WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университета путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ))».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

ВОЛОДИН Александр Иванович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

НОСЫРЕВ Дмитрий Яковлевич –

профессор кафедры «Локомотивы», ФГБОУ ВПО

«Самарский государственный университет путей сообщения»

доктор технических наук, профессор

ВЕДРУЧЕНКО Виктор Родионович –

профессор кафедры «Теплоэнергетика», ФГБОУ ВПО

«Омский государственный университет путей сообщения».

Ведущая организация:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения (ПГУПС)».

Защита диссертации состоится 21 декабря 2012 г. в 11 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д218.007.01 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования  «Омский государственный  университета  путей  сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ))» по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 219.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан 20 ноября 2012 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д218.007.01.

Тел./факс: (3812) 31-13-44; e-mail: nauka@omgups.ru

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор                                                                         О.А. Сидоров.

Омский гос. университет

путей сообщения, 2012

ОБЩАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА  РАБОТЫ

Актуальность исследования. Железнодорожный транспорт является крупнейшим потребителем энергоресурсов. Затраты на топливно-энергетиче- ские ресурсы (ТЭР) составляют в целом по сети железных дорог России примерно 11 % от общеотраслевых эксплуатационных расходов, или около 60 млрд р., из них на тягу поездов расходуется 72 %.

В соответствии со «Стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2008 г. № 877р, и распоряжением президента ОАО «РЖД» от 11 февраля 2008 г. № 269р одним из направлений снижения расходов на ТЭР принято совершенствование тягово-энергетических характеристик локомотивов.

В условиях реформирования отрасли большое значение приобретают вопросы повышения эксплуатационных технико-экономических показателей современных тепловозов, от уровня которых зависит количество потребляемого топлива.

Диссертационная работа направлена на оптимизацию тепловозной характеристики с учетом режимов работы тепловозов, усовершенствование и внедрение микропроцессорных систем управления электропередачей тепловозов с целью снижения расхода топлива, что является актуальной задачей.

Цель диссертационной работы повышение топливной экономичности дизель-генераторных установок (ДГУ) тепловозов в эксплуатации.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1. Провести системный анализ причин неэффективного расхода топлива тепловозами в эксплуатации и обосновать необходимость оптимизации тепловозной характеристики, усовершенствования и внедрения микропроцессорных систем управления электропередачей тепловозов.

2. Усовершенствовать математическую модель для расчета удельного расхода топлива во всем диапазоне нагрузочных и скоростных режимов работы ДГУ тепловозов 2ТЭ10М, 2ТЭ116, ТЭМ2.

3. Усовершенствовать методику расчета и выбора оптимальной тепловозной характеристики для микропроцессорных систем управления электропередачей тепловозов.

4. Усовершенствовать микропроцессорную систему управления электропередачей тепловозов введением в систему обратной связи по частоте вращения коленчатого вала дизеля с целью обеспечения минимального удельного расхода топлива тепловозами в эксплуатации.

5. Провести экспериментальные исследования по оценке эффективности использования усовершенствованной микропроцессорной системы управления электропередачей тепловозов.

6. Рассчитать технико-экономический эффект от применения усо­вершенствованной микропроцессорной системы управления электропередачей тепловозов.

Методы исследования. Теоретические исследования проведены на основе математического моделирования на ПЭВМ с использованием пакета универсальных математических программ MathCAD, Mathematica 4, Matlab simulink. Экспериментальные исследования проведены на тепловозах 2ТЭ10М, эксплуатируемых на Западно-Сибирской железной дороге, – филиале ОАО «РЖД».

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана усовершенствованная математическая модель для расчета удельного расхода топлива во всем диапазоне нагрузочных и скоростных режимов работы ДГУ тепловозов.

2. Предложена усовершенствованная методика расчета и выбора оптимальной тепловозной характеристики для микропроцессорных систем управления электропередачей тепловозов.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена использованием современных методов исследования, применением сертифицированных приборов, устройств измерений и анализа ошибок, результатами реостатных испытаний тепловозов 2ТЭ10М в локомотивном депо Карасук Западно-Сибирской железной дороги и положительными результатами внедрения предложенных технических решений. Расхождение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными не превышает 5 %.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Предложенная методика расчета и выбора оптимальной тепловозной характеристики позволяет получить расчетные значения мощности ДГУ в зависимости от частоты вращения коленчатого вала дизеля, обеспечивающие минимальный удельный расход топлива тепловозами в эксплуатации.

