CC BY
31
—
Транспорт
3. Dawn P. Guegan, Peter T. Martin and Wayne D. Cottrell.: Prioritizing Traffic Calming Projects Using the Analytic Hierarchy Process. Murray, Utah 2000. - 26p.
4. Aburahma A., Ramiz Al Assa: Traffic Calming in the U.S.A: A CRITICAL STATE OF THE ART REVIEW. Washington, DC: Institute of Transportation Engineers, 1998. - 25 р.
5. Taekratok T.: Modern roundabouts for Oregon. Salem, OR: Oregon Department of Transportation, 1998. - 124 р.
6. Jacquemart G.: Modern Roundabout Practice in the United States. Washington, D.C.: Transportation Research Board, National Research Council, 1998. - 74 р.
7. Antoine D.: The safety of roundabouts and traffic lights in Belgium D.G.1 Department of Motorways and Highways, Walloon Ministry of Equipment and Transports, 2003.- 20 р.
8. Kennedy J.: Review of Accident Research at Roundabouts, Wokingham, Berkshire, Transport Research Laboratory (TRL Limited), 2005. - 14 р.
9. Brilon, W.: Roundabouts: A State of the Art in Germany. Vail, Colorado 2005. - 16 р.
10. Flannery. A.: Geometric Design and Safety aspects of Roundabouts. Washington, DC.: Transportation Research Board, National Research Council, 2001. - 104 р.
11. Guichet B.: Evolution of Roundabouts in France and their New Uses. Vail, Colorado, 2005. Ministère de l'Equipement et des Transports. - 7 р.
12. Roundabouts: an Informational Guide. US Department of Transportation. FHWA-RD-00-067. Portland, Oregon, 2000 -284 p.
УДК 629.424.1
АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ТЯГОВЫХ, ЭКОНОМИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОВОЗОВ
В.А.Михеев1
Омский государственный университет путей сообщения, 644046, г. Омск, проспект Карла Маркса, 35.
Представлены аналитические методы и соответствующие им математические модели для оценки тяговых, экономических и экологических характеристик тепловозов. Приведены результаты моделирования тяговых свойств и эксплуатационных экологических характеристик тепловоза 2ТЭ116. Ил. 2. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: тяговые качества; эксплуатационные характеристики и параметры подвижного состава.
ANALYTICAL METHODS TO ESTIMATE TRACTION, ECONOMICAL AND ECOLOGICAL CHARACTERISTICS OF DIESEL LOCOMOTIVES V.A. Miheev
Omsk state university of railway engineering 35 Carl Max Av., Omsk, 644046
The author introduces analytical methods and corresponding mathematical models to estimate traction, economical and ecological characteristics of diesel locomotives. He presents results of modeling of traction qualities and operational ecological characteristics of the diesel locomotive 2ТЭ116. 2 figures. 4 sources.
Key words: traction qualities; operational characteristics and parameters of the rolling stock.
Задача совершенствования методов оценки тяговых, экономических и экологических характеристик тепловозов входит в число приоритетных направлений развития системы технического обслуживания и ремонта тягового подвижного состава ОАО «Российские железные дороги». Анализ состояния вопроса показал, что несмотря на наличие экспериментальных методов оценки указанных выше характеристик тепловозов, в настоящее время особое внимание уделяется аналитическим методам, успешная реализация которых в свою очередь требует разработки математических моделей.
Тяговые свойства тепловоза с электрической передачей постоянного и переменно-постоянного тока можно смоделировать, используя электромеханические характеристики тяговых двигателей и технические параметры колесно-моторных блоков.
