автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Оптимизация системы нормирования расхода топлива тепловозами в грузовом движении

РГБ О А

] 9 ДП?

Министерство путей сообщения РФ РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

На правах рукописи

К О Р Б А Н Валерий Васильевич

УДК 629.424.3:621.436

ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ НОРМИРОВАНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА ТЕПЛОВОЗАМИ В ГРУЗОВОМ ДВИЖЕНИИ

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных

дорог и тяга поездов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов на Дону 1995

Работа выполнена в Самарском институте инженеров железно; рохного транспорта имени М.Т.Елизарова.

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники Рос

доктор технических наук, профессор Павлович Евгений Станиславович Научные консультанты - кандидат технических наук , профессор

Просвиров Юрий Евгеньевич кандидат технических наук, доцент Фидокенков Александр Иванович Официальны^ оппоненты - доктор «технических наук , профессор

Магнитский Юрий Александрович кандидат технических наук, доцент Руднев Владимир Сергеевич Ведущее предприятие - Куйбышевская железная дорога

Защита диссертации состоится 21 апреля 1995 года

в _ часов на заседании специализированного-совета Д.114.0£

при Ростовском государственном университете путей сообщения г адресу: 344017, г.Ростов-на-Дону, пл.Стрелкового Полка Народно! Ополчения,2,ауд.3216.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке институт Автореферат разослан 21 марта 1995 г.

Отзыв на автореферат , заверенный печатью, просим направлят в адрес совета института.

Ученый секретарь специализированного совета к.т.н., доцент

Н.Л. Лившиц

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Для железнодорожного транспорта важное значение имеет пови-шение эффективности перевозочного процесса путем его интенсификации. Показателем интенсификации является возрастающая степень использования всех ресурсов , в том числе и топливно-энергетических , снижение их затрат на единицу работы. Одним из сложнейших вопросов в организации экономии топливно-энергетических ресурсов на тягу является разработка такой системы нормирования, которая бы стимулировала снижение энергозатрат.

.Известны методи нормирования , основанные на расчете норм на ЭВМ; на ряде дорог используется система нормирования в рамках задачи "Интегрированная обработка маршрутов машинистов", разрабатываются режимные карты и средства автоматизированного ведения поезда в энергетически оптимальном режиме. Вместе с тем недостаточно изучены вопросы, связанные с нормированием расхода топлива на поездку, с исследованием измерителей , используемых при нормировании.

Одним из основных направлений энергосберегающей политики на железнодорожном транспорте является совершенствование методов анализа , нормирования и прогнозирования расхода топлива на тягу. Данная работа выполнена в соответствии с планами научно-иследова-тельских работ МПС РФ, приказом Министра путей сообщения 245 ПРУ от 26.06.86 "Экономия топливно-энергетических ресурсов на железнодорожном транспорте в 1986-1990г.г. и на период до 2000 года", а также планами научно-исследовательских работ работы кафедры "Подвижной состав железных дорог" СамИИТа / нонера государственной регистрации 01890015282 и др. за 197 5-199 4г.г./.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Оптимизация системы нормирования расхода топлива на тягу магистральными тепловозами.

Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:

- разработаны методика нормирования расхода топлива тепловозами в грузовом движении, алгоритмы и программы расчета механической работы тепловозаи и нормирования расхода топлива на тягу;

- разработана технология нормирования расхода топлива на уровнях поездки, депо, службы локомотивного хозяйства;

- предложены оптимальный по критерию минимума расхода топлива алгоритм управления тепловозом, алгоритм и методика подготовки режимных карт на ПЭВМ;

- предложена модель работы тепловоза и движения поезда, описывающая процесс расходования топлива;

- разработана морфологическая матрица управления нормирова-

ниен расхода топлива и топливной экономичностью тепловозов;

- дана оценка экономической эффективности предложенной с темы нормирования расхода топлива;

- разработана методика взаиморасчетов по топливу между п. частники службами.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ : Теоретические исследования прово; лись с использованием методов теории тяги поездов, системж анализа, теории оптимального управления с использованием ЭВМ, •) ории эргатических систем, в которой поезд и управление теплово: и поездом рассматривается как человеко-машинная система, где и шинист управляет локомотивом, а локомотив является- обобщенн орудием груда- машиниста; а экспериментальные-в условиях эксплу тации магистральных тепловозов на Куйбышевской железной дороге хелезных дорогах Казахского региона с использованием штатных пр боров, установленных в кабине машиниста и на пункте реостатн; испытаний локомотивов, а такхе специализированного комплекса пр1 боров динамометрического вагона Куйбышевской железной дороги.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА определяется следующими результатами:

- исследовано влияние различных измерителей на точность но[ мирования расхода топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и оцет теплотехнического состояния дизелей;

- предложено в качестве измерителя при нормировании расхол топлива использовать механическую работу тепловоза;

- в качестве основного показателя при нормировании на поезд ку предлохено использовать элементарный цикл движения поезд "разгон-установившееся двихение-выбег-тормохение" и соответствую щий ему элементарный цикл работы дизеля, и соответствующие сред ние за поездку циклы;

- предложен оптимальный алгоритм управления поездом по отк лонению от элементарных циклов и обеспечение минимума расхода топлива, алгоритм и методика подготовки режимных карт на ПЭВМ;

- разработана морфологическая матрица управления системо! нормирования и топливной экономичностью дизелей;

- выявлены причины мнимого пережога й мнимой экономии топлива, проведен анализ влияния этих явлений на показатели использования локомотивов и расхода ТЭР по депо.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы заключается-.

