Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Удосконалення нормування витрати дизельного палива маневровими тепловозами

Болжеларський Ярослав Володимирович

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

тепловоз паливо состав

Актуальність теми визначається гостротою проблеми енергозбереження на залізничному транспорті і у країні в цілому. Аналіз роботи підприємств залізничного транспорту показав, що середні витрати на локомотивне господарство становлять 31,6 % від загальних витрат на підприємствах, що є найбільшою часткою серед інших господарств залізничного транспорту. У зв'язку зі зростанням ціни на дизельне паливо частка витрат по його оплаті для деяких тепловозних депо становить 40 % і більше експлуатаційних затрат. Скорочення долі цих витрат є значним резервом підвищення ефективності локомотивної тяги.

Основою визначення реальної величини необхідних енергетичних витрат, що відповідають даному рівню технічного озброєння, організації технологічного процесу перевезень і заданому об'єму транспортної роботи, є науково обґрунтовані норми витрати палива, які відображають техніко-економічні параметри тепловозів, показники використання енергетичних потужностей і рухомого складу у цілому, особливості колії, роботу енергоперетворюючих пристроїв і ряд інших факторів, що визначають ефективність енерговикористання.

Актуальність теми також підтверджується нормативними документами, що діють в Україні, а саме: положеннями „Комплексної державної програми енергозбереження”, Програмою енергозбереження на залізничному транспорті України на 1996-2010 роки, Законом України „Про енергозбереження”, Указом Президента України № 603/2000 від 20 квітня 2000 року „Про стан залізничного транспорту України та заходи щодо забезпечення його ефективного функціонування” та ін.

Встановлення раціональних, науково-обгрунтованих прогресивних норм витрати палива на маневрову роботу дозволить поліпшити достовірність планування його потреби, оцінити ефективність витрат, стимулювати раціональне та економне використання дизельного палива. У зв'язку з цим задача удосконалення методики нормування дизельного палива на маневрову роботу є важливою та актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у відповідності до „Концепції та програми реструктуризації на залізничному транспорті України на 1998-2008 рр.”, Наказу Укрзалізниці № 41-ЦЗ від 17.02.03 р. „Про прийняття додаткових заходів по забезпеченню збереження нафтопродуктів у локомотивному господарстві” та багатьма іншими нормативними документами Укрзалізниці.

Дана робота є одним із компонентів системного підходу до вирішення проблем зниження витрат палива на тягу поїздів в рамках цільової комплексної програми з економії та підвищенню ефективності використання паливо-енергетичних ресурсів у народному господарстві.

Вибраний напрямок дослідження пов'язаний з планом виконання науково-дослідної роботи у Дніпропетровському національному університеті залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна - “Підвищення економічності роботи маневрових тепловозів на пасажирській станції” (№ ДР 0106U010225).

Основні результати роботи отримані під час досліджень, у яких дисертант виступав у якості виконавця.

Мета та задачі дослідження

Метою дослідження є підвищення ефективності маневрових тепловозів шляхом зменшення витрати дизельного палива при маневровій роботі.

Для досягнення вказаної мети необхідно вирішити такі задачі:

проаналізувати існуючі методи нормування дизельного палива та етапи їх удосконалення;

визначити основні фактори, що впливають на витрату палива при виконанні заданого об'єму маневрової роботи;

удосконалити математичну модель дотичної роботи тепловоза шляхом врахування основних факторів, що на неї впливають;

запропонувати метод розрахунку:

- ефективної роботи дизеля за відомим значенням дотичної роботи тепловоза;

- годинної витрати палива за відомим значенням ефективної роботи дизеля;

розробити алгоритм визначення годинної витрати палива на основі величини ефективної роботи дизеля та відповідне програмне забезпечення;

визначити економічну ефективність впровадження нового методу нормування витрати дизельного палива.

Об'єктом дисертаційного дослідження є маневрова робота з пасажирськими составами.

Предметом дослідження є витрата палива маневровими тепловозами.

Методи дослідження. У роботі були використані наступні методи:

- класичної механіки, теорії тяги поїздів, чисельного інтегрування - для удосконалення загального виду моделі дотичної роботи тепловоза;

- методи математичної статистики, теорії ймовірності та досліджень в умовах експлуатації - для встановлення діапазонів значень факторів, що впливають на дотичну роботу та годинну витрату палива маневрового тепловоза;

- методи опису багатовимірних поверхонь та планування активного експерименту - для побудови математичних моделей дотичної роботи та годинної витрати палива маневрового тепловоза.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у розвитку теоретичних основ удосконалення розрахунку витрати дизельного палива маневровими тепловозами та його нормування, а саме:

вперше

- з використанням методу вузлових точок побудована математична модель визначення дотичної роботи тепловоза, що дозволило встановити величину енергетичних затрат його силової установки для виконання маневрової роботи;

- в основу встановлення норми витрати палива на маневри покладена величина енергетичних затрат на їх проведення, що дозволило підвищити ефективність використання маневрових тепловозів і зменшити витрати дизельного палива;

удосконалено

- математичну модель визначення кількості маневрових піврейсів, необхідних для виконання заданого об'єму роботи, що дозволяє вибрати раціональну схему проведення маневрів.

