Визначення раціонального ряду потужностей пасажирських електровозів для залізниць України
Loading...
Date
2010
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
UK: Дисертація присвячена підвищенню ефективності пасажирських перевезень на залізницях України. В результаті виконаних наукових досліджень в роботі отримано наступне: встановлено взаємозв’язок параметрів номінального режиму пасажирських електровозів з параметрами перевізного процесу; розроблено методику визначення керуючих параметрів в рівнянні руху пасажирського поїзда, причому маса електровоза і состава в дане рівняння не входять; розроблено методику визначення раціональної градації ряду потужностей пасажирських електровозів для випадку коли на зоні обслуговування використовуються електровози різних швидкісних категорій. Використання розроблених методик дало змогу визначити раціональний ряд потужностей пасажирських електровозів для залізниць України. Для забезпечення технічної швидкості руху поїздів на рівні 110 км/год потужність тягового модуля становить 4800 кВт, а ряд потужностей – одно- і двосекційні тягові зчепи потужністю 4800 і 9600 кВт. Для реалізації технічної швидкості 135 км/год потужність тягового модуля повинна становити 6400 кВт, а пасажирський рух буде забезпечуватися за рахунок вводу в експлуатацію одно- і двосекційних тягових зчепів потужністю 6400 і 12800 кВт. Запропонований в роботі ряд потужностей за попередніми оцінками забезпечить економію коштів на відновлення і утримання локомотивного парку до 8 %.
RU: Диссертация посвящена повышению эффективности пассажирских перевозок на железных дорогах Украины. Проведенный аналитический обзор известных работ показал, что для решения поставленной задачи можно использовать подходы, разработанные применительно к тяговым средствам для грузового движения, однако реализация их применительно к пассажирским электровозам требует решения ряда самостоятельных задач. Основными внешними параметрами пассажирских электровозов являются мощность и скорость движения номинального режима. Вместе с тем ряд их важнейших эксплуатационных характеристик зависит от пусковой скорости, пусковой силы тяги и остаточного ускорения при конструкционной скорости. Поэтому решение задачи определения номинальной мощности сводится к моделированию взаимосвязи рационального сочетания этих параметров. Кроме того, решение таких задач неизбежно требует производства тяговых расчетов. В связи с этим возникает необходимость в разработке методик определения управляющих параметров уравнения движения поезда при неизвестных тяговых и токовых характеристиках. Для решения поставленных задач получены аналитические выражения для определения мощности номинального режима пассажирских электровозов, анализ которых показывает, что при заданной массе соства задача определения оптимальной скорости номинального режима сводится к определению пусковой скорости. Выражения для номинальной мощности в качестве параметров включают относительные величины пусковой скорости и пусковой силы тяги, а также отношение массы электровоза к массе состава. Как показал анализ параметров существующих электровозов, при решении практических задач коэффициенты kv и kf (относительные величины пусковой скорости и пусковой силы тяги) могут быть приняты равными 0,85 и 1,7. Коэффициент kP (отношение массы электровоза к массе состава) предлагается устанавливать из условия реализации при пусковой скорости расчетного коэффициента сцепления. Анализ полученной для этого случая аналитической зависимости показал, что основными параметрами, определяющими массу электровоза при фиксированной массе состава, являются: тип тягового привода и ускорение поезда при пусковой скорости. Для решения практических задач предложена аппроксимация этой зависимости квадратичной параболой. Специфика определения управляющих параметров уравнения движения в задачах тягового обеспечения состоит в отсутствии тяговых характеристик и данных о величине массы электровоза. В диссертации эта задача решена за счет ввода в рассмотрение параметра kP и использования универсальных тяговых характеристик, полученных для электровозов с коллекторными тяговыми двигателями постоянного и пульсирующего тока, а также с асинхронным тяговым приводом. В результате предложены аналитические выражения для определения основного удельного сопротивления движению и предельной тяговой характеристики для всех зон регулирования мощности основных типов тяговых приводов. Основной особенностью полученных выражений для определения управляющих параметров уравнения движения является то, что они не включают в качестве параметра массу состава и электровоза. Это дает возможность решение поставленной задачи базировать на результатах тяговых расчетов. В