- в разработке алгоритмов и программ расчета механической работы тепловоза, нормирования расхода топлива на участке за поездку и технологии нормирования;

- в установлении обоснованных норм расхода топлива на ряде участков с соответствующими значениями величины механической работы для поездов различной массы;

- в разработке номограммы расчета механической работы тепло-

воза на участке за поездку в качестве вспомогательного средства для теплотехники депо и при отладке программ АРМ;

- в предложении мероприятий по уменьшению явлений мнимого пережога и мнимой экономии;

- в подготовке методики контроля и регулирования температуры топлива при проведении реостатных испытаний.

Алгоритмы и программы расчета механической работы тепловозов на участке приняты к использованию на Алма-Атинской железной дороге для корректировки сроков и объемов ремонта дизелей.

Методика нормирования расхода топлива на тягу магистральными тепловозами с использованием в качестве измерителя механической работы внедрены в некоторых локомотивных депо Куйбышевской железной дороги. Алгоритмы управления магистральными тепловозами, режимные карты, технология нормирования расхода топлива с учетом геофизических характеристик участков и метеоусловий, методика анализа причин пережога по причастным службам внедрены в Управлении дороги, в локомотивной службе, отделениях, депо Куйбышевской железной дороги.

Алгоритмы и методика подготовки режимных карт , алгориты и, методика и технология теплотехнических испытаний по оценке топливной экономичности приняты к использованию в бортовой автоматизированной системе компьютеризированного вагона-лаборатории /БАС КВЛ-Т/ Куйбышевской железной дороги, разработанной в Самарском научно-производственном центре информационных и транспортных систем /НПЦ ИНФОТРАНС/.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения докладывались на международной межвузовской конференции, научно-практической конференции , посвященной 20-летию Самарского института инженеров железнодорожного транспорта "За технический прогресс на железных дорогах" /Самара, 1993г./, на постоянно действующем международном научно-техническом семинаре стран СНГ "Диагностика, повышение эффективности, экономичности и долговечности двигателей"/Санкт-Пе-тербург, 1992г./, на Всесоюзной научной конференции "Диагностика и прогнозирование технического состояния транспоорта" /Харьков, 1980г./, на ХУ11 Куйбышевской областной научной конференции в секции "Прикладная математика" /Куйбышев, 1991/, на научно-техническом семинаре по проблемам технологии и методик теплотехнических испытаний локомотивов с использованием компьютеризированного динамометрического вагона-лаборатории в научно-производственном центре информационных и транспортных систем НПЦ ИНФОТРАНС, Самара, 1992-1994гг./ ; на сетевой школе "Повышение эффективности КСУКП и ЭИР на железнодорожном транспорте" /Минск, 1985г./; на Всесоюзной научно-технической конференции "Актуальные проблемы экономии электроэнергии и топлива на железнодорожном транспорте"

/Москва, 1987г.; на Республиканской научно-технической конферс ции "Техническая диагностика и повышение надежности среде транспорта" /Ташкент, 1988 г./;на областных научно-практическ конференциях "Повышение надежности технических средств и сове шенствование технологии эксплуатационной работы на Куйбышевск железной дороге /Самара,1983- 1992гг/, на научно-техническом с минаре кафедры "Подвижной состав железных дорог" КИИТа /Куйбыше 1985-1989гг./; на заседаниях кафедры" Локомотивы" СамИИТа /Сам ра, 1992-1995гг/; на совместном заседании научно-производственн го тепловозного объединения при кафедре "Локомотивы и локомоти: ное хозяйство" АЛИИТа, службы локомотивного хозяйства Алма-Атин кой железной дороги, Алма-Атинского филиала ПКБ ЦТ и локомотивш го депо Алма-Ата С1981г.); на совместных заседаниях кафедр "Лок< мотивы и локомотивное хозяйство" и "Ремонтные заводы" РИИХТ (Ростов, 1981,94,95гг); на научно-техническом семинаре "Надеа ность и экономичность подвихного состава" кафедры "Тепловозы тепловозное хозяйство" ОНИИТа (Омск,1981г.); на заседаниях кафед ры "Локомотивы и локомотивное хозяйство" ДИИТа (Днепропет ровск,1981г.).

ПУБЛИКАЦИИ: По теме диссертации опубликовано 26 печатных ра бот, из них во всесоюзных изданиях, международных, СНГ - 7, полу чено 2 авторских свидетельства.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения , пяти разде лов, заключения, списка литературы и приложений общим объемом/^ В работе содержится рис.*?^, табл./^, список литературы на считывав наименований.

1. НОРМИРОВАНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА НА ТЯГУ.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИСССЛЕДОВАНИЯ

Анализ так называемых "пережогов" топлива в локомотивных депо ряда дорог сети, проведенный автором, показал, что основными причинами перерасхода топлива являются несовершенство системы нормирования и учета расхода топлива , неудовлетворительное теплотехническое состояние тепловозных дизелей, усложненные условия пропуска поездов, недостаточный уровень квалификации локомотивных бригад, отсутствие учета влияния погодных условий на расход топлива.

Принятая на сети система нормирования расхода и учета топлива в рамках задачи "Интегрированная обработка маршрутов машинистов" использует в качестве измерителя, на который нормируется расход топлива, перевозочную работу брутто -10 ткм бр., что физически не отражает в достаточной мере удельных и суммарных затрат топлива и энергии на тягу. Существующая система нормирования

и учета не способствует выявлению истинных причин пережога, не обеспечивает устойчивого снижения расхода топлива, не способствует созданию единой энергосберегающей технологии с участием всех служб, обеспечивающих процесс перевозки, не обеспечивает финансовой ответственности служб за пережог , что недопустимо в условиях хозрасчета и рыночных отношений.

Это связано , в основном, с тем, что в настоящее время система нормирования и учета расхода топлива и электроэнергии на сети все еще весьма далека от совершенства. Использование промыш-ленно эксплуатируемой задачи АСУТ "Нормирование и учет расхода энергоресурсов на тягу" сопряжено с грубыми ошибками, иногда с возникновением как мнимой "экономии", так и мнимых "пережогов". Это связано, в частности, с отсутствием достаточно точных и надежных штатных бортовых и стационарных расходомеров топлива; низкой технологичностью средств технической диагностики силовых установок и топливной аппаратуры; и ,как ранее указывалось, с использованием при оценке топливной экономичности измерителей, не отражающих в достаточной степени условий эксплуатации тяговых средств, т.е. таких измерителей, как тонно-километровая работа брутто (10 ткм бр.), время работы (ч, моточасы), пробег (км).

Задачи нормирования расхода топлива и энергии на тягу локомотивами, исследования условий эксплуатации, режимов работы и топливной экономичности тепловозов решались учеными ВНИИЖТа, ВНИ-ТИ, ЦНИДИ, МИИТа, ВЗИИТа, ЛИИЖГа, ОМИИТа, РИИЖТа, БЕЛИИЖТа.

В соответствии с изложенной выше целью в диссертационной ра, боте была поставлена основная задача-разработать и предложить методику нормирования расхода топлива на тягу поездов, полученную путем использования в качестве измерителя механической работы тепловозов, на основе анализа единичных циклов движения поезда,их статистических характеристик.

Расход топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов непосредственно связан с качеством управления локомотивами. При этом качество управления следует рассматривать совместно с целью управления магистральным локомотивом, которая понимается как перемещение состава в соответствии с графиком движения и ограничениями, наложенными на значения скорости движения при минимально возможных затратах на топливо или электроэнергию.

1 .'■• : -I

2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ НОРМИРОВАНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА

НА тягу' на основе расчета механической работы

Механическая работа как измеритель эксплуатационной деятельности тепловозного хозяйства, как один из важнейших показателей использования локомотивов давно привлекал внимание специалистов.

Однако в настоящее время интерес к механической' работе исчерпывается использованием ее лишь в качестве вспомогательного измерителя при расчете реновации дизелей тепловозов, при сравнении вариантов, различающихся количеством остановок.

Очевидно, что любая целесообразная деятельность по аналогии с известным положением термодинамики о рассеянии энергии может быть описана противоположно направленным законом концентрации энергии:

ад = к(<р)а1А ,

где <ЗА -.прирост (концентрация) энергии, работы, . производительности; К(<р)- коэффициент пропорциональности и перевода разменностей, имеющий также смысл удельного прироста полезной работы от единицы использованной информации об энергетических процессах; <ЗХд- прирост полезно используемой информации об энергетических процессах. С другой стороны, любой технологический процесс не может существовать без управления, прцесс управления подчиняется "принципу необходимого многообразия" Эшби, который являеется кибернетическим аналогом второго закона термодинамики. Принцип гласит: "Чтобы система реализовала заданный вид поведения вне завис-мости от внешних помех при наличии многообразия в ее поведении, необходимо увеличить многообразие управлений". Итак, можно записать:

( <3Ч, ¿А ) > { а (А) ) / { Щ1А) ),

где {с!д, <1А} - общее нногобразие в поведении системы, выраженное множеством потерь и приростов энергии;. ( а(А) ) - многообразие возмущений в энергетическом виде энергетических потоков; - многобразие управлений, выраженное через управляющие воздействия, выработанные на основе анализа входов и помех в энергетическом описании . Точность нормирования расхода топлива и управления локомотивом оценивается на основе использования рассмотренной модели, дифференциального уравнения движения поезда, записанного с позиции теории человеко-машинной системы-"машинист-тепловоз-поезд" :

dv/dt- = f (L. v,u, a ) ,uCIJ, лСЛ ; dv/dt = " ao(v) " г (Я "" dM(L°c-vl) - u2aT(v)J;

dv/dt. = ¡,(U|Fk(v)- w0(v,q)- w,r(S)- wH(L°C,VI)- u2 bT ( v , S, „ c ) ] ;

