К АНАЛИЗУ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА В ПУТИ СЛЕДОВАНИЯ НА УЧАСТКАХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

АННОТАЦИЯ

Представлены численные значения кинематических параметров движения грузовых поездов и локомотивов электрической тяги в пути следования на разных по трудности виртуальных и реальных участках железных дорог, которые приведены в виде табличных данных и графических зависимостей. Получены уравнения регрессии по определению средних значений приведённых кинематических параметров движения грузовых поездов в зависимости от сложности профиля пути исследуемых участков железной дороги и локомотивов.

Результаты исследований могут быть использованы в работе специалистов локомотивного комплекса узбекских железных дорог при оценке эффективности использования локомотивов электровозного парка в условиях эксплуатации.

ABSTRACT

The numerical values of the kinematic parameters of the movement of freight trains and locomotives of electric traction along the route on virtual and real sections of railways of various difficulty are presented, which are given in the form of tabular data and graphical dependencies. Regression equations are obtained to determine the average values of the reduced kinematic parameters of the movement of freight trains, depending on the complexity of the track profile of the studied sections of the railway and locomotives. The results of the research can be used in the work of specialists of the locomotive complex of the Uzbek railways in assessing the efficiency of using locomotives of the electric locomotive fleet in operating conditions.

Ключевые слова: грузовой поезд, электровоз, железная дорога, параметр, равнинный, станция, время, скорость, холмистый, горный, виртуальный.

Keywords: freight train, electric locomotive, railway, parameter, flat, station, time, speed, hilly, mountain, virtual.

В настоящее время повышение эффективности использования железнодорожного транспорта за счёт повсеместного увеличение объёма перевозок грузов, особенно на электрифицированных участках узбекских железных дорог, осуществляется локомотивами электрической тяги, в том числе современными электровозами нового поколения китайского и российского производства.

Сказанное предопределяет направленность АО «Ўзбекистон темир йўллари» идти по пути совершенствования (модернизации) конструкции существующих электровозов и пополнения своего электровозного парка указанными локомотивами электрической тяги.

В этой связи, одним из направлений теоретических и экспериментальных исследований сотрудников кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство» Ташкентского государственного транспортного университета является решение транспортной задачи, связанной с анализом и оценкой эффективности использования локомотивов электрической тяги в реальных условиях организации грузового движения на различных участках железных дорог.

Цель исследования заключается в обосновании кинематических параметров движения грузового поезда с различной массой и постоянным количеством осей состава в пути следования и при остановках на промежуточных станциях и других раздельных пунктах на разных по трудности участках железных дорог.

Данное исследование, являясь продолжением работ [1-3], выполняется посредством тягового расчёта, основу которого составляет алгоритм реализации сформулированной цели исследований, опираясь на способы и методы [4] теории локомотивной тяги, исходные данные [5-7] об исследуемых локомотивах электрической тяги и спрямлённом профиле пути виртуальных и реальных участков железной дороги, объект и предмет исследований.

Объект исследования составляют грузовые поезда и локомотивы электровозного парка АО «Ўзбекистон темир йўллари», виртуальные и реальные участки железных дорог.

Предмет исследования – кинематические параметры движения грузовых поездов и локомотивов электрической тяги, и параметры профиля пути разных участков железной дороги, отличающихся между собой по степени трудности.

Конструктивные особенности, тягов-энергетические характеристики и эксплуатационные показатели исследуемых локомотивов электрической тяги - грузовой электровоз 3ВЛ80^С, грузопассажирский и грузовой электровозы «Узбекистан», освещены в [5-7], а подробная, поэлементная, характеристика спрямлённого профиля пути указанных виртуальных и реальных участков железной дороги, обозначена в [8].

За критерии поставленной цели исследований принимаются кинематические параметры: скорости движения и общее время хода грузового поезда по участку и на разгоны - замедления, величины которых определяются в результате движения грузового поезда с остановками и без остановок на промежуточных раздельных пунктах исследуемых участков железных дорог.

