CC BY
73
I EN I
Транспорт
Библиографический список
1. Романовский А.И. Исследование повышенной вибрации вспомогательных машин электровозов // Материалы 2-ой междунар. научно-техн. конф. «Современные методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов», Белорусско-Российский университет. Могилев, 2006. С. 274277.
2. Сергиенко П.Е. Причины низкой надежности подшипников двигателей НВА-55 // Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения (ВЭЛНИИ). Новочеркасск, 2007. №
2(54). С. 205 - 210.
3. Вибрации в технике: справочник. В 6 т. Т. 1. Колебания линейных систем / Ред. совет: В.Н. Челомей; под ред. В.В. Болотина. М.: Машиностроение, 1978. - 352 с.
4. Бате К., Вильсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов; пер. с англ. / под ред. А.Ф. Смирнова. М.: Стройиздат, 1982. 448 с.
5. Ганиев Р.Ф., Кононенко В.О. Колебания твердых тел. М.: Наука, 1976. 420 с.
УДК 629.424.1
РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ ТЕПЛОВОЗА ПО ПОЗИЦИЯМ КОНТРОЛЛЕРА МАШИНИСТА
В.А.Михеев1
Омский государственный университет путей сообщения, 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35.
Рассмотрен аналитический подход для расчета времени эксплуатационной работы дизель-генераторной установки тепловоза по позициям контроллера машиниста в ожидаемых условиях эксплуатации на заданном участке обращения. Приведены результаты модельных расчетов для принятого участка обращения. Ил. 2. Табл. 1. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: эксплуатационные характеристики и параметры подвижного состава; тяговые расчеты.
CALCULATION OF THE OPERATION TIME OF DIESEL-GENERATOR INSTALLATION OF A DIESEL LOCOMOTIVE BY THE POSITIONS OF AN ENGINE DRIVER'S CONTROLLER V.A. Mikheev
Omsk State University of Railway Engineering, 35 Max Av., Omsk, 644046.
The author examines an analytical approach to calculate the operation time of diesel-generator installation of a diesel locomotive by the positions of an engine driver's controller in the expected operating conditions on the given section of circulation. The results of model calculations for the adopted section of circulation are presented. 2 figures. 1 table. 6 sources.
Key words: operating characteristics and parameters of rolling stock; traction calculations.
Расчет времени эксплуатационной работы дизель-генераторной установки тепловоза по позициям контроллера машиниста в ожидаемых условиях эксплуатации дает возможность оценить ее топливную экономичность и экологические характеристики для заданного участка обращения. В основу расчета положен аналитический подход [1, 2], предусматривающий, с одной стороны, выполнение тяговых расчетов, с другой - использование результатов экспериментальных исследований режимов работы тепловозов и их энергетических установок в эксплуатации. При этом учитываются индивидуальные технико-экономические характеристики тепловозов и их дизель-генераторных установок, структура поезда и нагрузка на ось вагона, тип и профиль пути, установленные скорости движения и условия пропуска поездов на участке обращения, нормативные параметры эксплуатации подвижного состава, метеорологические условия.
Распределение времени работы дизель-
генераторной установки по позициям контроллера машиниста зависит от продолжительности использования тепловоза на каждом из эксплуатационных режимов за время поездки:
/ = + / ,
п ое есп 1
где /0е - время работы тепловоза в режиме тяги и выбега при движении поезда по участку с постоянной скоростью; /есп - вспомогательное время работы тепловоза, затраченное на режим простоя, на разгоны и замедления поезда, на переходные процессы.
