К ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВОЗОВ 3ТЭ10М НА ХОЛМИСТОМ УЧАСТКЕ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ

АННОТАЦИЯ

Обоснованы кинематические параметры движения грузовых поездов и тепловозов 3ТЭ10М при остановках на промежуточной и конечной станциях виртуального холмистого участка железной дороги. Результаты исследования представлены в виде табличных данных и графических зависимостей кинематических параметров движения исследуемых грузовых поездов и тепловозов 3ТЭ10М с учётом организации остановок на виртуальном холмистом участке железной дороги и уравнений регрессии по определению их численных значений, которые рекомендуются для использования специалистам цеха эксплуатации локомотивного комплекса узбекских железных дорог.

ABSTRACT

The kinematic parameters of the movement of freight trains and diesel locomotives 3TE10M at stops at the intermediate and final stations of the virtual hilly section of the railway are substantiated. The results of the study are presented in the form of tabular data and graphical dependencies of the kinematic parameters of the movement of the studied freight trains and diesel locomotives 3TE10M, taking into account the organization of stops on a virtual hilly section of the railway and equations regression to determine their numerical values, which are recommended for use by specialist of the operation shop of the locomotive complex of the Uzbek railways.

Ключевые слова: исследование, грузовой поезд, тепловоз, железная дорога, параметр, путь, станция, время, скорость, холмистый, виртуальный.

Keywords: study, freight train, diesel locomotive, railroad, parameter, way, station, time, speed, hilly, virtual.

Введение. В настоящее время значительное увеличение объёма грузовых железнодорожных перевозок осуществляется локомотивами дизельной тяги на всех без исключения участках узбекских железных дорог, в том числе высокоскоростных. Для реализации указанного объёма железнодорожных перевозок грузов используется магистральный тепловозный парк АО «Ўзбекистон темир йўллари», немалую основу которого составляют магистральные тепловозы 3ТЭ10М в различном секционном исполнении.

Сказанное концентрируют проведение исследований в направлении, связанном с повышением эффективности перевозочной работы локомотивов дизельной тяги в реальных условиях организации движения на разных по трудности участках узбекских железных дорог.

Постановка задачи и методы исследования. В зависимости от первичной силовой энергетической установки современные транспортные системы железнодорожного транспорта разделяются на паровозы, локомотивы дизельной и электрической тяги, газовые турбовозы и другие, которые представляют собой сложные технические объекты и состоят из совокупности узлов, систем и агрегатов с различными технологическими признаками.

Приводим обзор некоторых научных исследований, посвящённых изучению эффективности использования разнообразных железнодорожных

транспортных систем в условиях эксплуатации.

Целью исследований авторов [1,2] является получение количественных показателей и характеристик процессов впрыска и сгорания топлива для стационарных испытаний турбореактивных двигателей.

Авторы исследований [3,4] предлагают обеспечить высокую эксплуатационную надёжность узлов, систем и агрегатов локомотивов в условиях эксплуатации за счёт внедрения в практику работы локомотивного комплекса железных дорог современные разработки электротехнической промышленности и компьютерных технологий.

В работах [5,6] экономию расхода натурного дизельного топлива тепловозами и электрической энергии электровозами авторы рекомендуют осуществлять путём оптимизации режимов эксплуатации силовых энергетических установок локомотивов дизельной и электрической тяги.

Авторы исследования [7] рекомендуют модель и алгоритм оптимизации ежедневного планирования грузовых железнодорожных перевозок за счёт перераспределения вагонопотока, что позволит сократить общее время в пути следования грузового поезда и обеспечить своевременную доставку грузов.

Анализ представленных работ [1-7] свидетельствует об определённой изученности исследований по обоснованию эффективности использования некоторых железнодорожных транспортных систем путём дальнейшего повышения эксплуатационной надёжности и совершенствования ремонтного производства, и обеспечения возможностей снижения расхода топливно – энергетических ресурсов на тягу поездов.

