К эксплуатации электровозов 3ВЛ80С на равнинном участке железной дороги

Keywords – the freight train, the electric locomotive, railway track, parameter, the stage, analysis, the station, time, speed, plain, virtual.

Введение

На сегодняшний день, железнодорожный транспорт Узбекистана является крупнейшим потребителем топливно-энергетических ресурсов, снижение затрат на которые для государства в целом и железнодорожной отрасли, в частности, имеют первостепенное и основополагающее значение.

Локомотивное хозяйство является одним из ведущих структурных подразделений в отрасли железнодорожного транспорта, от слаженной работы которого во многом зависит не только процесс перевозки грузов и пассажиров, а также обеспечение безопасности движения поездов в пути следования с учётом соблюдения всех нормативов по негативному воздействию тягового подвижного состава на окружающую среду. Это в равной степени относится к локомотивам дизельной и электрической тяги.

Успешное решение задачи железных дорог по выполнению железнодорожных перевозок разных по структуре, типу, виду и содержанию грузов, пассажиров, промышленного сырья, негабаритного и нестандартного оборудования напрямую зависит от правильного планирования и эффективной перевозочной работы локомотивов, и сбалансированной, улучшенной системы организации труда и отдыха локомотивных бригад.

Сказанное достигается за счет широкого внедрения ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих сокращение общих и удельных расходов топливно - энергетических ресурсов на тягу поездов и выполнение перевозочной работы локомотивов.

В последние годы количество и протяжённость железнодорожного пути электрифицированных участков узбекских железных дорог и пополнение локомотивного парка АО «Ўзбекистон темир йўллари» тяговым электрическим подвижным составом нового поколения заметно увеличиваются. Это обстоятельство объясняется транспортной политикой железнодорожной отрасли Узбекистана и, естественно, связано с приоритетным направлением в развитии электровозной составляющей её локомотивного парка.

В этой связи, изыскание возможностей и путей экономного потребления электрической энергии на тягу поездов в процессе реализации железнодорожных перевозок грузов и пассажиров с учётом обеспечения высокой провозной и пропускной способности разных по категории трудности электрифицированных участков узбекских железных дорог является актуальной задачей для всех специалистов локомотивного комплекса.

Постановка задачи и методы исследования

Цель исследования заключается в теоретическом обосновании кинематических параметров движения грузовых поездов и параметров основных энергетических показателей перевозочной работы магистральных (поездных) грузовых локомотивов электрической тяги на виртуальном равнинном участке железной дороги с учётом разнообразных условий эксплуатационной деятельности этого участка аналогичных реальным. И, также, в практическом обосновании рекомендаций, предназначенных для действий машинистов по управлению электровозами на железных дорогах переменного тока при проезде нейтральных вставок и в случае возникновения в пути следования подвижного состава нестандартных ситуаций, связанных с изменением напряжения в контактной сети.

Основу алгоритма реализации сформулированной выше цели теоретических исследований составляют способы и методы [7,8] теории локомотивной тяги и материально - технологические условия организации железнодорожных перевозок грузов разных по структуре и содержанию на исследуемом участке железной дороги, а также объект и предмет исследований.

В этой связи, последовательность решения поставленной задачи исследования такого типа (вида) будет опираться на следующие основные положения предложенного обобщённого алгоритма реализации:

- выбираются параметры (характеристики) факторов состояния материально-технической базы и условия организации перевозочной работы локомотивов на заданном (принятом) участке счёта;

- разрабатываются модели вождения грузового поезда различной массы состава, организованного локомотивами без остановок и с остановками на промежуточных станциях, разъездах и раздельных пунктах;

- решаются дифференциальные уравнения движения грузового поезда одним из широко известных методов (аналитический, графический, численный, математическое моделирование с помощью средств вычислительной техники), используя, например, графический метод для определения скорости движения и времени хода поезда на заданном (принятом) участке железной дороги;

- выполняются тяговые расчёты на заданном участке железной дороги и полученные результаты обрабатываются известными методами математической статистики с последующим их анализом;

- определяются значения кинематических параметров движения грузового поезда и параметры основных топливно - энергетических показателей эффективности перевозочной работы локомотивов в количественном и денежном исчислении.

- выполняется "построение" уравнений регрессий (аналитических зависимостей), предназначенных для определения численных значений кинематических и энергетических параметров основных показателей топливно - энергетической эффективности использования локомотивов для любой массы состава грузового поезда посредством табличного процессора Microsoft Office Еxcel.

