Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ энергетической ситуации в электрической тяге на сети казахстанской железной дороги 9
1.1 Анализ общего и удельного потребления электроэнергии и связь энергопотребления с транспортной работой 9
1.2 Пути решения проблемы энергосбережения на железнодорожном транспорте 11
1.3 Постановка задачи и цели исследования 25
Глава 2 Анализ влияния эксплуатационных факторов на расход электроэнергии в грузовом движении 27
2.1 Классификация факторов и выделение базовых факторов, влияющих на энергозатраты 27
2.2 Статистические распределения базовых факторов: оценка их параметров и изменчивости в условиях эксплуатации 30
2.3 Статистические распределения параметров грузопотоков в тяге двух- и трехсекционными электровозами ВЛ80С 32
2.4 Анализ работы универсальных электровозов KZ4A с асинхронными тяговыми двигателями 72
2.5 Корреляционный анализ влияния параметров грузопотока на удельный расход электроэнергии 80
Глава 3 Оценка энергетической эффективности ЭПС 88
3.1 Энергобаланс системы электрической тяги и ЭПС. Выделения составляющих потерь энергии 88
3.2 Тягово-энергетических паспорт ЭПС и рекомендации по его практическому использованию .92
3.3 Анализ расхода электроэнергии в электровозной тяге грузовых поездов, оборудованные коллекторными и бесколлекторными тяговыми приводами на базе графо - аналитического метода (тягового расчета) 107
3.4 Оценка эффективности использования электровозов коллекторными и электровозов с бесколлекторными тяговыми двигателями на базе расчета их эксплуатационного к.п.д 110
Глава 4 Пути энергосбережения на железной дороге республики казахстан 115
4.1 Рекомендации по снижению удельного энергопотребления в грузовом движении 115
4.2 Рекомендации по улучшению энергетических показателей перспективного ЭПС 128
Заключение 140
Библиографический список 143
Приложение 153
Приложение 214
- Пути решения проблемы энергосбережения на железнодорожном транспорте
- Статистические распределения базовых факторов: оценка их параметров и изменчивости в условиях эксплуатации
- Корреляционный анализ влияния параметров грузопотока на удельный расход электроэнергии
- Тягово-энергетических паспорт ЭПС и рекомендации по его практическому использованию
Введение к работе
доктор технических наук, доцент А.В. Саврухин
Актуальность работы обусловлена остротой проблемы энергосбережения на железнодорожном транспорте.
В 2004 году операторы локомотивной тяги Республики Казахстан перешли на хоздоговорную основу предоставления услуг Службе локомотивной тяги (Приказ Минтранскомма РК от 23 июля 2004 года N 286-I). В связи с этим, в тарифы услуг Служб локомотивной тяги топливная составляющая закладывается единым показателем, как для электрической, так и для автономной тяги в локомотиво-часах. С изменением результирующего показателя работы перед службами локомотивной тяги стала актуальна проблема учёта потребления электроэнергии тягу поездов и ее связь с новым показателем. Постоянный рост тарифов по оплате электроэнергии обуславливает возрастающую остроту проблемы, как в рамках ее учета, так и в поиске путей энергосбережения.
Так, в 2004 году затраты на топливно-энергетические ресурсы только на электрическую тягу составили 7,2 млрд. тенге (1,51 млрд. рублей) за приобретенную электроэнергию объемом 1,8 млрд. кВтч. По сравнению с 2003 годом увеличение расходов на электроэнергию составило 11,1%. Рост энергопотребления заметно опередил фактическое увеличение грузооборота, а удельное энергопотребление возросло на сети железных дорог, как в грузовом, так и пассажирском движении.