2. Определены оптимальные тепловозные характеристики для дизель-гене- раторных установок тепловозов 2ТЭ10М, 2ТЭ116, ТЭМ2.

Реализация результатов работы. Усовершенствованная унифицированная микропроцессорная система управления электропередачей тепловозов (УСТА) внедрена на сети железных дорог России, а также на железных дорогах Белоруссии и Узбекистана.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава» (Омск, 2011); шестой научно-практической конференции «Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте» (Омск, 2012); третьей всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Транспортная инфраструктура Сибирского региона» (Иркутск, 2012); на постоянно действующем научно-техническом семинаре Омского государственного университета путей сообщения «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта, объектов промышленной теплоэнергетики, телекоммуникациионно-информационных систем, автоматики и телемеханики».

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в семи печатных работах, из них три – в изданиях, определенных перечнем ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка из 119 наименований и шести приложений, содержит 186 страниц основного текста, 24 таблицы и 36 рисунков.

ОСНОВНОЕ  СОДЕРЖАНИЕ  РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены объект, цель, задачи и методы исследования, обоснована научная новизна и практическая ценность полученных результатов, отмечается их достоверность, приведены сведения о реализации результатов исследования.

В первом разделе проведен анализ причин неэффективного расхода топлива тепловозами в эксплуатации, показано влияние на него различных факторов.

Силовые установки всех тепловозов значительное время (до 50 % и больше) работают на холостом ходу. В режиме номинальной мощности тепловозы работают до 15 % от суммарного времени. Остальное время приходится на частичные нагрузки.

Установлено, что существенная часть расхода топлива приходиться на частичные нагрузки ДГУ. Так, например, для мощностей, соответствующих 26 50 % от номинальной, тепловозами 2ТЭ10М расходуется до 35, 2ТЭ116 до 34, ТЭМ2 до 34 % от общего расхода топлива, а для мощностей, соответствующих 51 75 % от номинальной, тепловозами 2ТЭ10М расходуется до 50, 2ТЭ116 до 52, ТЭМ2 до 17 % от общего расхода топлива. Распределение расхода топлива в зависимости от режимов работы тепловозов в эксплуатации приведено в табл. 1.

Т а б л и ц а 1

Распределение расхода топлива в зависимости

от режимов работы тепловозов в эксплуатации

Мощность ДГУ, % от Nе

Расход топлива, %

Время работы, %

2ТЭ10М

2ТЭ116

ТЭМ2

2ТЭ10М

2ТЭ116

ТЭМ2

0 – 25

7,01

7,43

22,93

21,20

22,20

26,70

26 – 50

34,72

33,01

33,15

35,16

32,70

31,82

51 – 75

49,07

51,04

16,52

37,41

40,10

20,45

76 – 100

9,20

8,52

27,39

6,23

5,01

21,02

В том числе 100

0,99

0,77

1,41

2,00

1,43

3,98

В общем случае на средних режимах, соответствующих 26 75 % от номинальной мощности тепловозами 2ТЭ10М, 2ТЭ116 и ТЭМ2 расходуется соответственно до 85, 85 и 50 % от общего расхода топлива. Таким образом, при оптимизации тепловозных характеристик необходимо учитывать то, что значительная часть топлива расходуется именно на частичных нагрузках ДГУ.

В процессе эксплуатации необходимо учитывать влияние на работу тепловозов атмосферных условий, так как их изменение существенно влияет на экономичность и надежность ДГУ.

Качество работы ДГУ, в свою очередь, определяется как их техническим состоянием, так и техническими характеристиками, заложенными при разработке тепловозов. Технические характеристики призваны обеспечить наибольшую эффективность энергетической установки тепловоза. Эффективность использования ДГУ принято оценивать по уровню реализуемой мощности и расходу топлива на совершение требуемой работы.

В результате анализа установлено, что снижение среднеэксплуатационной экономичности тепловоза в реальных условиях эксплуатации происходит в основном за счет ухудшения топливной эффективности дизеля, так же значительное влияние на экономичность ДГУ оказывают климатические условия, техническое состояние тепловоза, режимы работы тепловоза, технические характеристики, реализуемые тепловозом.