Время работы тепловоза в режиме тяги и выбега при движении поезда по участку обращения найдем по выражению
Ппк Ппк
/0е = ^ /де1 = ^ ^ /деу , 1= 0 1= 0 ]
где - время работы тепловоза на /'-ой позиции контроллера машиниста; = 8]/У] - время движения
1Михеев Владислав Александрович, инженер-программист, преподаватель кафедры локомотивов, тел.: (3812) 312617, email: [email protected]
Mikheev Vladislav Aleksandrovich, programming engineer, lecturer of the chair of Locomotives, tel.: (3812) 312617, e-mail: [email protected]
тепловоза на /-ой позиции контроллера машиниста по j-ому элементу профиля пути; S; - длина j-го элемента профиля пути; Vj - установленная скорость движения поезда на j-ом элементе профиля пути; ппк -количество позиций контроллера машиниста.
Время движения тепловоза с постоянной скоростью на /-ой позиции контроллера машиниста по каждому j-ому элементу участка пути определяем из условия равновесия удельных сил, действующих на поезд в режиме тяги и выбега. Величина требуемой касательной силы тяги локомотива (Fk) и соответствующая ей /-ая позиция контроллера машиниста (Пм), обеспечивающая равномерное движение поезда на каждом j-ом элементе профиля пути с учетом заданных скоростей движения, веса и структуры поезда, определяется из условия f (V) = Fkj - Wj = const [1, 2].
Полное сопротивление движению поезда как ряда сцепленных повозок, в общем случае, суммируется из сопротивления локомотива как повозки и сопротивления вагонов [3]:
W = wj+W',
где Wj - общее сопротивление движению локомотива; Wj" - общее сопротивление движению вагонов.
Общее сопротивление движению локомотива при движении в режиме тяги и выбеге определяем по формуле
W' = (w 0+ i э)Р,
где wо - основное удельное сопротивление движению локомотива; i3j - дополнительное сопротивление, вызванное уклоном профиля j-го элемента пути; P - расчетная масса локомотива. Величина основных удельных сопротивлений движению локомотива рассчитывается в зависимости от режима движения (режим тяги или выбега) с использованием эмпирических выражений теории локомотивной тяги [3].
Общее сопротивление движению вагонов найдем по формуле
w;= ( + 1Э] )Q ,
где wj = ^jakw'Okj - основное удельное сопротивле-
k
ние движению вагонов; ak - доля в составе поезда k-го типа вагонов; w"o; - основное удельное сопротивление k-го типа вагонов (рассчитывается в зависимости от типа пути и нагрузки на ось вагона с использованием эмпирических выражений теории локомотивной тяги [3]); kt - коэффициент, корректирующий величины основного удельного сопротивления движению вагонов при отрицательных значениях температуры наружного воздуха; Q - масса состава.
Принятый способ определения времени движения тепловоза с поездом по участку при условии постоянства скорости не учитывает времени, затраченного на
простой, на разгоны и замедления, на переходные процессы. Вспомогательное время работы дизель-генераторной установки тепловоза по позициям контроллера машиниста на указанных выше режимах распределим с использованием данных, полученных в ходе опытных поездок:
г . = г (М . /100),
ест есп \ еспг / / 1
где Мг . = а П2. + Ь П + с - доля времени
" ест ест кмг ест кмг ест " ~
работы тепловоза на /-ой позиции контроллера машиниста во вспомогательных режимах.
Используя сформированное распределение времени эксплуатационной работы дизель-генераторной установки тепловоза по позициям контроллера машиниста, определяем ее экономические характеристики для заданного участка обращения и ожидаемых условий эксплуатации. Величина удельного расхода топлива на тягу оценивается величиной потребленного топлива на измеритель работы (104 ткм) [2]:
д = (10000 бп )1(дь),
где Вп - суммарный расход топлива за поездку;
Ь = УSj - протяженность участка обслуживания.
j
Суммарный расход топлива за поездку определяется расходом топлива при движении тепловоза с поездом по участку с постоянной скоростью (Вде) и вспомогательным расходом топлива (Вжп):
Ппк Ппк Ппк
В = Ве + В = У Бд. + У В . = У М.Ь. (гд . + г .),
п де есп / , де г / , ест / , ег ег V дег ест р
г = 0 г=0 1=0
где Вд. - расход топлива на /-ой позиции контроллера машиниста при работе дизель-генераторной установки под нагрузкой в режиме тяги и на холостом ходу в режиме выбега; Весп1 - расход топлива на /-ой позиции контроллера машиниста при работе дизель-генераторной установки на вспомогательных режимах; N - мощность дизеля тепловоза на /-ой позиции контроллера машиниста; Ье1 - удельный эффективный расход топлива дизеля тепловоза на /-ой позиции контроллера машиниста.
