CC BY
2
УДК629.4.016.2
Силюта А.Г., Кунат Р.М.
МЕТОД ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВОЗОВ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
Silyuta A.G., Kunath R.M.
A METHOD FOR EVALUATING THE OPERATIONAL EFFICIENCY OF DIESEL
LOCOMOTIVES IN OPERATION
Введение
Под эксплуатационной
эффективностью тепловоза будем понимать количественную оценку его технического совершенства, качества его эксплуатации и настройки узлов, агрегатов и систем. Ранее авторами в работе [1] был предложен и обоснован критерий эффективности, который может быть описан следующей зависимостью:
А
W = rç • П = rç • —
А2
Дж
Т В • Н •Т' ч
(1)
где ^ - КПД локомотива;
П - производительность локомотива, МДж/ч;
А - выполненная на тягу работа, Дж;
Ни - низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг, принимается Ни = 42700 кДж/кг;
Т - время выполнения работы, ч.
Из формулы (1) видно, что при выполнении одной и той же механической работы за одинаковое время эффективность работы тепловоза определяется только лишь его значением КПД. Это позволяет при расчёте критерия проводить объективное сравнение эксплуатационной
эффективности тепловозов разных серий и годов выпуска, имеющих разное
техническое состояние и
эксплуатируемые машинистами с различным опытом работы и профессиональным уровнем подготовки. Представляет практический интерес определение не только максимального и минимального значения предложенного критерия, но и его фактическое значение по данным бортовых
микропроцессорных систем и корпоративных систем отчётности ОАО »РЖД», на основании которых может быть сформировано значение нормы критерия для проведения сравнительных оценок.
Анализ последних исследований и публикаций
В ОАО «РЖД» существует несколько временных методик оценки энергетической эффективности
локомотивов по разным параметрам, однако ещё не определено более универсальное решение. В ходе анализа как применяющихся в ОАО «РЖД» методик, так и простейших критериев оценки энергетической эффективности авторами установлено, что имеющиеся методики позволяют судить об энергоэффективности только в некоторых частных случаях.
Целесообразна комплексная оценка при
одновременном учёте КПД и производительности локомотива, причём в дальнейшем следует также учесть исправное состояние локомотива и его влияние на окружающую среду.
Цель работы
Целью данной статьи является разработка метода оценки
эксплуатационной эффективности
находящихся в эксплуатации тепловозов, а также демонстрация пробного расчёта с использованием данных тепловозов серии 2ТЭ25КМ.
Основная часть
1. Источники получения информации и механизм расчёта критерия для оценки эксплуатационной эффективности тепловозов
Максимальное (наилучшее)
значение критерия может быть получено из паспортных данных тепловоза, которые, как правило, приводятся в технических условиях на поставку. Для локомотива серии 2ТЭ25КМ определим максимальное значение этого критерия в соответствии с формулой (1):
s = 23,6 • 7000 = 165200 км
Щпах =V П
А
Л • ™
I Т
V
Рк15 дл ' 5
Т
(2)
где ^ = 0,33
^к15 дл - сила тяги на 15 позиции КМ в длительном режиме одной секции, принимается ^5 дл = 161,8 кН; 5 - путь, км.
5 = Удл • Ъ, км
где рдл = 23,6 км/ч
t - время, принимается t = 7000 ч Тогда
= 0,34
161,8 • 103 • 165200 • 103
1,29 • 10
7000
9 Дж
Источниками исходных данных для расчёта фактических значений критерия оценки эксплуатационной эффективности являются:
- лицевой счёт локомотива по данным электронных маршрутных листов машиниста из корпоративных информационных систем ОАО «РЖД» [2];
- информация о работе локомотива по данным автоматизированной системы «Умный локомотив» [3].
Поскольку по имеющимся данным из «умного локомотива» нет значения касательной силы тяги, его надо выразить через мощность тягового генератора:
Рк =
NK • 3,6
v
(4)
Тогда значение работы равно:
А = Ык • 3,6 • t (5)
Эффективная мощность дизеля:
где к - коэффициент отбора мощности на вспомогательные нужды,
(3) принимается равным 0,9
Следовательно, значение работы:
А = • 0,9 • 3,6 • t (7)
ч
Генераторную мощность можно определять как:
Мг = • ^г • ^ТЭд • (8)
где ^тг - КПД тягового генератора, принимается ^тг = 0,98;
^тэд - КПД тяговых электродвигателей, принимается ^тэд = 0,965;
^ву - КПД выпрямительной установки, принимается ^ву = 0,99.
Тогда значение работы через мощность тягового генератора:
Мг 19 = 5 кВт
Тогда
А =
А =
^тг • ^тэд • ^ву
0,9 • 3,6
• 0,9 • 3,6 • t (9)
0,98 • 0,965 • 0,99
■ ■ Nr • t = 3,46 • Nr • t
Л = 3,46 • Мг • ^ Дж (10)
где Мг - генераторная мощность, кВт; t - время, ч.
