ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛОКОМОТИВОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ НА РАВНИННОМ УЧАСТКЕ УЗБЕКСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ

АННОТАЦИЯ

Представлены результаты обоснования по выбору энергооптимального режима управления движением грузового поезда с минимальной массой состава грузовыми электровозами серии «Uz-El» на равнинном участке Коканд – Андижан Узбекской железной дороги. Указанные результаты получены в виде табличных данных и графических зависимостей при помощи разработанного авторами компьютерного аппаратно – программного комплекса для выполнения энергооптимальных тяговых расчётов и известной программы расчёта тягового электрического снабжения «КОРТЭС». Результаты исследований рекомендуются для практического использования специалистами локомотивного депо Коканд при разработке режимных карт вождения грузовых поездов в зависимости от степени сложности профиля пути и разнообразных условий организации грузовых железнодорожных перевозок.

ABSTRACT

The results of the justification for choosing an energy-optimal mode for controlling the movement of a freight train with a minimum mass of a train by freight electric locomotives of the «Uz-El» series on the flat section of Kokand - Andijan of the Uzbek railway. These results were obtained in the form of tabular data and graphical dependencies using the computer hardware and software complex developed by the authors for performing energy-optimal traction calculations and the well-known program for calculating traction electrical supply «KORTES». The research results are recommended for practical use by specialists of the Kokand locomotive depot when developing regime maps for driving freight trains, depending on the degree of complexity of the track profile and various conditions for organizing freight rail transportation.

Ключевые слова: электровоз, скорость, время, энергетическая эффективность, режим ведения, профиль пути, параметр, грузовой поезд.

Keywords: the electric locomotive, speed, time, energy efficiency, driving mode, path profile, parameter, the freight train.

Данные исследования проводились параллельно с работами авторов [1-3] и, как и в этих работах, их целью является обоснование основных кинематических параметров движения грузовых поездов и параметров показателей энергетической эффективности электровозов «Uz-El» для разнообразных условий организации грузовых железнодорожных перевозок посредством выполнения серии тягово-энергетических расчетов на реальном равнинном участке Узбекской железной дороги.

Сформулированная цель исследований авторами реализуется посредством разработанного ими [4,5] компьютерного аппаратно – программного комплекса для выполнения энергооптимальных тяговых расчётов и известной [2] программы расчёта тягового электрического снабжения «КОРТЭС» с учётом базовых методов теории электрической тяги, объекта и предмета исследований.

Объект исследования представляют грузовые поезда с минимальной массой и при постоянном числе осей в составе, грузовые электровозы переменного тока серии «Uz-El» с асинхронными электродвигателями и спрямлённый профиль пути реального равнинного участка железной дороги.

Предмет исследования составляют основные кинематические параметры движения грузовых поездов с минимальной массой состава и количественные параметры показателей энергетической эффективности исследуемых электровозов «Uz-El» на заданном равнинном участке железной дороги.

Конструктивные особенности и тягово – энергетические показатели электровозов «Uz-El», а также характеристика каждого элемента профиля пути по длине и величине крутизны уклона с учётом кривых указанного участка Коканд – Андижан приведены, соответственно, в литературе [6] и монографии [7].

Вначале, авторы, используя указанные компьютерные аппаратно - программные комплексы, выполнили серию тягового – энергетических расчётов для разных вариантов режимов управления движением грузовых поездов с минимальной массой при постоянном числе осей состава с помощью грузовых электровозов «Uz-El» на равнинном участке Коканд – Андижан Узбекской железной дороги.

Здесь, авторами было предложено сопоставлять между собой три варианта предполагаемых энергооптимальных режимов управления движением указанных грузовых поездов исследуемыми электровозами «Uz-El», а именно: первый вариант – по времени переключения разнообразных режимов ведения поезда; второй вариант – по использованию ограничений для скорости движения поезда, принимая во внимание среднюю скорость движения поезда по каждому перегону; третий вариант - с учётом средней скорости движения поезда, которая определяется графиком движения поездов. Теоретическое обоснование и графическая иллюстрация упомянутых выше вариантов приводятся в исследовании авторов [3].

На рис. 1 приведены кривые скорости движения грузового поезда с минимальной массой состава Q = 3000 т, полученные для первого, второго и третьего вариантов предполагаемых энергооптимальных режимов вождения этих грузовых поездов исследуемыми электровозами «Uz-El» с учётом заданного профиля пути на равнинном участке Коканд – Андижан Узбекской железной дороги. 