Однако, в указанных исследованиях, недостаточно проработанными остаются вопросы по обоснованию кинематических параметров движения грузового поезда при остановках на станциях и промежуточных раздельных пунктах различных по степени трудности участках железной дороги.

Целью данного исследования является уточнение кинематических параметров по пути перемещения, скорости движения и времени хода грузовых поездов с учётом времени на разгоны и замедления при остановках их на промежуточной и конечной станции виртуального холмистого участка железной дороги, где организационно - технологические условия эксплуатационной деятельности приняты аналогичные реальным.

Данные исследования являются продолжением работ [8,9], поэтому реперную точку, разработанного автором алгоритма реализации сформулированной цели исследований, составили методы и способы [9,10] теории локомотивной тяги, исходные данные о материально – технологических условиях организации перевозочной работы грузовых локомотивов дизельной тяги на спрямлённом профиле пути исследуемого участка железной дороги, объект и предмет исследований [11].

Объектом исследования являются грузовые поезда с разной массой и одинаковым числом осей состава, трёхсекционные магистральные (поездные) грузовые тепловозы серии 3ТЭ10М и спрямлённый профиль пути виртуального холмистого участка железной дороги.

Предмет исследования составляют кинематические параметры движения грузового поезда при остановках его на промежуточной и конечной станции холмистого участка железной дороги для различных масс и постоянного числа осей состава.

Конструкция, технические параметры, тягово - энергетические показатели исследуемого грузового тепловоза 3ТЭ10М и поэлементная характеристика спрямлённого профиля пути виртуального холмистого участка железной дороги подробно освещены в работах [9,11].

Результаты исследования и их анализ. В табл. 1 приведены численные значения скорости движения и времени хода грузовых поездов по каждому перегону виртуального холмистого участка железной дороги на различных режимах работы силовых энергетических установок тепловозов 3ТЭ10М без остановок и с остановками на промежуточной станции при реализации железнодорожных перевозок грузов с учётом времени на замедления и разгоны.

Из анализа, обозначенных в табл. 1, средних значений указанных кинематических параметров видно, что движение исследуемых грузовых поездов на виртуальном холмистом участке железной дороги, организованное с остановками на промежуточной станции, приводит к уменьшению технической скорости движения на 11,9 км/ч и увеличению доли движения в режиме тяги на 6,91 процента. При этом доля движения грузового поезда в режиме холостого хода и торможения, также, увеличивается на 42 процента.

Таблица 1.

Кинематические параметры движения грузового поезда на холмистом участке D – F железной дороги, тепловозы 3ТЭ10М

На рис. 1 и рис. 2, соответственно, приведены численные значения и динамика кинематических параметров остановочного процесса грузового поезда - диаграммы изменения расстояния, которое они проходят при остановках на промежуточной и конечной станции, а также графические зависимости их скоростей движения в момент начала торможения и по мере завершения разгона на этих станциях.

На рис. 1 и рис. 2 аналогично [10] обозначено: S_з' и S_з'' – путь замедления грузового поезда, соответственно, на промежуточной и конечной станциях в случае торможения грузового поезда; S_р' – путь разгона грузового поезда на промежуточной станции при трогании с места; t_з' и t_з'' – время замедления грузового поезда, соответственно, на промежуточной и конечной станциях в случае торможения грузового поезда; t_р' – время разгона грузового поезда на промежуточной станции при трогании с места; V_з' и V_з'' – скорость движения грузового поезда в начале торможения, соответственно, на промежуточной станции и станции коечной; V_р' – скорость движения грузового поезда в момент "нагона" безостановочного хода поезда на промежуточной станции.

Путь замедления S_з' и S_з'' – расстояние, которое грузовой поезд проходит от начала торможения (перевода ручки крана машиниста в тормозное положение) до полной остановки поезда. Путь разгона S_р' – расстояние, проходимое грузовым поездом от момента начала трогания с места на промежуточной станции до момента завершения разгона, то есть "нагона" безостановочного хода поезда.