и критерия минимума расхода топлива и механической работы тепловоза в режине тяги:

Т Р

А =' /CCUiFk(v) / (Ad/EQH)] vdt -> min .при П = const о

где t - время движения; v- скорость движения; U - вектор управления; а - помехи в энергетической описании; ак - энергия тяги; а0 -энергия основного сопротивления движению; ajг - энергия сопротивления от плана и профиля пути; ам - энергия сопротивления от метеоусловий; U1- вектор управления тягой; U2 -вектор управления торможением; FK -сила тяги; К - масса поезда; w0- основное сопротивление движению; vlr - дополнительное сопротивление движению от плана и профиля пути (ог подъемов, спусков и кривых); -дополнительное сопротивление от неблагоприятных метеоусловий; - тормозная сила; А^ - механическая работа силы тяги тепловоза; Ad - механическая работа дизеля; Е - расход топлива за поездку; QH-тепловотворная способность топлива.

Система адаптивного нормирования включает в себя как собственно нормирование на измеритель-механическую работу тепловоза, объективность • которого доказана автором в ряде исследований: по результатам анализа формирования объемов ремонта при различных измерителях, на основании минимизации параметров контроля d граф-модели функционирования тепловоза; • так и управление топливной экономичностью дизелей в процессе технического обслуживания, ремонта и реостатных испытаний.

Объективность оценки топливной экономичности транспортных силовых установок зависит , во-первых, от точности приборов, фиксирующих расход топлива-гсчетчиков , расходомеров бортовых и стационарных на пунктах технической диагностики , при использовании которых фактические технико-экономические характеристики, полученные в эксплуатации или на диагностических стендах, сравниваются с эталонными для данного участка движения или паспортными ; во-вторых, от совершенства системы нормирования и учета расхода топлива.

В общем виде предлагаемая система нормирования и учета расхода топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов состоит из 3-х основных частей;

- технологической части, включающей в себя приборы для измерения расхода топлива , диагностические приборы, оценивающие исправность силовой установки и топливной аппаратуры , технологкчес-

З-Д Ais

кую документацию (натурные листы, маршруты, скоростемсрнис ленты, протоколы испытания, режимные карты, диагностические карты);

- ПЭВМ и устройства сопряжения;

- математического обеспечения, основой которого является математическая модель расхода топлива на тягу, отражающая фактические условия эксплуатации подвижного состава.

В исследовании в качестве элемента нормирования'принят единичный цикл движения: разгон-установившееся движение Сдвижение с равновесной скоростью)-движение на выбег-торможение; и соответствующий ему цикл работы дизеля: работа на холостом ходу для прогрева, перед набором позиций-набор позиций-выдержка на позиции- сброс-нагрузки-работа на холостом ходу на выбеге, на стоянке или перед следующем циклом, что нашло свое отражение в зависимости:

р

АГц = Л^ицСУ) / (Arr/EQH)] vdt -> min , при Ч = const

где Атц - механическая работа тяги за цнкх;

Агг - работа главного генератора.

На основании статистической обработки скоростемерных лент и опытных поездок ., проведенных с динамометрическим вагоном при специалных испытаниях и в кабине тепловоза с поездами в рядовой эксплуатации, установлены эталонные средние циклы движения поезда и работы дизеля. При этом норма в этих поездках определялась как по механической работе тепловоза за поездку из расчета 0,85 кг топлива за 1 тскм, так и по работе главного генератора, с учетом позиций контроллера в среднем цикле, удельно»^ расходе топлива на каждой позиции в г/э.квт.ч,, 10 кг/кгсм, 10 кг/дж, кг/км. (См. рис.1.2 приложения, стр.18,19 )

3. ТЕХНОЛОГИЯ НОРМИРОВАНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА НА ТЯГУ МАГИСТРАЛЬНЫМИ ТЕПЛОВОЗАМ. МЕТОДИКА АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ТОПЛИВА

В основу технологии нормирования расхода топлива положена математическая модель движения поезда в энергетическом оптимальном режиме, математическая модель расхода топлива на тягу, модель управления поездом как системой "кашинкст-тепловоз-поезд-путь" и модель адаптивного управления нормированием и топливной экономичностью дизелей, разработанные в теоретической части исследования.

Наличие широкого диапазона изменения характеристик грузовых поездов , с одной стороны, значительно усложняет работу машинистов, которым каждый раз приходится решать задачу управления поездом с учетом меняющихся условий, т.е. интуитивно решать дифферен-

циальное уравнение движения поезда; с другой стороны, дает возможность варьировать кривые скорости и времени движения по перегону между остановочными пунктами (см. рис.3 приложения).

Выполнение различных вариантов распределния перегонного времени хода по контрольным участкам , на которые разбивается весь перегон, даже при одном и том же алгоритме, выбора управляющего воздействия требует разного расхода топлива на тягу поездов. При этом точность выполнения графика движения , вследствие ограниченной мощности тепловозов и ограничений, накладываемых на значения ускорений и замедлений поезда, также различна.