Существующие системы управления возбуждением тягового генератора тепловозов не позволяют в полной мере реализовать резерв экономичности тепловозов, заложенный в универсальных характеристиках дизель-генераторных установок. Наиболее эффективным техническим средством, позволяющим реализовывать неиспользованные экономические и эксплуатационные возможности современных тепловозов, являются микропроцессорные системы управления электропередачей тепловозов.

На разных этапах развития двигателестроения значительный вклад в повышение топливной экономичности ДГУ тепловозов внесли Коссов Е. Е., Сухопаров С. И., Фофанов Г. А., Кузьмич В. Д., Третьяков А. П., Тартаковский Э. Д., Фуфрянский Н. А., Хомич А. З., Володин А. И. (РОАТ МИИТ), Четвергов В. А., Володин А. И. (ОмГУПС) и др.

Второй раздел посвящен математическому моделированию уровня эксплуатационной экономичности дизель-генераторных установок тепловозов, посредством которого можно расчетным путем найти оптимальную тепловозную характеристику исходя из заданных условий эксплуатации.

На основании универсальной характеристики тепловозных ДГУ составляется таблица зависимости между удельным расходом топлива bе и мощностью дизеля Nе для каждого значения частоты вращения ni (табл. 2). По этим данным строятся зависимости bе от Nе для каждого значения частоты вращения.

Аппроксимирующая функция bе = f (Nе) выбрана в виде:

.                                        (1)

Коэффициенты ао, а1, а2 для каждого значения n определяются с помощью метода наименьших квадратов:

min.                        (2)

Т а б л и ц а 2

Зависимость удельного расхода топлива, мощности дизеля и

частоты вращения тепловозного дизеля

Частота вращения n, мин–1

Уровень удельного расхода топлива bе, г/(кВтч)

bе1

bе2

bе3

bе4

bе5

bе6

...

bеj

Из условия экстремума функционала Ф(а0, а1, а2) получаем систему уравнений для определения коэффициентов а0, а1, а2:

                               (3)

Полученная универсальная характеристика ДГУ, представленная в виде bе = f (Nе), приводит задачу выбора оптимальной тепловозной характеристики к оптимизации по одному параметру.

Получены зависимости расхода топлива от мощности для каждого значения частоты вращения (преобразованная универсальная характеристика дизеля) по каждому типу дизеля, например, для дизеля 10Д100 (рис. 1).

Для расчета и выбора оптимальных тепловозных характеристик ДГУ тепловозов с учетом режимов работы тепловоза используем критерии оптимизации, предложенные в работах Е. Е. Коссова, С. И. Сухопарова, А. И. Володина, Г. А. Фофанова, Хан Рён Ира:

min;  (4)

min;       (5)

min,  (6)

где Pi вероятность работы тепло- ловоза в i-м режиме.                        Рис. 1. Преобразованная универсальная

характеристика дизеля 10Д100

Экономическая характеристика имеет форму кривой, описываемой уравнением второго порядка, поэтому для достижения наибольшей экономичности тепловозную характеристику находим также в виде кривой, описываемой уравнением второго порядка:

.                                        (7)

Уравнение (7) представляет семейство кривых (рис. 2), проходящих через точку Dj (Ne0 j, n0 j) – опорная точка. Предлагаемое уравнение зависит от параметров Ne0 j, n0 j, k1 j, k2 j. В качестве опорной точки Dj (Ne0 j, n0 j) может быть выбрана либо точка D1 (Ne0(1), n0(1)), соответствующая минимальному расходу топлива (be(n) min), либо D2 (Ne0(2), n0(2)), соответствующая режиму малых нагрузок двигателя, либо D3 (Ne0(3), n0(3)), соответствующая номинальному значению мощности Ne.

Рис. 2. Схема выбора опорных точек:

а – D1 – точка минимального удельного расхода топлива;

б – D2 – точка холостого хода; в – D3 – точка номинальной мощности

В соответствии с уравнением (7) можно записать:

.                        (8)

В критерии качества входит величина bei, ее выражение в зависимости от мощности двигателя для каждого значение частоты вращения ni имеет вид:

.                                        (9)

Подставляем в выражение (9) уравнение (8) и получаем:

                       (10)

Вероятность Рi находим по известной функции распределения плотности вероятностей f(Т):

.                                        (11)

где Т – случайная величина, определяющая время работы дизеля в зависимости от частоты вращения ni .

