автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Разработка методик тяговых расчетов с учетом конкретных условий эксплуатации локомотивов

РГБ ОД

На правах рукописи

ЭИДУКС янис

УДК 629.4.0)5.12:681.3

РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ТЯГОВЫХ РАСЧЕТОВ С УЧЕТОМ КОНКРЕТНЫХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛОКОМОТИВОВ

05.22.07 — Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1996

Работа выполнена в Петербургском государственном университете путей сообщения.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор Виктор Васильевич СТРЕКОПЫТОВ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Алексей Владимирович ПЛАКС;

кандидат технических наук Александр Авраамович ЛЯНДА

Ведущее предприятие — Октябрьская железная дорога.

Защита состоится 28 ноября 1996 г. в 13.30 на заседании диссертационного совета Д 114.03.02 при Петербургском государственном университете путей сообщения (190031, С.-Петербург, Московский пр., д. 9, ауд. 5-407).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан октября 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Б. В. РУДАКОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В практике традиционных тяговых расчетов, методики и задачи которых определены Правилами тяговых расчетов для поездной работы (ПТР), зачастую наблюдается сильное расхождение фактических и расчетных величин (например, скорости 10 км/ч и более). Для уточнения результатов расчетов производятся экспериментальные проверки путем дорогостоящих тягово-эксплуата-ционных испытаний. Это ограничивает применение тяговых расчетов для решения таких задач, как нормирование расхода энергоресурсов на тягу, выбор рациональных режимов управления локомотивом и др. В то же время перенос процесса тяговых расчетов на рабочее место расчетчика, благодаря персональной вычислительной технике, дает ему возможность варьировать задание на расчет» опираясь на свой опыт и результаты предыдущего расчета, с целью попса решения по заданному критерию,- и ставить новые задачи, решаемые при помощи тяговых расчетов. Однако большинство программ тяговых расчетов для персональных ЭВМ, основанных на традиционной методике, повышают лишь скорость проведения расчетов, не изменяя их качественно. С другой стороны, результаты тягово-эксплуатационных испытаний обычно не служат основой для корректировки единых для всей сети железных дорог исходных нормативов. Повышение достоверности расчетов возможно созданием методик, ориентированных на местные нормативы, при этом динамометрические вагоны, используемые нынче как средство проверки результатов тяговых расчетов, становятся средством получения исходных данных для конкретных условий.

Отсюда следует, что для тяговых расчетов на ПЭВМ необходимы методики, учитывающие большее число факторов. Для этого требуется пересмотреть имеющуюся нормативную документацию, регламентирующую проведение этих расчетов. В зависимости от требований точности к результатам расчетов и полноты исходных данных могут применяться различные математические модели в описании того или иного тягового процесса, а, следовательно, должна быть обеспечена возможность использования разнообразных моделей, унифицированных по входным и выходным параметрам.

Следовательно, методики тяговых расчетов на ПЭВМ должны предусматривать способы получения надежных исходных, данных для

конкретных местных условий. Повышению качества сбора подобной информации должно способствовать применение автоматизированных аппаратно-программных комплексов динамометрических вагонов для сбора и обработки информации. В этих комплексах можно применять отдельные методики тяговых расчетов для получения результатов косвенных измерений, а также проверки принимаемых нормативных величин и оценки достоверности тех или иных методик.

■ Цель исследования. Повышение достоверности тяговых расчетов применительно к конкретным условиям эксплуатации локомотивов. Это достигается решением следующих задач:

- разработкой -способов создания местных нормативов;

- разработкой методик, базирующихся на использовании местных нормативов и различных моделей для ПЭВМ в зависимости от задачи;

- рационализацией.использования ресурсов ПЭВМ - оперативной и . внешней памяти и процессорного времени при применении данных методик;

Методы исследования. .Теоретические исследования проводились с применением методов теории аппроксимации и функционального анализа, численных методов анализа, методов теории, вероятности и математической статистики.

Практические расчеты производились на ПЭВМ' серии IBM

PC/AT.

Экспериментальная проверка результатов исследований выполнялась в процессе опытных поездок с динамометрическим вагоном на участках Шушары-Псков. Петрозаводск-Суоярви, Суоярви-Крстамук-ша Октябрьской железной дороги и последующей обработкой результатов измерений, а также путем проведения тяговых расчетов на ПЭВМ по предлагаемым методикам непосредственно в ходе опытных поездок.