Объектом исследования являются грузовые поезда с унифицированной массой состава и постоянным числом осей в составе, трёхсекционные магистральные (поездные) грузовые электровозы серии 3ВЛ80^С и виртуальный равнинный участок железной дороги с первым типом профиля железнодорожного пути.

Предмет исследования составляют кинематические параметры движения грузового поезда с унифицированной массой состава и постоянным числом осей в составе, а также параметры основных энергетических показателей перевозочной работы исследуемых электровозов 3ВЛ80^С в количественном и денежном исчислении на принятом (заданном) виртуальном участке железной дороги.

Сейчас [1], электровозами 3ВЛ80^С осуществляется приблизительно пятьдесят девять процентов всего фактического объёма железнодорожных перевозок грузов на различных по степени трудности участках узбекских железных дорог.

Конструктивные особенности, технические параметры, тягово – эксплуатационные показатели и характеристики исследуемого грузового электровоза 3ВЛ80^С освещены в [6,2], базовыми из которых являются возможность ступенчатого регулирования касательной силы тяги и скорости движения, реостатное торможение и работы по системе многих единиц.

В табл. 1 приведены параметры элементов спрямлённого профиля пути виртуального равнинного участка А – В – С железной дороги, характеристика которого подробно обозначена в [6].

Таблица 1.

Спрямленный профиль пути виртуального равнинного участка А – С железной дороги

Исходные данные, необходимые для практической реализации принятого метода исследования и разработки модели ведения грузового поезда с унифицированной массой состава Q₂ = 3000 т и числом осей в составе m = 200 осей электровозами 3ВЛ80^С с последующей целью выполнения тягового расчёта на виртуальном равнинном участке железной дороги, были приняты аналогичными [4].

Основу упомянутой модели составляет дифференциальное уравнение движения поезда, позволяющее определять закон (траекторию) движения на всех этапах управления, для решения которого воспользовались графическим методом [2,7]. Метод основан на принципе малых отклонений удельных ускоряющих и замедляющих сил в пределах небольших интервалах скорости, а также геометрической взаимосвязи между этими удельными равнодействующими силами в каждом интервале скоростей движения и времени хода с учётом, проходимого поездом части участка  железнодорожного пути при изменении скорости движения в каждом интервале интегрирования.

Практическая реализация графического интегрирования дифференциального уравнения движения поезда приводится ниже (см. рис. 1 – рис. 3), опираясь на следующее положение теории локомотивной тяги.

В зависимости от величины крутизны и сочетания между собой элементов профиля пути движение поезда может быть ускоренным, равномерным или

замедленным. При этом, основу каждого из перечисленных видов движения составляет принцип максимального использования кинетической энергии поезда, мощности и тягово - эксплуатационных качеств (свойств) локомотива [2], что для электровоза 3ВЛ80^С, на режиме тяги, соответствует номинальной 33-й позиции главного контроллера машиниста на второй ступени ослабления поля тяговых электродвигателей в сочетании с режимами холостого хода и служебного торможения.

Результаты исследования и их анализ

Практическая составляющая теоретической части исследований, которая, опираясь на обозначенный выше обобщённый алгоритм реализации, по существу сводится к следующему.

В табл. 2 приведены численные значения удельных ускоряющих и замедляющих равнодействующих сил грузового поезда с унифицированной массой Q₂ = 3000 т состава и числом m = 200 осей в составе в режимах тяги, холостого хода и торможения. По данным табл. 2 были построены диаграммы упомянутых равнодействующих сил для исследуемых электровозов.

Таблица 2.

Удельные равнодействующие силы поезда для грузовых электровозов 3ВЛ80^С в режимах

В результате графического интегрирования дифференциального уравнения движения грузового поезда с унифицированной массой состава, опираясь на рекомендации [7,8] и исследования [2], были построены кривые тока I_da(S) для исследуемого электровоза 3ВЛ80^С, скорости V(S) движения и времени t(S) хода поезда на заданном виртуальном равнинном участке железной дороги.

На рис. 1 - рис. 3 показаны фрагменты зависимостей V(S), t(S) и I_da(S), которые были нами получены с учётом заданных характеристик материально-технической базы и принятых в расчётах условий организации перевозочной работы трёх секционных магистральных (поездных) грузовых электровозов 3ВЛ80^С на виртуальном равнинном участке железнодорожного пути.