Исследование энергоемкости перевозочного процесса в электрической тяге проведено на базе теории вероятностей и математической статистики. Статистическая модель позволяет учесть многообразие факторов эксплуатационного характера. Основой для исследования служат данные по выполненным поездкам, полученные из маршрутных листов машинистов. Расход электроэнергии в удельном виде является результирующей функцией, на которую влияют факторы эксплуатации. Степень влияния их на энергозатраты позволяет не только вести учет электроэнергии, но и прогнозировать расход на предстоящий объем перевозочной работы, что является существенным вкладом в работу, проводимую Службой локомотивной тяги и частными операторами локомотивной тяги в эксплуатационных депо по учету, нормированию и прогнозированию электроэнергии. Должен быть разработан переход к новому показателю, выраженному в локомотиво-часах, который является не точечной оценкой работы электровозной тяги, а функцией определенного числа исходных показателей, таких, как например, масса поезда и нагрузка на ось.
Цель и задачи работы заключатся в совершенствовании комплекса технического учёта и нормирования расхода электроэнергии в грузовом движении на Казахстанской железной дороге, подбору необходимых типов электровозов на тягу поездов в грузовом движении.
Объектом исследования. Объектом исследования в диссертации является участок Караганда Сортировочная – Астана, депо приписки ТЧЭ-14.
Предмет исследования. Предметом исследования является система технического нормирования на тягу поездов в грузовом движении на Казахстанской железной дороге.
Методика исследования включает использование классических методов математической статистики (корреляционный анализ, статистическая проверка гипотез) и методов теории чувствительности, основанных на использовании коэффициентов влияния, к решению задач энергетики электрической тяги. При этом выделяются существенные и несущественные факторы по критерию их влияния на энергозатраты. На этой основе предлагается система нормирования энергозатрат для локомотивного депо, предполагающая автоматизированный расчет технологических норм расхода электроэнергии по влияющим факторам (метод базовой нормы), и расчет энергозатрат на заданный объем перевозочной работы (грузооборот) методом интегрирования по двум функциям.
Применяемые методы исследования предполагают также переход от общих методологических основ энергобаланса и баланса мощности электровоза к специфическим для электрической тяги расчетным характеристикам, выполненным на базе тягово-энергетических паспортов электровозов. Их преимущество состоит в учете как тяговых и энергетических параметров электровоза, так и характеристик основного сопротивления движению вагонов в составе поезда и дополнительного сопротивления от профиля пути.
Научная новизна выполненной работы заключается в разработке вероятностно-статистической модели энергопотребления при реализации перевозочного процесса с учетом многообразия действующих эксплуатационных факторов, включая параметры вагоно- и поездопотока, характеристики тягового плеча, конкретный тип электровоза. С помощью предложенного метода интегрирования по двум функциям модель предусматривает переход от системы технологических норм к групповым нормам для определения энергозатрат на конкретный заданный объем перевозочной работы (грузооборот) в условиях действующего или вводимого графика движения поездов. На базе тягово-энергетических паспортов предложен способ сравнения энергетических характеристик различных типов тягового подвижного состава.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов.
Расчёты реализовывались с использованием математических и статистических функций и пакета анализа данных Microsoft Excel и платформы Mathcad на базе обширного статистического материала.
Практическая ценность. заключается в том, что разработанная система технического учёта электроэнергии позволяет использовать введенный в качестве результирующего на Казахстанской железной дороге показатель локомотиво-часы как производный от функции удельного расхода электроэнергии на поездку. Исследование зависимостей удельного расхода электроэнергии от ряда эксплуатационных факторов позволило определить пути энергосбережения и дать практические рекомендации по использованию конкретных типов локомотивов.
Положения и результаты диссертации, выносимые на защиту. Расчетная методика с детальным рассмотрением сегментов, входящих в базовый нормообразующий измеритель поездо-км. Метод интегрирования по двум функциям для определения затрат электроэнергии и их прогнозирования на объем работы в грузовом движении, позволяющий оперативно учитывать возможные изменения структуры грузопотоков.