Значения мощности и удельного эффективного расхода топлива дизеля тепловоза на /-ой позиции контроллера машиниста определяем с использованием выражений вида
М е г = Мен Мег = Мен ^Ме П1г + ЬМе Пкмг + СШ ), Ьег = Ьен МЬег = Ьен (аЬе ПКмг + ЬЬе Пкмг + СЬе ),
где Мен - мощность дизеля тепловоза на номинальном режиме; Ьн - удельный эффективный расход топлива дизеля тепловоза на номинальном режиме; ММ., МЬ. - доли относительной мощности и удельного эффективного расхода топлива дизеля тепловоза на /-ой позиции контроллера машиниста. Величины номинальной мощности и удельного эффективного расхода топлива дизеля могут быть заданы по пас-
портным значениям или приняты по данным реостатных испытаний тепловоза в депо.
Среднеэксплуатационный расход топлива дизель-генераторной установки представляет собой отношение всего количества израсходованного топлива за поездку к выполненной работе [1]: Ь = ВЯ1А,
где А = ХА =Х( + ) - суммарная работа
1 = 0 1=о
дизель-генераторной установки тепловоза; А1 - работа дизель-генераторной установки тепловоза на /-ой позиции контроллера машиниста.
По описанной выше методике и заданным исходным данным рассчитываются следующие характеристики поездки: распределение позиций контроллера машиниста по элементам профиля пути участка эксплуатации; время работы дизель-генераторной установки тепловоза по позициям контроллера машиниста в режиме тяги и выбега при движении поезда по участку с постоянной скоростью и соответствующий расход топлива; распределение времени работы дизель-генераторной установки тепловоза по позициям контроллера машиниста, затраченного на простой, на разгоны и замедления, на переходные процессы за поездку и соответствующий этому времени расход топлива; эксплуатационные технико-экономические показатели дизель-генераторной установки.
Некоторые результаты модельных расчетов для принятых исходных данных представлены на рис. 1, 2 и в таблице (принят модельный участок обращения условно на Восточном полигоне железных дорог России протяженностью 407 км, состоящий из 160 спрямленных элементов в четном и нечетном направлении; минимальная скорость движения поезда по участку в четном и нечетном направлении составляет 35 км/ч, максимальная скорость - 80 км/ч; серия эксплуатируемого локомотива на участке 2ТЭ116; руководящий уклон в четном направлении составляет 4,8 %о, в нечетном направлении - 4,1 %; вес состава, состоящего из четырехосных вагонов на подшипниках скольжения, в четном направлении - 3800 т, в нечетном - 3000 т; время поездки в четном и нечетном направлениях
Параметры эксплуатации и экономичности дизель-генераторной установки тепловоза
принято равным 12,01 ч и 12,40 ч соответственно; атмосферные условия - нормальные (стандартные для принятого полигона эксплуатации); остальные параметры эксплуатации приняты в соответствии со сред-несетевыми). Использование среднесетевых опытных данных при формировании распределения режимов работы тепловозных дизель-генераторных установок для конкретного участка обращения может привести к некоторой неточности результатов модельных расчетов. Но величина ошибки значительно уменьшится при исследовании фактических режимов работы тепловозов и параметров эксплуатации для конкретного участка обращения.
Наличие данных по распределению времени работы дизель-генераторной установки по позициям контроллера машиниста в ожидаемых условиях эксплуатации позволяет рассчитать количество выбросов вредных веществ при движении поезда по обслуживаемому участку.