Рисунок 1. Фрагмент графического решения уравнения движения грузового поезда для электровоза 3ВЛ80^С на станции отправления

Рисунок 2. Фрагмент графического решения уравнения движения грузового поезда для электровоза 3ВЛ80^С на промежуточной станции

На рис. 1 – рис. 3 обозначено: А,В,С – соответственно, станции отправления, промежуточная и прибытия (конечная); V'(S) и t'(S) – кривые скорости движения и времени хода поезда на проход, без остановки на промежуточной станции В; V''(S) и t''(S) – кривые скорости движения и времени хода поезда за период его разгона при трогании с места по промежуточной станции В; 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 В; S^B_з и ∆t^B_з – путь и время замедления при торможении на промежуточной станции В; S^B_р и ∆t^B_р – путь и время разгона в процессе трогания поезда с места на промежуточной станции В; S^С_з и ∆t^С_з – путь и время замедления при торможении на станции прибытия С; t₁ и t₂ – соответственно, время проследования промежуточной станции В поездом на проход, без остановки и после остановки; ТД и ТО – соответственно, тормоза действуют и тормоза отпущены.

Рисунок 3. Фрагмент графического решения уравнения движения грузового поезда для электровоза 3ВЛ80^С на станции прибытия

Путь замедления S^B_з, S^С_з – расстояние, которое проходит поезд от начала торможения (перевода ручки крана машиниста в тормозное положение) до полной остановки поезда.

Путь разгона S^B_р – расстояние, проходимое поездом от начала трогания с места на промежуточной станции до момента "нагона" безостановочного хода поезда.

Время замедления ∆t^B_з, ∆t^С_з при торможении поезда перед остановкой на станциях промежуточной и прибытия – время хода поезда, в течение которого он производит остановку (останавливается).

Время разгона ∆t^B_р в процессе трогания поезда с места на промежуточной станции – время хода поезда, за которое он "догонит" безостановочное движение.

Время хода грузового поезда на замедление – разгон можно определить аналитическим способом, используя несложную формулу (см. рис. 2 - ∆t^B_р = t₂ - t₁) – то есть, путём вычитания из времени хода поезда с остановками безостановочного времени хода поезда. Или, благодаря графическому методу, опираясь на уже построенные кривые времени хода грузового поезда так, как показано на рис. 2 и рис. 3 – для времени хода поезда на замедление или как обозначено в [5] – для времени хода поезда на разгон.

В табл. 3 и табл. 4 приведены численные значения некоторых кинематических параметров движения грузовых поездов на каждом перегоне виртуального равнинного участка железной дороги при реализации железнодорожных перевозок грузов с учётов времени на замедление - разгон.

Таблица 3.

Время хода грузового поезда по перегонам без остановок, а по промежуточной станции на замедление – разгон

Численные значения полного (общего) и удельного расхода электрической энергии электровозами 3ВЛ80^С в количественном и денежном исчислении, которая расходуется при реализации движения грузового поезда с унифицированной массой состава по перегонам виртуального равнинного участка железной дороги обозначены в табл. 5. Индекс звёздочка * - это удельные затраты денежных средств (удельная стоимость электрической энергии) с учётом налога на добавленную стоимость (НДС).

Таблица 4.

Распределение времени хода грузового поезда по перегонам равнинного участка А - С, электровозы 3ВЛ80^С

Таблица 5.

Расход электрической энергии и затраты денежных средств при движении грузового поезда по перегонам равнинного участка А - С, электровозы 3ВЛ80^С

Движение исследуемых грузовых поездов на виртуальном участке железной дороги с равнинным первом типом профиля пути, организованное без остановок на промежуточной станции по отношению к движению с остановками на ней, способствует:

- уменьшению общего времени хода поезда на 4,8 мин с увеличением технической скорости движения на 12,56 км/ч;

- значениям долей движения на режимах тяги в 58,64 процента, а холостого хода и торможения в 41,36 процента;

- снижению общего (полного) и уменьшению удельного расхода электрической энергии в среднем на 13,1 процента;

- снижению общего (полного) и удельного расхода электрической энергии в денежном исчислении в среднем на 12,98 процента.