Практичне значення одержаних результатів полягає у використанні запропонованої методики нормування витрати палива на залізницях України.

Встановлено діапазон годинної витрати палива тепловозом у залежності від ефективної роботи дизеля на основі аналізу універсальних багатопараметрових характеристик та розроблено програмне забезпечення, що дозволяє проводити нормування дизельного палива та прогнозувати його витрату на перспективу.

Універсальні багатопараметрові характеристики дизеля описано у вигляді поверхонь другого порядку, що дозволяє автоматизувати процес розрахунку витрати дизельного палива тепловоза.

Запропоновано використання бортових систем контролю параметрів роботи тепловозів для визначення втрат потужності на привід допоміжних агрегатів.

Впровадження результатів роботи.

На Львівській залізниці впроваджено:

- математичну модель визначення кількості маневрових піврейсів, необхідних для виконання заданого об'єму роботи для вибору раціональних схем проведення маневрів у залежності від кількості составів, що вимагають переробки;

- метод розрахунку можливих значень годинної витрати палива у залежності від роботи дизеля, для встановлення максимального та мінімального значення годинної витрати палива у залежності від ефективної роботи дизеля.

У локомотивному депо Львів впроваджено:

- метод розрахунку можливих значень годинної витрати палива у залежності від роботи дизеля, для встановлення максимального та мінімального значення годинної витрати палива у залежності від ефективної роботи дизеля.

- програмний комплекс “Нормування” для встановлення норми витрати палива на маневрову роботу з пасажирськими составами.

У науково-виробничому підприємстві “Дніпротехтранс” впроваджено:

- математичну модель розрахунку виконаної маневровим тепловозом дотичної роботи на основі аналізу рівняння руху поїзда

- спосіб визначення роботи подолання втрат у передачі потужності та на привід допоміжних механізмів, для уточнення розрахунку ефективної роботи дизеля.

- метод розрахунку можливих значень годинної витрати палива у залежності від роботи дизеля, для встановлення максимального та мінімального значення годинної витрати палива у залежності від ефективної роботи дизеля.

Особистий внесок здобувача у спільних публікаціях.

- проведено статистичний аналіз результатів, отриманих під час проведення дослідних поїздок на локомотивах, обладнаних системою контролю експлуатації тепловозів [1];

- проведено аналіз методу розрахунку витрати палива за універсальними характеристиками та пристроїв, у яких даний метод використовується [2];

- підтверджена практично математична модель визначення мінімально необхідної кількості піврейсів для виконання заданого об'єму роботи у маневровому районі [3];

- отримано та проведено статистичний аналіз даних з витрат дизельного палива та режимах роботи маневрових тепловозів [4].

Апробація результатів дисертації

Основні положення дисертаційної роботи доповідались, обговорювались і схвалені на:

- Х-ій Міжнародній конференції „Проблеми механіки залізничного транспорту”, (Дніпропетровськ, 2000);

- ІІІ-ій Науково-практичній конференції „Техніка, технологія, економіка та управління”, (Київ, 2005);

- ІІ-ій Міжнародній науково-практичній конференції „Впровадження наукоємких технологій на залізничному транспорті” (Алушта, 2006);

- LXVI Міжнародній науково-практичній конференції „Проблеми та перспективи розвитку залізничного транспорту” (Дніпропетровськ, 2006);

- наукових семінарах кафедри „Локомотиви” ДІІТу;

- міжкафедральних семінарах механічного факультету ДІІТу.

Публікації Основні положення дисертаційної роботи опубліковані у 4 наукових статтях та 4 тезах конференцій. Статті опубліковані у виданнях, які входять до затвердженого ВАК України переліку наукових видань.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, що викладено на 129 сторінках машинописного тексту і які містять 31 рисунок і 28 таблиць, переліку літературних джерел із 128 найменувань, що викладено на 13 сторінках, 2 додатків на 21 сторінці. Ілюстрації (рисунки) і таблиці, які розміщені на окремих сторінках дисертації, займають 12 сторінок. Повний об'єм дисертації складає 163 сторінки.

2. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність досліджень, сформульована мета і завдання досліджень, приведені основні наукові положення та результати, винесені на захист, а також відомості про практичне значення результатів роботи, їх апробацію і публікацію матеріалів дослідження.

У першому розділі розглянуті шляхи зменшення витрат дизельного палива маневровими тепловозами, які знайшли відображення у працях вітчизняних та закордонних авторів, у тому числі шляхи удосконалення нормування дизельного палива.

Напрямки підвищення економічності маневрових тепловозів знайшли відображення у значній кількості наукових праць, які проводились у ДІІТі, ХІІТі, МІІТі, ТашІІТі, СамІІТі, ВНДІЗТі, ЦНІІ МШС під керівництвом відомих вчених Боднаря Б.Є., Володіна А.І., Гавриленко М.К., Голубенко О.Л., Гончарова Н.Е., Коссова Е.Е., Котова В.В., Кузьміча В.Д., Колесника І.К., Молярчука В.С, Назарова Л.С, Новикова А.П., Пахомова Е.А., Сімсона А.Е., Тартаковського Е.Д., Тверітіна В.М., Толкачова А.В, Хомича А.З., Хуторянського А.І. та інших.