Апробация и реализация работы. Основные положения работы докладывались шести научно-практических конференциях «Неделя науки – 2006» г. Москва 2006г.; «Безопасности движения поездов», г. Москва 2007г.; «TRANS-MECH-ART-CHEM», г. Москва 2008г.; «Проблемы механики железнодорожного транспорта», г. Днепропетровск 2008г.; «Безопасности движения поездов», г. Москва 2008г.; «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» г. Самара 2009г.
Публикация. По теме диссертационной работы опубликовано восемь печатных работ, в том числе две в изданиях, рекомендованных ВАК РФ по данной специальности, и одна - в издании, рекомендованном ВАК Республики Казахстан.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы из __ наименований, приложений и содержит __ страниц основного текста, __ таблиц и __ рисунков.
Пути решения проблемы энергосбережения на железнодорожном транспорте
Одной из ключевых составляющих анализа движения поездов являются тяговые расчеты, основная задача которых - решение дифференциального уравнения движения поезда, выражающего связь между действующими на поезд силами в функции пути. Тяговые расчеты вновь стали актуальными в решении многих задач в связи с появлением целого ряда программных продуктов, что позволило устранить трудоемкость ручного расчетного процесса графо-аналитическим способом.
Поэтапно теорию электрической тяги развивали ученые и инженеры: Н.П. Петров, А.П. Бородин, Ю.В. Ломоносов, В.Ф. Егорченко, A.M. Бабичков, А.Н. Крылов, А.В. Вульф, А.Б. Лебедев, В.А. Шевалин, В.Е. Розенфельд, В.П. Феоктистов, И.П. Исаев, Н.Н. Сидоров, СИ. Осипов и др. [1,6,9,24]. Еще в XIX в. профессором Н.П. Петровым были проведены исследования по определению сопротивления движению подвижного состава: он впервые внедрил аналитические интегрированные уравнения движения поезда для равномерного и неравномерного движения. В результате были получены показательные функции, которые были разложены в ряд Тейлора с последующим использованием членов ряда с первым и вторым показателями степени. В этот же период профессор А.П. Бородин создал первый испытательный комплекс для лабораторного исследования опытных паровозов. На заре XX в. Ю.В. Ломоносов приступил к разработке теории тяги поездов, исследовал случай перехода поезда с одного подъема на другой и с площадки на подъем. Расчет базировался на том, что масса поезда распределена равномерно по всей длине состава и все его части имеют одинаковое удельное сопротивление. Уравнение движения поезда при переходе с подъема на подъем имело вид
Это был способ приближенного решения уравнения движения поезда заданной точностью [6,9,43,59].
Впоследствии профессора A.M. Бабичков и В.Ф. Егорченко предложили аналитический метод корректировки на величину скорости, зависящей от длины поезда, и рассмотрели графический метод учета длины поезда при переходе его через перелом продольного профиля пути [1,3]. Однако эти способы не получили широкого применения в практике тяговых расчетов из-за громоздкости вычислений. Академик А.Н. Крылов предложил численное интегрирование уравнения движения поезда методом конечных значений. В результате рассмотрения и объединения уравнений, описывающих движение в указанных случаях, автор получил уравнение движения поезда в виде дифференциального уравнения у = f(x,y)[2].
Профессора А.В. Вульф, А.Б. Лебедев, В.А. Шевалин заложили фундаментальные основы теории электрической тяги и способствовали успешному развитию электрификации железных дорог. В дальнейшем теорию электрической тяги развивали профессора В.Е. Розенфельд, В.П. Феоктистов, И.П. Исаев, Н.И. Сидоров, СИ. Осипов и др.
Тяговые расчеты в основном подразумевают использование приведенных методов определения скорости и времени хода поезда, базирующиеся на эмпирических формулах и значениях при равномерном движении поезда на каждом элементе профиля.
