К АНАЛИЗУ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВОЗОВ 3ТЭ10М НА ХОЛМИСТОМ УЧАСТКЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

АННОТАЦИЯ

Обоснованы численные значения кинематических параметров движения грузовых поездов, количественные параметры основных показателей перевозочной работы и эффективности использования тепловозов 3ТЭ10М на заданном виртуальном холмистом участке железной дороги, которые представлены в виде табличных данных и графических зависимостей. Получены аналитические выражения для определения основных показателей энергетической эффективности исследуемых локомотивов дизельной тяги на виртуальных и, идентичных им, реальных холмистых участках железных дорог. Результаты исследования рекомендуются для использования специалистам цеха эксплуатации локомотивного комплекса узбекских железных дорог.

ABSTRACT

Rationale the numerical values of the kinematic parameters of the movement of freight trains, the quantitative parameters of the main indicators of the transportation work and the efficiency of the use of diesel locomotives 3TE10M on a given virtual hilly section of the railway, which are presented in the form of tabular data and graphical dependencies. Analytical expressions are obtained to determine the main indicators of the energy efficiency of the studied diesel locomotives on virtual and identical real hilly sections of railways. The results of the study 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.

В данной статье приводится обоснование эффективности использования тепловозов 3ТЭ10М на виртуальном холмистом участке железной дороги для различных условий перевозочной работы локомотивов дизельной тяги.

Аналогично [1], параметры энергетических показателей эффективности использования трёхсекционных магистральных (поездных) грузовых тепловозов 3ТЭ10М на виртуальном холмистом участке железной дороги при движении без остановок и с остановками на промежуточной станции в зависимости от различных условий организации перевозочной работы локомотивов в количественном и денежном исчислении приведены в табл. 1.

Динамика усреднённых значений кинематических параметров движения грузовых поездов и параметров энергетических показателей перевозочной работы исследуемых грузовых тепловозов 3ТЭ10М в зависимости от массы состава грузового поезда для обоих (двух) видов железнодорожных перевозок грузов показана, соответственно, на рис. 1 (значения скорости движения V, км/ч уменьшены в два раза) и рис. 2. Усреднённые значения полного (общего) Е расхода и полной С_т стоимости израсходованного количества натурного дизельного топлива на рис. 2 уменьшены в 10 раз.

Вышеупомянутые усреднённые значения были вычислены (определены) согласно исследованию [2], как среднеарифметические величины по двум видам движения в принятом нами диапазоне изменения массы составов от Q₁ = 2500 т до Q₃ = 3500 т грузового поезда.

Таблица 1

Показатели перевозочной работы тепловозов 3ТЭ10М на виртуальном холмистом участке железнодорожного пути

Рисунок 1. Усреднённые кинематические параметры движения грузового поезда на виртуальном холмистом участке железной дороги

Оценка и анализ эффективности перевозочной работы трёхсекционных магистральных (поездных) грузовых тепловозов 3ТЭ10М на заданном, виртуальном, холмистом участке железной дороги проводились путём сопоставления между собой значений вышеупомянутых кинематических и энергетических параметров с аналогичными значениями унифицированного (графикового) грузового поезда [3].

Выполненный анализ результата тягового расчёта (табл. 4.9, табл. 4.10 и табл. 4.12) относительно графикового грузового поезда с унифицированной массой состава Q₂=3000 т и постоянным числом m = 200 осей в составе показал следующее (значения для условий движения с остановками на промежуточной станции приведены в скобках).

1. Усреднённое общее время хода поезда составляет 0,552ч (0,644ч), уменьшение массы состава на ∆Q = 500т приводит к уменьшению общего времени хода поезда на 2,14 (3,76) процента, а с увеличением массы состава на ∆Q = 500т происходит увеличение этого времени на 6,12 (4,67) процента.

2. Техническая скорость движения поезда при аналогичном изменении массы состава, имеет тенденцию к повышению и снижению в тех же пределах, причём, в среднем, она равна 83,21 (71,31) км/ч.