Важливою передумовою пошуку шляхів підвищення ефективності використання тепловозів є вибір критерію оптимальності. За критерій оптимальності роботи маневрового тепловозу пропонується прийняти добуток вартості С і часу Т розформування заданої кількості составів n:

W=C·T min при n = const

Складовою вартості роботи тепловозу є вартість використаного палива CT. Для досягнення прийнятого критерію оптимальності дану складову необхідно зменшувати. Зменшення вартості використаного палива може бути досягнуто підвищенням паливної економічності роботи маневрових тепловозів, яка може бути оцінена відповідними показниками:

- критерієм середньоексплуатаційної економічності дизель-генераторної установки;

- середньоексплуатаційним ККД тепловаза;

- показником середньоексплуатаційної витрати палива.

Для обліку вказаних показників необхідно, по-перше, проводити моніторинг режимів роботи маневрових тепловозів в експлуатації, і, по-друге, фіксувати витрату палива при цих режимах.

Режими роботи маневрових тепловозів залежать від місця експлуатації і роду маневрів, типу передачі і потужності тепловозу. Середньоексплуатаційна витрата палива визначається в основному витратою на неномінальних режимах. Час роботи тепловозів на цих режимах визначається характером і об'ємом маневрової роботи і вимагає моніторингу.

Для автоматичної постійної фіксації режимів роботи маневрових тепловозів, визначення витрат палива на даних режимах з врахуванням реального технічного стану тепловозів, перспективним є розробка систем і діагностики технічного стану тепловозів і контроль за їх використанням.

Одним із напрямків робіт з подальшого підвищення теплотехнічної ефективності тепловозів є підвищення рівня організації теплотехнічної роботи та раціональне нормування витрати палива з врахуванням реальних умов експлуатації. Щодо маневрового руху - це питання на теперішній час недостатньо розроблене, що пов'язано насамперед з важкістю визначення об'єму виконаної роботи в даному виді руху. Виходячи з викладеного вище, визначений перелік основних задач для досягнення мети досліджень, які наведені у вступі.

У другому розділі викладено теоретичні основи розрахунку техніко-економічних показників роботи маневрового тепловоза - часу розгону та сповільнення, питомих прискорюючих та сповільнюючих сил, дотичної роботи тепловоза, роботи дизеля, роботи з подолання втрат на привід допоміжних машин, годинної витрати палива.

Для розрахунку часу розгону та сповільнення, питомих прискорюючих та сповільнюючих сил, використана методика тягових розрахунків, яка розроблена Н. Е. Гончаровим та В. П. Казанцевим. Основні положення даної методики полягають у наступному. При аналізі проведення маневрів не можна користуватися тяговими характеристиками локомотивів, так як це робиться при тягових розрахунках у поїзному русі. Тому маневрові тягові характеристики локомотивів - це залежності питомих прискорюючих зусиль f pкz від швидкості, які враховують особливості перехідних режимів розгону по експлуатаційно-економічних критеріях.

Можна виділити два режими розгону маневрового составу - максимальний і сповільнений. При максимальному режимі розгону ручка контролера переводиться з позиції на позицію з мінімальною затримкою 3 с. При сповільненому режимі ручка контролера переводиться так, щоб прискорення при розгоні не перевищувало 0,1…0,2 м/с2, причому при досягненні такого прискорення вищі позиції не вмикаються.

Встановлено критичне значення маси составу, до досягнення якого оптимальним є сповільнений режим розгону, а при збільшенні даної маси - максимальний режим розгону.

При проведенні тягових розрахунків для умов маневрової роботи практично неможливо встановити, по яких кривих тягових характеристик потрібно визначати силу тяги локомотива, тобто на яке положення контролера потрібно орієнтуватися. Це пояснюється тим, що при маневрах довжина піврейсів і маса составу є змінними величинами, що призводить до великої кількості варіантів режимів розгону. Але існують певні умови, які повинні виконуватися при розгоні.

Основною умовою при розгоні є необхідність дотримання його плавності шляхом послідовного збільшення сили тяги і обмеження її за максимальним допустимим прискоренням. Необхідність переведення ручки контролера машиніста на наступну позицію визначається величиною прискорення, допустимою швидкістю руху і витратою палива.

Дані умови прийняті при встановленні режимів розгону і гальмування. Існують розрахункові формули для визначення питомих прискорюючих і сповільнюючих зусиль. Величина сповільнення під час гальмування, так як і під час розгону не повинна перевищувати граничних значень 0,7 м/с2 по допустимих динамічних навантаженнях, допустимих сповільненнях на стрілочних переводах і в кривих, умовах вижимання легковагових та нестійких вагонів.

Методика Н.Е. Гончарова та В.П. Казанцева дозволяє визначити складові виразу для визначення дотичної роботи маневрового тепловоза. Оскільки робота, що виконується тепловозом, дорівнює добутку його потужності на час руху, то, врахувавши питому силу тяги, отримуємо вираз для визначення дотичної роботи маневрового тепловоза:

, Вт·с(1)

де n - кількість інтервалів інтегрування, на яких значення швидкості та питомих прискорюючих і сповільнюючих сил приймається сталим;

fкрі - питома сила тяги, Н/кН;

Q - вага составу, кН;

vсрі - середня швидкість в інтервалі інтегрування, м/с;

?tpi - приріст часу розгону, с.