Научная новизна определяется следующими положениями:

- преЭложены: •

- использование местных нормативов для тяговых расчетов и показана возможность их применения;

- способ аппроксимации характеристик локомотивов

степенными функциями, последовательные модели локомотивов, разработаны способы моделирования управления локомотивом:

- способ двухэтапного спрямления продольного попи-кетного профиля, введен раздельный учет сопротивления от кривых, а способ учета расположения поезда в кривых унифицирован со способом спрямления профиля;

- показана возможность нормирования энергоресурсов методами тяговых расчетов по граничным нормам:

- определены требования к аппаратно-программным комплексам динамометрических вагонов и локомотивным устройствам контроля и регистрации параметров движения с целью решения вышеперечисленных задач. ,

Практическая ценность работы заключается в:

- повышении достоверности и качества тяговых расчетов;

- снижении числа опытных поездок и их удешевлении;

- в возможности нормирования энергоресурсов на тягу поездов с учетом случайных факторов по граничным нормам в условиях депо; . '

- в возможности простого учета влияния внешних факторов на характеристики локомотивов с помощьп последовательных моделей;

- в использовании программ, базирующихся на разработанных методиках, для нормирования энергоресурсов, анализа работы машинистов и обучения локомотивных бригад.

Реализация работы. Программы, базирующиеся на разработанных методиках, используются локомотивными депо Петрозаводск и Ленинград-Сортировочный-Московский Октябрьской железной дороги, на •динамометрическом вагоне Октябрьской железной дороги, при выполнении НИР в ОНИЛ "Автоматика локомотивов" ПГУПСа.

Программы написаны на алгоритмическом процедурном языке Turbo-Basic vl.1, ряд процедур описан также на алгоритмическом процедурном языке Turbo-Pascal v7.0.

Апробация работы. Основные положения диссертации изложены на пятьдесят четвертой, пятьдесят пятой и пятьдесят шестой научно-технических конференциях "Неделя науки" ПГУПСа и на науч-

но-практической конференции "Проблемы железнодорожного транспорта решают ученые", докладывались на технических советах локомотивных депо Петрозаводск и Ленинград-Сортировочный-Московский.

Методика нормирования топлива по граничным нормам с использованием программы тяговых расчетов применена в нескольких НИР ОНИЛ "Автоматика локомотивов" ПГУПСа.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в двенадцати печатных работах.

Содержание и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 151 наименования. приложений.

Работа изложена на 249 страницах машинописного текста, содержит 17 таблиц. 34 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы и дается краткая характеристика работы и комплекса вопросов, решаемых в диссертации.

В первой главе проведен анализ задач различных отраслей проектирования и эксплуатации железных дорог, использующих тяговые расчеты. Показаны особенности применения методик тяговых расчетов для каждого рода задач.

Дан обзор существующих программ тязоеых расчетов, показаны их особенности, ■ достоинства и недостатки/ Б частности, рассмотрены программы для ПЭВМ, разработанные во ВНИИЖТе. ДВГАПСе, МГУПСе и ПГУПСе.

Проведен обзор по литературным источникам методик.тяговых расчетов и путей их совершенствования. Рассмотрены общие требования к методикам, способам оценки сопротивлений от уклона, кривых, основного сопротивления движению и величин характеризующих подвижной состав, способов аппроксимации характеристик локомотивов, учета внешних факторов, решения дифференциального уравнения движения поезда, методик нормирования энергоресурсов и проведения

✓

опытных поездок и испытаний локомотивов. В этой области до сих пор представляет интерес исследования начала века, проведенные D. В. Ломоносовым. Большой вклад- в исследовании этих вопросов внесли К. С. Айзинбуд. С. Я. Айзинбуд,. П.Н.Астахов. Г.С.Афонин. Л.В.Ба-лон. Л.А.Баранов. А. И. Володин. А.Т.ГоловатыЯ.' Я. М. Головичер, •П.Т.Гребенюк. В.А.Графов. Е.В.Ерофеев. Б.Д.Зимарьков, В.Г.Иноземцев. И.П.Исаев. Ю.С.Калинин, А.М.Кострокин, Р.Я.Медлин, М.А.Нику-лик. Б.А.Павлов. Л.Н.Павлов, А.В.Плакс, В.В.Рафаловский, В. Е. Ро-зенфельд, Н.Н.Сидоров. П.Н.стромский. М.В.Улановский, В.Н.Фомчен-ков. Г.А.фофанов. С.Я.Френкель, Н.А.фуфрянский, П.А.Шелест и др'.