Электромеханические характеристики тяговых электродвигателей, представляющие собой зависи-
мость частоты вращения и вращающего момента двигателя от тока нагрузки - Птэд = / (1тэд) и
Мтэд = I (!тэд) для каждого режима работы электрической передачи (при полном возбуждении ПП, при первой ступени ослабления возбуждения ОП1 и при второй ступени ослабления возбуждения ОП2) рассчитываются на основании методики, предложенной в [1]:
Птэдщ = а]/1тэдк +Ь] ; Мтэдк1 = Ср Ртэдк] /Птэдк] ,
где а], bj - коэффициенты регрессии для определенного типа тягового электродвигателя и у-го режима работы электрической передачи, определяются экспериментально; 1тэд - ток тягового электродвигателя (ток нагрузки) для к-ой позиции контроллера машиниста, А; Св - постоянный коэффициент; Ртэд - мощность тягового электродвигателя для у-го режима работы электрической передачи, кВт.
1Михеев Владислав Александрович, аспирант, тел.: (3812)310622, факс: (3812)314219, e-mail: [email protected] Miheev Vladislav Alexandrovich, a postgraduate, tel.: (3812)310622, факс: (3812)314219, e-mail: [email protected]
Тяговая характеристика тепловоза на к-ой позиции контроллера машиниста для трех режимов работы электрической передачи в диапазоне скорости движения от начальной до конструкционной строится с использованием следующего выражения: .тм* 0,3768М „д и, Птр
^ =ХХ-
к
где * - количество секций тепловоза; ткмб - количество колесно-моторных блоков в одной секции тепловоза; птр - коэффициент полезного действия тягового редуктора /'-го колесно-моторного блока.
В соответствии с описанной выше методикой смоделированы тяговые характеристики тепловоза 2ТЭ116, при этом основные технические параметры тепловоза принимались по паспортным значениям (рис. 1). Сравнение результатов моделирования с данными, приведенными в [2], показало, что погрешность расчета находится в пределах 10 %.
С учетом результатов моделирования тяговых свойств оцениваются экономические характеристики
ных ограничений скорости; общее время работы силовой установки тепловоза за поездку; статистико-аналитическая информация о режимах работы и условиях эксплуатации.
Значения касательной силы тяги локомотива и соответствующая ей к-я позиция контроллера машиниста тепловоза на выбранном 1-ом элементе спрямленного профиля пути определяются из условия дви-
жения
поезда
постоянной
скоростью:
^ -
X р^ + а
*=1
27"
(-V2,) + |® XР б = 0,
\ ъ ъ-1 I от / , сц* ое Х-е 1
где Рсц - сцепной вес тепловоза, кН; Ое - вес поезда, кН; тот, юое - основное удельное сопротивление движению тепловоза и вагонов на выбранном участке пути, Н/кН; V , Къ-1 - установленная скорость движения поезда на соответствующих элементах спрямленного профиля пути, км/ч.
Суммарное время работы тепловоза на к-й позиции контроллера машиниста при движении поезда в
500 450 400
^ 350
$
§ 300
о ч
2 250
н
« 200
н
1150
100 50 0
20
40 60
Скорость, км/ч
100
■ Ограничение по максимальной касательной силе тяги
"Сила тяги на 15-ой позиции контроллера машиниста
■Длительная сила тяги
Рис. 1. Тяговая характеристика тепловоза 2ТЭ116
тепловоза в ожидаемых условиях эксплуатации на заданном участке обращения. В основу данного метода положены результаты экспериментальных и теоретических исследований режимов работы и экономичности тепловозов в эксплуатации, а также тяговые расчеты, выполнение которых для соответствующих исходных данных позволяет теоретически провести состав по заданному участку обращения методом равномерных скоростей.
В качестве исходных данных для оценки экономичности тепловоза в эксплуатации используется следующая информация: протяженность участка обращения и профиль пути; структура поезда и масса состава; наличие постоянно действующих и времен-
режиме тяги или выбега за поездку вычисляется по уравнению
ъ=1
где = - время работы тепловоза на к-й позиции контроллера машиниста при движении поезда на г-ом элементе спрямленного профиля пути, ч; -длина г-го элемента спрямленного профиля пути, км.