Результати проведених досліджень свідчать, що виконана маневровим тепловозом дотична робота є функцією багатьох змінних. Для побудови математичної моделі розрахунку дотичної роботи автором використано метод вузлових точок, як один із методів опису багатовимірних поверхонь. Важливою перевагою даного методу є те, що знаходження однофакторних моделей регресій набагато простіше, ніж однієї багатофакторної моделі. При цьому виявляється, що композиційна багатофакторна модель як завгодно точно відображає невідому кореляційну залежність результуючої ознаки (Y) від вибраної сукупності факторів x1,…xn, якщо однофакторні моделі знайдені достатньо точно. Для встановлення виду моделі, яка побудована за даним методом, проведено активний числовий експеримент, за результатами якого вибрана мультиплікативна модель виду:

.(2)

У дотичну роботу на ободі колеса маневрового тепловозу A перетворюється лише частина роботи дизеля Адиз, а інша частина складає величину втрат Автр (привід допоміжних механізмів, у передачі та ін.), тобто:

Адиз = А + Автр..

Для встановлення величини втрат необхідно визначити потужність Nвтр, що витрачається на їх подолання.

Фактичні сумарні втрати потужності на привід допоміжних агрегатів тепловоза та у тягових електричних машинах визначаються шляхом співставлення питомої ефективної витрати палива, що розрахована за універсальними багатопараметровими характеристиками дизеля, та фактичної витрати палива.

Потужність Nвтр визначиться за формулою:

,

де В- фактична витрата палива на даній позиції, кг;

t -час роботи на даній позиції, год;

Nг -потужність, що споживається головним генератором, кВт;

g`e - питома ефективна витрата палива дизелем без врахування втрат потужності, кг/(кВт · год).

Величина g`e в цьому випадку визначається з універсальних характеристик дизеля і є функцією двох змінних - потужності, що споживається головним генератором та частоти обертання колінчатого вала дизеля g`e =f(Nг, n). Для автоматизації процесу обчислення величини g`e вирішена задача математичного опису універсальних характеристик.

Годинна витрата палива тепловозним дизелем, з врахуванням роботи на різних позиціях контролера машиніста, визначиться з виразу

,

де n - кількість позицій контролера машиніста;

bгоді - годинна витрата палива на і-ій позиції, кг/год;

?i - частка часу роботи на і-ій позиції;

,

ti - час роботи на і-й позиції контролера машиніста;

tзм - тривалість робочої зміни, год.

У третьому розділі отримана математична модель розрахунку дотичної роботи маневрового тепловоза з використанням методу вузлових точок. Для побудови моделі визначені параметри системи технічної експлуатації маневрових тепловозів.

Вимірювачем об'єму маневрової роботи і продуктивності маневрових локомотивів є маневрова операція, яка може складатися з декількох приблизно однорідних маневрових переміщень, що визначають призначення даної операції. Кількісну оцінку об'єму роботи доцільно подавати як характерний набір піврейсів, що відображає або добовий об'єм роботи, або деякий елементарний об'єм, що багатократно повторюється протягом доби. Якісна оцінка об'єму роботи виражається в характеристиках піврейсів (довжині переміщення, масі маневрового составу, швидкості, яка досягається у піврейсі), які встановлюються натурними спостереженнями, або шляхом моделювання маневрових процесів. Важливим є також розробка обчислювальних процедур, які б дозволяли визначати із встановленої розрахункової одиниці маневрової роботи такі показники, як чистий час переміщень протягом доби, час роботи локомотива без тяги і затрати механічної роботи.

Маневрова робота у маневрових районах Львівського залізничного вузла виконується тепловозами серії ЧМЭ3. Використовуючи систему контролю експлуатації транспортних засобів (СКЕТЗ) “Дельта” та дані статистичних досліджень, визначені основні параметри системи технічної експлуатації маневрових тепловозів Львівського залізничного вузла. За допомогою СКЕТЗ „Дельта” проаналізовано час роботи по позиціях контролера машиніста на різних ділянках роботи тепловозів.

У результаті проведених досліджень і статистичної обробки отриманих даних визначено межі зміни основних параметрів системи технічної експлуатації маневрових тепловозів у маневровому районі „пасажирська станція-ЛВЧД” Львівського залізничного вузла. Межі, які визначаються вимогами нормативно-технічної документації, наведені у табл. 1, межі, які визначені на основі обробки статистичних даних - у табл. 2.

Таблиця 1. Межі параметрів системи технічної експлуатації маневрових тепловозів, що визначені нормативно-технічною документацією

Параметр	Позначення	Мінімальне значення	Максимальне значення
Навантаження на вісь пасажирських вагонів, кН/вісь	q	115	169
Кількість вагонів у піврейсі, ваг.	n	1	25
Максимальна швидкість руху, що досягається у піврейсі, км/год	v	3	60

Встановлено, що кількість факторів, від яких залежить дотична робота маневрового тепловоза у маневровому районі „пасажирська станція - ЛВЧД” за один піврейс, до критичного значення маси составу, дорівнює трьом (n= 3). Якщо маса составу перевищує критичне значення, то значного впливу набуває температура оточуючого середовища і кількість факторів зростає до чотирьох (n = 4).