Подставляя выражения (8) – (10) в (4) – (6) для критериев Кэ1, Кэ2, Кэ3 в опорных точках D1, D2, D3 находим параметры k1, k2, уравнения (8) из условия экстремума:

                                               (12)        

Подставляя рассчитанные значения параметров k1, k2 в выражение (8), строим для опорных точек D1, D2, D3 по три кривых, соответствующих критериям Кэ1, Кэ2, Кэ3.

Выбор оптимальной тепловозной характеристики производим по величине математического ожидания удельного расхода топлива. Кривая с наименьшей величиной математического ожидания удельного расхода топлива и будет соответствовать оптимальной тепловозной характеристике.

В результате расчетов для всех трех типов дизелей наиболее оптимальными представляются тепловозные характеристики, рассчитанные по критерию Кэ2, так как эти характеристики имеют наименьшую величину математического ожидания удельного расхода топлива (рис. 3).

Сравнение оптимальной тепловозной характеристики, рассчитанной по критерию Kэ2, с тепловозной характеристикой, настраиваемой в соответствии с техническими требованиями на тепловоз, производится также по величине математического ожидания удельного расхода топлива.

Данная методика применима для любых типов ДГУ тепловозов с электропередачей.

Третий раздел посвящен усовершенствованию микропроцессорной системы управления электропередачей тепловозов.

Особенностями микропроцессорных систем является их универсальность, возможность расширения функций при усложнении законов регулирования управляемого объекта и алгоритмов его функционирования без изменения аппаратной части. Аппаратура микропроцессорных систем управления осуществляет прием информации от датчиков или командных устройств, логическую обработку этой информации в заданной последовательности и вывод полученных результатов для управления исполнительными устройствами.

Рис. 3. Оптимальные тепловозные характеристики:

для дизелей 10Д100 (а); Д49 (б); ПД1М (в); внешние (А) и экономические (В) характеристики; 1 – тепловозная характеристика, рассчитанная по критерию Kэ2

В диссертации описаны конструктивные особенности системы и основные функции, выполняемые системой на тепловозе.

Структурная схема микропроцессорной системы управления электропередачей тепловозов (МСУ ЭПТ) приведена на рис. 4.

Отсутствие в системе сигнала обратной связи по частоте вращения коленчатого вала дизеля приводило к ряду недостатков, таких как неустойчивая работа ДГУ, перегрузка дизеля, повышенный расход топлива. В случае отсутствия в МСУ ЭПТ сигнала обратной связи по частоте вращения коленчатого вала дизеля происходит следующий процесс.

Рис. 4. Структурная схема системы автоматического регулирования возбуждения тягового генератора

На рис. 4 обозначено: ВГ – вспомогательный генератор; ШИМ – ключ широтно-импульсного модулятора; В – возбудитель; Г – тяговый генератор; ТЭД 1 – 6 – тяговые электродвигатели; БДС – блок диодов сравнения; – сумматор тока ТЭД; ДМС – датчик максимального сигнала (датчик боксования); ДНг – датчик напряжения тягового генератора; ДТг – датчик тока тягового генератора; ДТв.г – датчик тока возбуждения тягового генератора; КМ – контроллер машиниста; КВ – контактор воз

буждения; ТУП – тумблер управления контакторами ослабления поля возбуждения ТЭД; ПК – последовательный канал RS232C; ВШ1, ВШ2 – контакторы ослабления поля возбуждения ТЭД 1-й и 2-й ступени; РВ5 – реле защиты ТГ от превышения максимального тока и тока короткого замыкания; ИД – индуктивный датчик; Д – дизель; Uв.г – напряжение бортовой сети; Iв.в – ток возбуждения возбудителя; Iв.г – ток возбуждения тягового генератора; Uг – напряжение тягового генератора; I1 – I6 – токи якоря ТЭД; Iг – ток тягового генератора; hИД – сигнал о положении штока индуктивного датчика.

