Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Полигоны тепловозной тяги составляют более' половины протяженности железных дорог России и стран СНГ. Всю маневровую работу на сети железных дорог, а также вывозную на тутях промышленных предприятий выполняют тепловозы.
Применение дизелей , с высоким наддувом обеспечило рост агрегатной мощности тепловозов, однако ухудшило их работу на пе-реходнах режимах, доля которых для поездных локомотивов составляет 20 и более процентов от общего рабочего времени, а для ма-неврово-промышленных - 40+50 % от времени движения в режимах тяги. Работа тепловозов в этих режимах характеризуется низкими показателями надежности, экономичности, эффективности и эколо-гичности. В значительно** мере это связано с ухудшением совместной работы высокофорсированного по наддуву дизеля и электрической передачи тепловоза. ->
Поиском путей повышения эффективности работы тепловозов занимается целый ряд как производственных, так и научно-исследовательских коллективов. Среди них локомотивные заводы и депо, ВНИИЖТ. ВНИТИ, железнодорожные вузы. ПКБ ЦТ МПС.
Решению этих вопросов уделяли внимание ученые-. В.И.Крутов, А.М.Белостоцкий, В.И.Толшин, А.С.Эпштейн, А.Э.Симеон, М.М.Дружинин, А.И.Володин, В.В.'Стрекопытов, Е.Е.Коссов и другие.
Проведенный анализ научных работ этих и других авторов выявил: объектом исследований чаще всего служит силовая установка, реже - передача и совсем редко - вся энергетическая цепь локомотива (ЭЦЛ). В ряде работ приведены результаты испытаний отдельных звеньев ЭЦЛ при их усовершенствовании. Однако без теоретического исследования происходящих в ЭЦЛ процессов не
представляется втможность обоснованно и достоверно оценить влияние предлагаемых усовершенствований на показатели работы тепловоза в целом.
Необходим комплексный подход к оценке тягово-эксплуатаци-онных качеств локомотива, особенно при исследовании наиболее тяжелых режимов его работы: трогание с места и разгон составов. Именно в этих режимах у локомотива реализуются недостаточные значения коэффициентов полезного действия и сцепления колесных пар с рельсами, а также других показателей. Поэтому задача поиска путей их повышения является весьма актуальной.
Появление надежных противобоксовочных систем и микропроцессорной техники облегчает решение этой задачи, позволяет реализовать оптимальные алгоритмы и законы управления переходным процессом дизель-генераторной установки (ДГУ) и тепловоза в целом. Нахождение этих законов можно осуществить с использованием математической модели локомотива.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью дк сертационной работы является повышение эффективности использования тепловоза в режимах трогания и разгона составов за счет применения рациональных генераторных характеристик и способов нагружения ДГУ, полученных на основе математического моделирования взаимосвязанной работы элементов его энергетической цепи.
Для достижения указанной цгпи в диссертации решаются следующие задачи:
разработка методик и программ расчета показателей работы тепловоза в режимах трогания и разгона составов;
разработка алгоритмов управления процессом нагружения ,.~7 , методов регулирования ее основных параметров;
расчет генераторной характеристики, используемой для управления процессом нагружения ДГУ;
сравнительная оценка вариантов нагружения энергетических систем по критериям топливной экономичности и эффективности эксплуатационной работы тепловоза в целом;
' - выбор и обоснование рациональных способов нагружения ДГУ тепловоза в процессах трогания и разгона составов;
- нахождение законов регулирования основных параметров
ДГУ для реализации на микро-ЭВМ.
Объект исследования - тепловоз мощностью -2200 кВт в секции с дизелем типа Д49 и электрической передачей переменно-постоянного тока.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Поставленные задачи решены с использованием методов математического моделирования работы тепловозного дизеля, системы объединенного регулирования мощности и угловой скорости вала ДГУ (серийной и усовершенствованной), электрической передачи в режимах трогания и разгона составов с учетом продольной динамики поезда.
Для описания рабочих процессов в энергетических системах тепловоза использовались результаты испытаний и настройки дизеля, тяговых электрических машин, системы управления переходным процессом ДГУ, полученные в ПО "Коломенский завод", НИИ завода "Электротяжмаш" (г.Харьков), ВНИТИ и ВНИИЖТе.
Прч реализации разработанных математических моделей в виде алгоритмов и программ для выполнения вариантных расчетов на ЭВМ показателей работы энергетических систем тепловоза использовались методы итераций, конечных разностей и'другие численные ме--тоды.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. На основе выполненных исследований дан/? научно-обоснованная оценка эффективности взаимосвязанной работі осноеных звеньев энергетической цепи тепловоза. Для этого раз работана универсальная математическая модель тепловоза с элект рической передачей для исследования его работы в процессах тро гания и разгона составов, построенная по модульному принципу. Разработаны алгоритмы рационального управления процессом нагру-жения силовой установки с использованием специально подобранных для этой цели генераторных характеристик, при реализации которых возможно существенное повышение тягово-энергетических качеств тепловоза.
Достоверность результатов расчетов по каждому программному модулю и по совокупной модели тепловоза обеспечивалась их сравнением с экспериментальными данными других ученых с достаточной степенью точности. _
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Реализация разработанных в диссертационной работе рекомендаций снизит затраты дизельного топлива в эксплуатации, повысит качество переходных процессов, эффективность использования энергетических систем тепловоза в режимах трогания и разгона составов.
Благодаря универсальности и компактности разработанных ма
тематических моделей и программных модулей становится возможным
комплексный подход к решению широкого круга инженерных задач,
связанных с улучшением'эксплуатационных показателей серийных и
перспективных тепловозов.
Результаты выполненных исследований могут быть рекомендованы при разработке более совершенных систем управления процессом груїення ДГУ (во ЕНИІ'ШТе и ВНИТИ. на ПО "Коломенский за-
вод", Людиновском тепловозостроительном заводе, ПКБ ЦТ и других проектно-производственных организациях).
АПРОБАЦИЯ. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на первой международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы .развитая железнодорожного транспорта" (г.Москва, 1994 г.). на кафедре "Локомотивы и локомотивное хозяйство" МИИТа (г.Москва,. 1995Г.).
ПУБЛИКАЦИИ. Основные материалы диссертации опубликованы в 7-ми печатных работах (см. стр.23).
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация содержит 116 стр. машинописного текста. 56 рисунков, 5 таблиц, 4 приложения. 88 наименований библиографических- источников л состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованных источников.