Следовательно, на основе данных из лицевого счёта локомотива и программы «умный локомотив» можно получать как расход топлива за смену, так и точное время работы на тягу на конкретной позиции контроллера машиниста и соответствующее этому значение выполненной на тягу работы. Тогда на примере первой смены первой по списку секции тепловоза - 2ТЭ25КМ 0044А получаются следующие значения:
Интервал записи показателей в имеющейся базе данных составляет:
t = 3 с = 0,000833 ч
Генераторная мощность на выбранном элементарном режиме работы № 19, у которого впервые за смену выполнена работа на тягу, составляет:
Л19 = 3,46 • 5 • 106 • 0,000833 = 14410,9 Дж
Аналогичные расчёты проводятся по всем элементарным режимам работы на тягу за всю смену и суммируются. Для первой смены секции 2ТЭ25КМ 0044А имеются значения:
^^1-0044А = 3,112921 ч
^Л1-0044А = 8326594963 Дж
По данным из лицевого счёта установлено значение расхода топлива за выбранную смену:
#1-0044А = 881 кг
Тогда по формуле (1) можно рассчитать фактическое значение индикатора эффективности за эту смену:
W1_
0044А
0044А =
ßl_
0044А Ни
Ни-Ztl-
0044А
Ж1_
8326594963
2
0044А 881 • 42700 • 103 • 3,112921 = 0,592214759 • 109
о Дж
2. Расчёт нормы критерия оценки эксплуатационной эффективности тепловоза
Для расчёта нормы [4, 5] критерия было обработано 187 смен работы локомотивов серии 2ТЭ25КМ приписки ТЧЭ-31 Великие Луки Октябрьской
2
железной дороги - филиала ОАО «РЖД». Итоги расчётов на основе
Из табл. 1 получаются средние значения по рассмотренным секциям 2ТЭ25КМ:
Я2 = 747,1004 кг Л2 = 6,5892 • 109 Дж 7- = 2,5115 ч
С целью оценки того, настолько эффективно работает та или иная секция, следует ввести некоторую норму критерия энергоэффективности, которую можно рассчитать по следующей зависимости:
№ = -2-
" норма г> тт ¿г
«2 • Ни •
где Л-, 5- и 7- - найденные выше средние значения работы, расхода топлива и времени работы на тягу по рассмотренным сменам четырёх секций тепловозов 2ТЭ25КМ
_ (6,5892 • 109)2
™норма = 747,1004 • 42700 • 103 • 2,5115 = 0,541907738 • 109
данных с четырёх секциях 2ТЭ25КМ приведены в табл. 1.
Таблица 1
Итог расчёта критерия эффективности
№ секции кол-во смен ^min, аДЖ 109 — ч ^тах, аДж 109 — ч W, аДж 109 ч В, кг Л, 109Дж Г, ч
0044А 47 0,0729 1,0948 0,6234 711,8125 7,6332 2,9826
0148А 73 0,0121 1,0165 0,3848 721,9583 4,1162 1,6544
0338А 15 0,1492 0,9967 0,6707 829,4000 7,9334 2,8882
0338Б 52 0,0598 1,0231 0,5826 725,2308 6,6740 2,5208
ЖНОрМа ~ 0,54 • 10
9 Дж
Выводы
1. По данным обработки 187 смен получено расчётное значение нормы критерия оценки эксплуатационной эффективности Wнорма~0,54•109 Дж/ч, в первом приближении равное среднему значению критерия для всех смен.
2. Сравнение фактических значений среднего критерия эффективности 1/К по секциям с рассчитанной нормой показало, что секции 2ТЭ25КМ 0044А, 0338А и 0338Б являются эффективными по рассмотренному критерию. При этом,
(11) наоборот, средний критерий
эффективности секции 2ТЭ25КМ 0148 меньше нормы, то есть данная секция обладает низкой эксплуатационной эффективностью.
3. Предложенный подход к оценке эксплуатационной эффективности рекомендуется распространить на все серии магистральных грузовых локомотивов.
ч
Список литературы
References
1. Критерий оценки эффективности транспортного средства / Е.Е. Коссов, В.В. Асабин, А.Г. Силюта, Л.Е. Коссова // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 2019. -Т. 78. - № 2. - С. 96-99. - DOI 10.21780/2223-9731 -2019-78-2-96-99.
2. Федотова, Н.В. Экономическая эффективность внедрения электронного маршрута машиниста локомотива вместо бумажного маршрута машиниста / Н.В. Федотова, А.А. Мельник // Транспортное дело России. - 2020. -№ 4. - С. 193-196. - ISSN 2072 - 8689.
3. Лакин, И.К. «Умный локомотив»: диагностирование тяговых электродвигателей тепловозов с использованием методов машинного обучения / И.К. Лакин, В.В. Павлов,
B.А. Мельников // Транспорт Российской Федерации. - 2018. - № 1(74). - С. 53-56. - ISSN 2658-3674.