Рисунок 1. Путь, проходимый грузовым поездом при торможении и трогании с места на промежуточной станции и станции конечной

По диаграммам изменения пути на рис. 1 и графическим зависимостям изменения скорости движения на рис. 2 видно, что с уменьшением массы состава грузового поезда в случае торможения на промежуточной станции и станции конечной происходит увеличение пути замедления S_з', S_з'' и уменьшение пути разгона S_р'. При этом сопутствующие им скорости движения V_з' и V_р' по станции D и скорость движения V_з'' по станции F увеличиваются.

Рисунок 2. Скорость движения грузового поезда в начале торможения и в завершение разгона на промежуточной и конечной станциях

Другой составляющей качественной оценки эффективности использования тепловозов 3ТЭ10М в условиях эксплуатации являются темпы изменения (нарастания или убывания) кинематических параметров остановочного процесса на промежуточной и конечной станции при каждом последовательном уменьшении – увеличении массы состава грузового поезда на фиксированную величину, равную ∆Q = 500 т.

С учётом сказанного, полученные расчётом численные значения упомянутых выше темпов изменения кинематических параметров для пути перемещения и скорости движения грузовых поездов приведены в табл. 2.

Темп изменения (нарастания или убывания) значений – есть численная величина, которая для каждого последовательного уменьшения – увеличения массы состава грузового поезда определяется путём деления последующего значения рассматриваемого параметра (путь или скорость движения) на предыдущее его значение. Например (см. табл. 2): при уменьшении массы состава с Q₃ = 3500 т до Q₂ = 3000 т грузового поезда темп изменения скорости движения V_з' его в начале торможения на промежуточной станции составит 1,054 единицы, то есть V_з2' = 97 км/ч : V₃₃' = 92 км /ч = 1,054 единицы, а при увеличении массы состава с Q₁ = 2500 т до Q₂ = 3000 т грузового поезда темп изменения пути разгона S_р' его на промежуточной станции составит 1,126 единицы, то есть S_р2' = 6,475 км : S_р1' = 5,75 км = 1,126 единицы.

Таблица 2.

Кинематические параметры остановочного процесса грузового поезда на виртуальном холмистом участке железной дороги, тепловозы 3ТЭ10М

Видно, что темп нарастания (или убывания) значений кинематических параметров остановочного процесса в зависимости от изменения массы состава грузового поезда, также различный.

Динамика изменения кинематических параметров движения грузового поезда по пути перемещения, скорости движения и времени хода при остановках его в принятом нами диапазоне интервала варьирования (дифференциации) на величину ∆Q = 500 т массы состава (от минимальной величины Q₁ = 2500 т до максимального значения Q₃ = 3500 т) описывается следующими аналитическими зависимостями:

S_з' = -0,05Q² + 0,05Q + 2,7                                                                       R²=1,0                    (1)

S_з'' = 0,125Q² + 0,375Q + 2,4                                                                    R²=1.0                    (2)

S_р' = -0,325Q² + 1,7Q + 4,375                                                                   R²=1,0                    (3)

V_з' = -1,5Q² + 2,5Q + 98                                                                            R²=1,0                    (4)

V_з'' = – 1,0Q² + 2,5Q +96,5                                                                       R²=1,0                   (5)

V_р' = -Q² + 3Q + 97                                                                                     R²=1,0                  (6)

t_з' = 0,075Q² - 0,325Q + 1,8                                                                        R²=1,0                  (7)

t_з'' = 0,05Q² - 0,2Q + 1.85                                                                            R²=1.0                  (8)

t_р' = -0,075Q² + 0,825Q + 1,1                                                                       R²=1,0                 (9)

В формулах (1) – (9) достаточная величина достоверности аппроксимации составляет значение R² = 1,0 (необходимое условие достоверности - R²≥0,8), а величина Q_i = 1,2,3 обозначает варианта тягового расчёта.

Анализ уравнений регрессий показывает, что динамика изменения упомянутых кинематических параметров в зависимости от массы состава грузового поезда описывается полиномами второй степени со стопроцентной точностью вычисления и достаточно хорошо согласуется с исследованиями [8] для трёхсекционных магистральных (поездных) грузовых тепловозов 3ТЭ10М на реальном участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги.