Задачу оптимизации распределения перегонного времени формулируем следующим образом. Из результатов реостатных испытаний и ПТР известны характеристики тепловоза, профиль пути, графиком заданы перегонное время хода, контрольные участки выбираем в соответствии с границами единичных циклов движения поезда, определяемых в виде статистически устойчивых циклов на основании статистической обработки скоростемерных лент поездок с поездами одного типа. Заданы алгоритм управления тепловозом с учетом профиля и ограничений (см. рис.3,4 приложения стр.20 приложения ).

Требуется так распределить перегонное время хода по контрольным участкам, выбранным вышеописанным способом, чтобы расход топлива на тягу был минимальным, что может быть обеспечено , если работа сил инерции и кинетическоя энергия будут оптимальны при минимальной механической работе.

В техническую основу технологии входят средства АСУТ - ПЭВМ, каналы связи, телетайпы; комплекс диагностических приборов ДИ-ИС-КИИТ, включающий стационарный расходомер топлива СРТ-КИНТ установленных в базовом локомотивном депо на пункте технической диагностики и реостатных испытаний. Расчет механической работы тепловоза производится на основании обработки статистических материалов по режимам движения поездов. Набор статистического материала осуществляется по следующим документам: маршруты машинистов, скоростемерные ленты, натурные листы поездов, подробный план и профиль участка, удельные нормы расхода топлива (см.рис.5 приложения) .

Расчет производится на ПЭВМ . Задача состоит из И подпрограмм. Разработана версия расчета на ПЭВМ в составе АРМ "Теплотехник" .

Система расчета механической работы тепловоза и нормирования расхода топлива на тягу состоит из следующих подпрограмм.

Таблица

1 | NN 1 (Наименование программ, функции программ I 1 Собственное |

I пп 1 1' имя программ!

| 1 1 1 2 3 |

| 1 1 .. |Ввод данных с маршрута машиниста: I МЙМ (

1 2 1 |Формирование в памяти таблицы дополнительного PR0G1 (

(сопротивления движению грузовых поездов, обу- (METEJVET) |

словленного встречным и боковым ветром, в * от

| величины основного сопротивления

1 3 1 (Формирование в памяти таблицы дополнительного PR0G3 (

(сопротивления движению поездов . обусловленно- (МЕТЕООТ) (

го низкой температурой наружного воздуха, в *

(от величины основного сопротивления

1 4 1 (Ввод данных от скоростемерных лент •PROG 2 |

I ( Ь 1 (

1 5 (Расчет дополнительного удельного сопротивления PROG2 |

| движению поезда от торможений и средних скорое (В) j

(тей по пути и по времени ■

1 6 I (Расчет механической работы секции тепловозов ■ MEHRAB (

1 7 1 (Учет Фактического расхода топлива за поездку * FAKT Е (

1 8 1 (Расчет Фактической уд'ельяоя нормы на измери- analys g |

тель-единицу механической работы и ее анализ

1 9 1 |Прогноз нормы на поездки с различными массами PROG Nm (

поездов

ЦО ■ Анализ составляющих энергетического баланса analys A |

1 I анализ причин пережога analys E j

1 1 11 | Печать выходного документа VD |

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ НОРМИРОВАНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА НА ТЯГУ МАГИСТРАЛЬНЫМИ ТЕПЛОВОЗАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ

На основании теоретической и методической проработки синтезирована система нормирования расхода топлива с использованием энергетического измерителя и активным влиянием на теплотехническое состояние и топливную экономичность тепловозных дизелей. Разработанная система нормирования прошла экспериментальную проверку на участках тепловозного хода Куйбышевской железной дороги .

В результате расчетов опытных поездок установлены нормы механической работы и расхода топлива для различных масс поездов. Изучены геофизические и климатические условия участков железной дороги , составлены климатические карты, позволяющие теплотехникам депо прогнозировать посезонно, по месяцам и декадам расход топлива на тягу, взяв за основу нормы механической работы и расхода топлива , установленные для поездов различной массы при нормальных атмосферных условиях (при близком к нормезначении барометрического давления, положительных температурах 0-20?С , со скоростью ветра не более 4 м/с).

Внедрение структуры системы нормирования позволяет последовательно оценить состояние учета и нормирование расхода топлива на тягу на основании фильтрации результатов учета расхода топлива, прогноза расхода топлива и анализа ошибки прогноза (см. рис.7 прилож., стр. 22).

Проведены сравнительные испытания существующей системы нормирования в рамках задачи АСУТ "Интегрированная обработка маршрутов машинистов" и разработанной в исследовании; исследованы эволюции распределения вероятности норм и фактического расхода без учета энергетического измерителя и с учетом его. Экспериментально установлено , что эволюция указанного распределения без учета энергетического измерителя представляет собой постепенное увеличение размаха значений среднеквадратического отклонения от < 1 до >>1, а в случае накопления текущей информации по механической работе тепловоза, удельному расходу топлива на единицу энергетических затрат, нормам расхода и фактическому расходу топлива эволюция представляет собой обратное явление, т.е. постепенное уменьшение размаха значений среднеквадратического отклонения от >>1 до <1, т.е. увеличение точности нормирования.