Вторая глава посвящена тяговым расчетам на ЭВМ. Тяговый расчет на ЭВМ рассматривается состоящим из следующих этапов: подготовки, корректировки и дополнения баз данных; составления задания на расчет или выбора готового задания; предварительной обработки данных; расчета параметров движения поезда; обработки результатов расчета. На первой этапе происходит подготовка данных, которые молено сгруппировать в три обьекта: участок, состав и локомотив. С учетом анализа способов учета сопротивления от уклона, наиболее целесообразным для тяговых расчетов следует считать использование подробного попикетного профиля. При этом базу данных участка автором предложено строить по пикетному индексу. Для учета сопротивления от кривйх с учетом расположения поезда в кривых и скорости его движения по этим кривым, параметры кривых (радиус кривой R и возвышение наружного рельса h) на каждом пикете предложено приводить к двум фиктивным уклонам:

1В=К»/К и (1)

(2)

Коэффициенты Кк и К„ приводят характеристики кривой к размерности уклона, что позволяет использовать общий алгоритм спрямления этих фиктивных уклонов и профиля. Необходимость такого учета сопротивления от кривых вызвана тем. что традиционный упрощенный учет на участках со сложным планом пути дает погрешность порядка 2 кгс/т.

так как при нахождении поезда в нескольких кривых сопротивление движению меняется сложным образом, что в свою очередь приводит к погрешностям расчета скорости порядка 10 км/ч. В предложенной автором пикетной базе данных (рис. 1.) также содержатся величины, непрерывно меняющиеся.в процессе движения поезда, например, приведенное сопротивление контактной сети 2С. Фрагментация участка позволяет учитывать различные системы путейских координат на расчетном участке, "неправильные" километры и пикеты, различный тип верхнего строения пути. Остальные данные об участке содержаться в координатных базах данных.

БД дополнительных . сопротивлений

Рис. 1. База данных профиля и связанные с нею.базы данных

Манные о составе (табл. 1.) получают на основе повагонно-го учета, который для нужд эксплуатации может быть совмещен с процессом составления натурного листа.

Параметры локомотивов в дополнение к параметрам, характеризующим состав, содержат ряд характеристик, важнейшей из них является тяговая характеристика. Часть ее ограничений, в частности ограничение по реализуемой мощности, автором предложено аппроксимировать в виде уравнения:

. — 1]~ ■ Структура данных о составе Таблица 1

На звание параметра Обозначение Единицы измерения

Вес поезда. а тс

Коэффициент инерции вращающихся масс Не -

Длина состава 1с м

Коэффициенты уравнения основного сопротивления движению* а ь« О, Он

>

Расчетный тормозной коэффициент: -для чугунных колодок -для композиционных колодок в пересчете на чугунные ®рч 9ря

Схема торможение (ссылка на базу данных)..

Коэффициент сопротивления от подвагонного генератора а кВт-км/ч

Скорость включения подвагонного генератора Упг км/ч

Допустимая скорость движения VI«* км/ч

Коэффичиенты уравнения основного сопротивления движению имеют следующую размерность: а - кгс/т; Ь - (кгс/т)/(км/ч); с -(кгс/т)/(км/ч) . Индекс "з" обозначает коэффициент дм звеньевого пути, "б" - для бесстыкового.

В

Рк=А+——. ■ (3)

и1-

где А, В. С - эмпирические.коэффициенты.

Коэффициенты ЛиВ являются функциями от показателя степени С. который сравнительно легко подобрать по минимаксному принципу:

шах|Р(У1.С)-Г11 -> Шп, VI

(4)

где ?! (С) - значение силы тяги, полученное по аппроксимационной формуле в 1-том узле исходных данных при значении аргумента VI и текущей в данной итерации значении коэффициента этой формулы С; - значение силы тяги в Ьтом узле исходных данных.

Уравнения в виде степенной функции содераат весьма некритические с точки зрения точности коэффициенты. Для тепловозов в этой форме монет быть представлена как вся тяговая характеристика (ее ограничение по реализуемой мощности), так и ее части в пределах подпозиций (например, ступеней ослабления возбуждения для тепловозов с электропередачей или различных гидроаппаратов для тепловозов с гидропередачей). Сравнение этого способа аппроксимации с традиционно применяемым полиномным приведено в табл 2.. а значения коэффициентов для некоторых тепловозов - в табл. з.

