ВИЗНАЧЕННЯ ТРИВАЛОСТІ ВИБІГУ ЛОКОМОТИВА ПРИ ПЕРЕХОДІ З РЕЖИМУ ТЯГИ В РЕЖИМ ГАЛЬМУВАННЯ

Рухомий склад залізниць УДК 629.42.016.2/.5-592 Д-р техн. наук М.І. Капіца, асп. Д.М. Кислий (Дніпропетровський нац. ун-т залізнич. тр-ту ім. В. Лазаряна) ВИЗНАЧЕННЯ ТРИВАЛОСТІ ВИБІГУ ЛОКОМОТИВА ПРИ ПЕРЕХОДІ З РЕЖИМУ ТЯГИ В РЕЖИМ ГАЛЬМУВАННЯ Вступ. Під час ведення поїзда по дільниці в ряді випадків здійснюється перехід з режиму тяги в режим гальмування. Наприклад, при підході до місця, що вимагає зниження швидкості або зупинки, при виході на шкідливий спуск та ін. Зазвичай при такому переході на певному інтервалі шляху електровоз рухається в режимі вибігу. Відомо, що збільшення довжини пройденого шляху в режимі вибігу призводить до зниження витрати електроенергії і разом з тим до збільшення часу ходу. Таким чином, у зазначених випадках має місце протиріччя: зниження витрати електроенергії призводить до небажаного зменшення швидкості руху, і навпаки, прагнення до підвищення швидкості руху викликає збільшення витрати електроенергії. Аналіз останніх досліджень. При виконанні тягових розрахунків на підставі Правил тягових розрахунків [1], за методом максимуму, не передбачається переміщення поїзда в режимі вибігу, що є наслідком невивченості цього питання. Новітні технології дозволяють зменшити витрати електроенергії на тягу поїздів шляхом використання режимних карт та встановленням систем енергоефективного ведення [2, 3]. Різноманітні алгоритми, за якими встановлюється раціональний режим руху, не завжди дозволяють отримати найбільш енергоефективний режим руху поїзда. Метою статті є спроба встановити величину раціональної тривалості вибігу та величини зміни швидкості при переході з режиму тяги в режим гальмування при виконанні гальмування до повної зупинки поїзда. Постановка завдання. Нехай поїзд рухається по деякій дільниці, що має однорідний профіль (рис. 1). Щоб забезпечити зупинку поїзда в заданому пункті (або зниження швидкості до заданої величини), гальмування повинно бути виконане з таким розрахунком, щоб швидкість змінювалася по лінії bcd . Таким чином, при переході з режиму тяги в режим гальмування без проміжного вибігу швидкість буде змінюватися по лінії abcd , а в разі застосування вибігу – по лінії acd . Як видно з рис. 1, зменшення витрат електроенергії при застосуванні режиму вибігу відбувається на дільниці S1  S  S2 . Але при цьому зменшується технічна швидкість на дільниці A  C , що призводить до збільшення часу ходу поїзда на всій дільниці. Збільшення часу ходу поїзда t на дільниці A  D (рис. 1) із застосуванням вибігу становить t  t  t1  t2 , (1) де t – час руху в режимі вибігу на дільниці A  C ( S ); t1 – час руху в режимі тяги на дільниці A  B ( S1 ); t2 – час руху в режимі гальмування на дільниці B  C ( S2 ). Збірник наукових праць УкрДАЗТ, 2013, вип. 136 86 Рухомий склад залізниць Рис. 1. Траєкторії руху поїзда із застосуванням різних режимів Виклад основного матеріалу. Для отримання залежності між зниженням витрат електроенергії та збільшенням часу ходу поїзда виконані тягові розрахунки для різних варіантів вихідних даних:  зміна початкової швидкості (швидкість в точці a , рис. 1) Vп  90  40 км/год;  зниження швидкості в режимі вибігу (інтервал швидкості в точках a  c , рис. 1) V  0  50 км/год;  різний профіль дільниці: i  0  10‰ . Розрахунки траєкторії руху поїзда та визначення тягово-енергетичних парамет- рів руху виконувались на ідеальній математичній моделі поїзда як однорідного тіла з одним ступенем