Введение к работе
Актуальность проблемы. Современный этап работы железнодорожного транспорта и, в частности, электроподвижного состава характеризуется особенностями, связанными с условиями переходного периода и кризисных ситуаций. Значительный спад перевозок, особенно грузовых, уменьшил эксплуатационный парк грузовых электровозов. Потребность в последних в значительной степени уменьшилась, что в конечном итоге практически привело к прекращению выпуска электровозов.
В пассажирском движении уменьшение перевозок проявилось в меньшей степени, а естественное старение и выход из строя электровозов привели к необходимости использования грузовых локомотивов для пассажирского движения.
Вместе с тем возросли требования к удельным и общим расходам энергии на тягу грузовых и пассажирских поездов, что заставляет искать пути и средства энергосбережения во всех отраслях народного хозяйства, в. том числе и в деле обеспечения грузовых и пассажирских перевозок. Сложилась нетрадиционная ситуация: в условиях жестких требований по энергосбережению на тягу грузовых поездов поставленную задачу необходимо решать за счет стареющего оборудования и электроподвижного состава (ЭПС) старых образцов с большими пробегами; в пассажирском движении - решение подобной задачи осложняется необходимостью постановки под пассажирские поезда грузовых электровозов, не соответствующих требованиям по мощности и скоростным показателям. Но, в настоящее время, других путей нет: затянувшийся, почти десятилетний перерыв в обновлении парка электрических локомотивов ставит сформулированные здесь задачи в разряд необходимых для решения.
Кроме того, некоторые участки железных дорог характерны явно выраженной неравномерностью грузопотоков в четном и нечетном направлениях, особенно в местах зарождения грузов с энергетическим и металлургическим сырьем. Использование мощности локомотивов в порожняковом направлении получается очень низким, поэтому особенно актуальным становится вопрос о создании гибкой и экономичной системы управления тяговыми двигателями.
Стремление к энергосбережению при движении поездов с использованием электрической тяги было всегда предметом исследований ученых и специалистов. Ситуация сегодняшнего дня обострила данную проблему, и то, что было желательным, но не столь важным лет десять назад, сегодня приобретает все
большую значимость и актуальность. .Явно обозначилась необходимость поиска и реализации наиболее скрытых резервов экономии энергии, которые раскрываются в результате углубленного научного поиска и решения инженерных задач.
Отдельного рассмотрения заслуживает вопрос о повышении комфортности при перевозке пассажиров. Вместе с необходимостью постановки под пассажирские поезда грузовых электровозов на участках железных дорог переменного тока возникла проблема обеспечения электроотопления пассажирских вагонов, решение которой безотлагательно-и обязательно для поездов повышенной комфортності! Грузовые электровозы переменного тока без перемотки тяговых трансформаторов не имеют такой возможности. Решение этой задачи, скорее относящейся к категории научно-практических, нашло отражение в предлагаемой работе. Таким образом, наряду с нерациональностью использования грузовых электровозов в пассажирском движении по мощностным показателям и, как следствие, повышенному расходу энергии на движение пассажирских поездов, приходится иметь дело и с расходом энергии на отопление пассажирских поездов. Решение этой задачи должно стать двуединым, комплексным; она становится научно-поисковой.
Диссертация посвящена исследованию работы отечественных магистральных электровозов с коллекторными тяговыми двигателями (ТД) в грузовом и пассажирском движении в современных условиях и поиску путей повышения их эффективности.
Вопросам улучшения качественных показателей использования ЭПС, в частности, повышения эффективности локомотивного парка посвятили свои труды видные отечественные ученые и специалисты. Среди современных исследований необходимо отметить работы В. Е. Розенфельда, Л. М. Трахтмана, И. П. Исаева, Н. Н. Сидорова, О. А. Некрасова, В. Д. Тулупова, В. П. Феоктистова, А. Н. Са-воськина, А. В. Плакса, Л. А. Мугинштейиа, В. Н. Рахманинова, Е. В. Ерофеева, Л. А. Баранова, А. М. Дядькова, Э. С. Почаевца, А. Л. Лисицина, Г. Е. Фа-минского, В. Н. Лисувдва, В. М. Бабича, Н. С. Назарова, Р. Я. Медлила и др. Немало разработок по созданию устройств автоматического регулирования мощности тягового привода на уровне изобретений выполнено коллективами ученых и специалистов ВНИИЖТа, МГУПС (МИИТа), ВЭлНИИ, ПГУПС (ЛИИЖТа), УрГУПС (УрЭМИИТа), БелИИЖТа, ИрИИТаидр.
