во многом зависят от эксплуатационной долговечности колесной пары, которая в большинстве случаев определяется контактно-усталостной прочностью и износостойкостью верхних слоев металла обода колеса и качеством ее ремонта. Внедрение «твердых» колес в эксплуатацию с целью продления срока их службы позволило увеличить пробег колесных

32 ИЗВЕСТИЯ Транссиб!^— м;п1'9)