Згідно наведеної у розділі 2 методики проведення тягових розрахунків, розрахункові формули змінюються при досягненні швидкості 15 км/год, а також при досягненні критичної маси составу (1000 т). У зв'язку з цим виникає необхідність уведення чотирьох діапазонів зміни факторів і побудови математичної моделі для кожного з них.

Таблиця 2. Межі параметрів системи технічної експлуатації маневрових тепловозів, що визначені на основі статистичного аналізу

Параметр	Позначен	Мінімальне значення	Середнє значення	Максимальне значення
Кількість електроенергії, що вироблена головним генератором, кВт·год	Еген	132,56	205,07	277,58
Витрата палива за зміну, кг	В	169,83	191,82	213,81
Годинна переробка вагонів, ваг/год	n	46,15	63,65	81,15
Кількість піврейсів	k	97,73	123,6	149,5

Аналіз порядку передачі вагонів з пасажирської станції у вагонне депо показав, що кількість вагонів у составі може бути більшою, ніж 25 за рахунок вагонів місцевого сполучення, спеціального призначення, відчеплених від інших составів і т.і. У зв'язку з цим прийнято значення кількості вагонів у составі - 30 з урахуванням резерву. Попередні результати тягових розрахунків при побудові моделей показали, що у більшості випадків при швидкості 32-36 км/год наступає рівність питомих сил опору та питомих прискорюючих сил у составів, складених з 25-30 вагонів. Окрім того, при маневрових переміщеннях з вагонами практично не спостерігаються швидкості вищі 30 км/год з причини обмежень швидкості та значного збільшення довжини піврейсу. У зв'язку з цим прийнято значення максимальної швидкості, яка досягається у робочому піврейсі - 32 км/год. На основі проведених досліджень встановлені чотири діапазони зміни значень факторів (табл. 3).

Таблиця 3. Значення факторів для маневрового району „пасажирська станція -ЛВЧД” по діапазонах

Фактор	Позначення	Значення для діапазону факторів
		№ 1	№ 2	№ 3	№ 4
Максимальна швидкість піврейсу, км/год	vmax	2…16	16…32	2…16	16…32
Кількість вагонів у составі, шт.	nваг	1…19	1…19	20…30	20…30
Навантаження на вісь, кН/вісь	q	115…169	115…169	115…169	115…169
Температура оточуючого середовища, °К	T0	--	--	243…303	243…303

Для визначення типу моделі розрахунку часу розгону проведено числовий експеримент з використанням методу вузлових точок. У результаті проведення числового експерименту виявлено, що вплив факторів у моделі розрахунку часу розгону підпорядковується мультиплікативному закону, і модель буде мати узагальнюючий вигляд (2).

Побудовані математичні моделі часу розгону маневрового тепловозу для робочого піврейсу, які мають наступний вигляд:

- трифакторні

tр = (1/t2p0 )·tр0 · [К1 · (vmax/vmax0)2 + K2 · (vmax/vmax0) + K3] · tр0 ·[K4·(nваг/nваг0)2 +(3)

+ К5· (nваг/nваг0) + K6] · tр0 · [K7 · (q/q0)2 + K8 · (q/q0) + K9];

- чотирифакторні

tр = (1/t3p0 )·tр0 · [К1 · (vmax/vmax0)2 + K2 · (vmax/vmax0) + K3] · tр0 ·[K4·(nваг/nваг0)2 +

+ К5· (nваг/nваг0) + K6] · tр0 · [K7 · (q/q0)2 + K8 · (q/q0) + K9] tр0 · [K10· (T0/T00)2 + (4)

+ K11 · (T0/T00) + K12];

де tр0 - початкове значення параметру у діапазоні, год; vmax0, nваг0, q0, T00 -початкові значення факторів, км/год, вагонів, кН/вісь, °K; K1…K12 - числові коефіцієнти, значення яких наведено у табл. 4.

Моделі (3-4) дозволяють визначити час, що буде затрачено на розгін при проведенні піврейсу з пасажирськими составом у складі nваг вагонів з середнім осьовим навантаженням q, при чому у піврейсі буде досягнута швидкість vmax.

Побудовані математичні моделі дотичної роботи маневрового тепловоза для робочого піврейсу, які мають вигляд:

- три факторні

A1 = (1/A20 )·A0 · [К1 · (vmax/vmax0)2 + K2 · (vmax/vmax0) + K3] · A0 ·[K4·(nваг/nваг0)2 + (5)

+ К5· (nваг/nваг0) + K6] · A0 · [K7 · (q/q0)2 + K8 · (q/q0) + K9];

- чотирифакторні

A1 = (1/A30 )·A0 · [К1 · (vmax/vmax0)2 + K2 · (vmax/vmax0) + K3] · A0 ·[K4·(nваг/nваг0)2 +

+ К5· (nваг/nваг0) + K6] · A0 · [K7 · (q/q0)2 + K8 · (q/q0) + K9] · A0 ·[K10· (T0/T00)2 + (6)

+ K11 · (T0/T00) + K12];

де A0 - початкове значення параметру, кВт·год; vmax0, nваг0, q0, T00 - початкові значення факторів, км/год, вагонів, кН/вісь, K; K1…K12 - числові коефіцієнти, значення яких наведені у табл. 5.