Выводы. На основании проведённых автором исследований были получены следующие результаты:

1. Получены кинематические параметры движения грузовых поездов различной массы состава и исследуемых тепловозов 3ТЭ10М для грузового движения без остановок и с остановками на виртуальном холмистом участке железной дороги в виде табличных данных и графических зависимостей.

2. Обоснованы темпы колебания основных кинематических параметров движения грузового поезда в принятом диапазоне изменения массы составов при организации остановок на промежуточной и конечной станции виртуального холмистого участка железной дороги.

3. Составлены уравнения регрессии по определению численных значений пути, скорости движения и времени хода грузового поезда для разной массы составов при остановках на виртуальном холмистом участке железной дороги.

Кроме этого, полученные автором кинематические параметры движения грузовых поездов и исследуемых грузовых тепловозов серии 3ТЭ10М могут быть использованы в работе специалистов цеха эксплуатации локомотивных депо и реализованы на холмистых участках узбекских железных дорог со вторым типом профиля пути для реальных условий организации железнодорожных перевозок грузов.

Список литературы:

1. Fawal S, Kodal A (2021) Overall and component basis performance evaluations for turbojet engines under various optimal operating conditions. Aerospace Science and Technology, 117 (2021): 1-14. https://doi.org/10.1016/j.ast.2021.106943
2. Waligórski M, Batura K, Kucal K, Merkisz J (2020) Empirical assessment of thermodynamic processes of a turbojet engine in the process values field using vibration parameters. Measurement 158:107702. https://doi.org/10.1016/J.MEASUREMENT.2020.107702
3. He Z. Y., Hu H. T., Fang L., (2011) ect. “Research on the Harmonic in High-speed Railway Traction Power Supply System and Its Transmission Characteristic,” Proceedings of the CSEE, 2011，Vol. 31，No. 16, pp. 55-62.
4. Li N. (2010) Research on Electromagnetic Transient Process of Electric Locomotive System: PhD thesis, Beijing Jiaotong University. Beijing. 2010. 332 р.
5. Naidoo P. N., Mulder J.М. (2017) Improved distributed power train handling strategies // 11th InternationalHeavy Haul Association Conference. Cape Town, 2017. pp. 1118-1124．
6. Mayet C., Pouget J., Bouscayrol A., Lhomme W. (2014) Influence of an Energy Storage System on the Energy Consumption of a Diesel-Electric Locomotive // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2014. Vol. 63. No. 3. рр. 1032-1040. https://www.doi.org/10.1109/TVT.2013.2284634.
7. Li S, Lv H, Xu C, Chen T, Zou C (2020) Optimized Train Path Selection Method for Daily Freight Train Scheduling 8: рр. 40777-40790 DOI: 10.1109/access.2020.2976904.
8. Aблялимов O. С. Оценка эффективности использования тепловозов 3ТЭ10М на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги // Современные проблемы транспортного комплекса России. 2016, Т. 6, № 2 С. 16-22 DOI: 10.18503/2222-9396-2016-6-2-16-22.
9. Aблялимов O. С. Исследование эффективности перевозочной работы тепловозов UzTE16M3 и тяговые качества профиля пути участка Мароканд – Навои Узбекской железной дороги // Современные проблемы транспортного комплекса России. 2021. Т. 11. № 1. С. 18-28 DOI: 10.18503/2222-9396-2021-11-1-18-28.
10. Aблялимов O. С. К эксплуатации электровозов 3ВЛ80^С на равнинном участке железной дороги. Журнал " Universum: технические науки". 2020, Т. 1, №  7(76) С. 59-67 DOI: 10.32743/UniTech.2020.76.7-1.
11. Aблялимов O. С. Анализ энергетической эффективности тягового подвижного состава железных дорог. Журнал " Universum: технические науки". 2020, Т. 1, № 9(78) С. 85-87 DOI: 10.32743/UniTech.2020.78.9-1.