Суммарный расход топлива тепловозом за поездку складывается из расхода топлива за время чистого движения и расхода топлива за время работы силовой установки в переходных процессах (режимах набора и
-С и
о" £ св Н О
ч к о И
о
18 15 12
9 6 3 0
0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
0 3 6 9 12 15 позиция контроллера машиниста, ПК
-С
1-е
к
О
£
а т о з а ч и с к о и ч
0,3 0,25
Й 0,2
^ 0,15
о р
ле 0,1
(н
0,05 0
/ 1
' 1 1
/ 1
1 /
г
/
6,6Е-05
5,5Е-05 1з
4,4Е-05 8 й
3,3Е-05 ^
2,2Е-05 ^
ч
1,1Е-05 Ц
о
0,0Е+00
0 3 6 9 12 15 позиция контроллера машиниста, ПК
• N0
■ N02
■ С
СО
Рис. 2. Эксплуатационные экологические характеристики дизеля 1А-5Д49
сброса позиций контроллера, режимах разгона и торможения поезда, режимах стоянок):
*=1 к=0
¡тж ( тш Л
I) I()1 ^11)
*=1 к =0 V к=0 )
где тпк - количество позиций контроллера машиниста определенной серии тепловоза; Ыек - мощность
силовой установки на к-ой позиции контроллера машиниста, кВт; Ьек - удельный расход топлива дизелем на к-ой позиции контроллера, кг/(кВт-ч);
1 К,), 1 (к, ), 1 (к) - среднесетевые вер°-
ятностные законы изменения относительной мощности, удельного расхода топлива и времени работы силовой установки в переходных процессах по позициям контроллера машиниста; ^ - общее время работы дизель-генераторной установки тепловоза за поездку, ч.
Завершающим этапом оценки экономичности тепловоза является расчет удельного расхода топлива тепловозом на измеритель работы в ожидаемых условиях эксплуатации:
дп =(10000 £Е)/|а X ^
В основу математической модели расчета эксплуатационной экологической характеристики тепловоза, то есть количества вредных выбросов в отработавших газах дизеля по позициям контроллера машиниста, положен метод равновесного состава, учитывающий элементарный состав топлива и параметры процесса его выгорания в цилиндре двигателя [1, 3].
Согласно [3], в продуктах сгорания дизельного топлива среднего элементарного состава может содержаться около 36 различных химических элементов, для количественного определения которых использу-
(1)
ются четыре уравнения материального баланса, составленные на основе неизменности отношения количества атомов отдельных элементов в ходе реакции:
Яр = ; ар =аЯс/Б0 ;
Рр = ; Гр =Яс/Ян ,
где Бр, ар, вР, Ур, - константы уравнений; Б«, Эс, Э0, Эн, Э5 - число атомов соответствующих элементов; а -коэффициент избытка воздуха.
Для определения количества продуктов сгорания топлива в цилиндре двигателя число атомов в уравнениях (1) выражается через парциальные давления исходных химических элементов, составляющих свежий заряд цилиндра и топлива, а именно кислорода, водорода, углерода, азота и серы. 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:
п
Р=Х Р,
,=1
где р - парциальное давление /'-го элемента смеси, Па; п - количество элементов в продуктах сгорания дизельного топлива.
Совместное решение преобразованной системы уравнений (1) относительно неизвестных Р02, Рн, Рс ,
Рм и РБ выполняется численными методами. Тогда масса /-го продукта сгорания определится по уравнению состояния газов:
т> =(И, РУ, ) , где ^ - малярная масса /-го продукта сгорания; у, Т - объем и температура рабочего тела /-го продукта сгорания; Я - универсальная газовая постоянная.
Реализация представленного выше метода равновесного состава возможна при известных значениях основных параметров процесса выгорания топлива в
цилиндре двигателя. Значения этих параметров могут быть определены в результате моделирования рабочего процесса дизеля для заданной позиции контроллера машиниста с использованием комбинации методов Гринивецкого-Мазинга и И.И.Вибе [4]. На первом этапе расчета выполняется моделирование основных термодинамических параметров рабочего процесса дизеля по методу Гриневецкого-Мазинга, на втором этапе производится уточнение параметров процесса выгорания топлива с использованием метода И.И.Вибе.
