DEFINITION OF ENERGY SAVING ACCELERATION MODES OF TRAINS

ISSN 2307–3489 (Print), ІSSN 2307–6666 (Online) Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2015, № 5 (59) ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА РЕМОНТ ЗАСОБІВ ТРАНСПОРТУ УДК 629.42.016.2/.5 Б. Є. БОДНАР1, М. І. КАПІЦА2, А. М. АФАНАСОВ3, Д. М. КИСЛИЙ4* 1 Каф. «Локомотиви», Дніпропетровський національный університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дніпропетровськ, Україна, 49010, тел. +38 (066) 059 39 91, ел. пошта , ORCID 0000-0002-3591-4772 2 Каф. «Локомотиви», Дніпропетровський національный університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дніпропетровськ, Україна, 49010, ел. пошта , ORCID 0000-0002-3800-2920 3 Каф. «Електрорухомий склад залізниць», Дніпропетровський національный університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дніпропетровськ, Україна, 49010, тел. +38 (056) 373 15 31, ел. пошта , ORCID 0000-0003-4609-2361 4* Каф. «Локомотиви», Дніпропетровський національный університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дніпропетровськ, Україна, 49010, тел. + 38 (066) 625 18 59, ел. пошта , ORCID 0000-0002-4427-894X ВИЗНАЧЕННЯ ЕНЕРГОЗАОЩАДЖУЮЧИХ РЕЖИМІВ РОЗГОНУ ПОЇЗДІВ Мета. В сучасних умовах експлуатації рухомого складу актуальним завданням є підвищення ефективності його використання за рахунок зниження витрат енергоресурсів, в тому числі й на тягу поїздів. Цього можливо досягти шляхом створення систем керування потужністю локомотивів, зокрема, використанням режимних карт та бортових апаратно-програмних комплексів. Методика. В статті розглянуто способи рушання з місця та набору швидкості поїзда. Тягові розрахунки з визначенням енергозаощаджуючих траєкторій передбачають пошук раціональної залежності витрат енергоресурсів від часу ходу поїзда. При виборі енергозаощаджуючих траєкторій руху поїзда та при розробці режимних карт ведення поїздів необхідно враховувати змінні параметри, такі як: профіль ділянки, масу складу, серію локомотива та ін. При передачі потужності від первинної силової установки до рушійних колісних пар відбуваються неминучі втрати, які описуються коефіцієнтом корисної дії (ККД). Для більшості елементів передачі локомотива залежності ККД описуються нелінійними рівняннями. Розглянуто отримання енергозаощаджуючої функції управління тягою при рушанні та розгоні з метою зменшення питомих витрат енергоресурсів за рахунок удосконалення алгоритму розрахунку багатоваріантних траєкторій руху поїзда. Запропоновано методику вибору енергозаощаджуючої траєкторії руху при розгоні поїзда та управлінні потужністю електровозів і тепловозів із електричною передачею, в основу якої покладено математичні методи рівномірного пошуку та параметричної оптимізації. Результати. Для змінних параметрів складу та поїзної ситуації побудовано двохпараметричну функціональну залежність управління потужністю локомотива та аналітично визначено ефективність запропонованого алгоритму. Наукова новизна. За результатами роботи авторами отримано енергозаощаджуючу функцію управління тягою, яка залежить від маси складу та ухилу. На відміну від існуючих розробок раціонального ведення поїздів дана функція потребує значно менше машинного часу при високій точності розрахунків, що дає можливість її впровадження в бортову систему керування локомотивом та економії енергоресурсів. Практична значимість. Експериментально визначений вченими алгоритм, який є складовою частиною бортового програмного комплексу визначення енергозаощаджуючих режимів ведення поїздів, сприятиме зниженню витрат енергоресурсів. Ключові слова: тягові розрахунки; енергоефективність ведення поїздів; рушання з місця; розгін поїзда; управління потужністю; параметрична оптимізація Вступ Режим розгону поїзда характеризується вибором раціонального положення рукоятки контролера машиніста в період пуску. Машиніст перед вибором режиму розгону поїзда повинен врахувати відстань між пунктами зупинок, час, закладений в розкладі, пускові характеристики doi: 10.15802/stp2015/55359 40 локомотива, стан рейок, втрати в тягових двигунах і т. п. Пуск та розгін важливо виконувати якомога більш плавно, не допускаючи надто швидкого нарощування сили тяги. Це необхідно для того, щоб не допустити розриву поїзда та боксування колісних пар локомотива. Зрушити вантажний поїзд з місця легше, якщо попередньо усунути Б. Є. Боднар, М. І. Капіца, А. М. Афанасов, Д. М. Кислий, 2015 ISSN 2307–3489 (Print), ІSSN 2307–6666 (Online) Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2015, № 5 (59) ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА РЕМОНТ ЗАСОБІВ ТРАНСПОРТУ зазори в пазах автозчепів. Якщо локомотив не має автоматичного пуску, поступово переводять рукоятку контролера машиніста на вищі позиції, втримуючи її на кожній з них приблизно 3 секунди, що необхідно для спрацьовування електричних апаратів. Після того, як головна частина поїзда прийде до руху, продовжують набирати позиції, дотримуючись при цьому вимоги, щоб струм тягових двигунів не перевищував значень пускового струму для тягового рухомого складу певної серії та був близький до максимального допустимого значення за умовами зчеплення коліс з рейками. Для того щоб не відбулося розриву поїзда, подальший набір позицій контролера машиніста можна здійснювати після того, як весь поїзд разом з локомотивом прийде до руху. Постановка проблеми. Під час роботи тягового електродвигуна або генератора в них відбуваються втрати енергії, що викликають нагрів їх частин і деталей. Нагрівання електричних машин залежить від втрат потужності, тривалості нагрівання та інтенсивності охолодження. Втрати в двигуні залежать від навантаження. Чим більший струм проходить через обмотки машини, тим більші втрати енергії в ній і тим сильніше нагріваються її частини (в першу чергу обмотки і колектор). Втрати в міді збільшуються пропорційно квадрату струму, й магнітні втрати в якорі та полюсах, що зростають зі збільшенням частоти обертання якоря, тобто із збільшенням швидкості руху локомотива. Отже, перші досягають значних величин під час розгону, другі – під час прямування в тяговому режимі з високими швидкостями. Крім того, при передачі електричної потужності між тяговим генератором змінного струму та тяговими електродвигунами постійного струму відбуваються втрати при випрямленні напруги. Енергетичні показники випрямлячів – це коефіцієнт корисної дії (ККД), коефіцієнт потужності χ та cos ϕ . Якість випрямленої напруги характеризує коефіцієнт пульсації. Дизель тепловоза, як джерело механічної потужності, має свої характеристики, а саме: залежності моменту, ККД, витрати палива та ін., які мають більш складний характер щодо електричних машин та перетворювачів. Оскільки керування локомотивом здійснюється шляdoi: 10.15802/stp2015/55359 хом управління потужністю дизеля, то останній є найбільш впливовою частиною системи передачі потужності. Вибір енергозаощаджуючого режиму розгону локомотива передбачає узгоджені найбільш ек (...truncated)