WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Таким образом, в любой оперативной обстановке благодаря компьютерному контролю токов фидеров и напряжений на шинах соседних подстанций возможны определение значения потребляемого поездом тока и получение его зависимости от пройденного пути или от времени в виде функции (I = f(s); I = f(t)) независимо от числа поездов, одновременно находящихся на рассматриваемом участке пути. При этом возможно определение выполняемого поездом графика движения по участку v = f(s) и его действительного основного удельного сопротивления движению.

Рис. 2. Алгоритм обработки измерения токов фидеров

тяговых подстанций А и Б, питающих межподстанционную зону

В третьем разделе предложена зависимость, аппроксимирующая тяговые характеристики локомотива, и методика определения сопротивления движению поезда, позволяющие найти аналитическое решение уравнения движения поезда.

В теории тяги для определения графика движения дифференциальное уравнение движения поезда обычно записывают в виде:

,

(3)

где fт – удельная касательная сила тяги локомотива;  – удельное сопротивление движению поезда; b – удельное значение тормозной силы;  – поправка, учитывающая коэффициент инерции вращающихся частей и размерность входящих в формулу физических величин.

Предложено аппроксимировать тяговые характеристики локомотивов с тяговыми двигателями постоянного тока последовательного возбуждения при помощи гиперболической зависимости:

,

(4)

где k, l, m, n – постоянные коэффициенты.

Аппроксимация тяговой характеристики электровоза ВЛ-10 с сериес-параллельным включением двигателей постоянного тока ТЛ-2К1 на четвертой ступени ослабления возбуждения ОП4 при помощи известного метода аппроксимации квадратичными сплайнами представлена на рис. 3, а (кривая 1 – тяговая характеристика электровоза ВЛ-10 при СП ОП4, кривая 2 – аппроксимирующие зависимости) и предложенной гиперболической зависимостью – рис. 3, б.

а

б

Рис. 3. Аппроксимация тяговых характеристик локомотива

Предложенная зависимость (4) позволяет аппроксимировать тяговые характеристики для всего диапазона изменения скорости движения поезда, а для аппроксимации данных характеристик с использованием квадратичных сплайнов необходимо несколько выражений.

Разработан алгоритм поиска коэффициентов зависимости fт = f(v) при аппроксимации тяговых характеристик локомотива.

Аппроксимация тяговых характеристик локомотива гиперболической функцией (4) позволяет получить аналитическое решение дифференциального уравнения движения поезда (3):

(5)

где N1, N2, M1, M2, a1, b1, c1, d1, a2, b2, d2 – постоянные коэффициенты, зависящие от коэффициентов удельного сопротивления движению поезда и коэффициентов аппроксимирующей зависимости k, l, m, n.

Для сравнения предложенного аналитического решения дифференциального уравнения движения поезда с традиционным численным методом рассматривалось решение на компьютере различных тяговых задач. Расчеты аналитическим методом выполнялись в среде MathCAD-2001i. Максимальное расхождение результатов решения дифференциального уравнения движения поезда составляет 3 %.

Известно, что основная часть энергозатрат на тягу расходуется на преодоление сопротивления движению поезда. Теоретически установить его величину чрезвычайно сложно, так как она зависит от многих факторов, меняющихся в процессе движения случайно или по весьма сложным закономерностям.

С целью анализа энергозатрат по результатам выполненных поездок сотрудниками кафедры «Прикладная математика и механика» ОмГУПСа в 2003 г. разработана автоматизированная система оперативного анализа энергозатрат на тягу поездов в условиях депо по скоростемерным лентам. В соответствии с данной методикой зависимость силы сопротивления движению от скорости реального поезда можно определить, исследовав участок выбега. Выбранный участок произвольно разбивается на три интервала, для каждого из них определяется длина (li), скорость поезда в начале (vнi) и в конце (vкi) участка разбиения. Далее составляется система из трех уравнений:

(6)

Уравнения системы (6) линейны относительно коэффициентов a, b, c основного сопротивления движению поезда, и их определение возможно любым известным методом. Результаты расчета коэффициентов основного удельного сопротивления движению поезда по исполненному графику движения поезда согласно описанной методике в сравнении с заданными коэффициентами a, b, c для участка выбега показали максимальное отклонение в 0,106 %, что позволяет использовать данную методику в предлагаемой системе оперативного контроля потребления электрической энергии отдельно взятыми поездами.