Количество отработавших газов дизель-генераторной установки тепловоза за час работы на /ой позиции контроллера машиниста определится по формуле [4]:
М = ЬЬ.И а,
Н О в1 в1 I 1
где Ьо - теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг дизельного топлива; а - коэффициент избытка воздуха на /-ой позиции контроллера машиниста.
Значения коэффициента избытка воздуха на /-ой позиции контроллера машиниста для соответствующего типа дизеля рассчитывается по эмпирической формуле вида
а = аа+ Ьаше1 + сат2е1 + + ват4е1.
Концентрация вредных выбросов определенного продукта сгорания X в отработавших газах тепловозного дизеля на /-ой позиции контроллера машиниста найдется по выражению
К у. = ^ 100 ,
Мг1
где тХ1 - временные количества выбросов опреде-
Наименование параметра Направление
четное нечетное
Время работы в режиме тяги и выбега /0е, ч (%) 6,75 6,96
Вспомогательное время работы /есп, ч 5,26 5,44
Суммарный расход топлива за поездку ВЯ, кг 2767,17 2469,03
Расход топлива в режиме тяги и выбега Вде, кг 2058,56 1736,21
Вспомогательный расход топлива Весп, кг 708,61 732,82
Работа дизель-генераторной установки тепловоза за поездку А , кВт-ч 12255,2 11440,69
Удельный расход топлива на тягу д, кг/104 ткм брутто 17,89 20,22
Среднеэксплуатационный расход топлива Ьэ, кг/(кВт-ч) 0,226 0,216
1, ч
1, ч
1
!
. . гя ■—1 Г71 ■-г-га ■-гИ гГЙ п и 1 -щ ГШ
0 1
10 11 12 13 14 15
Пк
□ режим тяги и выбега; □ вспомогательные режимы; Ш суммарное Рис. 1. Распределение времени работ дизель-генераторной установки тепловоза по позициям контроллера машиниста на четном направлении движения
1
1 и
Т 1 Ж
г-т-ГА --Г-Г71 ■-г-га м-ра пгй ПК ПА
10 11 12 13 14 15
Пк
□ режим тяги и выбега; □ вспомогательные режимы; Ш суммарное Рис. 2. Распределение времени работ дизель-генераторной установки тепловоза по позициям контроллера машиниста на нечетном направлении движения
образованной системы уравнений относительно неиз-
ленного продукта сгорания X на /-ой позиции контроллера машиниста.
Временные количества выбросов продуктов сгорания могут быть определены с использованием метода равновесного состава. В продуктах сгорания дизельного топлива среднего элементарного состава может содержаться около 36 различных химических элементов, для количественного определения которых используются четыре уравнения материального баланса, составленные на основе неизменности отношения количества атомов отдельных элементов в ходе реакции [1, 5]:
Sp = Ss/SC ; ар = а?*с ;
Рр = SоlSм ; 7р = Sс/Sн где Sp, ар, вр, ур - константы уравнений; SМ, Sс , SO, Sн, Ss - число атомов соответствующих элементов; а - коэффициент избытка воздуха.
Для определения количества продуктов сгорания топлива в цилиндре двигателя число атомов соответствующих элементов 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: Ро , Рн, Рс, РМ и Р.,. Совместное решение пре-
вестных Р02 , Рн, Рс, РМ и Р3 выполняется численными методами.
Связь между полным давлением смеси в камере сгорания и парциальными давлениями отдельных компонентов задается уравнением Дальтона:
П
Р=У РЛ,
к =1
где РХк - парциальное давление к-го элемента смеси,
Па; П - количество элементов в продуктах сгорания дизельного топлива.
Тогда масса к-го продукта сгорания определится по уравнению состояния газов
т
Хк
= (МмРмУ )/(ЯТ )
где ¿ия - малярная масса к-го продукта сгорания; V , Т - объем цилиндра и температура рабочего тела; Я - универсальная газовая постоянная.