Далее обозначим численные значения некоторых кинематических параметров движения исследуемых грузовых поездов и параметров энергетических показателей эффективности перевозочной работы трёхсекционных магистральных (поездных) грузовых электровозов 3ВЛ80^С на виртуальном равнинном участке железной дороги:

- среднее расчётное значение технической скорости движения для двух видов движения составляет 83,42 км/ч;

- среднее  расчётное  значение  общего  времени на разгон – замедление соответствует 3,40 минутам;

- расход электрической энергии для одной остановки на промежуточной станции составляет 340,83 кВт – ч, а на один разгон – замедление он равен 170,41 кВт - ч;

- удельный расход электрической энергии для одной остановки на промежуточной станции составляет 2,58 Вт - ч / т км брутто, а на один разгон – замедление он равен 1,29 Вт - ч / т км брутто;

- среднее значение величины расхода удельных денежных ресурсов для двух видов движения равняется 4796,75 сўм / км, а с учётом НДС – 5757,55 сўм / км.

В результате проведённых нами исследований получены кинематические параметры движения грузового поезда унифицированной массы состава и параметры энергетических показателей перевозочной работы локомотивов электрической тяги в количественном и денежном исчислении, и обоснована динамика их изменения в зависимости от вида движения грузовых поездов.

Заключение

Кинематические параметры движения грузовых поездов, параметры кинематических и энергетических показателей эффективности использования трехсекционных магистральных (поездных) грузовых электровозов 3ВЛ80^С в разных условиях организации железнодорожных перевозок грузов на виртуальном равнинном участке железной дороги показали достаточно высокую и хорошую сходимость с результатами исследований [1,3-5 и другие] и поэтому, могут быть непременно реализованы при анализе и оценке тягово - энергетической эффективности перевозочной работы локомотивов электрической тяги на реальных участках узбекских железных дорог с первым типом профиля пути.

Результаты исследований будут полезны машинистам – инструкторам по теплотехнике и другим специалистам цеха эксплуатации локомотивного комплекса узбекских железных дорог, производственная и профессиональная деятельность которых напрямую связана с организацией и реализацией грузового движения в реальных условиях эксплуатации и рекомендуются для внедрения в практику работы локомотивных депо.

Список литературы:

1. Аблялимов О. С. Оценка эффективности перевозочной работы электровозов
2. 3ВЛ80^С на участке Каттакурган – Навои Узбекской железной дороги [Текст] / О. С. Аблялимов, // Международный информационно-аналитический журнал «Crede Experto: транспорт, общество, образование, язык» / Иркутский филиал Московского гос. тех. ун-та гражданской авиации. – Иркутск, 2018. № 4 (19). – С. 35 – 50.
3. Аблялимов О. С. Основы управления локомотивов [Текст] / О. С. Аблялимов, Э. С. Ушаков // Учебник для профессиональных колледжей железнодорожного транспорта. – Ташкент: «Davr», 2012. – 392 с.
4. Аблялимов О. С. Тяговые расчёты для электровозов 3ВЛ80^С на равнинном участке железной дороги [Текст] / О. С. Аблялимов, С. Т. Зоирхонов, А. Х. Насуллаев, М. М. Ташпулатов, Т. Т. Шодиев, З. М. Махкамов // Сборник статей по материалам ХIII международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы в науке и практике» (10 декабря 2018 г., г. Самара). В 4 ч. Ч.1. – Уфа: Изд. Дендра, 2018. – С 50 - 63.
5. Аблялимов О. С. К использованию электровозов 3ВЛ80^С на равнинном участке железной дороги [Текст] / О. С. Аблялимов, С. Т. Зоирхонов, А. Х. Насуллаев, С. И. Эркинов, Ш. М. Искандаров, Ф. О. Хабибуллаев // Сборник статей по материалам ХIII международной научно-практической конференции «Перспективы развития науки в современном мире» (14 декабря 2018 г., г. Уфа). В 2 ч. Ч.1. – Уфа: Изд. Дендра, 2018. – С 27 - 39.
6. 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.
7. Васько Н. М. Электровоз 3ВЛ80^С. [Текст] / Н. М. Васько, А. С. Девятков, А.Ф. Кучеров // Руководство по эксплуатации. -  М.: Транспорт, 1990. – 454 с.
8. Деев В. В. Тяга поездов [Текст] / В. В. Деев, Г. А. Ильин, Г. С. Афонин // Учебное пособие для вузов. – М.: Транспорт, 1987. – 264 с.
9. 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.