ОЦЕНКА ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВОЗОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ СТАЦИОНАРНЫХ ИСПЫТАНИЙ Михеев В.А.,Сопижук А.Н.

Омский государственный университет путей сообщения


Номер: 2-2
Год: 2016
Страницы: 46-48
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

тяговая характеристика, математическое моделирование, тепловоз, traction characteristics, mathematical modeling, locomotive

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В статье рассмотрена методика и соответствующие математические модели, программная реализация которых позволить оценить тяговые качества тепловоза, сформировать режимы его работы на обслуживаемом участке и спрогнозировать экономические и экологические характеристики силовой установки в ожидаемых условиях эксплуатации с учетом индивидуальных тягово-энергетических и технико-экономических параметров.

Текст научной статьи

В процессе работы тепловоза, на поезд действуют всевозможные силы, различаемые по своей величине и направлению. Эти силы разделяют на управляемые и неуправляемые. Управляемые силы: сила тяги тепловоза и тормозная сила поезда. Неуправляемые силы: силы сопротивления движению состава и сила инерции. Тяговая характеристика должна обеспечивать автоматическое изменение силы тяги при изменении скорости. Работы тепловоза характеризуются тем, что для ускорения движения в зоне малых скоростей требуется значительное увеличение силы тяги, а в зоне больших скоростей - меньшее. В процессе эксплуатации тепловозов возможно отклонение выходных параметров силовых установок от нормативных паспортных значений, приводящее, в конечном счете, к изменению функциональных свойств тепловоза. Основные энергетические и экономические параметры силовой установки - мощность (кВт), частота вращения коленчатого вала (мин-1) и удельный расход топлива (кг/кВт·ч) - на номинальном режиме определяются по результатам последних реостатных испытаний. Для промежуточных позиций данные характеристики определяются с помощью статистических характеристик, представленных в виде полиномов: , (1) , (2) , (3) где DNei, Dni, Dbei - соответственно относительная мощность, частота вращения и удельный расход топлива на i-ой позиции контроллера машиниста Пкмi. По значениям определенных мощностей тепловоза для всех позиций контроллера машиниста рассчитываются тяговые характеристики тепловоза в диапазоне скорости движения от начальной до конструкционной с заданным шагом по следующему выражению [1], Н , (4) где ns - количество секций тепловоза; hвсп - коэффициент полезного действия вспомогательного оборудования; V - скорость движения поезда, км/ч. Используя результаты моделирования тяговых свойств, формируются режимы работы тепловоза на обслуживаемом участке. Математическая модель для формирования режимов работы тепловоза, на базе расчета времени работы по позициям контроллера машиниста с учетом индивидуальных тягово-энергетических и технико-экономических параметров тепловоза, профиля пути, условий пропуска поездов на заданном участке обращения и вероятностных законов распределения продолжительности работы магистральных локомотивов в эксплуатации, позволит оценивать и прогнозировать экономические и экологические характеристики [2]. В качестве исходных данных используется следующая информация: количество секций эксплуатируемого тепловоза; протяженность участка обращения и профиль пути; структура поезда и масса состава; наличие постоянно действующих и временных ограничений скорости; общее время работы силовой установки тепловоза за поездку; статистико-аналитическая информация о режимах работы и условиях эксплуатации. Значения касательной силы тяги локомотива Fkij и позиция контроллера машиниста тепловоза на выбранном j-ом элементе профиля пути определяются из условия движения поезда с постоянной скоростью: , (5) где Foj(V) - условие равновесия удельных сил, действующих на поезд в режиме тяги или выбега. Время работы тепловоза на i-й позиции контроллера машиниста при движении поезда в режиме тяги или выбега на j-ом элементе спрямленного профиля пути вычисляется по уравнению, ч: , (6) где Sj - длина j-го элемента спрямленного профиля пути, км; Vj - установленная скорость движения поезда, км/ч. Расход топлива за время tij на i-й позиции контроллера машиниста определится по формуле, кг: , (7) где - общее время работы тепловоза на i-й позиции контроллера машиниста при движении по нормируемому участку с учетом времени переходных процессов, ч. Суммарный расход топлива тепловозом за время чистого движения вычисляется по формуле, кг: . (8) Время работы силовой установки тепловоза за поездку будет больше времени чистого движения, так как часть его будет затрачена на разгон и торможение поезда, на обеспечение работы основного и вспомогательного оборудования тепловоза во время стоянок на станциях и в депо. Тогда суммарный расход топлива тепловозом за поездку, кг: , (9) где Впер - дополнительный расход топлива тепловозом с учетом переходных режимов, кг. По результатам расчетов в соответствии с разработанной математической моделью для заданного участка эксплуатации в четном и нечетном направлениях определяется основные экономические показатели, в частности удельный расход топлива за поездку на единицу перевозной работы, суммарная работа дизель-генераторной установки локомотива, среднеэксплуатационная экономичность магистрального тепловоза и другие показатели эффективности. В основу математической модели для расчета эксплуатационной экологической характеристики тепловоза положен метод равновесного состава, учитывающий элементарный состав топлива и параметры процесса его выгорания в цилиндре двигателя [3]. При использовании дизельного топлива среднего элементарного состава основными токсичными продуктами, определяющими загрязнение атмосферы, в выхлопных газах тепловозов являются сажа (углерод), оксид углерода, оксид азота и серы, углеводороды и альдегиды, для количественного определения которых используются четыре уравнения материального баланса, составленные на основе неизменности отношения количества атомов отдельных элементов (Sx) в ходе реакции: ; ; ; , (10) где Sp, ap, bp, gp - константы уравнений. Для определения количества продуктов сгорания топлива в цилиндре двигателя число атомов в уравнениях (10) выражается через парциальные давления исходных химических элементов, составляющих свежий заряд цилиндра и топлива, а именно О2, Н, С, N и S. Парциальные давления других продуктов сгорания выражаются через парциальные давления исходных элементов. Связь между полным давлением смеси в камере сгорания и парциальными давлениями отдельных компонентов задается уравнением Дальтона: , (11) Решение полученной системы уравнений относительно неизвестных базовых элементов (О2, Н, С, N и S) выполняется численными методами. Масса каждого продукта сгорания определится по уравнению состояния газов: , (12) Реализация представленного выше метода возможна при известных значениях основных параметров процесса выгорания топлива в цилиндре двигателя, которые могут быть определены в результате моделирования рабочего процесса дизеля для заданной позиции контроллера машиниста с использованием комбинации методов Гринивецкого-Мазинга и И. И. Вибе [2, 4].

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.