При увеличении нагрузки на главный генератор снижаются частота вращения коленчатого вала дизеля и напряжение главного генератора. Система определяет необходимость снижения мощности главного генератора и увеличивает его возбуждение, дополнительно повышая при этом нагрузку на дизель. В случае если у ДГУ нет достаточного запаса мощности, частота вращения коленчатого вала дизеля продолжает снижаться. Регулятор дизеля начинает увеличивать подачу топлива в цилиндры дизеля. В определенный момент, когда мощности дизеля будет достаточно, чтобы преодолеть нагрузку, происходит резкое увеличение частоты вращения коленчатого вала дизеля, при этом система управления уменьшает ток возбуждения главного генератора, способствуя еще большему увеличению частоты вращения коленчатого вала дизеля.

Таким образом, при отсутствии обратной связи по частоте вращения коленчатого вала дизеля система работает неустойчиво, что может приводить к колебательным процессам частоты вращения коленчатого вала дизеля и перегрузке дизеля.

В связи с тем, что при подборе датчика частоты вращения коленчатого вала дизеля возникают сложности с выбором типа датчика, удовлетворяющего требованиям точности и надежности, было принято решение определять частоту вращения коленчатого вала дизеля расчетным методом по параметрам электрических машин. Для этого был дополнительно установлен датчик тока возбуждения генератора ДТв.г, аналогичный датчикам тока и напряжения, применяемым в системе управления (см. рис. 4).

Расчет частоты вращения коленчатого вала дизеля по величине напряжения и тока тягового генератора и тока возбуждения тягового генератора осуществляется по формуле:

                                       (13)

где        Uг и Iг – напряжение и ток тягового генератора; CеФ – коэффициент магнитного потока тягового генератора; nд – частота вращения коленчатого вала дизеля; R – сумма активных сопротивлений обмоток тяговых двигателей и подводящих проводов.

Величина CеФ, или, что то же самое, (Е/nд), – величина паспортная и к каждой электрической машине постоянного тока придается в виде семейства кривых: функции от тока возбуждения генератора и тока его нагрузки.

Таким образом, чтобы определить частоту вращения вала дизеля, необходимо по измеренному току возбуждения генератора и току генератора определить величину CеФ1 (рис. 5).

Кривые CеФ аппроксимируются для двух крайних случаев (Iг= 0 и Iг= Iг max) уравнением линии второго порядка:

CеФ0= а0+а01 Iв.г+а02 Iв.г2,                                        (14)

CеФm= аm+ аm1 Iв.г+ аm2 Iв.г2.                                        (15)

Полагая реакцию якоря тягового генератора линейной функцией от тока генератора, получаем:

CеФ = CеФ0 – (CеФ0 – CеФm)Iг /Iг max .                        (16)

Далее по выражению (13) вычисляем частоту вращения коленчатого вала дизеля:

.                                (17)

В связи с введением в МСУ ЭПТ сигнала обратной связи по частоте вращения коленчатого вала дизеля в алгоритм работы системы введен дополнительный участок для расчета частоты вращения коленчатого вала дизеля и мощности тягового генератора в зависимости от частоты вращения коленчатого вала дизеля (рис. 6).

Рис. 5. Диаграмма изменения тока

возбуждения генератора в зависимости от коэффициента магнитного потока генератора

Рис. 6. Участок расчета частоты вращения коленчатого вала дизеля алгоритма работы МСУ ЭПТ

В третьем разделе приведены требования к датчикам микропроцессорной системы управления электропередачей тепловозов.

В четвертом разделе приведены результаты испытаний унифицированной микропроцессорной системы управления электропередачей тепловоза.

Испытания тепловозов 2ТЭ10М, оборудованных системой УСТА, проводились на станции реостатных испытаний локомотивного депо Карасук Западно-Сибирской железной дороги.