Цель работы заключается в разработке средств повышения энергетической эффективности эксплуатируемых магистральных электровозов, расширении
их функциональных возможностей в различных видах движения поездов.
Таким образом, поставленная цель определила задачи исследований, которыми являются:
исследования работы и выявление энергоемких узлов и элементов магистральных электровозов;
поиск путей и способов пвышения эффективности работы отдельных узлов и элементов электровозов;
- оценка уровня эффективности проведения модернизации;
-разработка принципиальных силовых схем модернизированных электро
возов с учетом предъявляемых к ним требований;
-проведение экспериментальных исследований с модернизированными электровозами и их электронными моделями.
Научную новизну диссертационной работы характеризуют следующие основные результаты:
разработаны принципиально новые подходы к выполнению силовых схем электровозов со ступенчатым регулированием постоянного и переменного тока;
усовершенствована методика расчета тягово-энергетических показателей локомотива с учетом особенностей условий эксплуатации и режимов его работы, отличающаяся универсальностью, сравнительной точностью и простотой, не требующей применения ЭВМ;
разработана методика оценки энергетической эффективности локомотивов в эксплуатации без производства тяговых расчетов в рабочем диапазоне сил тяги и скорости движения;
разработаны способы реализации оптимальных нагрузочных параметров электропривода при регулировании мощности электровоза путем отключения части тяговых двигателей;
Практическое значение и реализация работы состоит в том, что на основе выполненных исследований потерь электроэнфпш в электрических цепях эксплуатируемых электровозов переменного и постоянного тока разработаны оптимальные варианты электрических силовых схем, позволяющие повысить экономичность эксплуатируемых электровозов, расширить их функциональные возможности.
Основные результаты исследований использованы в депо Карасук и Алтайская Западно-Сибирской, депо Карталы Южно-Уральской, депо Целиноград Целинной, депо Вихоревка, Иркутск, Нижнеудинск, Северобайкальск и Улан-Удэ
Восточно-Сибирской, депо Елец Юго-Восточной, депо Чита Забайкальской и депо Кемь Октябрьской железных дорог.
Достоверность разработанных принципов и решений обоснована теоретически и подтверждена сходимостью теоретических и экспериментальных исследований.
Расхождение расчетных и экспериментальных значений не превышает 10 % и связано в основном с отклонением действительных значений сопротивлений обмоток тяговых трансформаторов, переходных реакторов и ТД, а также коэффициентов ослабления поля ТД от расчетных.
Научно-техническая значимость выводов и предложений в работе состоит в том, что выполненные в диссертации исследования позволяют выбирать на основе заданных параметров оптимальные варианты построения силовых схем с минимизацией потерь в тягово-энергетической установке, а также варианты схем цепей управления эксплуатируемых электровозов, построенных на основе электронных и микропроцессорных структур.
Апробация работы. Основные положения, выводы и рекомендации по работе были доложены и обсуждены на научно-практической конференции посвященной 100-летию Западно-Сибирской железной дороги и 50-летию Омского отделения Западно-Сибирской ж.д. «Энергосбережение на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги» (г. Омск, 1996 г.), на II международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» II международной конференции «Состояние и перспективы развития электроподвижного состава» (г. Новочеркасск, 1997 г.), на первой научно-практической телеконференции Вузоз МПС. «Энергосберегающие технологии и оборудование» (г. Москва, 1997 г.), на научно-практической конференции, посвященной 160-летию отечественных железных дорог «Энергосбережение на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги» (г. Омск, 1997 г.), на третьей межвузовской научно-методической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» (г. Москва, 1997 г.), на межвузовской научно-практической конференции, посвященной 160-летию отечественных железных дорог и 100-летию железнодорожного образования в Сибири «Железнодорожный транспорт Сибири: проблемы и перспективы» (г. Омск, 1998 г.), на семинарах кафедры «Подвижной состав электрических железных дорог» Омского государственного университета путей сообщения.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 1 статья в сборнике научных работ, 8 тезисов и докладов, 1 авторское свидетельство на полезную модель, 2 отчета по НИСу, зарегистрированных в ВНИЦе.
Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 54 рисунка, 26 таблиц и состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 108 наименований и приложения. Объем работы составляет 197 с.