Экспериментально установлены критические по энергозатратам и расходу топлива на тягу участки дороги, а так называемые энергопаспорта участков переданы в службы движения и путевого хозяйства для разработки мероприятий по обеспечению энергосберегающей технологии перевозочного процесса.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ НОРМИРОВАНИЯ РАСХОДА ОПЛИВА НА ТЯГУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО

ИЗМЕРИТЕЛЯ

В основу методики расчета технико-экономической эффективности от использования результатов исследования приняты критерии оптимальности:

- в наиболее общем случае - приведенные сопоставимые народнохо -зяйственные перевозочные затраты:

С = КтТу + КлАл

где Т - время-нахождения поезда на участке, ч; Кт - расходная ставка 1 часа нахождения поезда на участке, руб/лоездо-ч;

Ал - механическая работа силы тяги локомотива,тскм;

Кл - расходная ставка 1 тскм механической работы, руб/тсю

- в частном случае критерий оптимальности - расход топлива на тяг:

Ал

Е = / еА da ,

О

где удельный расход топлива на единицу механической работь

а также разработанная автором оригинальная морфологическая матрица, описанная ранее и анализ так называемых "мнимой экономии" и "мнимого пережога".

Экономический эффект от использования системы нормирования в базовом депо составляет при экономии 1% топлива на тягу Збмлн.руб., а при внедрении в нескольких локомотивных депо дороги с тепловозной тягой экономия достигнет более 180 млн. рублей (в ценах 1994 года).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе поставлена и достигнута цель разработки системы адаптивного нормирования расхода топлива на тягу, активно влияющей на улучшение теплотехнического состояния дизелей и повышение их топливной экономичности , мобилизующей все службы железной дороги , обеспечивающие процесс перевозок, на экономию топливно-энергетических ресурсов.

Получены следующие основные результаты:

- исследовано влияние различных измерителей на точность нормирования и точность оценки теплотехнического состояния тепловозных дизелей;

- впервые введены понятия "мнимая экономия" и "мнимый пережог" , рассмотрены причины возникновения этого явления и предложены меры по уменьшению случаев их появления при нормировании и

учете;

- разработана методика, алгоритмы и программа нормирование расхода топлива на тягу тепловозами в грузовом движении, отличающаяся от известных использованием механической работы локомотива, в качестве измерителя;

- разработаны алгоритмы, и программы расчета механической рл боты тепловоза на участке;

- разработана технология нормирования расхода топлива на уровнях поездки, депо, отделения , службы локомотивного хозяйства,

- предложена методика подготовки режимных карт оптимальных с точки зрения расхода топлива на основании использования алгоритма управления поездом с учетом отклонений от элементарных циклов.

Экспериментально установлено, что у тепловозов, находящихся п нормальном теплотехническом состоянии, удельный расход топлива на единицу механической работы составляет 0,805 кг/тскм, что подтверждают имеющиеся в литературе опытные данные.

Увеличение этого удельного показателя в конкретных поездках может служить признаком ухудшения теплотехнического состояния.

В то же время увеличение механической работы по сравнению с эталонным значением для данного участка и направления и определенной массы поезда при сохранении в нормальных пределах удельного расхода на предложенный измеритель свидетельствует об ухудие-нии условий пропуска по вине служб движения , пути или недостаточной квалификации машинистов.

- в качестве основного показателя при нормировании на поездку предложено использовать элементарный цикл движения поезда "разгон-установившееся двихение-выбег-торможение" и соответствую" щий ему элементарный цикл работы дизеля, а также соответствующие

средние за поездку циклы;

- предложена и в некоторых депо дороги осуществляется отметка в маршруте машиниста в разделе 6 погодных условий и метеоявлений по их началу и окончанию действия по времени и по месту для оценки их влияния на расход топлиьС1 и на сопротивление движению при нормировании и анализе пережогов ;

- разработана и проверена в действии методика и технология регулирования температуры топлива, поступающего в дизель на основании контроля по термометру, датчик которого устанавливается перед фильтром тонкой очистки (см.рис.5 приложения, стр.20); эффективность контроля и регулировки подтверждена фактической экономией топлива на 3-5% у локомотивов, где были установлены термометры и проведены регулировки температуры на реостатных испытаниях;

- разработана и проверена в действии в ряде депо методика управления нормированием и учетом с использованием морфологической матрицы, которая служит основой ЯРМ "Теплотехник", а также

может служить методической и технологической базой для сети АРМ по управлению локомотивными депо, локомотивными отделами и служб< локомотивного хозяйства;

- разработана и проверена в ряде депо дороги методика пересчета удельного расхода топлива на измеритель 10 ткм брутто на предлагаемый измеритель текм механической работы, что позволяет при постепенном переходе на технологию нормирования непосредственно в депо, корректировать нормы , выдаваемые ДВЦ по задаче "Интегрированная система обработки маршрутов машиниста";

- разработана методика организации взаиморасчетов по топливу между всеми службами, причастными к пропуску поездов, их ведении на основе анализа режима движения, баланса механической работы и расхода ТЭР, что позволяет депо экономить до 10% денежных средств на топливо.