Рисунок 1. Графическая иллюстрация энергооптимального тягового расчёта на участке Коканд – Андижан Узбекской железной дороги

На этом же рисунке кривые скорости движения грузового поезда данной массы состава по режимным картам вождения грузовых поездов локомотивного депо Коканд АО «Ўзбекистон темир йўллари» обозначены точками, при этом кривые расхода электрической энергии исследуемыми электровозами «Uz-El» без учёта её рекуперации не показаны. Величина упомянутого расхода электрической энергии по данным локомотивного депо Коканд Узбекской железной дороги и полученная расчётным путём приводится в табл. 1 и табл. 2.

Анализ графических зависимостей, приведенных на рис. 1, свидетельствует о том, что второй вариант предложенного энергооптимального управления движением грузового поезда в пути следования подвижного состава будет обеспечивать экономию денежных средств, так как он имеет наименьший расход электрической энергии в количественном и денежном исчислении.

В табл. 1 представлены результаты тягового расчёта для грузовых поездов с минимальной массой Q = 3000 т при постоянном числе осей состава по трём различным вариантам предполагаемых энергооптимальных режимов управления движением их исследуемыми электровозами «Uz-El» на равнинном участке Коканд – Андижан Узбекской железной дороги.

Таблица 1.

Результаты энергооптимального тягового расчёта для электровозов серии «Uz-El» на участке Коканд – Андижан Узбекской железной дороги, масса грузового поезда Q = 3000 т

Данные табл. 1 содержат укрупнённую характеристику исследуемого участка железной дороги, обобщающие кинематические параметры движения указанных грузовых поездов и параметры энергетической эффективности электровозов переменного тока серии «Uz-El» в виде израсходованной величины электрической энергии на тягу поездов и количества её рекуперации в контактную сеть. Видно, что возвращение некоторой определённой части электрической энергии обратно в контактную сеть происходит на пяти (первый вариант) и четырёх (второй и третий варианты) перегонах из возможных девяти перегонов исследуемого равнинного участка Коканд – Андижан АО «Ўзбекистон темир йўллари». При этом большая часть рекуперации электрической энергии в контактную сеть приходится на два перегона Какир – Фуркат и Ахунбабаев – Кува, усреднённая величина которой для первого варианта выше аналогичной величины на других трёх перегонах Фуркат – Алтыарык, Маргилан – Ахунбабаев и Асака – Ахтачи, приблизительно в 12,3 раза.

На рис. 2 синим и красным цветом обозначены, соответственно, суммарная величина израсходованного количества электрической энергии исследуемыми электровозами «Uz-El» без учёта её рекуперации в контактную сеть и динамика изменения численных значений указанной рекуперации в зависимости от предложенного авторами варианта энергооптимального тягового расчёта, полученные в результате моделирования технологического процесса движения грузового поезда с минимальной массой состава (Q = 3000 т) при постоянном числе осей в составе на равнинном участке Коканд – Андижан Узбекской железной дороги.

Рисунок 2. Динамика изменения потребления и рекуперации электрической энергии в контактную сеть электровозами «Uz-El» на участке Коканд – Андижан Узбекской железной дороги

В табл. 2 приведены численные данные обобщающих кинематических параметров движения указанного грузового поезда и количественные параметры показателей энергетической эффективности электровозов переменного тока серии «Uz-El» с асинхронными тяговыми электрическими двигателями, представляющими величину израсходованной электрической энергии на тягу поездов с учётом варианта тягового расчёта на равнинном участке Коканд – Андижан Узбекской железной дороги. Величина рекуперации электрической энергии обратно в контактную сеть электроснабжения АО «Ўзбекистон темир йўллари» обозначена в табл. 1.

Анализ графических зависимостей, приведённых на рис. 1 и рис. 2, и данных в табл. 2 свидетельствует о том, что при вождении грузовых поездов массой состава Q = 3000 т на равнинном участке Коканд – Андижан АО «Ўзбекистон темир йўллари» второй вариант энергооптимального тягового расчёта обеспечивает наименьшее потребление электрической энергии электровозами «Uz-El». Сказанное достаточно хорошо согласуется с исследованиями [1-3] и является результатом правильно выбранного диапазона варьирования скоростей движения поезда (∆V = ±3 км/ч) и наличия на перегонах Какир – Фуркат и Ахунбабаев – Кува крутых спусков [1] достаточно большой протяжённости.

Таблица 2.