4. Френкель, С.Я. Снижение расхода топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов - обоснование выбора направления исследований /
C.Я. Френкель // Вестник Белорусского государственного университета транспорта: наука и транспорт. - 2009. -№ 2(19). - С. 58-61. - ISSN 2227-1120.
5. Нормирование расхода топлива повышает энергоэкологическую безопасность маневровых и промышленных тепловозов / В.Ф. Акушко, В.М. Овчинников,
B.В. Макеев, А.П. Дединкин // Энергоэффективность. - 2013. - № 10. -
C. 30-31. - EDN YTKAFF
1. Criteria for evaluating the effectiveness of a vehicle / E.E. Kossov, V.V. Asabin, A.G. Silyuta, L.E. Kossova // Bulletin of the Scientific Research Institute of Railway Transport. - 2019. -Vol. 78. - № 2. - Pp. 96-99. - DOI 10.21780/2223-9731 -2019-78-2-96-99.
2. Fedotova, N.V. Economic efficiency of the introduction of the electronic route of the locomotive driver instead of the paper route of the driver / N.V. Fedotova, A.A. Mefnik // Transport business of Russia. - 2020. - № 4. -Pp. 193-196. - ISSN 2072 - 8689.
3. Lakin, I.K. "Smart Locomotive": diagnostics of traction electric motors of diesel locomotives using machine learning methods / I.K. Lakin, V.V. Pavlov, V.A. Mefnikov // Transport of the Russian Federation. - 2018. -№ 1(74). - Pp. 53-56. - ISSN 2658-3674.
4. FrenkeF, S.Ya. Reducing the consumption of fuel and energy resources for train traction - the rationale for choosing the direction of research / S.Ya. Frenkef // Bulletin of the Belarusian State University of Transport: Science and Transport. - 2009. - № 2(19). - Pp. 58-61. - ISSN 2227-1120.
5. Rationing of fuel consumption increases the energy and environmental safety of shunting and industrial locomotives / V.F. Akushko, V.M. Ovchinnikov, V.V. Makeev, A.P. Dedinkin // Energy efficiency. -2013. - № 10. - Pp. 30-31. -EDN YTKAFF
Аннотации:
Современные локомотивы проектируются для эксплуатации с максимальной нагрузкой, которая в реальной эксплуатации значительно
ниже. Так, например, работа на холостом ходу и малых нагрузках составляет до 70-90% от общего времени работы, что делает задачу определения фактической эффективности локомотива в эксплуатации актуальной и
требующей проведение дополнительных исследований. Следует отметить, что в настоящее время в технические условия на поставку не введён показатель, который бы позволил оценить эффективность эксплуатации локомотива на полигоне. В большей степени это связано с многообразием критериев оценки и отсутствием единого подхода к оценке эффективности на основе данных из микропроцессорных систем и систем корпоративной отчётности. В настоящей статье рассматривается метод оценки
эксплуатационной эффективности, который позволяет получить фактические значения критерия эффективности и на их основе определить его нормативное значение.
Ключевые слова: оценка, методы оценки, эксплуатационная эффективность, тепловоз, эксплуатация
Modern locomotives are designed to operate with a maximum load, which is significantly lower in real operation. For example, idling and low-load operation accounts for up to 70-90% of the total operating time, which makes the task of determining the actual efficiency of a locomotive in operation relevant and requiring additional research. It should be noted that at present, an indicator has not been introduced into the technical conditions for delivery, which would allow evaluating the efficiency of locomotive operation at the operation site. To a greater extent, this is due to the variety of evaluation criteria and the lack of a unified approach to evaluating performance based on data from microprocessor systems and corporate reporting systems. This article discusses a method for evaluating operational efficiency, which allows to get the actual values of the efficiency criterion and, based on them, determine its normative value.
Keywords: evaluation, evaluation methods, operational efficiency, diesel locomotive, operation.
Information about the authors
Сведения об авторах
Силюта Анатолий Геннадьевич
Федеральное государственное
автономное образовательное
учреждение высшего образования
«Российский университет транспорта»
РУТ (МИИТ),
кафедра «Электропоезда и
локомотивы»,
кандидат технических наук
e-mail: [email protected]
Silyuta Anatolij Gennad'evich
Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education «Russian University of Transport» RUT (MIIT), Faculty "Electric trains and locomotives", Candidate of Technical Sciences e-mail: [email protected]
Кунат Рикардо Марио
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский университет транспорта» РУТ (МИИТ), кафедра «Электропоезда и локомотивы», аспирант
e-mail: [email protected]
Kunath Ricardo Mario
Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education «Russian University of Transport» RUT (MIIT), Faculty "Electric trains and locomotives", postgraduate student e-mail: [email protected]