- дана оценка технико-экономической эффективности предложенной схемы нормирования, при этом экономический эффект составляет более 36 млн в год в одном локомотивном депо.

Основные положения диссертации опубликованы в работах :

1. Корбан В.В. К вопросу о прогнозировании технического состояния двигателя внутреннего сгорания транспортных машин по энергетическим критериям //Диагностика и прогнозирование технического состояния транспорта: Тезисы докл. Всесоюзной научной конференции. -Харьков, 1980. -С.87

2. Корбан В.В., Павлович Е.С. , Прсвиров Ю.Е. Информационно-энергетический подход при оценке технико-экономической эффективности внедрения диагностики тепловозов: Тезисы докл. областной научно-технической конференции. -Куйбышев, 1982.-С45-46

3. Корбан В.В., Голов В.Ф., Павлович Е.С. и др. Анализ энергетических показателей при эксплуатации тепловозных дизелей //Со-вершенствоваание эксплуатационной деятельности и повышение эффективности и качества грузовых и пассажирских перевозок на Куйбышевской ордена Ленина железной дороге: Тезисы докладов YIII областной научно-технической конференции.-Куйбышев, 1983.-С.17-19.

4. Корбан В.В., Просвиров Ю.Е. Термодинамический подход в управлении эксплуатацией и ремонтом тепловозных дизелей.-В кн.: Исследование надежности и экономичности дизельного подвижного состава .-Омск: Омский ин-г инж.ж.-д. транспорта, 1983.-С.22-24.

5. Корбан В.В. Совершенствование комплексной системы управления качеством эксплуатации тепловозных дизелей на основе анализа энергетических измерителей // Повышение эффективности КСУКП и

ЭИР на железнодорожном транспорте: Тезисы докладов на сетевой школе. - Минск,1985.-С.12-13

6. Корбан В.В., Павлович Е.С..Просвиров Ю.Е. и др. Нормирование расхода топлива на тягу поездов с использованием энергетических измерителей// Актуальные проблемы экономии электроэнергии и топлива на железнодорожном транспорте: Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции .-Москва,•1987 -С.25-26.

7. Корбан В.В., Силаев В.А., Просвиров Ю.Е. и др. Проблемы нормирования энергозатрат на тягу поездов в условиях интенсивного движения// Актуальные проблемы экономии электроэнергии и топлива на железнодорожном транспорте :Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции.-Москва, 1987.-С.7-8.

8. Корбан В.В., Носырев Д.Я., Колокольников С.В. и др. Роль точности нормирования расхода топлива на тягу в оценке теплотехнического состояния дизелей// Техническая диагностика и повышение надежности средств транспорта: Тезисы докл. республиканской конференции. -Ташкент,1988. -С.93-94.

9. Корбан В.В., Носырев Д.Я. Комплексная система контроля рабочего процесса в дизелях тепловозов//Повышение эффективности работы локомотивов на дорогах Дальнего Востока:Межвуз.сб.науч. тр./Хабаровский институт инженеров ж.д. транспорта.-Хабаровск: ХабИИЖГ, 1987. -С.97-101.

10. А.с. 1242738 СССР. МКИ в 01 Ь 23/22 Устройство для контроля горения в двигателе внутреннего сгорания В.В.Корбан, Д.Я.Носырев, В.Ф. Голов /СССР/.- N 3681620/25-06; Заявлено 28.12.83, опубл.07.07.86.Бюл.И 25.1986- 6 с.

11. А.с. 1366892 СССР. МКИ в 01 Ь 23/22 Устройство для контроля горения в теплоэнергетической установке /В.В.Корбан, Д.Я.Носырев, Ф.В.Голов/СССР?.-И 4025912/25-06;Заялено 20.02.86, опубл. 15.01.88. Бюл.И 2.1988. - 6 с.

12. Корбан В.В., Просвиров Ю.В., Жуков В.И. и др. Проблема повышение энергетической эффективности локомотивов//Обеспечение нужд народного хозяйства региона в перевозках Куйбышевской железной дорогой на основе внедрения научно-технического прогресса:Тезисы докладов X областной научно-практической конференции.-Куйбышев. 1987. -С.27-28.

13. Корбан В.В. Требования к подготовке специалистов, ообеспе-чивающих движение поездов в условиях интенсификации работы транспорта.// Повышение надежности технических средств и совершенствование технологии эксплуатационной работы на Куйбышевской железной дороге: Тезисы докладов XI областной научно-практической конференции. Куйбышев, 1990. - С.26-28.

14. Корбан В. В., Ефремов A.C. Математическая модель нормирования расхода топлива за поездку тепловозный дизелем. Тезисы докладов XVII Куйбышевской областной научной конференции. Секция прикладной математики. Куйбышев, 1991. - С.37.

