Режимные карты вождения поездов и особенности их составления

АННОТАЦИЯ

Приведены алгоритм разработки режимных карт вождения поездов локомотивами и решение задачи оптимизации по выбору оптимального режима ведения поезда на одном из перегонов реального участка железной дороги.

ABSTRACT

An algorithm for the design of regime maps for driving trains by locomotives and the solution of the optimization problem for choosing the optimal mode of running a train on one of the stages of a real section of the railway are presented.

Ключевые слова: режимная карта, вариант работы, режим ведения, управление, градация, время хода, выбор, состав, разработка, поезд.

Keywords: regime map, control mode, management, payoff parameter, work option, control mode, gradation, travel time, selection, composition, drafting, train.

Режимные карты вождения поездов используются для повышения квалификации машинистов локомотивов и обучения их рациональным приёмам ведения поезда во многих депо локомотивного комплекса железных дорог, в том числе узбекских. Разрабатываются режимные карты для наиболее устойчивых поездов с унифицированной (графиковой) массой составов определенных направлений и железнодорожных участков, при выполнении (реализации) которых обеспечивается минимальный расход электрической энергии или натурного дизельного топлива при соблюдении установленного времени в пути следования подвижного состава и безопасности движения.

Режимные карты составляют на основе тяговых расчётов и статистического анализа эксплуатации поездов на конкретных участках железных дорог. В режимных картах рекомендуются наиболее целесообразные приёмы управления локомотивом на конкретных перегонах движения поезда с целью: выдержки перегонного времени хода, скорости движения, преодоления трудных участков профиля и плана пути, места проверки эффективности торможения, возможности экономии электрической энергии или дизельного топлива и другие указания.

Режимные карты содержат рекомендательный характер по вождению поездов, так как даже один и тот же поезд по графику и один и тот же локомотив и даже одна и та же бригада не сможет провести поезд абсолютно одинаковым режимом. Это связано с множеством непредвиденных заранее случайностей и условий, сопутствующих конкретно движущемуся поезду, например - изменения погоды.

Профиль железнодорожных участков, имеющих ограничения в использовании мощности локомотивов по сцеплению, характеризуется наличием подъёмов большой крутизны, но относительно небольшой протяжённости. Поэтому при разработке режимных карт с целью рациональных приёмов вождения поездов на таких участках с реализацией наибольших сил тяги важно обеспечивать максимальное использование кинетической энергии движущегося поезда. Следовательно, при подходе к тяжёлым элементам профиля скорость поезда должна быть наибольшей, что даёт возможность проследовать часть подъёма за счёт накопленной на предыдущих элементах профиля кинетической энергии. Преодолевая подъём, скорость движения падает и возникает опасность боксования колёсных пар локомотива. Чтобы предотвратить боксование колёсных пар, необходимо своевременно подавать песок в зону контакта колёс и рельсов.

На локомотивах с электрической передачей при снижении скорости движения ниже расчётной и максимальной реализации силы тяги, в энергетической цепи повышается ток, вызывая интенсивный нагрев электродвигателей. В режимных картах даются рекомендации машинистам, обеспечивая правильные приёмы управления локомотивом в этой ситуации и тем самым сохраняя исправность локомотива.

Режимные карты рекомендуют рациональное ведение поезда при наименьших энергетических затратах. Тяговые электродвигатели локомотивов преобразуют подводимую к ним электрическую энергию в механическую работу, затрачиваемую на передвижение поезда, преодолевая силы сопротивления движению. В тоже время, часть электрической энергии теряется в тяговых электродвигателях, передачах, преобразовательных установках и других элементах энергетической цепи. С увеличением скорости движения поезда растут как энергетические затраты самого локомотива, так и основное сопротивление движению подвижного состава, которое нелинейно возрастает от скорости движения поезда.

Режимные карты рекомендуют машинистам поддерживать определённую скорость движения поезда на определённых участках перегонов без применения регулировочного торможения. Так как при каждом торможении поезда происходят потери кинетической энергии поезда, а, следовательно, нерационально увеличивается расходование натурного дизельного топлива или электрической энергии локомотивами.

Выбор оптимальных режимов ведения поезда является одним из наиболее действенных и часто применяемых средств сокращения расхода энергии и денежных средств на участках. Нередко за счёт выбора оптимальных режимов ведения поезда достигается снижение расхода энергии до 10 – 15 процентов, поэтому выбору таких режимов уделяется на дорогах большое внимание, а совершенствование методов выявления оптимального режима управления  является весьма желательным.

Проведённые ранее крупные исследования [2-5 и другие] по выбору режимов вождения поездов локомотивами пока не дают полностью законченных оптимальных рекомендаций, и они используются на практике не очень часто.