Недостатком описанной системы анализа энергозатрат является невозможность определения сопротивления движению поезда в пути следования.

Для определения расчетного коэффициента торможения поезда и отличия его действительного сопротивления движению от среднестатистического сотрудниками ОмГУПСа, в том числе и автором диссертации, предложено бортовое устройство определения эффективности автотормозов поезда в пути следования, защищенное патентом на изобретение. Функциональная схема бортового устройства представлена на рис. 4.

В данном устройстве система КЛУБ-У дополнена микропроцессорной системой, соединенной с блоком электроники, схемой определения режима работы тягового подвижного состава, блоком задания условий планируемого режима тор­можения и устройством вывода информации машинисту.

Задача определения действительного сопротивления движению решается исходя из закона о сохранении энергии, на основании которого составлена система уравнений (7), решая которую можно определить неизвестные постоянные коэффициенты a, b и c, соответствующие действительному сопротивлению движения поезда в данной выполняемой поездке:

(7)

где АТ1, АТ2, АТ3 – работа сил тяги локомотива на первом, втором и третьем этапах рассматриваемого режима движения (в режиме выбега эти работы равны нулю); Ау1, Ау2, Ау3, Акр1, Акр2, Акр3 – работа сил, возникающих на уклонах и кривых, соответственно на первом, втором и третьем этапах рассматриваемого режима движения; m – масса поезда.

Использование бортового устройства определения эффективности авто­тормозов в пути следования позволит повысить безопасность выполнения перевозок и обеспечить снижение энергозатрат на тягу поезда.

На основании анализа способов определения удельного сопротивления движению поезда по данным скоростемерных лент и бортового устройства оп­ределения эффективности автотормозов поезда в пути следования разработан метод определения удельного сопротивления движению поезда по данным мониторинга токов фидеров тяговых подстанций.

Рис. 4. Функциональная схема бортового устройства определения эффективности автотормозов поезда

в пути следования

Аппроксимация тяговых характеристик локомотивов с тяговыми двигателями постоянного тока последовательного возбуждения при помощи выражения (4) дает возможность в любой момент времени на любом участке, будь то выбег или движение под тягой, при соответствующей обработке уравнения движения поезда, с помощью методики анализа энергозатрат на тягу поездов в условиях депо по скоростемерным лентам, определить удельное сопротивление поезда с учетом всех параметров реальных условий выполнения поездки, таких как погодные условия, индивидуальные особенности состава: масса, номенклатура, количество и последовательность расположения вагонов в поезде, наличие на открытых платформах грузов сложной аэродинамической формы и пр.

В четвертом разделе изложены результаты проверки методики определения тока, потребляемого поездом, и его удельного сопротивления движению по токам фидеров тяговых подстанций при помощи имитационного моделирования системы тягового электроснабжения.

Моделирование перемещающихся тяговых нагрузок основывается на гра­фике движения поездов, связывающем координату положения поезда со време­нем. Величины тяговых нагрузок определяются на основе тяговых расчетов.

Составлены схемы замещения и системы уравнений, позволяющие осуществлять моделирование движения различного количества поездов по станции и межподстанционной зоне.

На основе данных мониторинга токов фидеров и напряжения на шинах тя­говых подстанций с помощью методики, описанной в третьем разделе диссертации, определялось реальное основное удельное сопротивление движению поездов при движении по участку двух поездов, например, в режиме тяги (рис. 5 а, б – первого и второго поездов соответственно, где кривая 1 – заданные зависимости  = f(v) первого и второго поездов, 2 – зависимости  = f(v), рассчитанные по предложенной методике) и выбега и выполняемый поездами график движения v = f (s) – рис. 6 (кривые 1, 2 – заданные зависимости v = f(s) первого и второго поездов; 3, 4 – зависимости v = f (s), рассчитанные по предложенной методике).