Определение энергооптимальных алгоритмов движения поездов на заданном участке должно удовлетворять критерию минимума удельного расхода электроэнергии. В большинстве работ отмечается, что основными принципами снижения затрат на тягу поезда считаются: исключение повторных разгонов, ликвидация режима боксования и меньшее применение тормозных средств, более эффективное использование кинетической энергии, являющиеся составными баланса мощности электровоза[3 8,41,47].
Численные, графические и графо-аналитические методы решения уравнения движения поезда базируются на методе конечных приращений (кривых Эйлера), принятые допущения в которых обуславливают существенную погрешность [35,41]. В некоторых работах рассматривается метод интегрирования уравнения движения поезда по кинетической энергии. В ряде работ предлагается интегрирование дифференциальных уравнений для сопряженных функций и поиск их начальных значений. Такой путь построения оптимальной траектории требует значительных затрат времени на расчет с помощью ПК, который в последнее время уже не является препятствием.
Р. Беллманом был предложен другой подход к задаче, заключающийся в использовании аналитического уравнения, решение которого сводится к методу динамического программирования: уравнение, представленное в виде функции, зависящей от состояния объекта и = и{х). Но получить решение в общем виде не представляется возможным. Поэтому в большинстве случаев приходится пользоваться численными методами динамического программирования и его разновидностями [7,8]. Эти методы позволяют упростить сложную функцию многих переменных путем последовательной минимизации.
Исследованию задачи оптимизации траектории движения поезда с помощью данного метода посвящены работы Л.А.Баранова, Е.В.Ерофеева. В [10, 15] на основе математического объекта управления (пассажирского поезда и метрополитена) с учетом изменения КПД тяговых двигателей, потерь в контактной сети, дополнительного сопротивления от уклона и других факторов, производится построение на ПК энергетически оптимальной траектории движения поезда. Так как скорость оптимальной траектории сравнима со скоростью движения поезда, управление осуществляется не в реальном времени, а путем предварительного расчета оптимальных программ движения. Эта задача решена для метрополитена при малых изменениях масс поездов.
Важное значение в решении задач оптимизации энергопотребления на тягу поездов имеет анализ возможных режимов управления движением поезда и исследование влияния различных факторов на затраты электроэнергии. Этим вопросам посвящено множество работ отечественных ученых: В.П. Феоктистова, С.И.Осипова, Н.Н. Сидорова, И.П. Исаева, А.В. Плакса, А. А. Бакланова, В.П. Цукало, П.И. Кельпериса, A.M. Костромина, В.Г. Козубенко и зарубежных авторов: Франко Ди Майо, Ю. Мизуно, Л.А Мугинштейн, А. Атаношва, К.Д. Крауза, , М.Франка, Е.Биера, Р. Горна, А. Винклера и др.
Исследования [2,6,9,10,11,12,15,16,17,18,21] показывают, что при заданном графике движения поездов экономия энергии возможна за счет реализации оптимальных методов вождения поездов. Несмотря на имеющиеся успехи при внедрении автоматизированных систем управления, еще продолжительное время основным условием их реализации будет знание машинистами возможностей используемого подвижного состава, профиля участка, эксплуатационной ситуации на его перегонах. В настоящее время внедренные в эксплуатацию системы неплохо показали себя в только стандартных условиях движения. Любые отклонения от графика при использовании системы приводят к значительному перерасходу электроэнергии.
Статистические распределения базовых факторов: оценка их параметров и изменчивости в условиях эксплуатации
Параметры поездопотока являются основными факторами как при расчете энергозатрат на поездку (то есть при определении технологической нормы), так и при планировании или прогнозировании их на длительный период времени для тягового плеча или для локомотивного депо в целом (то есть при определении групповой нормы). Особенности поездопотока, влияющие на энергозатраты, определяются разбросом фактических значений массы состава О, осевой нагрузки q (или числа вагонов В), технической скорости Vm, количества остановок D при поездке в пределах тягового плеча [35,47, ПО].