3. Усреднённое время хода поезда на разгон – замедление составляет 0,0315ч, уменьшение массы состава на ∆Q = 500т приводит к увеличению времени на замедление и уменьшению на разгон, соответственно, на 4,52 процента и 13,51 процента. С увеличением массы состава на ∆Q = 500т время хода поезда на разгон и замедление увеличивается, соответственно, на 10,36 процента и 3,22 процента.

Рисунок 2. Усреднённые параметры энергетической эффективности тепловозов 3ТЭ10М на виртуальном холмистом участке железной дороги

4. Полный и удельный средние расходы натурного дизельного топлива на тягу поездов составляют, соответственно, 612,01 (658,01) кг и 44,97 (условное – 64,30) (48,34 и условное – 69,13) кг/10⁴ т км брутто. Полная и удельные средние стоимости натурного дизельного топлива соответствуют, соответственно, 1083521,0 (1164973,7) сўм и 23606,1 (условное – 33757,6) (25380,7 и условное – 36294,4) сўм.

5. Уменьшение массы состава на ∆Q = 500т обеспечивает уменьшение полного и увеличение удельного расхода натурного дизельного топлива, соответственно, на 7,53 (8,18) и 10,95 (8,90) процента. Увеличение массы состава на ∆Q = 500т способствует увеличению полного расхода натурного дизельного топлива на 5,05 (4,09) процента, однако, удельный расход натурного дизельного топлива при этом уменьшается на 9,97 (10,78) процента.

6. С увеличением массы состава на ∆Q = 500т происходит повышение этих показателей в среднем на 5,05 (4,09) процента, а уменьшение массы состава на ∆Q = 500т приводит к снижению полной и удельной стоимости за израсходованное количество натурного дизельного топлива в среднем на 7,53 (8,18) процента.

7. Уменьшение массы состава на ∆Q = 500т приводит к снижению и повышению показателей использования режимов тяги [50,60], а также холостого хода и торможения [50,60], соответственно, на 4,33 (3,3) процента, а с увеличением массы состава на ∆Q = 500т, наоборот, происходит повышение и снижение этих показателей на 0,79 (0,39) процента.

8. Время хода поезда в режиме холостого хода и торможения, а также в режиме тяги колеблется, соответственно, от 0,163ч (0,223ч) до 0,157ч (0,223ч) и от 0,370ч (0,395ч) до 0,422 (0,449ч). Время хода поезда в режиме холостого хода и торможения увеличивается, а в режиме тяги уменьшается, соответственно, на 0,02ч (0,012ч) и 0,032ч (0,037ч) с уменьшением на ∆Q = 500т массы состава. При увеличении массы состава на ∆Q = 500т происходит увеличение времени хода поезда в режиме холостого хода и торможения, а также в режиме тяги, соответственно, на 0,013ч (0,012ч) и 0,02ч (0,017ч).

С использованием стандартной программы серии Microsoft Office Excel были получены аналитические зависимости (уравнения регрессии), предназначенные для вычисления параметров основных показателей перевозочной работы тепловозов 3ТЭ10М на виртуальном холмистом участке железной дороги для любой i - й массы Q грузового поезда (в скобках - условия движения с остановкой на промежуточной станции). В формулах (10) – (19) обозначено: R² = 1,0 – достаточная величина достоверности аппроксимации (необходимое условие достоверности равняется величине R²≥0,8), а знак (индекс) звёздочка * - для движения с остановками на промежуточной станции. Величина Q_i = 1,2,3 – есть фактор (показатель) варианта тягового расчёта.