свободи, яка базується на класичних положеннях теорії локомотивної тяги [1, 4, 5] при зміні швидкості dV  0,5 км/год. Для спрощення розрахунків, а також для узагальнення останніх, як вихідні дані прийнято електровоз ВЛ8 із поїздом вагою 4000 т, який складається із чотиривісних вагонів з навантаженням на вісь qo  15 т. В результаті було отримано такий вираз для основного питомого опору руху поїзда згідно з [1]: wх  0,966  0,686  10 2  v  0,175  10 3  v 2 , Н/кН. bm  0,5  1000   p  кр , Н/кН. (4) Для розрахунків прийнято, що службове гальмування відбувається з натисненням гальмівних колодок, рівним ½ повної сили. При гальмівному коефіцієнтові поїзда [5, 1] p    k p Qg , н/кН (2) При використанні у складі чавунних гальмівних колодок, згідно з [1], розрахунковий гальмівний коефіцієнт складе (3) кр  0,27 отримуємо таку залежність: V  100 . 5  V  100 (5) З врахуванням (5) і (3) питома сила, що діє на поїзд в режимі гальмування, описується рівнянням Збірник наукових праць УкрДАЗТ, 2013, вип. 136 87 Рухомий склад залізниць ох  0,5  bг  0,966  0,686  10 2  v  0,175  10 3  v2  Приклад тягово-енергетичного розрахунку для ухилу i  0‰ , початкової 199  0,27  V  27  . (6) 5  V  100 швидкості в режимі вибігу V  10 км/год наведено на рис. 2. швидкості Vп  72 км/год та зниження Рис. 2. Приклад тягово-енергетичного розрахунку з використанням математичної моделі За результатами тягово-енергетичних розрахунків отримані дані про витрату електроенергії A та час ходу поїзда t для різних величин ухилів та зниження швидкостей за час вибігу (таблиця). Таблиця Результати тягово-енергетичних розрахунків Vп , км/год 90 80 70 V , км/год 0 5 25 30 0 5 30 0 5 30 i  0‰ i  5‰ i  10‰ A , кВт·год t , хв A , кВт·год t , хв A , кВт·год t , хв 138 95,5 – – 138 99,2 – 145 106 – 4,27 4,31 – – 4,31 4,34 – 4,37 4,4 – 273 252 183 167 325 305 219 367 347 262 4,84 4,88 5,21 5,33 5,14 5,16 5,63 5,36 5,37 5,85 470 454 416 416 559 544 505 634 626 588 5,85 5,9 6,12 6,27 6,51 6,5 6,93 7,03 7,09 7,52 Збірник наукових праць УкрДАЗТ, 2013, вип. 136 88 Рухомий склад залізниць За результатами тягово-енергетичних розрахунків побудовані залежності зниження витрати електроенергії A від збільшення часу ходу поїзда t для різних величин початкової швидкості Vп переходу в режим вибігу (рис. 3) та різних позитивних ухилів профілю колії (рис. 4). Рис. 3. Залежність зниження витрати електроенергії від збільшення витрати часу при різних швидкостях переходу в режим вибігу та ухилу колії i  5‰ Рис. 4. Залежність зниження витрати електроенергії від збільшення витрати часу при різних ухилах профілю колії для швидкості виходу в режим вибігу Vп  80 км/год Збірник наукових праць УкрДАЗТ, 2013, вип. 136 89 Рухомий склад залізниць Ці залежності являють собою зростаючі функції, що проходять через початок координат та мають такий вираз в кожній точці кривої A  a  t , час прямування за рахунок зменшення технічної швидкості на даній дільниці. Спостерігається зниження витрати електроенергії. При значних зниженнях швидкості ( V  40 км/год) та малій крутизні підйому збільшення часу ходу може досягати 3  5 хвилин, а витрата електроенергії знизиться до декількох сотень кіловат-годин. Для визначення раціональної довжини дільниці або інтервалу зміни швидкості в режимі вибігу згрупуємо результати тягово-енергетичних розрахунків з врахуванням вищенаведених висновків та знайдемо середньоарифметичне значення економії електроенергії та збільшення часу ходу поїзда. На підставі отриманих (...truncated)