Грузовые поезда, обращающиеся на всех указанных виртуальных и реальных участках железной дороги, состоят из локомотива и пятидесяти четырёхосных вагонов на подшипниках качения с дифференциацией массы составов на величину ΔQ = 500т в диапазоне от Q₁ = 2500т до Q₃ = 3500т. Тормозные колодки чугунные – тормозной коэффициент поезда принимается равным величине υ_р = 0,33 кН/кН и для виртуальных участков железных дорог длина приёмо-отправочных путей составляет l_поп = 1050 м, а для реальных участков длина l_поп принимается равной их действительному значению.

Движение грузовых поездов на исследуемых виртуальных и реальных участках железной дороги организовано трёхсекционными магистральными (поездными) грузовыми электровозами 3ВЛ80^С и магистральными (поездными) грузопассажирскими и грузовыми электровозами «Узбекистан» с остановками и без остановок на промежуточных станциях, разъездах и раздельных пунктах.

В настоящее время различают четыре типа профиля пути участков железных дорог – равнинный, холмистый, холмисто – горный и горный [9], которые характеризуются коэффициентом (критерием) трудности k_тр участка железной дороги, зависящим от сочетания элементов профиля пути с различной крутизной уклонов, протяжённостью и последовательностью их расположения в пределах указанных участков. Численное значение критерия (коэффициента) трудности k_тр участка железной дороги - есть величина доли отношения в процентах суммарной длины условно лёгких элементов профиля пути с уклонами в диапазоне от – 3 ⁰/₀₀ до + 3 ⁰/₀₀, включая площадки с уклоном 0 ‰, к общей длине рассматриваемого участка.

В табл. 1 обозначено распределение исследуемых участков железных дорог по степени сложности их профилей пути, опираясь на расчётные [8] и нормативные [9] значения коэффициентов (критериев) трудности k_тр участка железной дороги.

Таблица 1.

Характеристика профиля пути участков железной дороги по степени трудности

Полученные расчётные значения коэффициентов трудности исследуемых виртуальных и реальных участков железной дороги, приведённые табл. 1 (см. графа 4), были вычислены в процентах путём деления общей длины L_л условно лёгких элементов профиля пути на всю длину L принятого исследуемого участка железнодорожного пути, то есть k_тр = L_л·100% : L.

На рис. 1 и рис. 2 показан результат одного из вариантов графического построения зависимостей V(S), t(S) и I_da(S) для грузового поезда унифицированной массой состава Q₂ = 3000 т и постоянного числа осей m = 200 осей в составе с электровозом 3ВЛ80^С на виртуальном холмистом участке железной дороги.

Рисунок 1. Фрагмент тягового расчёта для электровоза 3ВЛ80^С на промежуточной станции виртуального холмистого участка железной дороги

Рисунок 2. Фрагмент тягового расчёта для электровоза 3ВЛ80^С на конечной станции виртуального холмистого участка железной дороги

На рис. 1 и рис. 2 обозначено: D,E,F – соответственно, станции отправления (на рисунках не показана), промежуточная и прибытия (конечная); V'(S) и t'(S) – кривые скорости движения и времени хода поезда на проход, без остановки на промежуточной станции E; V''(S) и t''(S) – кривые скорости движения и времени хода поезда за период его разгона при трогании с места по промежуточной станции E; I'_da(S) и I''_da(S) – соответственно, кривые тока для электровоза за период движения поезда на проход, без остановки и за время его разгона, после остановки, при трогании с места на промежуточной станции E; S^E_з и ∆E^B_з – путь и время замедления при торможении на промежуточной станции E; S^E_р и ∆t^E_р – путь и время разгона в процессе трогания поезда с места на промежуточной станции E; S^F_з и ∆t^F_з – путь и время замедления при торможении на станции прибытия F; t₁ и t₂ – соответственно, время проследования промежуточной станции E поездом на проход, без остановки и после остановки; ТД и ТО – соответственно, тормоза действуют и тормоза отпущены.