Реализация представленного выше метода 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 [6]. На первом этапе расчета выполняется моделирование основных термодинами-
2
0
ческих параметров рабочего процесса дизеля по методу Гриневецкого-Мазинга; на втором этапе производится уточнение параметров процесса выгорания топлива с использованием метода И. И. Вибе.
Для расчета количеств выбросов определенного продукта сгорания X за поездку используем временные количества выбросов и суммарное время работы дизель-генераторной установки тепловоза на каждой позиции контроллера машиниста:
ЕХп =£ тх ((е1 + *есШ )
1=0
Важным параметром эксплуатационных экологических характеристик дизель-генераторной установки тепловоза является удельное количество выбросов вредных веществ на /-ой позиции контроллера машиниста [4]:
, (tg,
,)
A,.
А,.
Библиографический список
1. Володин А. И. Методы оценки технического состояния, эксплуатационной экономичности и экологической безопасности дизельных локомотивов М.: ООО «Желдориздат», 2007. С. 256-263.
2. Сковородников Е.И., Овчаренко С.М. Нормирование расхода топлива на маневровую и поездную работу тепловозов // Ресурсосберегающие технологии в структурных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги: материалы научно-практ. конф. Омск: ОмГУПС, 2005. С. 116-125.
3. Правила тяговых расчетов для поездной работы М.: Транспорт, 1985. 287 с.
4. Сковородников Е. И. Расчет эксплуатационных экологических характеристик тепловоза 2ТЭ116 на заданном участке
обращения // Совершенствование системы ремонта, повышение эффективности эксплуатации и снижение экологического воздействия на окружающую среду дизельного подвижного состава. Омск: ОмГУПС, 2006. С. 95-100.
5. Сковородников Е. И. Методы оценки и пути снижения экологического воздействия тепловозных дизелей на окружающую среду. Омск: РИО ОмГАПС, 1995. 104 с.
6. 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. Омск, 1997. 80 с.
=
УДК 531.3: 629.027
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНЕРЦИОННО-ФРИКЦИОННЫХ ДЕМПФЕРОВ В СИСТЕМАХ ПОДВЕШИВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ (ч.1)
И.М.Рябов1, К.В.Чернышов2, С.В.Елисеев3, Р.Ю.Упырь4
1,2Волгоградский государственный технический университет, 400131, г. Волгоград, пр. Ленина, 28. 3,4Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15.
Приведены данные об испытаниях опытного образца автоматического амортизатора с устройством для преобразования движения рычажного типа. Описана экспериментальная установка. Приводится сравнительный анализ действия различных факторов, в том числе сил сухого трения. Ил. 8. Табл. 7. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: амортизатор; демпфирующее устройство; виброзащита.
1Рябов Игорь Михайлович, доктор технических наук, профессор кафедры автомобильных перевозок, тел.: (8442)385729, email: [email protected]
Ryabov Igor Mihailovich, a doctor of technical sciences, a professor of the Chair of Automobile Transportations, tel.: (8442) 385729, e-mail: [email protected]
2Чернышов Константин Владимирович, кандидат технических наук, доцент, тел.: (8442)385729, e-mail: [email protected] Chernyshov Konstantin Vladimirovich, a candidate of technical sciences, an associate professor, tel.: (8442) 385729, e-mail: [email protected]
3Елисеев Сергей Викторович, доктор технических наук, профессор, директор НИИ современных технологий, системного анализа и моделирования, тел.: (3952)598428, e-mail: [email protected]
Eliseev Sergey Victorovich, an honored worker of science of the Russian Federation, a doctor of technical sciences, a professor, a director of the Scientific Research Institute of modern technologies, system analysis and modeling, tel.: (3952) 598428, e-mail: [email protected]
4Упырь Роман Юрьевич, научный сотрудник НИИ современных технологий, системного анализа и моделирования, тел.: (3952) 638326, e-mail: [email protected]
Upyr Roman Yurjevich, a research worker of the Scientific Research Institute of modern technologies, system analysis and modeling, tel.: (3952) 638326, e-mail: [email protected]