работе была усовершенствована методика определения оптимальной скорости движения номинального режима электровозов. Указанная методика была применена при определении оптимальных параметров перспективных пассажирских электровозов для железных дорог Украины. В результате получены рекомендации для ЭПС с коллекторным приводом (постоянного и пульсирующего тока), а также с асинхронным тяговым приводом. В частности, в последнем случае установлено, что для реализации технической скорости 135 км/ч, которая предусмотрена планом развития пассажирских перевозок Укрзализныци, в случае применения асинхронного привода, нужны электровозы с vн = 85 км/ч и Nн ≈ 10 кВт/т. Эти рекомендации приняты Укрзализныцею при составлении технических требований на электровозы ДС4 и ДС5. В работе была разработана методика определения рациональной градации мощностного ряда пассажирских электровозов для случая когда на зоне обслуживания поездов используются электровозы разных скоростных категорий. В качестве показателей оптимизации мощностного ряда принят минимум избыточной мощности парка электровозов и кратности тяги. Кроме того предполагается, что при формировании тяговых сцепов используются однотипные тяговые модули. Для основных направлений железных дорог Украины получены статистические распределения составностей пассажирских поездов и потребных мощностей номинального режима пассажирских электровозов. Расчеты показали, что для вождения пассажирских поездов с технической скоростью движения 110 км/ч мощность тягового модуля должна составлять 4800 кВт, а мощностной ряд тяговых средств будет состоять из одно- и двухсекционных тяговых модулей мощностью 4800 и 9600 кВт. Для реализации в перспективе технической скорости 135 км/ч мощность тягового модуля должна составлять 6400 кВт, а пассажирское движение будет обеспечиваться за счет ввода в эксплуатацию одно- и двухсекционных тяговых сцепов мощностью 6400 и 12800 кВт. Предложенный в работе мощностной ряд по предварительным оценкам обеспечит экономию средств на обновление и содержание локомотивного парка до 8 %.
EN: Dissertation is devoted to increase the efficiency of passenger transportations on the railways of Ukraine. As a result of the executed scientific researches, the following is in-process got: intercommunication of parameters of the nominal mode of passenger electric locomotives is set with the parameters of vehicular process; the method of determination of optimum rate of movement of the nominal mode is improved; the method of determination of rational gradation of powerful row of passenger electric locomotives is developed for a case when on the area of service the electric locomotives of different speed categories are used.
RU: Диссертация посвящена повышению эффективности пассажирских перевозок на железных дорогах Украины. Проведенный аналитический обзор известных работ показал, что для решения поставленной задачи можно использовать подходы, разработанные применительно к тяговым средствам для грузового движения, однако реализация их применительно к пассажирским электровозам требует решения ряда самостоятельных задач. Основными внешними параметрами пассажирских электровозов являются мощность и скорость движения номинального режима. Вместе с тем ряд их важнейших эксплуатационных характеристик зависит от пусковой скорости, пусковой силы тяги и остаточного ускорения при конструкционной скорости. Поэтому решение задачи определения номинальной мощности сводится к моделированию взаимосвязи рационального сочетания этих параметров. Кроме того, решение таких задач неизбежно требует производства тяговых расчетов. В связи с этим возникает необходимость в разработке методик определения управляющих параметров уравнения движения поезда при неизвестных тяговых и токовых характеристиках. Для решения поставленных задач получены аналитические выражения для определения мощности номинального режима пассажирских электровозов, анализ которых показывает, что при заданной массе соства задача определения оптимальной скорости номинального режима сводится к определению пусковой скорости. Выражения для номинальной мощности в качестве параметров включают относительные величины пусковой скорости и пусковой силы тяги, а также отношение массы электровоза к массе состава. Как показал анализ параметров существующих электровозов, при решении практических задач коэффициенты kv и kf (относительные величины пусковой скорости и пусковой силы тяги) могут быть приняты равными 0,85 и 1,7. Коэффициент kP (отношение массы электровоза к массе состава) предлагается устанавливать из условия реализации при пусковой скорости расчетного коэффициента сцепления. Анализ полученной для этого случая аналитической зависимости показал, что