Моделі (5 - 6) дозволяють визначити, дотичну роботу, що необхідна для виконання маневровим тепловозом піврейсу з пасажирськими составом у складі nваг вагонів з середнім осьовим навантаженням q, при чому у піврейсі буде досягнута швидкість vmax.

Таблиця 4. Значення параметру tр0, факторів впливу та коефіцієнтів K1…K12 у діапазонах

Назва	Значення у діапазоні
	№ 1	№ 2	№ 3	№ 4
tр0, год	0,00446	0,010639	0,004327	0,013884
vmax0, км/год	8	24	8	24
nваг0, ваг.	10	10	25	25
q0, кН/вісь	142	142	142	142
T00, °К	-	-	273	273
К1	0,2269	1,8514	0,3515	1,4345
К2	0,7537	-0,6072	0,6092	0,0841
К3	0,0194	-0,2492	0,0393	0,5186
К4	0,2295	0,7886	0,7395	1,355
К5	0,0172	-0,4383	-0,6124	-1,5192
К6	0,7533	0,6797	0,8729	1,1642
К7	0,1642	0,4537	0,4315	0,4592
К8	0,0445	-0,2585	-0,2291	-0,2629
К9	0,7913	0,8049	0,7976	0,8037
К10	-	-	5,2821	0,3012
К11	-	-	-12,943	-1,1074
К12	-	-	8,6522	1,8062

Побудовані математичні моделі розрахунку часу розгону і дотичної роботи у холостому піврейсі. Модель розрахунку часу розгону у холостому піврейсі буде мати вигляд:

tp = 0,000007 ·v2max+ 0,0004 · v + 0,00003, при vmax<15 км/год,(7)

tp = 0,00001 ·v2max+ 0,0002 · v + 0,0049, при vmax? 15 км/год. (8)

Моделі (7 - 8) дозволяють визначити час, що буде затрачено на розгін при проведенні холостого піврейсу з досягненням у ньому швидкості vmax.

Модель розрахунку дотичної роботи буде мати вигляд:

A1 = 0,0017 ·v2max - 0,0006 · v + 0,0006, при vmax<15 км/год,(9)

A1 = 0,0021 ·v2max - 0,0149 · v + 0,201, при vmax ?15 км/год,(10)

Таблиця 5. Значення параметру A0, факторів впливу та коефіцієнтів K1…K12 у діапазонах

Назва	Значення у діапазоні
	№ 1	№ 2	№ 3	№ 4
A0, кВт·год	0,5613	3,83	1,243	9,035
vmax0, км/год	8	24	8	24
nваг0, ваг.	10	10	25	25
q0, кН/вісь	142	142	142	142
T00, °К	-	-	273	273
K1	1,0906	2,4415	1,1225	2,4774
K2	-0,1114	-1,518	-0,1509	-1,5742
K3	0,0208	0,0765	0,0284	0,0968
K4	0,056	0,3551	0,1207	0,6184
K5	0,757	0,4464	0,7482	0,0069
K6	0,1871	0,1985	0,1311	0,3885
K7	-0,4491	0,1769	0,0445	0,2311
K8	2,3517	0,5655	0,8376	0,587
K9	-0,9026	0,2576	0,1179	0,1819
K10	-	-	0,3997	0,0596
K11	-	-	-0,9898	-0,2345
K12	-	-	1,5901	1,1749

Моделі (9-10) дозволяють визначити дотичну роботу, що необхідна для виконання маневровим тепловозом холостого піврейсу з досягненням у ньому максимальної швидкості vmax. При необхідності проведення піврейсів сумарна дотична робота маневрового тепловоза визначиться як: k

,

де Ai - дотична робота, що необхідна для проведення одного піврейсу, Вт·с; k - необхідна кількість маневрових піврейсів для переробки заданої кількості вагонів;

k = (4 · n1 + 4 · n2 +4 · n3 +4 · n4 +4 · n5) · 2,

n1 - кількість составів місцевого формування; n2 - кількість груп причіпних вагонів прямого сполучення; n3 - кількість груп поштових та багажних вагонів, що вимагають переробки; n4 - кількість вагонів, що вимагають ремонту; n5 - кількість составів, що вимагають миття.

У четвертому розділі визначені техніко-економічні показники тепловоза при маневровій роботі.

Величина кута нахилу лінії bгод=f(Еген) дозволяє оцінити ефективність використання палива тепловозом у маневровому районі.

Проведений аналіз показав, що в основі залежності bгод=f(Еген) лежать залежності ?i=f(Еген), іншими словами:

,

а враховуючи зв'язок між і :

,

причому збільшення величини Aдиз призводить до збільшення частки часу роботи на вищих позиціях, з вищим значенням bгод , а час роботи на холостому ходу і на нижчих позиціях зменшується.

Для маневрового тепловоза серії ЧМЭ3, у якого потужність дизель-генераторної установки, потужність допоміжних машин та частота обертів колінчатого вала відповідають нормативній документації, а універсальні характеристики відповідають паспортним, побудована залежність bгод=f(Адиз). Вказана залежність побудована при умові bгод min та bгод max для усіх можливих значень роботи дизеля Aдиз.