Общий порядок разработки и составления режимных карт вождения поездов локомотивами нами принят следующий. После выбора градаций веса Q и числа осей m состава поезда для варианта работы ВР, берут средние значения величин  для каждой градации (обычно принимают 8 - 10 случаев), а также соответствующую прочую (другую) исходную информацию и выполняют тягово – энергетические расчёты на ЭВМ с выдачей по каждому случаю расчёта данных оптимального режима управления .

Результаты по всем случаям упомянутого расчёта заносятся в таблицу режимов ведения поезда (табл. 1).

Режимная карта дифференцированного режима ведения поезда, построенная по градации для одного из варианта работы ВР, представлена в табл. 1. При использовании такими режимными картами машинист локомотива всегда может уточнить необходимый режим ведения поезда, переходя на соседнюю строку градации, если режим, принятый по данным маршрутам оказался неудовлетворенным.

Таблица 1.

Дифференцированные режимы ведения поездов на участке Хв - Л. Тепловоз 2ТЭ10Л (В), направление четное

На рис. 1 приведено решение поставленной задачи оптимизации по выбору оптимального режима ведения поезда на одном из перегонов участка Хаваст-Ленинабад Среднеазиатской железной дороги.

Для реализации сказанного были выполнены тягово – энергетические расчёты с выбором оптимального режима ведения поезда для условий одной из поездок лучшего машиниста депо Хаваст Гилейник Г.Ю.

Условия расчёта полностью соответствовали фактическим условиям поездки, так как были использованы данные маршрута машиниста и скоростемерной ленты (время хода по перегонам, места пробы тормозов на эффективность, остановки на станциях и предупреждения и пр.).

Рисунок 1. К выбору оптимального режима ведения поезда на перегоне Хв – Ш участка Хаваст – Ленинабад Среднеазиатской железной дороги:

1. ; ; ;  = 78,0 кг. 2. ; ; ;  = 80,1 кг. 3. ; ; ;  = 84,4 кг. 4. ; ; ;  = 80,3 кг.  ; ; ;  = 76,0 кг. 6. ; ; ;  = 91,0 кг; ---------- - рабочий ход, - - - - - - холостой ход, --------- - торможение,  ە ە ە ە ە ە ە – кривая скорости движения V(S) поезда по скоростемерной ленте

Полученные данные (результаты) расчёта принятым методом динамического пошагового программирования [1,6] показали хорошее совпадение с результатами достигнутыми машинистом Гилейник в поездке, что свидетельствует о правильности принятых приёмов решения поставленной задачи оптимизации для практических условий эксплуатации.

Разработка и составление режимных карт ведения поезда с учётом динамики их изменения по градациям веса и числа осей составов на основе соответствующих тягово – энергетических расчётов, выполняемых с использованием ЭВМ, является вполне достижимым и полезным мероприятием повышения эффективности перевозочного процесса на железнодорожном транспорте. Подчеркнём возможность и необходимость использования результатов оптимизации поездок в конкретных условиях для создания систем автоматического управления, опираясь на оптимальные режимы управления.

Результаты данной работы могут представлять определенный интерес для скорейшего решения проблемы создания автомашиниста и других автоматизированных систем для организации перевозочной работы локомотивов дизельной и электрической тяги в реальных условиях эксплуатации при реализации железнодорожных перевозок разных по структуре, содержанию, виду и типу грузов, а также пассажиров.

Список литературы:

1. Аблялимов О.С. Обоснование метода решения задачи оптимизации перевозочной работы локомотивов [Текст] // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 9(78). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10699 (дата обращения: 09.09.2020).
2. Ерофеев Е. В. Определение оптимального режима движения поезда при заданном времени хода [Текст] / Е. В. Ерофеев // Научный журнал «Вестник ВНИИЖТ» / Всесоюзный науч-иссл. ин-т. ж-д транспорта. – М.: Трансжелдориздат, 1969, № 1. – С. 54 – 57.
3. Никулин М. А. Оптимальные режимы ведения поездов тепловозами [Текст] / М. А. Никулин, И. Л. Шегалов //  Тр. ЛИИЖТ, вып. 184 / Ленинградский ин-т. инж. ж-д транспорта. – Л., 1962. - С. 37 – 45.
4. Новиков А. П. Рациональные режимы работы тепловоза / А. П. Новиков // Автореф. дис. … д-ра техн. наук / Московский ин-т. инж. ж-д транспорта. - Москва, 1966. – 38 с.
5. Сидельников В. М. Выбор оптимальных режимов управления локомотивом с использованием ЭЦВМ [Текст] / В. М. Сидельников // Научный журнал «Вестник ВНИИЖТ» / Всесоюзный науч-иссл. ин-т. ж-д транспорта. – М.: Трансжелдориздат, 1965, № 2. – С. 52 – 58.
6. Толкачёв А. В. О выборе оптимального управления движением поезда [Текст] / А. В. Толкачёв // Тр. ТашИИТ, вып. 134 / Ташкентский ин-т. инж. ж-д транспорта. - Ташкент, 1976. - С. 63 - 74.