Для электровозов, уравнение (3) будет иметь несколько другой вид:

Гц-

А+-

В

(у-Ки)'

0+Е. (5)

где А. В, и С - коэффициенты, . зависящие от схемы включения тяговых электродвигателей (табл. 4.): О к Е -коэффициенты, зависящие от ступени ослабления возбуждения тяговых электродвигателей (ТЭД) (табл. 5.);

Ко - коэффициент, учитывающий отличие напряжения, под-

. веденного к тяговому двигателю, от. номинального напряжения (позволяет учитывать падение напряжения в контактной сети).

Влияние сопротивления пусковых реостатов и контактной сети, а также • Фактическое напряжение' контактной сети в формуле (5) учитывается коэффициентом. Кв

иф г+К^сЫ

К« * ------—, (6)

У н г.

Таблица 2

-Сргеясзхэ разлжзжп спосзбса агтрэдснмсцге! тяговой жфгжгериохкс: ившыавоа дая расчетов иа ЭВУ (на прлхерз 213116)

Расчетная формула Fk"»EatVl i Fk*£ajilv i i Fk»a+b/vc Рк-а+Ъ/^с mtvn

Расход памяти (ASCII), байт еэ 66 19 19

Расход памяти (мая. ферма), Сайт 1 33 ' 23 IB IS

Время 10000 вычислений на 1ЕЛ PC/AT i 386/387 40 МГц Turbo-BASIC, 0 ! о.а 0.3 о.а 0.5

Время 10000 вычиояекий яа 1Ш PC/AT 3S6/387 40 МГц Turbo-PASCAL Прагой расчет, с . * 0.3 1.0

Время 1CG00 ияиоленкй на IE.M PC/AT 386DX/287 40 МГц Turbo-PASCAL 0 КЗ кладныда расходам на шзоа функции, 0 3.3 1.3

Время 10000 Еычшааний sa 1Е!Л FC/AT 386DX без сопроцэосоза 40 ЫГц Тиг-Ьо-BASIC, 0 4.0 3.4 8.1 5.1

Время 100СЮ шяколэнпй ва 1ЕЛ PC/AT 386DX без сопроцессора 40 МГц Turbo-PASCAL прямой расчет, о - 8.3 e.s

Время 10000 вычислений на 1Ш PC/AT 386DX без сопроцессора 40 МГц Turbo-PASCAL о наиадны^и расходами па вызов функциям о 11.7 s.o

Наксккалансе расхождение в точках, заданных ШР, X 2.3 2.3 1.1 î.i

фактическое напряжение на фидере подстанции. кВ; номинальное напряжение, для которого построена исходная тяговая характеристика. кВ; сопротивление тягового электродвигателя на данной ступени ослабления возбуждения. Ом; сопротивление пускового реостата на данной реостатной позиции. Ом;

приведенное сопротивление контактной сети на текущей координате пути я, он.

Таблица 3

Значения коэффициентов уравнения (3) (для одной секции тепловоза)

Серия Значения коэффициентов

тепловоза А В С

М62 -5258 154819 0.614

ТЭ10 (всех индексов) -2893 343509 0.791'

ТЭ116 -1674 383854 0.840

ТЭП70 -1911 373277 0.778

Тепловые характеристики тяговых электрических машин (в Функции тока I) автором предложено'аппроксимировать четырьмя коэффициентами а. Ь. с и й:

; Т = а+Ь-(1-с)Л (7)

и

т*> = [а+Ь- (1-с)а1 -Кп. (8)

где К„ - коэффициент, зависящий от производительности вентиляторов тепловозов на разных позициях контроллера машиниста.

где и0 -

и „ -

г

К

Эти коэффициента также входят в данные о локомотиве.

Таблица 4

Значения коэффициентов уравнения (5), зазз!ся2]мх от схекы включения ТЭД электровозов

Соед. ТЭД Электровозы ВЛ10. ВЛ11 Электровоз ВЛ23

А В С А В С

С СП п . 3223 2726 4284 1.8130-10° 2.8225-10®, 4.6390-1011 3.395 3.535 4.216 -32 602 517 8.8757-10' 6,0947■10® 5.5550-10 3.146 3.717 3.876

Таблица 5

Значения коэКицнентоз уравнения (5). згвг.сящз!Х от ступени ослабления возбуждения ТЗД электровозов

Ступень ОП Электровозы ВЛ10, ВЛ11 Электровоз ВЛ23

Р 0 Е Р 0 Е

ПП 1,00 1,000 0 1.00 1.000 0

0П1 0.75 1.333 0 0.75 1.370 545,0

0П2 0,55 '1.818 0 0,55 1,825 . 962,5

ОПЗ 0.43 2.455 42.135 0,43 2,320 1521.0

0П4 0.36 2.920 75.862 0.36 2,866 1501,0

Для электровозов установившееся превышение температуры можно выразить и с помощью двух эмпирических коэффициентов а и Ь формулой