Время хода грузового поезда на разгон можно определить по формуле ∆t^E_р = t₂ - t₁ (см. рис. 1) и как показано на рис. 1, рис.2 – для времени хода грузового поезда на замедление ∆t^E_з, ∆t^F_з или как в работе [10] – для времени хода грузового поезда на разгон.

На рис. 3 приведена диаграмма средних значений приведённых кинематических параметров движения грузовых поездов в зависимости от различных по сложности профилей пути исследуемых участков железной дороги и локомотивов. Указанные приведённые кинематические параметры были определены для безостановочного хода грузового поезда и представляют собой численные значения общего времени хода t_х грузового поезда не сосредоточенного в одной точке, а общего времени хода t*_х грузового поезда распределённого равномерно по всей длине железнодорожного пути на каждый один километр исследуемого участка железной дороги, то есть t*_х = t_х/L (L – длина участка счёта).

Причём для горного участка Ташгузар – Кумкурган эти значения вычислялись, как среднеарифметические величины средних значений чётного и

нечётного направлений движения грузовых поездов.

На рис. 3 для наиболее "чёткой" иллюстрации динамики средних значений приведённых кинематических параметров движения грузовых поездов их численные значения, у электровозов «Узбекистан» - грузовой, были увеличены в полтора раза.

Рисунок 3. Динамика значений приведённых кинематических параметров движения грузовых поездов в зависимости от исследуемого участка железной дороги и локомотива

В табл. 2 – табл. 4 приведены результаты тягового расчёта по обоснованию кинематических параметров движения грузовых поездов и исследуемых электровозов локомотивного парка АО «Ўзбекистон темир йўллари», обеспечивающих железнодорожные перевозки грузов на разных по трудности виртуальных (равнинный и холмистый) и реальных (холмистый, холмисто – горный и горный) участках железных дорог.

Таблица 2.

Показатели использования электровозов «Узбекистан»- грузопассажирский на различных по степени сложности участках железных дорог

Таблица 3.

Показатели использования электровозов «Узбекистан» - грузовой на различных по степени сложности участках железных дорог

Таблица 4.

Кинематические показатели использования электровозов 3ВЛ80^С на различных по степени сложности участках железных дорог 

Аналогично [1,9] с учётом данных на рис. 2, используя среду Microsoft Еxcel Office, авторами были получены уравнения регрессии (1) – (3) для вычисления средних значений приведённых кинематических параметров движения грузовых поездов, реализуемого электровозами «Узбекистан» - грузопассажирский, «Узбекистан» - грузовой и 3ВЛ80^С унифицированной массы состава Q₂ = 3000 т грузового поезда на любом i – м исследуемом участке железной дороги, в которых обозначено: y_i – исследуемые электровозы, x_i – исследуемые участки железной дороги, а именно: y₁ –«Узбекистан» - грузопассажирский; y₂ - «Узбекистан» - грузовой и y₃ – 3ВЛ80^С; i = 1 – равнинный, i = 2 – холмистый, i = 3 – холмисто – горный и i = 4 – горный.

                                    (1)

                                            (2)

                                            (3)

В табл. 5 приведена динамика изменения темпа нарастания (увеличения) средних значений приведённых кинематических параметров движения грузовых поездов в зависимости от трудности участков железных дорог и исследуемых электровозов, величина которого составляет частное от деления последующего значения рассматриваемого параметра к предыдущему его значению.

Таблица 5.

Темп нарастания средних значений приведённых кинематических параметров движения грузовых поездов в пути следования

Для всех серий исследуемых электровозов темп нарастания (увеличения) средних значений приведённых кинематических параметров движения грузовых поездов за период поездки увеличивается с повышением трудности участка железной дороги, что является вполне логичным и может приниматься за критерием оценки трудности профиля пути через приведённое значение.

На основании проведённых исследований авторами были получены следующие результаты:

1. Доказано, что приведённые кинематические параметры движения грузовых поездов (см. рис. 2) и темпы колебания их средних величин (см. табл. 5) в зависимости от исследуемых участков железной дороги и электровозов могут приниматься за критерии оценки трудности участка железной дороги.