Техническая скорость движения поезда V_т, км/ч

V_т = –1,51Q² + 2,69Q + 84,88 ∕ V_т^* = -0,2Q² - 2,19Q + 76,62    R²=1,0        (1)

Общее время хода поезда t_х, мин

t_x = 0,65Q² – 1,25Q + 32,6 ∕ t_x^* = 0,175Q² + 34,2                      R²=1.0        (2)

Время хода поезда в режиме тяги t_т, мин

t_т = -0,35Q² + 2,95Q + 19,6 ∕ t_т^* = -0,575Q² + 3,925Q + 20,35   R²=1,0       (3)

Время хода поезда в режимах холостого хода и торможения t_хх,т, мин

t_хх,т = 1Q² - 4,2Q + 13,0 ∕ t_хх,т^* =  0,75Q² - 03Q + 15,65              R²=1,0      (4)

Полный расход натурного дизельного топлива за поездку Е, кг

Е= -7,675Q² + 69,525Q +508,77∕Е^* = -13,695Q² + 95,495Q +530,65 R²=1,0 (5)

Удельный расход натурного дизельного топлива за поездку е, кг/10⁴ткм

е = 0,22Q² – 5,57Q + 55,08 ∕ е^* = -0,145Q² – 4,495Q + 58,01   R²=1,0      (6)

Удельный расход условного дизельного топлива за поездку е_у, кг/10⁴ткм

е_у= 0,315Q² – 7,565Q + 78,76 ∕ е^* = -0,21Q² – 6,42Q + 82,95     R²=1,0     (7)

Полные денежные затраты натурного дизельного топлива С_т, сўм

С_т=-13588Q²+123090Q+900752∕С_т* =-24140Q²+169069Q+939489   R²=1,0 (8)

Приведённая стоимость натурного дизельного топлива с_т, сўм/км

с_т=-296,05Q² + 2681,8Q + 19624∕с_т^*=-525,9Q² + 3683,3Q + 20468 R²=1,0 (9)

Приведённая стоимость условного дизельного топлива с_ту, сўм/км

с_ту=-423,4Q² + 3835,1Q + 28062∕с_ту^*=-752,1Q² + 5267,4Q + 29269  R²=1,0 (10)

Из уравнений регрессий видно, что динамика упомянутых параметров в зависимости от изменения массы состава грузового поезда описывается полиномом второй степени со стопроцентной точностью их вычисления.

Анализ результатов проведённых исследований показывает следующее:

- при организации железнодорожных перевозок разных по структуре, типу, виду и содержанию грузов исключительно доминирующим является равномерное движение грузового поезда, а замедленное и ускоренное виды движения, то есть движение с изменяющейся и непостоянной скоростью, встречаются (присутствуют) только в случаях торможения (остановки), трогании поезда с места и его разгоне.

- расход натурного дизельного топлива, затрачиваемого на перемещение грузовых поездов тепловозами 3ТЭ10М, непосредственно зависит от времени работы силовых энергетических установок под нагрузкой, то есть в режиме тяги, уменьшение времени которого приведёт к уменьшению механической работы упомянутых тепловозов, а как следствие, это приведёт к снижению расхода (потребления) натурного дизельного топлива;

- количество (величина) расхода натурного дизельного топлива, затраченного на замедление – разгон, при каждой остановке грузового поезда на промежуточной станции или раздельном пункте колеблется от 48,39 кг/ост (Q₁=2500т) до 74,79 кг/ост (Q₃=3500т), а в среднем составляет 62,19 кг/ост.

- увеличение объёма перевозочной работы тепловозами 3ТЭ10М способствует повышению эффективности использования этих тепловозов в условиях эксплуатации независимо от вида движения грузового поезда.

В процессе проведённых исследований получено следующее.

1. Численные значения указанных параметров и уравнения регрессии позволят прогнозировать расход натурного дизельного топлива на тягу поездов, а также оценивать энергетическую эффективность тепловозов 3ТЭ10М на виртуальных и других железнодорожных участках аналогичного типа.

2. Доказано, что увеличение объёма перевозочной работы тепловозов 3ТЭ10М способствует повышению топливно - энергетической эффективности их в условиях эксплуатации.

3. Результаты исследования рекомендуются для внедрения в практику работы локомотивного комплекса узбекских железных дорог.

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.