т™ =■ 1<а,Ь1>. (9)

Важное значение в моделировании тяги поездов имеет и реализация модели управления локомотивом. Относительно простая модель у тепловозов - последовательное переключение позиций контроллера машиниста от нуля до максимальной (и обратно). При этом в модель целесообразно вводить задержку по времени на каждое последующее переключение для того, чтобы отразить реальную задержку в изменении мощности'дизель-генераторной установки вследствие переходных процессов в ней. На электровозах машинист задает два управления - напряжение на двигателях (для электровозов постоянного тока это сопротивление реостатов и схема соединения двигателей) и

ослабление возбуждения тяговых электродвигателей. Эти два управления имеют взаимные блокировки. Иначе обстоит дело с электропоездами - увеличивать позиции можно последовательно, но на поездах типа ЭР1 и ЭР2 возможны обратные переходы со всех позиций лишь на выбег, а также с 4 на 3 и со 2 на 1. Автором предложено в этом случае задавать матрицы возможных переключений.

Матрица возможных переключений У(пипг,т) задается массивом размерности гихпгхт, где П} - число основных позиций управления, п2 - число подпозиций (кроме включающихся автоматически), и - число возможных управляющих воздействий. КатсдыП элемент массива таким образом представляет собой значение нового режима управления, получаемого из старого при воздействии одного из возможных управлений. Кроме того, для каждого управления можно задавать необходимую временную задержку на переход с помощью отдельной переменной. Отдельны^ управлением следует предусмотреть быстрый сброс тяги с любой позиции, который в матрицах возможных переключений не описывается.

Предварительная обработка данных в тяговых расчетах слу-етт для выполнения однократных вычислений, дальнейшее повторение которых в ходе тяговых расчетов нецелесообразно и устанавливает связи между объектами, участвующими в расчетах согласно заданию на расчет. К таким вычислениям относится определение суммарной массы поезда и его длины, его коэффициента инерции вращающихся касс, тормозного коэффициента и коэффициентов основного сопротивления движению в тяге и на холостом ходу (взаимодействие объектов "состав" и "локомотив"), расчет для каддой границы пикета значений сопротивлений от уклонов (спрямление профиля) и кривых, корректировка координат ограничений скорости по длине поезда (взаимодействие объектов, "состав", "локомотив" и "участок").

С одной стороны необходимо по возможности сократить число повторяющихся операций, особенно в случае нескольких попыток расчета, то есть иметь заранее спрямленный под поездом профиль. С другой стороны - с точки зрения повышения точности расчета - целесообразно иметь значение спрямленного профиля в каждой координате расчета. Автором предложен ввугэгапныа способ спрямления, который включает в себя предварительное спрямление в ходе подготовки данных и окончательное спрямление по текущей координате непосредс-

твенно в процессе расчета.

Способ интегрирования уравнения движения определяется его формой. Для программ тяговых расчетов можно принять интегрирование по времени методом Эйлера. Допустимость такого подхода, основываясь на исследования А.Н. Костроминим модели поезда как объекта самовыравнивания, рассмотрена в п. 1.3. диссертации.

Полученные при решении уравнения движения поезда значения пути и времени нужно преобразовать в удобный для пользователя вид - текущую путейскую координату и суточную форму выражения времени. Если допустить несоответствие в отображении координаты в пределах неправильного пикета или одного пикета неправильного километра (вместе с определенной, хотя и незначительной - порядка 0.01 кгс/т - погрешностью в величинах сопротивлений от уклона и кривых), то при отображении путейской координата в формате десятичной дроби (с точностью до 10 или 1 ю; коррекцию можно производить путем фрагментации участка со сменой опорной координаты (рис. 2). При этом перевод внутренней координата з в путейскую зпут производится по формуле

Зпут " Зоп+З-Кн. (10)

В пределах каждого фрагмента пикет полагается, стометровым. Признаком смены пикета служит изменение десятой доли вычисленной путейской координаты. Этот способ пригоден при отклонении длины пикета от нормальной в любун сторону. Аналогично поступают и в случае "неправильных" километров. Фрагментация при смене координатной системы показана на рис.3.