Отдельные результаты моделирования эксплуатационных экологических характеристик дизеля 1А-5Д49 тепловоза 2ТЭ116 представлены на рис. 2.
Оценка адекватности разработанной математической модели расчета экологических характеристик выполнена посредством сравнения результатов моделирования с данными экспериментальных исследований и расчетными значениями, представленными в практической технической литературе и нормативных документах. Сравнение показало, что, несмотря на имеющиеся относительные отклонения, результаты расчета количества продуктов сгорания для всех контролируемых элементов во всем диапазоне нагрузочных режимов дизеля находятся в пределах средне-
эксплуатационных минимальных и максимальных значений.
Представленные аналитические методы и реализующие их математические модели могут использоваться не только для оценки тяговых, экономических и экологических характеристик тепловозов, но и для исследования влияния на эти характеристики различных эксплуатационных и конструктивных факторов.
Библиографический список
1. Володин А.И. Методы оценки технического состояния, эксплуатационной экономичности и экологической безопасности дизельных локомотивов. М.: ООО «Желдориздат», 2007. 264 с.
2. Филонов С.П. Тепловоз 2ТЭ116. М.: Транспорт, 1996. 334 с.
3. Сковородников Е.И. Методы оценки и пути снижения экологического воздействия тепловозных дизелей на окружающую среду. Омск: РИО ОмГАПС, 1995. 104 с.
4. Сковородников Е.И., Анисимов А.С., Шабалин А.Ю. Влияние угла опережения подачи топлива на экологические характеристики дизеля 10Д100 // Надежность и экономичность дизельного подвижного состава: межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омская гос. акад. путей сообщения. Омск, 1997. 80 с.
УДК 629.113
ОЦЕНКА ПРИСПОСОБЛЕННОСТИ АВТОМОБИЛЕЙ К МАССЕ ПЕРЕВОЗИМОГО ГРУЗА ПО РАСХОДУ ТОПЛИВА С УЧЁТОМ СУРОВОСТИ ТРАНСПОРТНЫХ УСЛОВИЙ
Л.Г.Резник1, Д.А.Чайников2
Тюменский государственный нефтегазовый университет, 625027, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72.
Рассмотрен способ повышения эффективности автомобилей с использованием объективной оценки суровости условий, в которых они эксплуатируются. Обоснована необходимость введения свойства приспособленность при оценке качества и эффективности автомобилей. Определены интервалы суровости массы перевозимого груза. Ил. 3. Табл. 4. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: суровость; масса груза; норма; эффективность; приспособленность.
THE ESTIMATION OF VEHICLES' SUITABILITY TO THE MASS OF THE FREIGHT BEING TRANSPORTED ACCORDING TO THE FUEL CONSUMPTION TAKING INTO ACCOUNT THE SEVERITY OF TRANSPORT CONDITIONS
L.G.Reznik, D.A. Chainikov
Tyumenskii state oil-gas university 72 Melnikaite St. , Tyumen, 625027
The authors consider the method to increase the efficiency of vehicles with the use of the objective estimation of the severity of the conditions of their operation. They substantiate the necessity to introduce the property suitability when estimating the quality and efficiency of vehicles. The authors determined mass severity intervals of carried freight. 3 figures. 4 tables. 6 sources.
Key words: severity; freight mass; norm; efficiency; suitability.
1 Резник Леонид Григорьевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой эксплуатации автомобильного транспорта, тел.: (3452)209302, e-mail: [email protected]
Reznik Leonid Grigorjevich, a doctor of technical sciences, a professor, the head of the Chair of Exploitation of Automobile Transport, tel.: (3452)209302, e-mail: [email protected]
2Чайников Денис Анатольевич, аспирант, ассистент кафедры эксплуатации автомобильного транспорта, тел.: (3452)209302, e-mail: [email protected]
Chainikov Denis Anatoljevich, a postgraduate, an assistant of the Chair of Exploitation of Automobile Transport, tel.: (3452)209302, e-mail: [email protected]
