Підвищення енергоефективності ведення вантажних поїздів тепловозами
Loading...
Date
2017
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Abstract
UKR: Дисертаційна робота присвячена зниженню експлуатаційних витрат на тягу поїздів за рахунок вибору економічно обґрунтованих індивідуальних режимів ведення. В роботі, за допомогою імітаційної математичної моделі поїзда, вирішено задачу визначення раціонального керування локомотивом для окремих фаз руху та
визначено відповідні функціональні залежності. Функції раціонального керування дають змогу обчислювати енергозаощаджуючу траєкторію руху поїзда без врахування графікового часу. Також, використовуючи метод локальних варіацій, рівняння руху поїзда розв’язано у вигляді залежності співвідношення витрати енергоресурсів – часу ходу поїзда, що дає змогу враховувати графік руху поїздів. Для можливості застосування методу визначення індивідуальних раціональних
режимів ведення в бортових системах розроблено апаратне забезпечення обробки тягових параметрів локомотива. Результати порівняння тягових розрахунків, виконаних за алгоритмами
розрахунку індивідуальних раціональних режимів з тяговими розрахунками, виконаними за іншими методами та фактичними даними поїздок свідчать про те, що ефективність використання розглянутих в роботі алгоритмів складає 2-12 %.
RUS: На сегодняшний день Укрзализныця является одним из крупнейших потребителей энергоресурсов в Украине. В условиях постоянного роста стоимости топливно-энергетических ресурсов возникает необходимость анализа и научного обоснования режимов управления локомотивом, их рационализации, расчета индивидуальных энергосберегающих режимных карт, корректирования графиков движения поездов. Целью диссертационной работы является снижение эксплуатационных расходов на перемещение поезда по участку за счет выбора экономически обоснованных индивидуальных режимов ведения. Объект исследования – процесс движения поезда по участку. Предмет исследования – режим ведения поезда. Для достижения поставленной цели использованы современные методы математического моделирования. При моделировании работы дизеля применены методы интерполяции и аппроксимации. Электрическая часть передачи тепловоза смоделирована в пакете символьных вычислений «Maple» с применением метода имитационного моделирования. Движение поезда смоделировано с помощью методов системного анализа, численных методов решения дифференциальных уравнений; точность и адекватность проверена методами численного решения дифференциальных уравнений: классического, Рунге-Кутты-Фельберга, Розенброка. Определение энергосберегающих режимов управления выполнено методами равномерного поиска, итераций, нелинейного программирования и локальных вариаций. В диссертации получены новые научно обоснованные результаты, которые решают научную задачу повышения энергоэффективности ведения грузовых поездов тепловозами, что имеет существенное значение для железнодорожного транспорта. Научная новизна полученных результатов заключается в следующем: – впервые определены функции двух переменных рационального режима управления тяговым подвижным составом для отдельных фаз движения, которые позволяют получить энергосберегающую траекторию движения поезда за одну итерацию за счет предварительно определенных рациональных соотношений масса состава – уклон – позиция управления и масса состава – уклон – скорость движения. – усовершенствован метод выполнения тяговых расчетов за счет вычисления вариативных траекторий движения, который позволяет получить решение уравнения движения поезда в виде зависимости время хода поезда – расход энергоресурсов; – получил дальнейшее развитие метод определения распределения времени хода поезда по перегонам на основании рациональных равномерных скоростей, что позволило вычислять энергосберегающую траекторию движения поезда с учетом графиков движения; – получил дальнейшее развитие метод решения уравнения движения поезда с определением энергосберегающих режимов за счет использования метода локальных вариаций, который позволил получить минимальный расход энергоресурсов при условии ограничения времени хода поезда; – получил дальнейшее развитие метод усреднения уклонов за счет учета распределения массы по длине поезда и рационального интервала решения уравнения потенциальной энергии поезда, что позволило более точно учитывать ускоряюще-замедляющие силы; – определены рациональные пределы применения и значения шага переменных интегрирования уравнения движения поезда, что позволило уменьшить количество вычислений без потери точности расчетов. На основании полученных методов, методик алгоритмов, программного и аппаратного обеспечения созданы: методика определения энергосберегающего режима управления локомотивом, которая позволяет рассчитывать рациональное управление в отдельных фазах движения зависимо от серии тепловоза, массы состава и профиля пути; программный комплекс для расчета индивидуальных режимных карт энергосберегающего ведения поездов для определенного участка и массы состава, который позволяет экономить до 12 % топливных ресурсов; аппаратный комплекс регистрации тяговых параметров локомотива для возможности применения программного комплекса в бортовой системе локомотива. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и приложений, содержит 156 страниц, включая 126 страниц основного текста, 56 рисунков, 17 таблиц и список использованных источников из 145 наименований на 16 страницах, 10 приложений на 15 страницах. Во введении приведена общая характеристика работы и обоснование актуальности темы диссертационной работы. В первом разделе определено, что задача выбора рациональных режимов управления тяговым подвижным составом (ТПС) решена не в полном объеме. Определены основные направления исследований: оптимизация режимов движения поездов; автоматизация и организация управляющей деятельности машиниста. Во втором разделе рассмотрен процесс перемещения поезда по участку. Для проведения исследований построена имитационная модель движения поезда, в которой поезд рассматривается как цепь с распределенной массой. Предложено усреднение уклонов профиля пути по длине поезда с учетом распределения массы состава и локомотива. При решении уравнения движения поезда предложено условием выбора шага переменных интегрирования исходить из равенства расстояний между смежными точками траектории движения поезда в координатах скорость – путь. Создана имитационную модель движения поезда, проверена ее точность и адекватность. В третьем разделе сформированы условие рациональности режима и целевая функция. Для отдельных фаз движения поезда, а именно трогания и разгона, тяги, выбега и торможения определены функции рационального управления. В четвертом разделе выполнена разработка аппаратно-программного комплекса регистрации тяговых параметров локомотива. В пятом разделе проведены экспериментальные исследования аппаратной и программной частей комплекса индивидуальных рациональных режимов ведения. В шестом разделе выполнено технико-экономическое обоснование внедрения рациональных режимов ведения.
ENG: Dissertation is devoted to the operating reduce train traction expenses by choosing economically justified conduct of the individual regimes. In this paper, using a mathematical simulation model trains, solved the problem of the definition of rational management locomotive for the individual phases of motion and compiled relevant functional dependencies. rational management energy-saving functions allow you to calculate the trajectory of train movement, excluding the timetable. Also, using the method of local variations, equation of train movement is solved in a dependency ratio of fuel consumption – the time of train movement, which allows to take into account the schedule of trains. For the possibility of using method of definition the individual modes of rational conduct in onboard systems the hardware has been developed to process locomotive parameters. The results of the comparison of traction calculations performed by the calculation algorithms of individual rational regimes of traction calculations made by other methods and the actual travel data indicate that the efficiency of the algorithms discussed in amounts of 2-12%.
RUS: На сегодняшний день Укрзализныця является одним из крупнейших потребителей энергоресурсов в Украине. В условиях постоянного роста стоимости топливно-энергетических ресурсов возникает необходимость анализа и научного обоснования режимов управления локомотивом, их рационализации, расчета индивидуальных энергосберегающих режимных карт, корректирования графиков движения поездов. Целью диссертационной работы является снижение эксплуатационных расходов на перемещение поезда по участку за счет выбора экономически обоснованных индивидуальных режимов ведения. Объект исследования – процесс движения поезда по участку. Предмет исследования – режим ведения поезда. Для достижения поставленной цели использованы современные методы математического моделирования. При моделировании работы дизеля применены методы интерполяции и аппроксимации. Электрическая часть передачи тепловоза смоделирована в пакете символьных вычислений «Maple» с применением метода имитационного моделирования. Движение поезда смоделировано с помощью методов системного анализа, численных методов решения дифференциальных уравнений; точность и адекватность проверена методами численного решения дифференциальных уравнений: классического, Рунге-Кутты-Фельберга, Розенброка. Определение энергосберегающих режимов управления выполнено методами равномерного поиска, итераций, нелинейного программирования и локальных вариаций. В диссертации получены новые научно обоснованные результаты, которые решают научную задачу повышения энергоэффективности ведения грузовых поездов тепловозами, что имеет существенное значение для железнодорожного транспорта. Научная новизна полученных результатов заключается в следующем: – впервые определены функции двух переменных рационального режима управления тяговым подвижным составом для отдельных фаз движения, которые позволяют получить энергосберегающую траекторию движения поезда за одну итерацию за счет предварительно определенных рациональных соотношений масса состава – уклон – позиция управления и масса состава – уклон – скорость движения. – усовершенствован метод выполнения тяговых расчетов за счет вычисления вариативных траекторий движения, который позволяет получить решение уравнения движения поезда в виде зависимости время хода поезда – расход энергоресурсов; – получил дальнейшее развитие метод определения распределения времени хода поезда