Расчет сопротивления от кривой производится по формуле

«й - • 1|?с +1Vе 'К?' 1|!с-Кз' 1||сI • (И)

где значения коэффициентов К!. Кг и Кэ зависят от значений коэффициентов в формулах (1). (2). и принятых для расчета Формулах сопротивления от кривых. Такие сопротивления, как. например, сопротивление от ветра, зависят и от текущей координаты, и от ско роста движения поезда. Их целесообразно учитывать в.виде предло-

женного автором обобщенного дополнительного сопротивления в функ-

Путейская координата 1.0 1.1 1.2 1.3

Внутренняя координата 1.0 1.1 1.181 1.281

Б„=100 м

5П=81 м

Бп°100 м[_

1.0

1. 1 |

1.2

1.2

1.3

_!_

1 фрагмент, Зоп=0'

К„*1

2 фрагмент, 3О11=0.019

К„-1

Рис. 2. Фрагментация участка со сменой опорной координаты в случае "неправильного" пикета меньшей длины

Внутренняя координата 1.0 1\ 1 1.2

1 путейская координата 1.0 1.1 1.2

Би-ЮО м

Внутренняя- координата 2 путейская координата

1 фрагмент. Б»„»о

К»-1

2 фрагмент. 3<,„=16.125

. Кщ-1

8П=100 м

1. 125 15.0

1.225 14.9

1.325 14.8

8П=100 м 8„=100 м

1.0 1 1.1 | 1.2

15.0 14.9 14.8 I I 1

Рис. 3. Фрагментация участка со сменой опорной координаты в случае изменения координатной системы-

ции пути и скорост по формуле, подобной формуле основного удельного сопротивления:

¥п=ап+Ьп-у+с„-у2.

(12)

где а„, Ь„, с„ - эмпирические коэффициенты, содержащиеся в пикетной базе данных. Традиционные методы тяговых расчетов, предполагают зависи-

мости, используемые в расчете не изменяющимися в его процессе, пересчет отдельных характеристик происходит, при необходимости, перед расчетом, который опять-таки производится по статическим характеристикам. При этом не всегда учитывается взаимовлияние характеристик. В особенности это касается локомотивов, имеющих большое число различных функциональных зависимостей.

Последовательная модель локомотива, предложенная автором, представляет собой динамическую систему характеристик, предусматривающую автоматический учет изменения параметров всех характеристик, входящих в систему, вызванную каким-либо фактором.

Так как в любом случае тяговым расчетом должен производиться расчет механических параметров двизсерия поезда, то первой характеристикой этой системы является тяговая характеристика локомотива РМ. Ток локомотива можно определить из зависимости ГШ. ток тягового электродвигателя - из тока локомотива 1Д(1), а током тягового электродвигателя в свою очередь определяются его тепловые характеристики.

Полученный ток локомотива для тепловозов о электропередачей определяет .автоматические переходы по ступеням ослабления возбуждения, а для электровозов - определяет падение напряжения в контактной сети. Таким образом осуществляются обратные связи в последовательных моделях и их замкнутость. Полученные значение напряжения на токоприемнике и ток локомотива используются для расчета расхода'электроэнергии электроподвииган составом.

В третьей главе произведен обзор научно-исследовательских работ, выполненных с участием автора, в ходе которых создавались методики тяговых расчетов, учитывающие конкретные условия эксплуатации. Работы выполнены по договорам с Ленинград-Витебским отделением и локомотивным депо Петрозаводск Октябрьской ж.-д.

Автором предложен метод тяговых расчетов по граничным нормам, позволяющий учесть случайный характер факторов, используемых в тяговых расчетах в виде детерминированных величин. При решении разных задач следует выбирать те факторы, разброс которых наиболее сильно влияет на точность расчета. Задаваясь вероятностью реализации результатов расчета, выбирают граничные значения исходных величин и производят расчет для наиболее и наименее

благоприятного их сочетания. Для ряда задач требующих определения. например, возмоыюсти реализации требуемого тормозного пути или перегонного времени хода, расчет можно производить лишь для наиболее неблагоприятного сочетания факторов. Использование двух граничных норм представляет интерес для определения расхода энергоресурсов методами тяговых расчетов.

Граничным значениям рассматриваемых величин естественно поставить в соответствие вероятности их получения на практике, т.е. рассматривать распределение вероятностей этих величин. Тогда, задавшись определенной вероятностью результата, мокно получить расчетные экстремальные значения указанных величин с целью их использования в расчете. Такой подход оказывается возможным на основе рассмотрения законов распределения крайних членов выборки.