На тепловозах типа 2ТЭ10М система УСТА выполняет следующие функции:

регулирует мощность тягового генератора в зависимости от частоты вращения коленчатого вала дизеля в соответствии с установленной нагрузочной характеристикой дизель-генератора;

обеспечивает внешние характеристики тягового генератора при фиксированной частоте вращения коленчатого вала дизеля;

автоматически снижает и ограничивает мощность тягового генератора при отключении части тяговых двигателей;

управляет работой контакторов ослабления возбуждения тяговых двигателей по заданным параметрам прямого и обратного переходов, при этом во время срабатывания контакторов происходит программное снижение напряжения тягового генератора исключающее перегрузку дизеля;

обеспечивает защиту тягового генератора от внешних токов короткого замыкания и от превышения тока тягового генератора свыше 7200 А или напряжения более 850 В;

управляет работой защиты тепловоза от боксования тяговых двигателей;

ограничивает ток и напряжение тягового генератора для каждой позиции контроллера машиниста;

согласует эффективную мощность дизеля с потребляемой мощностью нагрузок в зависимости от положения индуктивного датчика.

При модернизации тепловозов 2ТЭ10М в высоковольтную камеру каждой секции тепловоза устанавливается электронный блок регулирования УСТА, при этом демонтируется значительная часть электрического оборудования: магнитный усилитель АВ-ЗАМУЗ; выключатель ВА63-32; блоки выпрямителей БВК-450УЗ, БВК-471УЗ; подвозбудитель ВС-652У2; блок тахометрический БА-420УЗ; выпрямитель возбуждения  уравнительный ВВУ-УЗ; реле РК-221, РЭВ-813ТУХЛЗ, РД-301УЗ; трансформаторы ТПТ-21УХЛЗ, ТР-23УЗ, ТПТ-22УХЛ3, ТПН-61УХЛ3, ТС-2УЗ; панели с сопротивлениями ПС-50232УХЛЗ, ПС-50418УХЛЗ, ПС-50126УХЛЗ, ПС-50417УХЛЗ, ПС-40601УХЛЗ, ПС-50125УХЛЗ, ПС-50416УХЛЗ и др.

В случае выхода из строя оборудования системы УСТА при установке аварийного переключателя в аварийный режим в работу вступает штатная схема аварийного возбуждения тягового генератора.

Для расчета частоты вращения коленчатого вала дизеля по параметрам электрических машин в систему дополнительно был введен датчик тока возбуждения генератора ДТв.г, аналогичный датчикам тока и напряжения генератора, используемым в системе.

Свободная мощность дизеля в зависимости от отбора мощности на привод вспомогательного оборудования определяется положением индуктивного датчика.

Тепловозные характеристики на тепловозах 2ТЭ10М оборудованных системой УСТА, формируются следующим образом. Мощность тягового генератора на первых трех позициях контроллера машиниста задается системой УСТА таблично и не зависит от частоты вращения коленчатого вала дизеля. Мощность тягового генератора выше третьей позиции рассчитывается в соответствии с частотой вращения коленчатого вала дизеля и положением штока индуктивного датчика по формуле:

,                        (18)

где Uid – сигнал о положении индуктивного датчика, величина которого зависит от отбора мощности на привод вспомогательного оборудования.

В процессе испытаний тепловозов 2ТЭ10М, оборудованных системой УСТА с оптимальной тепловозной характеристикой, были получены следующие результаты (рис. 7):

оптимальные тепловозные характеристики, полученные во время испытаний, находятся в расчетном диапазоне;

при работе по оптимальной тепловозной характеристике перегрузки дизеля не наблюдалось;

время выхода на номинальную мощность не превышало допустимых пределов; в процессе испытаний получено снижение расхода топлива на 0,51 %;

расхождения результатов испытаний с расчетными характеристиками не превысили 5 %.

Рис. 7. Результаты испытаний тепловозов 2ТЭ10М, оборудованных системой УСТА

с оптимальной тепловозной характеристикой

По результатам испытаний оптимальная тепловозная характеристика, рассчитанная по предложенной методике, рекомендована для использования в унифицированной микропроцессорной системе управления электропередачей тепловозов 2ТЭ10М.

На рис. 7 обозначено: Pг min и Pг max – минимальная и максимальная мощность тягового генератора  в зависимости от

положения индуктивного датчика; Uid – диапазон изменения положений индуктивного датчика; 1 – 8 – обобщенные тепловозные характеристики, полученные при испытаниях.

В четвертом разделе приведена также оценка экономической эффективности применения системы УСТА с оптимальной тепловозной характеристикой на тепловозах 2ТЭ10М.