по перегонам на основании рациональных равномерных скоростей, что позволило вычислять энергосберегающую траекторию движения поезда с учетом графиков движения; – получил дальнейшее развитие метод решения уравнения движения поезда с определением энергосберегающих режимов за счет использования метода локальных вариаций, который позволил получить минимальный расход энергоресурсов при условии ограничения времени хода поезда; – получил дальнейшее развитие метод усреднения уклонов за счет учета распределения массы по длине поезда и рационального интервала решения уравнения потенциальной энергии поезда, что позволило более точно учитывать ускоряюще-замедляющие силы; – определены рациональные пределы применения и значения шага переменных интегрирования уравнения движения поезда, что позволило уменьшить количество вычислений без потери точности расчетов. На основании полученных методов, методик алгоритмов, программного и аппаратного обеспечения созданы: методика определения энергосберегающего режима управления локомотивом, которая позволяет рассчитывать рациональное управление в отдельных фазах движения зависимо от серии тепловоза, массы состава и профиля пути; программный комплекс для расчета индивидуальных режимных карт энергосберегающего ведения поездов для определенного участка и массы состава, который позволяет экономить до 12 % топливных ресурсов; аппаратный комплекс регистрации тяговых параметров локомотива для возможности применения программного комплекса в бортовой системе локомотива. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и приложений, содержит 156 страниц, включая 126 страниц основного текста, 56 рисунков, 17 таблиц и список использованных источников из 145 наименований на 16 страницах, 10 приложений на 15 страницах. Во введении приведена общая характеристика работы и обоснование актуальности темы диссертационной работы. В первом разделе определено, что задача выбора рациональных режимов управления тяговым подвижным составом (ТПС) решена не в полном объеме. Определены основные направления исследований: оптимизация режимов движения поездов; автоматизация и организация управляющей деятельности машиниста. Во втором разделе рассмотрен процесс перемещения поезда по участку. Для проведения исследований построена имитационная модель движения поезда, в которой поезд рассматривается как цепь с распределенной массой. Предложено усреднение уклонов профиля пути по длине поезда с учетом распределения массы состава и локомотива. При решении уравнения движения поезда предложено условием выбора шага переменных интегрирования исходить из равенства расстояний между смежными точками траектории движения поезда в координатах скорость – путь. Создана имитационную модель движения поезда, проверена ее точность и адекватность. В третьем разделе сформированы условие рациональности режима и целевая функция. Для отдельных фаз движения поезда, а именно трогания и разгона, тяги, выбега и торможения определены функции рационального управления. В четвертом разделе выполнена разработка аппаратно-программного комплекса регистрации тяговых параметров локомотива. В пятом разделе проведены экспериментальные исследования аппаратной и программной частей комплекса индивидуальных рациональных режимов ведения. В шестом разделе выполнено технико-экономическое обоснование внедрения рациональных режимов ведения.
ENG: Dissertation is devoted to the operating reduce train traction expenses by choosing economically justified conduct of the individual regimes. In this paper, using a mathematical simulation model trains, solved the problem of the definition of rational management locomotive for the individual phases of motion and compiled relevant functional dependencies. rational management energy-saving functions allow you to calculate the trajectory of train movement, excluding the timetable. Also, using the method of local variations, equation of train movement is solved in a dependency ratio of fuel consumption – the time of train movement, which allows to take into account the schedule of trains. For the possibility of using method of definition the individual modes of rational conduct in onboard systems the hardware has been developed to process locomotive parameters. The results of the comparison of traction calculations performed by the calculation algorithms of individual rational regimes of traction calculations made by other methods and the actual travel data indicate that the efficiency of the algorithms discussed in amounts of 2-12%.
Description
Д. Кислий: ORCID 0000-0002-4427-894X
Захист – 26 травня 2017 р., Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Захист – 26 травня 2017 р., Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Keywords
тягові розрахунки, режим ведення, енергозаощадження, ресурсозбереження, оптимізація, фази руху поїзда, енергоефективність, тяговые расчеты, режим ведения, энергосбережение, ресурсосбережение, оптимизация, фазы движения поезда, энергоэффективность, traction calculation, mode driving, energy saving, resource conservation, optimization, phase of train motion, energy efficiency, КЛ
Citation
Кислий Д. М. Підвищення енергоефективності ведення вантажних поїздів тепловозами : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.22.07. Дніпро, 2017. 21 с.