При нормировании расхода топлива в теплотяге необходимо учитывать и фактическое состояние локомотивов, а также особенности управления ими на том или ином тяговом плече. Эти факторы могут быть учтены опытными данными расхода топлива по позициям, полученными путем анализа режимов работы локомотива." В электротяге необходимо учитывать таете изменение характеристик'электроподвижного состава при разных диаметрах колесных пар, а в особенности от падения напряжения, вызванном самим электровозом или электропоездом.

На расход энергоресурсов существенно влияют и составляющие полного сопротивления движению подвижного состава. Известно, что разброс значений основного сопротивления движению может достигать 50?5 от среднего значения, рассчитываемого по нормативам ПТР. Это обусловливается как состоянием вагонов в составе, атмосферными условиями и другими величинами, которые являются случайными. так и состоянием пути, которое для данного участка можно считать постоянным в течение межремонтного периода. Именно поэтому разброс основного сопротивления движению для конкретного участка обычно меньше указанного значения и несимметричен относительно среднего значения, регламентированного ПТР. Этот разброс легко установить при помощи сравнения результатов расчетов и опытных поездок с динамометрическим вагоном. Кроме того, на полное сопротивление движению влияют дополнительные сопротивления от ветра, низких температур и другие. Хотя они также являются вели-

чинами в целом случайными, однако для конкретных условий можно определить их граничные значения с заданной вероятностью.

. Понятно, что границами нормы будет расход топлива или электроэнергии при наиболее благоприятных условиях движения (хорошее состояние локомотива, отсутствие других тяговых потребителей на фидерной зоне, уменьшенное по сравнению с нормативным основное сопротивление движению, отсутствие дополнительных сопротивлений от ветра и т.п.) и при наименее благоприятных условиях (заниженная мощность дизель-генератора тепловоза, максимальное число поездов на электротяге в фидерной зоне, увеличенное основное сопротивление движению, наиболее неблагоприятное воздействие ветра).

Рассмотрим совместно уравнение движения поезда и уравнение удельной ускорявшей силы:

(IV

-- ^■{Гв/(р+а)-[и0(у)+»1(з)+«1!(у.з)+у(д(у)+ад(з)+ь1]). (13)

Чтобы исключить работу со случайный! функциями, можно считать все зависимости, входяпдае в это уравнение, детерминированными, а случайным!! считать лишь коэффициенты влияния, на которые умножается та йли иная зависимость. Это:

1) коэффициент реализации сцепления Ксц для силы тяги локомотива при работе на ограничения по сцеплению;

2) коэффициент мощности К* (для тепловозов);

3) коэффициент напряжения в контактной сети /Си (для электровозов);

4) коэффициент диаметра колесных пар К о:

5) коэффициент состава Кс;

6) коэффициент дополнительных сопротивлений пути КА„;

7) тормозной коэффициент ¡>Р. рассматриваемый как случайная величина (при расчете тормозной силы).

Таким образом мы имеем дело лишь со случайными величинами. Например. для электровозов уравнение (13) при этом примет яид:

^{гп1п[Г11Сц-Ксц:Г1((У-КиКв)Кв]/(Р+Ч)-^0(У)-Кс-Кд„+

+И1(3)+*МУ,3)+Ид(У)+*1д(3)+Ьт(8р)]}. . (14)

Из уравнения (14) видно, что вероятность реализации йи/м - это функционально преобразованная вероятность суммы случайных величин, указанных выше. Исходя из этого, при известных законах распределения этих случайных величин, можно выбрать их граничные значения, которые далее используются в расчете.

Недостаточное количество опытных поездок при работе на участке Петрозаводск-Суоярви не позволило произвести статистическую оценку влияющих факторов с желаемой точностью, однако удовлетворительные результаты были получены и при упрощенной оценке (с изменением коэффициентов в пределах - Кс=0,5.. .1,5; Кы=1.05...0,9). Полученный таким образом действительный и расчетный расход топлива представлен на рис. 4. Эти исследования, проведенные с участием автора научно-исследовательской лабораторией "Автоматика локомотивов" ПГУПС, показали, что область нормы расхода топлива, рассчитанная с помощью программы тяговых расчетов, уже. чем область, полученная обработкой лицевых счетов локомотивов. что объясняется как неточностью измерения топлива на тепловозах, неточностью нормирования топлива на их горячий простой и учет времени этого простоя, так и приписками со стороны локомотивных бригад. Опыт работы с локомотивным депо Петрозаводск показал необходимость дифференцирования грузовых поездов по весу, средней нагрузке на ось и длине поезда.

В четвертой главе рассмотрены вопросы использования методов тяговых расчетов в аппаратно-программных комплексах динамометрических вагонов и локомотивных устройствах контроля параметров движения, а также получения с их помощью исходных данных тяговых расчетов для конкретных условий.