2. Составленные уравнения регрессии (1) – (3) по определению значений приведённых кинематических параметров движения грузовых поездов на разных по трудности виртуальных и реальных участках железных дорог для электровозов «Узбекистан» - грузопассажирский, «Узбекистан» - грузовой и электровозов 3ВЛ80^С описываются полиномами второй степени с достаточной величиной достоверности аппроксимации в интервале R² = 0,9674 - 0,9857.

3. Усреднённое абсолютное значение времени хода грузового поезда на замедление колеблется от 1,34 до 2,28 минут, а на разгон оно составляет 0,43 – 2,97 минуты.

Таким образом, полученные авторами результаты исследований могут быть использованы в работе локомотивного комплекса АО «Ўзбекистон темир йўллари» и реализованы на участках узбекских железных дорог с разными типами профиля пути для реальных условий организации эксплуатации.

Список литературы:

1. Аблялимов О. С. К эксплуатации электровозов 3ВЛ80^С на равнинном участке железной дороги [Текст] / О. С. Аблялимов // Universum: технические науки: электронный научный журнал 2020. № 7 (76). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10620 (дата обращения: 26.08.2020). – С. 59 – 67.
2. Аблялимов О. С. К эксплуатации локомотивов электрической тяги на равнинном участке железной дороги [Текст] / О. С. Аблялимов // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2021. – № 9. – С. 42 – 49.
3. Аблялимов О. С. Анализ эффективности использования локомотивов электрической тяги на равнинном участке железной дороги [Текст] / О. С. Аблялимов // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2021. – № 10. – С. 22 – 30.
4. Кузьмич В. Д. Теория локомотивной тяги [Текст] / В. Д. Кузьмич, В. С. Руднев, С. Я. Френкель // Учебник для вузов железнодорожного транспорта. – М.: Маршрут, 2005. – 448 с.
5. Васько Н. М. Электровоз 3ВЛ80^С. [Текст] / Н. М. Васько, А. С. Девятков, А.Ф. Кучеров // Руководство по эксплуатации. -  М.: Транспорт, 1990. – 454 с.
6. Электровоз с приводом переменного тока O'ZBEKISTON. Описание об использовании и содержании электровоза с приводом переменного тока для Узбекистана. - CSR: ЧЭВ3, 2003. - 714 с.
7. Грузовые электровозы с передачей переменного тока и мощностью 7200 kW для ГАЖК «Ўзбекистон темир йўллари». Документация рассмотрения по проектированию грузовых электровозов.-CNR: ДЛВК, 2015. - 136 с.
8. Аблялимов О. С. Основы тяги поездов [Текст] / О. С. Аблялимов, Д. Н. Курилкин, И. С. Камалов, О. Т. Касимов // Учебник для высших учебных заведений железнодорожного транспорта. Под общей редакцией О. С. Аблялимова. – Ташкент: «Complex Print» nashriyoti, 2020. – 662 с.
9. Аблялимов О. С. Оценка эффективности перевозочной работы электровозов 3ВЛ80^С на участке Каттакурган – Навои Узбекской железной дороги [Текст] / О. С. Аблялимов // Международный информационно – аналитический журнал «Crede experto: транспорт, общество, образование, язык» / Филиал Московского гос. техн. ун-та гражданской авиации. – Иркутск, 2018. № 3 – С. 54 – 62.
10. Аблялимов О. С. Графический метод расчёта времени хода поезда на разгон – замедление [Текст] / О. С. Аблялимов, И. О. Ташбеков, О. Б. Нигматов // Республика илмий – амалий анжумани «Олий ва ўрта махсус, касб - ҳунар таълимининг ўзаро ҳамкорлик алоқалари: ютуқ ва муаммолар». / Ташкентский гос. ун-т экономики. – Тошкент: ТДИУ, 2017. – С. 66 - 68.