Применение на тепловозах 2ТЭ10М усовершенствованной унифицированной микропроцессорной системы управления электропередачей тепловоза обеспечивает экономический эффект в размере 347,7 тыс. р. в год при сроке окупаемости в 1,2 года.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы по диссертационной работе.

ОСНОВНЫЕ  РЕЗУЛЬТАТЫ  И  ВЫВОДЫ

1. Существующие системы управления возбуждением тягового генератора тепловозов не позволяют в полной мере реализовать резерв экономичности тепловозов, заложенный в универсальных характеристиках дизель-генераторных установок.

2. Существующая система эксплуатации локомотивов связана с частой сменой скоростного, нагрузочного и температурного режимов работы и требует постоянной корректировки мощности в зависимости от частоты вращения коленчатого вала дизеля с учетом минимизации расхода топлива тепловозами в эксплуатации.

3. Разработана усовершенствованная математическая модель для расчета удельного расхода топлива во всем диапазоне нагрузочных и скоростных режимов работы ДГУ тепловозов.

4. Предложена усовершенствованная методика выбора оптимальной тепловозной характеристики для микропроцессорных систем управления электропередачей тепловозов.

5. Усовершенствованна микропроцессорная система управления электропередачей тепловозов, обеспечивающая минимальный удельный расход топлива тепловозами в эксплуатации.

6. При проведении экспериментальных исследований установлено, что при использовании усовершенствованной унифицированной микропроцессорной системы управления электропередачей тепловозов происходит снижение расхода топлива на 3,1 %.

7. При расчете технико-экономического эффекта установлено, что применение на тепловозах 2ТЭ10М системы УСТА обеспечивает экономический эффект в размере 347,7 тыс. р. в год при сроке окупаемости в 1,2 года.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в изданиях, определенных перечнем ВАК Минобрнауки

1. К и р ь я к о в М. Н. Расчет оптимальной тепловозной характеристики дизеля / М. Н. К и р ь я к о в // Транспорт Урала. 2011. № 2 (29). С. 71 – 74.

2. К и р ь я к о в М. Н. Оптимизация тепловозной характеристики дизеля для микропроцессорных систем управления электропередачей тепловоза / М. Н. К и р ь я к о в // Известия Транссиба. 2012. № 1 (9). С. 12 – 19.

3. В о л о д и н А. И. Применение микропроцессорных систем управления электропередачей тепловозов для реализации оптимальных режимов работы дизелей / А. И. В о л о д и н, С. В. С е р г е е в, М. Н. К и р ь я к о в // Известия Транссиба. 2012. № 3 (11). С. 18 – 23.

Статьи в прочих изданиях

4. В о л о д и н А. И. Выбор критериев оптимизации универсальных характеристик дизель-генераторной установки тепловозов типа ТЭ10 /А. И. В о - л о д и н, Ю. Н. Х м е л ь н и ц к и й, М. Н. К и р ь я к о в // Повышение эффективности использования и совершенствование технического обслуживания и ремонта локомотивов: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. С. 64 – 67.

5. В о л о д и н А. И. Расчет экономической характеристики тепловозных дизелей / А. И. В о л о д и н, М. Н. К и р ь я к о в // Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава: Материалы всерос. науч.-техн. конф. с международным участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2011. С. 290 – 293.

6. К и р ь я к о в М. Н. Использование критериев оптимизации универсальных характеристик ДГУ тепловозов для расчета оптимальной тепловозной характеристики/ М. Н. К и р ь я к о в, Ю. Н. Х м е л ь н и ц к и й, О. В. И г н а-  о в // Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте: Материалы науч.-техн. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2012. С. 146 – 148.

7. К и р ь я к о в М. Н. Сравнительные испытания тепловоза ТЭ10, оборудованного системой УСТА с оптимизированной тепловозной характеристикой / М. Н. К и р ь я к о в, Ю. Н. Х м е л ь н и ц к и й, Б. В. М у с а т к и- н а // Транспортная инфраструктура Сибирского региона: Материалы всерос. науч.-техн. конф. с международным участием/ Иркутский гос. ун-т путей сообщения. Иркутск, 2012. С. 438 – 444.

Типография ОмГУПСа. 2012. Тираж 100 экз. Заказ

644046, г. Омск, пр. Маркса, 35

 



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.