основными параметрами, определяющими массу электровоза при фиксированной массе состава, являются: тип тягового привода и ускорение поезда при пусковой скорости. Для решения практических задач предложена аппроксимация этой зависимости квадратичной параболой. Специфика определения управляющих параметров уравнения движения в задачах тягового обеспечения состоит в отсутствии тяговых характеристик и данных о величине массы электровоза. В диссертации эта задача решена за счет ввода в рассмотрение параметра kP и использования универсальных тяговых характеристик, полученных для электровозов с коллекторными тяговыми двигателями постоянного и пульсирующего тока, а также с асинхронным тяговым приводом. В результате предложены аналитические выражения для определения основного удельного сопротивления движению и предельной тяговой характеристики для всех зон регулирования мощности основных типов тяговых приводов. Основной особенностью полученных выражений для определения управляющих параметров уравнения движения является то, что они не включают в качестве параметра массу состава и электровоза. Это дает возможность решение поставленной задачи базировать на результатах тяговых расчетов. В работе была усовершенствована методика определения оптимальной скорости движения номинального режима электровозов. Указанная методика была применена при определении оптимальных параметров перспективных пассажирских электровозов для железных дорог Украины. В результате получены рекомендации для ЭПС с коллекторным приводом (постоянного и пульсирующего тока), а также с асинхронным тяговым приводом. В частности, в последнем случае установлено, что для реализации технической скорости 135 км/ч, которая предусмотрена планом развития пассажирских перевозок Укрзализныци, в случае применения асинхронного привода, нужны электровозы с vн = 85 км/ч и Nн ≈ 10 кВт/т. Эти рекомендации приняты Укрзализныцею при составлении технических требований на электровозы ДС4 и ДС5. В работе была разработана методика определения рациональной градации мощностного ряда пассажирских электровозов для случая когда на зоне обслуживания поездов используются электровозы разных скоростных категорий. В качестве показателей оптимизации мощностного ряда принят минимум избыточной мощности парка электровозов и кратности тяги. Кроме того предполагается, что при формировании тяговых сцепов используются однотипные тяговые модули. Для основных направлений железных дорог Украины получены статистические распределения составностей пассажирских поездов и потребных мощностей номинального режима пассажирских электровозов. Расчеты показали, что для вождения пассажирских поездов с технической скоростью движения 110 км/ч мощность тягового модуля должна составлять 4800 кВт, а мощностной ряд тяговых средств будет состоять из одно- и двухсекционных тяговых модулей мощностью 4800 и 9600 кВт. Для реализации в перспективе технической скорости 135 км/ч мощность тягового модуля должна составлять 6400 кВт, а пассажирское движение будет обеспечиваться за счет ввода в эксплуатацию одно- и двухсекционных тяговых сцепов мощностью 6400 и 12800 кВт. Предложенный в работе мощностной ряд по предварительным оценкам обеспечит экономию средств на обновление и содержание локомотивного парка до 8 %.
EN: Dissertation is devoted to increase the efficiency of passenger transportations on the railways of Ukraine. As a result of the executed scientific researches, the following is in-process got: intercommunication of parameters of the nominal mode of passenger electric locomotives is set with the parameters of vehicular process; the method of determination of optimum rate of movement of the nominal mode is improved; the method of determination of rational gradation of powerful row of passenger electric locomotives is developed for a case when on the area of service the electric locomotives of different speed categories are used.
Description
С. Арпуль: ORCID 0000-0003-3698-2627
Keywords
параметри номінального режиму, гранична тягова характеристика, універсальні характеристики, надлишкова потужність, параметры номинального режима, предельные тяговые характеристики, универсальные характеристики, пусковое ускорение, остаточное ускорение, пусковая скорость движения, сопротивление движению, масса состава, показатели оптимизации, избыточная мощность тяги, кратность тяги, тяговый модуль, тяговый сцеп, мощностной ряд, parameters of the nominal mode, maximum hauling descriptions, КЕРС
Citation
Арпуль, С. В. Визначення раціонального ряду потужностей пасажирських електровозів для залізниць України : автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.22.09 / С. В. Арпуль ; Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2010.