Динамика основных показателей перевозочной работы грузовых электровозов «Uz-EL» на равнинном участке Узбекской железной дороги

Расхождение усреднённых численных значений времени хода грузовых поездов по предложенным авторами вариантам энергооптимальным тяговым расчётам относительно аналогичных данных цеха эксплуатации локомотивного депо Коканд, в среднем, составляет 0,37 минуты или 0,23 процента. Это, приблизительно, в четырнадцать - семь раз точнее указанных численных значений, полученных с помощью компьютерного аппаратно - программного комплекса «КОРТЭС». Режимы управления движением грузового поезда с минимальной массой состава Q = 3000 т при постоянном числе осей в составе, рассчитанные компьютерным аппаратно - программным комплексом «КОРТЭС» и по второму варианту энергооптимального тягового расчёта, обеспечивают экономию расходуемой электрической энергии исследуемыми электровозами «Uz-El», соответственно, на 5,78 и 11,16 процента. Кроме того, указанная экономия электрической энергии для первого и третьего вариантов энергооптимального тягового расчёта составит 3,63 и 3,08 процента.

Таким образом, второй вариант предложенного энергооптимального режима управления движением грузового поезда, по сравнению с другими аналогичными вариантами, является наиболее эффективным, так как будет обеспечивать значительное уменьшение израсходованного количества электрической энергии исследуемыми электровозами «Uz-El» на тягу поездов и, как следствие, способствовать снижению эксплуатационных расходов на грузовые железнодорожные перевозки.

Авторами были получены численные значения основных кинематических параметров движения грузового поезда и количественные параметры показателей энергетической эффективности грузовых электровозов переменного тока серии «Uz-El» на равнинном участке Коканд – Андижан Узбекской железной дороги, которые позволят специалистам локомотивного комплекса обосновать тяговые качества (свойства) и степень трудности профиля пути каждого из его девяти перегонов.

Научные исследования в этом направлении следует продолжить с учётом более широкого диапазона варьирования указанных масс составов грузовых поездов и последующей разработкой оптимизированных дифференцированных режимных карт вождения грузовых поездов электровозами «Uz-El» на равнинном участке Коканд - Андижан Узбекской железной дорог.

Список литературы:

1. Аблялимов, О. С. К исследованию эффективности локомотивов электрической тяги на участке Коканд – Андижан Узбекской железной дороги / О. С. Аблялимов, А. Т. Лесов. – Текст : непосредственный // Известия Транссиба. – № 4 (52). – Омский государственный университет путей сообщения. – Омск, 2022. – С. 66 – 74.
2. Аблялимов, О. С. Тяговые расчёты для электровозов «Uz-El» на участке Коканд – Андижан Узбекской железной дороги / О. С. Аблялимов, А. Т. Лесов // Universum: Технические науки: электрон. науч. журнал. - 2022. - № 11(104). - Текст : электронный. - URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/ 14558 (дата обращения: 21.11.2022).
3. Аблялимов, О. С. К обоснованию оптимального режима управления движением грузового поезда на участке Коканд – Андижан Узбекской железной дороги / О. С. Аблялимов, А. Т. Лесов // Universum: Технические науки: электрон. науч. журнал. - 2022. - № 11(104). – Текст : электронный. - URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/ 14619 (дата обращения: 21.11.2022).
4. Лесов, А. Т. Оптимизация кривой движения поезда для минимизации энергопотребления на базе железной дороги Узбекистана / А. Т. Лесов, В. О. Иващенко. – Текст : непосредственный // Бюллетень результатов научных исследований. - 2022. - Вып. 1. – С. 68–79. - DOI: 10.20295/2223-9987-2022-1-68-79.
5. Лесов, А. Т. Энергооптимизация режимов движения поезда на языке программы C# (C Sharp) / А. Т. Лесов, В. О. Иващенко. - Текст : непосредственный // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2021. – Т. 18. - Вып. 4. – С. 480–490.
6. О мощном электрическом локомотиве с приводом переменного тока типа СКЕ 1 : учебные материалы для подготовки. – Ташкент: Узбекская государственная железная дорога. Даляньская локомотиво-, вагоностроительная компания ЛТД CNR. 2013. – 484 с. – Текст : непосредственный.
7. Аблялимов, О. С. Оптимизация перевозочной работы локомотивов: вопросы теории, методы, расчёты, результаты : монография / О. С. Аблялимов // Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта. – Ташкент : Complex Print nashriyoti, 2020. – 488 с. - Текст : непосредственный.