Так как параметры поездопотока являются случайными величинами, то для получения достоверных результатов выборки исходных данных должны быть репрезентативными. Минимально необходимый объем выборки (количество результатов измерения О, q, a, D, Vmex) согласно [35, 71] составляет N=41.
Случайная величина будет полностью описана, если определить закон ее распределения, устанавливающий связь между возможными значениями случайных величин и соответствующими им вероятностями.
Параметры поездопотока могут быть представлены непрерывными случайными величинами, и законы распределения - их плотностями. Каждая гистограмма выравнивается несколькими теоретическими распределениями с последующей проверкой: согласуются ли экспериментальные данные с гипотезой о том, что случайная величина X имеет выбранный закон распределения, заданный плотностью распределения/fo).
Мерой согласования теоретического и статистического распределений является критерий Пирсона {критерий х ) Он позволяет определить вероятность того, насколько случайные причины расхождения теоретического и статистического распределений будут существенными.
Данные проверки гипотезы о возможных теоретических распределениях, описывающих случайные величины, позволяют определить теоретический закон распределения, наилучшим образом описывающий совокупность статистических данных. Из рассматриваемых теоретических распределений выбирается такое, которое обеспечивает минимальное значение rf. Критерий х определяется как: где Pj - значение теоретической вероятности попадания случайной величины в заданный интервал; Pj - значение статистической вероятности попадания случайной величины ву -й интервал; Р} - Т7 ( Aw, — число значений случайной величины Bj-м интервале).
В работах [32, 68, 70, 73] отмечаются, что выборки параметров поездопотоков хорошо описываются нормальным законом распределения, плотность которого определяется как:
В случаях, когда значения при нормальном законе распределения попадают в отрицательный интервал, применяется усеченный нормальный закон распределения: где тх - математическое ожидание величины параметра поездопотока; ах — среднеквадратическое отклонение величины параметра поездопотока; Х- текущее значение величины параметра поездопотока. На случайную величину, подчиненную нормальному закону распределения, накладываются следующие связи: а) 2J] =1 - сумма частот по всем интервалам равна 1; б) J) тх - среднее значение статистического распределения равно математическому ожиданию теоретического распределения;
Так как числовые характеристики нормального закона распределения могут быть выражены через математическое ожидание и дисперсию случайной величины, вычисляются соответствующие им оценки - среднее значение и дисперсия (среднеквадратическое отклонение):
Исчерпывающей характеристикой случайной величины является закон распределения, соотношения которого устанавливают связь между возможными случайными величинами и соответствующими им вероятностями.
Поскольку значения параметров поездопотока — положительные величины, они определяются в интервале [0,со]. Поэтому в диссертационной работе применяются соответствующие наиболее часто используемые в теории вероятностей и надежности законы распределения (таблица 2.1):
При случайных дискретных величинах, помимо 6 основных видов распределения, рассматривается теоретический закон распределения Пуассона.
Сами случайные величины могут быть распределены любым образом, однако для дальнейшего корреляционного анализа с использованием корреляционного момента только первого порядка валено иметь исходные распределения, близкие к нормальному, для получения достоверного результата в условиях сравнительно небольшого объёма выборки.
Корреляционный анализ определит степень влияния отдельных факторов эксплуатации на удельный расход энергии a(Q, q, D, Vmex). В первом приближении эта оценка производится с помощью парных коэффициентов корреляции первого порядка, позволит парные связи a(Q), a(q), a(D), a(Vmex\ Q(q), Q(D), Q(Vmex), q(D), q(Vmex), D(Vmex).
Корреляционный анализ влияния параметров грузопотока на удельный расход электроэнергии
В выборке с гружеными поездами снизилось и значение корреляционной связи между массой поезда и нагрузкой на ось. Она осталась значимой, как и в общей выборке, хотя уже нельзя считать близкой к функциональной (rQq = 0,754).