Анализ полученных зависимостей основного удельного сопротивления движению в различных режимах движения поезда показал, что максимальное отклонение заданных величин  = f(v) и х = f(v) и сопротивления движению, рассчитанного с использованием разработанной методики, составляет не более 3 %.

Рис. 5. Основное удельное сопротивление движению поездов

Рис. 6. Графики движения поездов по межподстанционной зоне

В результате расчета выполняемых графиков движения поездов по участку межподстанционной зоны зафиксировано отклонение от заданного графика движения в 2,85 %, что подтверждает достоверность предложенной методики компьютерного анализа токов фидеров тяговых подстанций.

В пятом разделе на основании анализа существующих систем автомати-зированного учета потребления электроэнергии на тягу поездов предложена система контроля потребления электрической энергии поездами на тяговых подстанциях участка магистральной железной дороги.

Рис. 7. Структурная схема автоматизированной

системы контроля потребления электрической энергии

Недостатком существующих систем автоматизированного учета потребления электроэнергии на тягу поездов является отсутствие информации о величине расхода электроэнергии отдельно взятым поездом. Для реализации поставленной цели предлагается автоматизированная система контроля потребления электрической энергии поездами на тяговых подстанциях участка магистральной железной дороги (рис. 7), которая позволяет в режиме реального времени косвенным образом определять энергозатраты на тягу конкретного поезда по токам фидеров ТП на участке, а также получать информацию об энергопотреблении поезда без использования данных счетчиков электрической энергии, установленных на локомотиве

На каждой тяговой подстанции устанавливаются измерительный и программный комплексы, работа которых синхронизирована для того, чтобы информация о поезде своевременно поступала на сервер баз данных.

Предлагаемая система контроля потребления электрической энергии отдельными поездами на тяговых подстанциях участка магистральной железной дороги позволяет оперативно контролировать потребление электрической энергии поездами, движущимися по рассматриваемому участку. Анализ их энергопотребления дает возможность выявлять поезда, у которых данная величина превышает среднестатистическое значение, полученное для известных характеристик конкретного поезда. Так как в рассматриваемой системе одновременно контролируются основное сопротивление движению поезда и реализуемый график движения, возможно определение причин завышенного расхода электроэнергии на тягу: завышенное основное сопротивление движению поезда; существенное отклонение выбранного графика движения поезда от оптимального; заниженный эксплуатационный коэффициент полезного действия электровоза. Получение такой информации позволяет определить мероприятия, направленные на уменьшение потребляемой электроэнергии в дальнейшем.

Оценка эффективности внедрения предложенной системы контроля потребления электрической энергии, полученной в результате выявления и устранения факторов, влияющих на увеличение энергозатрат отдельно взятого поезда при средней массе поезда 6300 т, длине участка 165 км, показала, что ожидаемая годовая экономия должна составить 841 507 р.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Составлены системы уравнений, необходимые для определения местоположения поезда на участке, полученные в результате анализа различных схем питания контактной сети и возможных закономерностей движения поезда по межподстанционной зоне.

2. Предложена методика определения тока, потребляемого поездом в любой оперативной обстановке, по результатам компьютерного контроля токов фидеров и напряжений на шинах тяговых подстанций, позволяющая получать аналитичес-кие зависимости значения тока поезда от пройденного пути или времени независимо от числа поездов, одновременно находящихся на рассматриваемом участке пути.

3. Получено аналитическое решение дифференциального уравнения движения поезда с использованием предложенной гиперболической функции, обеспечивающей достаточную для практических расчетов точность аппроксимации тяговых и токовых характеристик тяговых двигателей.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»