Згідно результатів досліджень, кількість електроенергії, яку виробляє головний генератор тепловоза серії ЧМЭ3 коливається у межах 200-300 кВт·год. Тому практичне значення має залежність bгод=f(Адиз) у діапазоні роботи дизеля 0…1000 кВт·год, яка показана на рис. 3.

Обмежуючі криві описуються наступними моделями:

- крива максимальної годинної витрати палива

,(11)

- крива мінімальної годинної витрати палива

.(12)

Моделі (11-12) визначають діапазон теоретично можливої годинної витрати палива тепловозом серії ЧМЭ3, параметри якого відповідають нормативній та іншій технічній документації, у залежності від значення роботи, яка виконується дизелем тепловоза.

У розділі також проведена оцінка впливу умов маневрової роботи на техніко-економічні показники тепловоза. Зауважено, що в експлуатації спостерігаються так звані „зайві” піврейси, при яких напрямок руху та кількість вагонів у составі залишаються такими ж, як і у попередньому піврейсі. Ці піврейси, як правило, викликані недоліками в організації маневрової роботи (не повністю підготовленими маневровими маршрутами), або непередбачуваними ситуаціями (гальмування для запобігання наїзду на людей і т.і). „Зайвими” можуть бути як робочі, так і холості піврейси.

Оскільки фактори, що приводять до виникнення „зайвих” піврейсів не можуть бути усунуті повністю, перевищення фактичного часу роботи дизеля під навантаженням щодо розрахункового необхідно враховувати при встановлені норми витрати палива.

Також при виконанні маневрової роботи спостерігаються стоянки тепловоза у холодному стані, під час яких відбувається здача-приймання тепловоза, простій в очікуванні роботи. Названі фактори також впливають на значення норми витрати палива.

Для врахування впливу перерахованих факторів пропонується введення коефіцієнту тривалості розгону та коефіцієнту холодного простою.

Коефіцієнт тривалості розгону являє собою відношення часу роботи дизеля під навантаженням, який спостерігається в експлуатації у даному маневровому районі tep, до розрахункового часу tp, який визначений за моделями (5-6), (9-10)

.

Коефіцієнт холодного простою являє собою відношення:

,

де tхп - час холодного простою протягом зміни, год; tзм- тривалість зміни, год.

На основі порівняння розрахункового часу роботи локомотива у русі та часу роботи на холостому ходу можна оцінювати ефективність використання локомотивів, доцільність зупинки дизеля тепловоза при тривалих простоях а також розраховувати та обгрунтовувати необхідну кількість маневрових локомотивів у маневровому районі.

П'ятий розділ присвячений розробці алгоритму встановлення норми витрати палива на маневрову роботу з пасажирськими составами.

Норма витрати палива у маневровому русі - це максимально допустима питома витрата палива, що віднесена до одиниці часу з урахуванням виконаної тепловозом роботи при дотриманні передової технології, забезпеченні правильної організації виробництва, хорошого технічного стану обладнання і повного його завантаження.

Норма витрати палива на маневрову роботу є поопераційною нормою, яка передбачає визначення кількості палива, необхідної для виконання маневрів. Дана норма встановлюється на одиницю часу з врахуванням дотичної роботи, яка виконана тепловозом для переробки заданої кількості вагонів.

Математичні моделі, які лягли в основу методики нормування, а також початкові дані та фактори впливу, які використані при побудові математичних моделей, дозволяють зробити висновок, що при нормуванні вперше були враховані основні умови проведення маневрів з пасажирськими составами, а саме: вага поїзда, співвідношення між затратами енергії на виконання роботи і неминучими затратами на перевезення тари, швидкість руху, економічність тепловозного дизеля та елементів передачі потужності, витрати енергії на привід допоміжних механізмів (службові витрати), витрати палива на допоміжні процеси.

Результати проведених досліджень підтвердили адекватність запропонованої методики нормування витрати палива на маневрову роботу реальним умовам проведення маневрів. Запропонована методика враховує можливі зміни умов роботи локомотивів. Норми, які отримані у результаті застосування даної методики, відповідають технологічному процесу проведення маневрів з пасажирськими составами.

За результатами проведених досліджень запропоновано алгоритм нормування витрати дизельного палива на маневрову роботу з пасажирськими составами, який ліг в основу програмного комплексу „Нормування”. Програма забезпечує покрокове введення початкових даних з можливістю корегування, автоматичний розрахунок часу розгону, дотичної роботи, роботи подолання втрат, встановлення мінімально можливої норми витрати палива та норми, що приведена до умов експлуатації.

Економія дизельного палива одним тепловозом, яка отримана в результаті удосконалення нормування, становить 4,1 т/рік.

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота містить отримані автором результати, які у сукупності вирішують науково-практичну задачу удосконалення нормування витрати дизельного палива на маневрову роботу. Виконані у роботі дослідження дозволяють зробити наступні висновки та пропозиції.

1. На основі аналізу праць вітчизняних та закордонних вчених встановлено, що одним із напрямків по подальшого підвищення теплотехнічної ефективності тепловозів, є підвищення рівня організації теплотехнічної роботи та раціональне нормування витрати палива з врахуванням реальних умов експлуатації. Нормування витрати палива у маневровому русі на теперішній час розроблено недостатньо у зв'язку зі складністю визначення об'єму виконаної роботи при маневрах. Попередні методики нормування витрати дизельного палива на маневрову роботу не враховували величини енергетичних затрат маневрового тепловоза, які оцінюються дотичною роботою, що дорівнює добутку дотичної потужності тепловоза на час руху.