Влияние скорости движения поезда и количества неплановых остановок на удельный расход электроэнергии, как и в общей выборке, остается незначимым фактором. В то же время следует отметить существенную и отрицательную связь между массой поезда и его скоростью движения, а также между скоростью движения и количеством остановок. Коэффициент корреляции (rQV = - 0,123) находится практически на границе порога значимости, а отрицательный знак свидетельствует о том, что с увеличением массы поезда установившаяся скорость движения поезда, обеспечивающая минимальные затраты энергии при движении, становится ниже, что в конечном итоге и отражено в этом коэффициенте.
Как в общей выборке, так и в обеих частных, организованных для порожних и груженых поездов, количество остановок негативным образом сказывается на среднетехнической скорости движения поездов.
Что касается тяги поездов трехсекционными электровозами ВЛ80С, то здесь объем перевозок порожних составов мал, и практически вся доля работы этих электровозов связана с перевозками груженых составов. Результаты корреляционного анализа, выполненного для общей выборки, представлены в таблице 2.36.
Коэффициенты корреляции между удельным расходом энергии и массой поезда, нагрузкой на ось существенны и мало отличаются друг от друга: raQ = -0,839 и raq = - 0,827.
Здесь на удельный расход электроэнергии существенное влияние оказывают все учитываемые факторы эксплуатации, включая скорость движения поездов и количество промежуточных остановок. При этом наблюдается отрицательная связь - рост скорости приводит к уменьшению значения удельного расхода электроэнергии. Это объясняется тем, что имеющиеся при движении поезда по участку неплановые остановки снижают среднетехническую скорость движения поезда, а каждая неплановая остановка связана с потерями электроэнергии. В то же время масса поезда и нагрузка на ось не оказывают значимого воздействия на скорость движения поезда, что говорит об однородности организации пропуска поездов в тяге трехсекционными электровозами ВЛ80С.
В общей выборке корреляционная связь между массой поезда и нагрузкой на ось настолько тесная, что практически равна единице (rQq = 0,994). В этом случае можно было бы сказать, что в равной степени возможно использовать для учета и нормирования электроэнергии только один параметр — либо вес поезда, либо нагрузку на ось.
Поскольку общая и частная выборки мало отличаются как по объему, так и по структуре грузопотоков, то выводы, сделанные применительно к общей выборке, остаются во многом такими же и в данном случае, а именно: наблюдается очень тесная, практически функциональная взаимосвязь между массой поезда и нагрузкой на ось (rQq = 0,98). Практически в одинаковой степени получается воздействие на удельный расход электроэнергии, как массы поезда, так и нагрузки на ось с небольшим приоритетом массы поезда: raQ = -0,64 и raq = - 0,61.
Отличием является отсутствие значимого влияния на удельный расход электроэнергии скорости движения и неплановых остановок. Это объясняется уменьшением диапазона изменения масс поездов по сравнению с общей выборкой, куда включены перевозки относительно небольших по массе порожних составов, и уменьшением среднего значения неплановых остановок в данной выборке ( см. таблицу 2.2)
Аналогичный анализ взаимосвязей между основными эксплуатационными параметрами был проведен для того же участка Караганда-Сортировочная в обратном направлении. В таблице 2.38 представлены результаты анализа для общей выборки.
В этом направлении уже нет тесной статистической, то есть близкой к функциональной, связи между весом поезда и нагрузкой на ось - rQq = 0,58. Поэтому видна большая разница в значениях коэффициентов корреляции между весом поезда - удельным расходом электроэнергии (raQ = - 0,71) и нагрузкой на ось — удельным расходом электроэнергии (raq = - 0,56). Более тесная связь наблюдается в первой паре случайных величин. Остальные факторы эксплуатации оказались по своему влиянию на удельный расход электроэнергии незначимыми.
