Введение к работе
Актуальность проблемы. Для успешного и эффективного освоения грузовых перевозок по железным дорогам России необходимо не только повышать массу поездов и увеличивать при этом пропорционально число движущих осей и мощность локомотива, но и решать ряд технических задач, направленных на улучшение тягово-энергетических показателей электроподвижного состава, оказывающих влияние на экономию электроэнергии на тягу поездов. Особое значение это имеет при работе мощных многоосных и многосекционных локомотивов на участках большой протяженности со сложным, перевалисгым профилем пути с характерным чередованием равнинных элементов, где по условиям движения могут быть реализованы высокие скорости, с кругыми затяжными подъемами, где от локомотива требуются м аксимальные тяговые усилия.
От рациональности соотношения движущих осей на протяженных участках и перегонах подталкивания зависят, с одной стороны, надежный пропуск поездов необходимой массы, с другой - экономичность по энергетике режимов работы электроподвижного состава.
Некоторые участки железных дорог Сибири и Забайкалья характерны неравномерностью грузопотоков в четном и нечетном направлениях, особенно в местах зарождения грузов с энергетическим сырьем.
Анализ профиля пути и нагрузок электровозов на этих участках показывает, что лишь 4-5% продолжительности тягового режима реализуется с мощностью, близкой к номинальной, 70-75% - с нагрузками 0,5-0,8 номинальной, остальное время использование сил тяги и мощности локомотивов не превышает 0,5 номинальных значений. Таким образом, все возрастающая мощность современных локомотивов усиливает проблему ее полной реализации в эксплуатации, а следовательно, повышение эксплуатационного КПД электровозной тяги.
Вопросам улучшения качественных показателей использования подвижного состава и среди них 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. Савоськина, А. В. Плакса, Л. А. Мугинштейна, В. Н. Рахманинова, Е. В. Ерофеева, Л. А. Баранова, A.M. Дядькова, Э. С. Почаевеца, А. Л. Лисицина, Г. Е. Фаминского, В. Н. Лисунова, В. М. Бабича, Н. С. Назарова, Р. Я. Медлина и др. Немало разработок по созданию устройств автоматического регулирования мощности тягового привода на уровне изобретений выполнено коллективами ученых и специалистов ВЭлНИИ, ВНИИЖТа, МГУПС (МИИТа), ПГУПС (ЛИИЖТа), УрГАПС (УрЭМИИТа), БетИИЖТа, ИрИИТа и др.
Автоматизация процесса реіулирования мощности для электровозов с
плавным изменением подводимого к двигателям напряжения с независимым возбуждением вносит свои специфические особенности в законы реализации оптимальных нагрузочных параметров энергетической установки локомотива, в связи с чем меняются требования к алгоритмам управления. Опыт эксплуатации электровозов ВЛ85, оборудованных замкнутой (по току) системой автоматического регулирования, показал, что независимое возбуждение, применяемое в режимах тяги (опытная эксплуатация) и рекуперативного торможения, имеет недостаточно высокую энергетическую эффективность.
Таким образом, проблема повышения энергетической эффективности электровозов переменного тока в режимах тяги и рекуперации приобрела еще большую актуальность.
Цель работы - повышение экономичности преобразования мощности тягового привода локомотива в режимах тяги и рекуперативного торможения путем разработки, исследования и оценки способов повышения эксплуатационной энергетической эффективности магистральных электровозов переменного тока с учетом особенностей эксплуатации и режимов их работы.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи по разработке:
методики оценки энергетической эффективности локомотивов в рабочем диапазоне сил тяги (торможения) и скорости движения, независимо от уровня напряжения в контактной сети;
методов выбора и обоснования критериев экономичности режимов работы локомотива при решении оптимизационной задачи;
методов определения и способов задания оптимальных нагрузочных параметров электропривода электровоза в режимах тяги (рекуперации) в функции сил тяги (торможения) и скорости движения;
методики и алгоритма расчета эксплуатационных тягово-энергетических показателей..
Научную новизну диссертационной работы характеризуют следующие основные результаты:
разработана математическая модель электромеханического преобразования мощности тягово-энергстической установки локомотива;
усовершенствована методика расчета тягово-энергетических показателей локомотива с учетом особенностей условий эксплуатации и режимов его работы, отличающаяся универсальностью, сравнительной точностью и простотой реализации на ЭВМ;
разработана методика оценки энергетической эффективности локомотивов в эксплуатации без производства тяговых расчетов в рабочем диапазоне сил тяги (торможения) н скорости движения;
разработаны способы реализации оптимальных нагрузочных параметров электропривода при регулировании мощности электровоза;
разработан алгоритм расчета эксплуатационных тягово-энергетнческих показателей электровозов переменного тока и нагрузочных параметров с возможностью их оптимизации.
Практическое значение работы состоит в том, что на основе разработанных методик созданы алгоритмы, позволяющие сократить объем и трудоемкость необходимых теоретических и экспериментальных исследований при оценках энергетической и экономической эффективности способов регулирования мощности тягового привода локомотива, при решении оптимизационных задач, разработке режимных карт вождения грузовых поездов и энергетических паспортов, а закономерности реализации оптимальных нагрузочных параметров использовать при разработке алгоритмов управления работой тягового привода.
Основные результаты исследований использованы при разработке режимных карт вождения грузовых поездов электровозами переменного тока ВЛ80Р, ВЛ85 и ВЛ80С и внедрены в практику работы локомотивных бригад депо Тайшет, Вихоревка Восточно-Сибирской и депо Карасук, Алтайская Западно-Сибирской железных дорог.
Достоверность разработанных принципов и решений обоснована теоретически и подтверждена сходимостью теоретических и экспериментальных исследований.
Расхождение расчетных и экспериментальных значений не превышает 10%. Научно-техническая значимость выводов и предложений в работе, состоит в том, что выполненные в диссертации исследования позволяют снизить трудоемкость при разработке энергетических паспортов электровозов, режимных карт зождения грузовых поездов и повысить точность определения оптимальных нагрузок тягово-энергетической установки и прогнозировать эксплуатационные жергетические показатели электроподвижного состава.
Апробация работы. Основные положения, выводы и рекомендации по работе были доложены и обсуждены на всесоюзной научно-технической конференции 'Повышение энергетической эффективности локомотивов" (Ростов - на - Дону, 986 г.), на 3-й всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы развития локомотивостроения" (г. Луганск, 1990 г.), на научно-практической конфе->енции кафедр ОмИИТа, посвященной 60-летию ОмИИТа (г. Омск, 1990 г.), на -и всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы раз-іития электровозостроения в стране" (г. Новочеркасск, 1991 г.), на научной конвенции "Проблемы экологии, энергетики, безопасность транспорта. Результаты ісследований, практика их применения" (г. Москва, 1992 г.), на международной онференции "Состояние и перспективы развития локомотивостроения" (г. Ново-
черкасск, 1994 г.), на научно-практической конференции "Энергосбережение на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги" (г. Омск, 1996, 1997 гг.).
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 8 депонированных рукописей, 7 статей в сборниках научных работ, 7 тезисов и докладов, 8 отчетов по НИСу, зарегестрированных в ВНИЦе.
Структура и объем работы, Диссертационная работа содержит 143 страницы машинописного текста, 52 рисунка, 9 таблиц и состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников из 135 наименований и пяти приложений. Объем работы 250 с.