15. Корбан В.В., Павлович Е.С., Васильченко Л.М. Управление экономическими параметрами и экологическими характеристиками дизелей регулированием температуры топлива// Диагностика, повышение эффективности, экономичности и долговечности двигателей .'Материалы постоянно действующего научно-практического семинара стран СНГ,

Санкт-Петербург, 1992 -С.92-93.

16. Корбан В.В., Насыров В.В., Солопов В.А. АСУ локомотивных депо, контроль энергозатрат на тягу и экологическая защита//3а технический прогресс на железных дорогах: Материалы межвузовской с международгым участием научно-практической конференции , посвященной 20-летию Самарского института инженеров железнодорожного транспорта. Самара , 1993. С.101-102

17. Корбан В.В., Павлович Е.С. , Серпов С.А. Исследование влияния температуры топлива на экономичность работы тепловозных дизелей в зимний период. РЖ ВИНИТИ "Железнодорожный транспорт", 1991, N9, реф.9Б52-3 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

f

VT6 1

г/кг с u

0,7

500

11ря %> 0,85'КГ6 кг/кгсы - тэялотахшчеоко« оэотояяие твдло-'////////// воза и дизеда неудовлетворительное

ISOlil

150Д2

KJ.8

ттттг

ш

ТЗш 130П2 йри (\ср<0,70-Ю"6 кг/ кгок - хйМт s раочога.измерения, нормировании

км/ч

20 40 60 60

?ио.1 аагаогиооть здвлшого раохода топлива аа зааргетичоокиИ измеритель

I Ю-6 кг/кгм, Ю-7 кг/дх ) тепловозом 2TÖI0M на 5,13 я 15 поломили контроллера правления

IU0

Plia. 2 /долижи раахол гэалива теидовозои ¿lolOii Рри

ддижшиш с u je злой -Îlkaj г па позициях о различив оодаОлвпиол: поля no лра'для различной трудности.

кг/ км

НЧ Лаяиеновшие I Наииеловакие потоков

1 ! 1 ! нату-! ! раль-1 1 >шЯ Î денежно-1 сгоиио- I стноЯ 1 энергетн-1 чесгай 1 ! кнфора-ЦИ01ШЫЯ

расхода I. Кадри <4* V

2. Информация Р л

3. Оборудование ■7.

4. Материалы ры \l я,

5. Окрухащая среда ос Рсс Аос Лс

б. Энергия Рэ Аз J*

доходы 7. Продукция Д ^

8. Прибыль Пб Апб

Рис.З. .Расчетные траектории на легком крофиле

0)v- р с bs ^ S)\i С ■р с у Г-\ гг С

Vc 1 »с

1 - г

S — ^ 1 — :

/»о/ 1-t-mot

Рис.4. Расчетные траектории на трудном профиле

СХШ ПОДКЛГЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО TEFliOUETPA ТП-2 ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОПЛИВА В ®1ЛЬТРЕ.ГОНКОЙ ОЧИСТКИ ДНЯ ТЕПЛОВОЗОВ ZT3I0W

Pt

1018

3-20 3

п

г

1013

-»—«— I 3-21

12/3

1014

4/7

7/го —i*—

74

^ч , 2001

I----o-DU--

Orw-k '

20СП

3-22

1015

79 12/4

904 2000

696

1016 2002

>8/1

Рис. 5

1 - фильтр тонкой очистки топлива (ОТОТ)

2 - электрический тернопркекних

--существующая электрическая цепь

---- дополнительная электрическая цепь

УГ указатель топлива

^Ер

тЛ я

измеритель

состояние

тт /¡технической

£Ф

А — тт

В ЕФ

1н ''неудод.

эщжиЬноаъ

управления

Ен'-Еа

точность нормирован.

Еф * тШ А т *т1п

Ен

М- >!

зффектибность упрощения

Ьр

и,

- О, М -КУ-ешеп -и, ¿г(и)

Гк

■ 12 РИС. б . Алгоритм управления нормированием расхода топлива

' 1 £чо; 1

РИС .7 .. nias-dsia спcreta {плъгрздпз я прогноза

Структура емкий тоагадотгагадай ощшга ооотошш щя йоцсгрвтют i учзта расхода яжш ({шптрмда рваузсыатса учэш расхода тоютм й ЛрОПЮЗ pûŒGJSl тшш).

Нзвоошш

1. йода» -

2, Срэдняе ваапаяла я нсиарвацпя ашибск мздоллроваянл

гч.

3. Орадаа вачшсш я новагвацня осябса zsißpourf

4. Вида и яд ода ЗЧ*) ^

В касои случая.t. моделью явгяэгоя йгаисм рюхсда тшцява от цахаго рпда архумоттоа

1353 Егоз б — тауифпащая дакси,0р1гвд

И J5JJJ. ¿р - гнфорярашляоота вжиушта брзгад о прмсгол-1?зх «сшзфя сяороотаГнатяо оиттгшлж р<жь

W»( Клрг

JPCCBSTWPOS,

атирзз о spEprtos*« еашш owjooreä *астяя xi oíscxTUtrol яашгаско! агть-цет.

Ä *»оа 1

К дадд ~ ХЗфЗЦврМЯХЕШЖЬ