Поскольку объем данных уменьшился только на 2 единицы, то выводы, сделанные для общей и частной выборок, идентичны. Выполненные в пунктах 2.3 и 2.5 исследования позволяют сделать следующие выводы. Как в общей, так и частных выборках, главным фактором, имеющим наиболее существенное влияние на удельный расход электроэнергии, является масса состава, а вторым по значимости - нагрузка на ось. Влияние скорости движения поезда является, как правило, незначимым фактором. Там же, где влияние скорости оказалось значимым, коэффициент корреляции имеет отрицательный знак и свидетельствует о том, что с ростом скорости удельный расход электроэнергии уменьшается. Следовательно, на общий расход электроэнергии в таких поездках существенно влияют дополнительные расходы, связанные с неплановыми остановками. Об этом можно судить по тому, что коэффициент корреляции «среднетехническая скорость движения поезда - число остановок» оказывается значимым и знак указывает на значительное снижение скорости движения поезда при наличии остановок. Поэтому при совершенствовании системы нормирования в линейных депо правильно было бы строить технические нормы на поездку с учетом только двух базовых факторов — массы поезда и нагрузки на ось. Для учета дополнительных энергозатрат, связанных с наличием остановок, целесообразно использовать наряду со статистическими методами метод тягового расчета в сравнительном варианте — для безостановочного движения и с наличием остановок. В сравнительном анализе точность тягового расчета для этих целей достаточна, а статистические методы в данном случае показывают лишь качественную картину.
Тягово-энергетических паспорт ЭПС и рекомендации по его практическому использованию
Оценка энергобаланса электровоза может быть проведена на основе тягово-энергетического паспорта. Для построения тягово-энергетического паспорта необходимы следующие исходные данные: тип электровоза, масса поезда, нагрузка на ось. При оценке энергетической эффективности электровоза не требуется выполнять тяговые расчеты с построением кривых движения поезда по всей длине поездо-участка. Она сводится к следующим процедурам: - определение сопротивления движению поезда W(V) при уклонах от z-0%o до максимального значения i=imax при различных скоростях от V—0 до - построение на тяговых характеристиках FK(V) электровоза данного типа семейства кривых W(V) с различными значениями /; - определение удельных энергетических затрат: где Vycm — точки пересечения характеристик F(V) и W(V), что соответствует режиму установившейся скорости движения, включая позиции ослабления возбуждения; Е Ida — активная составляющая тока, потребляемая электровозом переменного тока при установившейся скорости движения. Далее строятся зависимости скорости и удельного расхода электроэнергии в зависимости от уклонов Vycm(i) и a(i), представляющие тягово-энергетические свойства данного электровоза. На протяжении последних нескольких лет состояние парка магистральных электровозов Казахстанской железной дороги не менялось, а средний срок службы локомотивов все больше приближается к критическому. Так, среднестатистический возраст электровоза ВЛ80С составляет 27 лет, что по состоянию на 2010 год означает выработку ресурса на 89,3%, исходя из тридцатилетнего срока службы [81].
На рисунке 3.2 представлены данные об инвентарном парке электровозов, поступивших в эксплуатацию на Казахстанскую железную дорогу, начиная от истоков ее электрификации. Инвентарный парк электровозов состоит из электровозов следующих серий: ВЛ80Т- 190 ед., ВЛ80С- 371 ед., KZ4A- 5 ед. Эти обстоятельства заставляют владельцев локомотивной тяги рационально использовать ЭПС и искать пути снижения эксплуатационных расходов, в том числе и на энергозатраты. Резерв повышения мощности коллекторных тяговых двигателей магистральных электровозов переменного тока практически исчерпан. В то же время необходимость повышения массы грузовых поездов с целью увеличения провозной и пропускной способности электрифицированных железных дорог требовала дальнейшего роста мощности электровозов. В пассажирском движении появилась необходимость в электровозах, имеющих высокие скорости движения, а электровозы ВЛ80С не соответствуют таким требованиям. Второй причиной, заставившей искать принципиально новые решения при выборе электровозов, была необходимость снижения себестоимости перевозок, и в первую очередь за счет менее энергоемких электровозов.