2. Вибрані фактори, що впливають на дотичну роботу маневрового тепловоза та визначені межі їх зміни. Отримані граничні значення максимальної швидкості у піврейсі, навантаження на вісь, кількості вагонів у составі, а також спосіб проведення маневрів з пасажирськими составами визначаються нормативно-технічною документацією і не залежать від маневрового району, що дає можливість використання запропонованих математичних моделей не залежно від місця проведення маневрів.

3. Побудована мультиплікативна математична модель розрахунку виконаної маневровим тепловозом дотичної роботи на основі аналізу рівняння руху поїзда. Для побудови моделі використано метод вузлових точок. Модель дозволяє визначати необхідну дотичну роботу тепловозу для виконання маневрового піврейсу з заданими параметрами, що є основою для розрахунку ефективної роботи дизеля.

4. Удосконалено математичну модель визначення кількості маневрових піврейсів, необхідних для виконання заданого об'єму роботи, що дозволяє вибрати раціональну схему проведення маневрів, а також встановити значення дотичної роботи маневрового тепловоза, яка необхідна для виконання усього об'єму маневрової роботи.

5. Запропоновано спосіб визначення роботи подолання втрат у передачі потужності та на привід допоміжних механізмів, що дозволяє уточнити розрахунок ефективної роботи дизеля.

6. Отримано залежність між годинною витратою палива та ефективною роботою дизеля. Побудовані моделі, які обмежують поле можливих значень годинної витрати палива у залежності від роботи дизеля, що дозволяє встановити максимальне та мінімальне значення годинної витрати палива у залежності від ефективної роботи дизеля. Адекватність запропонованих моделей підтверджена результатами експериментальних досліджень.

7. Розроблено алгоритм та програмне забезпечення для встановлення норми витрати палива на маневрову роботу з пасажирськими составами. В основу встановлення норми витрати палива на маневрову роботу покладена величина енергетичних затрат на її проведення, яка оцінюється дотичною роботою маневрового тепловоза, що дозволило підвищити ефективність використання маневрових тепловозів і зменшити витрати дизельного палива.

8. Експериментально підтверджена відповідність запропонованої методики нормування реальним умовам проведення маневрів.

9. Річна економія дизельного палива у перерахунку на один тепловоз становить 4117 кг, що складає 16468 грн. Очікуваний річний економічний ефект при цьому буде становити 16270 грн на один тепловоз.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

тепловоз паливо состав

1. Болжеларський Я.В. Шелковий О.В. Системи контролю експлуатації та діагностики тепловозів // Вісник Східноукраїнського національного університету. Серія Транспорт. - 2001. - № 7 (41). - С. 125-131.

2. Болжеларський Я.В., Джус В.С, Гончар І.М. Пристрої вимірювання витрати палива тепловозними дизелями // Збірник науково-технічних праць Українського державного лісотехнічного університету. - 2004. - Вип. 14. - С. 317-325.

3. Бондар Б.Є., Болжеларський Я.В. Визначення необхідної кількості піврейсів для виконання заданого об'єму роботи маневровими локомотивами на пасажирській станції // Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту ім. ак. Лазаряна. - 2006. - Вип. 11. - С. 112-115.

4. Болжеларський Я.В., Гончаров О.М. Досвід і проблеми нормування палива на маневрову роботу в умовах Львівської залізниці. // Залізничний транспорт України. - 2007. - № 2. С. 71-72.

СПИСОК ДОДАТКОВИХ ПУБЛІКАЦІЙ

5. Болжеларський Я.В. Шляхи економії енергоресурсів на тягу поїздів в умовах Придніпровської залізниці // Тези доп. Х міжнар. конф. „Проблеми механіки залізничного транспорту”. - Дніпропетровськ: Дніпроп. нац. ун-т. зал. тр-ту, 2000. - С. 163-164.

6. Болжеларський Я.В., Гончаров О.М. Шляхи визначення потужності допоміжних агрегатів тепловозу ЧМЕ3 на неномінальних режимах роботи // Тези доп. 3-ї наук.-практ. конф. „Техніка, технологія, економіка та управління. Серія Техніка, технологія. Проблеми та перспективи розвитку транспортних систем” - Київ: КУЕТТ, 2005. - С. 28-30.

7. Бондар Б.Є., Болжеларський Я.В. Визначення необхідної кількості піврейсів для виконання заданого об'єму роботи маневровими локомотивами на пасажирській станції // Тези доп. LXVI міжнар. наук.-практ. конф. „Проблеми та перспективи розвитку залізничного транс порту” - Дніпропетровськ: Дніпроп. нац. ун-т. зал. тр-ту, 2006. - С. 49-50.

8. Боднар Б.Є., Болжеларський Я.В. Математична модель визначення годинної витрати палива маневровими тепловозами // Тезисы докл. на втор. междунар. науч.-практ. конф. „Внедрение наукоемких технологий на магистральном и промышленном железнодорожном транспорте”. - Алушта: 2006. - С. 17.

Размещено на Allbest.ru

...