При проведении опытных поездок можно выделить четыре-группы данных: непосредственно измеряемые величины: норматив-

(iv

(31

Д9Й0ТЕИТ9ЛЫШЙ и расчетный удельный раоход дизельного топлива грузовых поездов на учоотка Петрозаводск - Суоярви

А, хг/иам.

но-справочная информация: результаты аналитических вычислений: результаты вычислений с использованием эмпирических зависимостей. В свою очередь методы обработки данных с использованием эмпирических зависимостей можно разделить на следующие группы: статистический, регрессионный, тожественный корреляционный анализ: сравнительный тяговый расчет; частичный тяговый расчет на основе данных измерения.

Возможны несколько вариантов использования методик тяговых расчетов в ходе опытных поездок на ДМВ с аппаратно-программным измерительным комплексом. Они позволяют оцеиить дополнительное сопротивление от уклона и кривых за счет спрямления подробного продольного попикетного профиля пути на каждой расчетной координате с учетом длины и веса (а в отдельных случаях и распределения веса по длине) опытного поезда и учета расположения поезда в кривых на текущей координате и действующего в этих кривых непогашенного ускорения. При известных основном сопротивлении движению и силе тяги локомотива можно скорректировать сопротивления от уклона и коэффициенты, входящие в формулу учета сопротивления от кривых.

Методики тяговых расчетов необходимы и для косвенных измерений например, касательной силы тяги, температуры нагрева тяговых электрических машин, расхода электрической энергии, расхода топлива по позициям, мощности локомотива по позициям, коэффициента полезного действия электропередачи тепловоза и др. Оценка параметров тепловозов по позициям позволяет восполнить пробел для данных такого рода, отсутствующих в ПТР, либо уточнить эти данные применительно к местным условиям. Также моано получить значение фактической массы поезда, способом, предложенным М.А.Никулиным. и значения приведенного сопротивления контактной сети в функции пути гс.

На ДМВ возможно производить также сравнительный тговый расчет с целью выявления факторов, требующих уточнения, что необходимо для создания местных нормативов. Сравнительный тяговый расчет позволяет определить коэффициент мощности тепловозов путем сравнения значений расчетной и измеряемой динамометрической силы тяги. Он также используется для проверки применяемых методик.

Разновидностью этого метода является частичный, тяговый

расчет, при котором моделируется, например, только состав и используются измеряемые параметры локомотива. Таким способом можно оценить основное сопротивление датгению состава или получить значение коэффициента состава.

Во время опытной поездки можно производить также опережающий тяговый, расчет с любой текущей координаты, позволяющий оперативно корректировать режим ведения опытного поезда или прогнозировать изменение ряда параметров.. '

Рис. 5. Схема обработки данных в аппаратно-программном измерительном комплексе динамометрического вагона

Схема обработки данных в аппаратно-программном комплексе ДМВ представлена на рисунке 5. При небольшом числе опытных поездок получают коэффициенты влияния, указанные в 3 главе. При боль-

шом числе опытных данных, которые могут дать локомотивные комплексы регистрации параметров движения для конкретных условий можно получить и функциональные зависимости тяговых, токовых и расходных характеристик локомотивов, основного сопротивления движению. сопротивлений от уклонов и кривых, дополнительных сопротивлений в функции пути (рассчитываемых по формуле (12)).

ВЫВОДЫ

1. Применение приближенной к конечному пользователю персональной вычислительной техники для тяговых расчетов дает возможность повысить их достоверность и расширить круг задач, решаемых с их помощью, но для этого необходимо пересмотреть существующие методики.

2. Отличительной особенностью разработанных автором методик является то. что конкретные условия эксплуатации в них учитываются при помощи коэффициентов влияния, получаемых в ходе установочных опытных поездок, что позволяет повысить достоверность тяговых расчетов в этих конкретных условиях.

3. Учет состояния локомотивов в эксплуатации и особенности управления ими на конкретном тяговом плече в разработанных методиках осуществляется с помощью предложенных автором способа аппроксимации характеристик локомотивов степенными функциями и последовательных моделей локомотивов, а также способа моделирования управления локомотивом.

4. Повышение точности расчета сопротивлений от уклонов и кривых без увеличения его времени в предлагаемых автором методиках достигается двухэтапным спрямлением продольного попикетного профиля, раздельным учетом сопротивления от кривых и унификацией учета расположения поезда в кривых со способом спрямления профиля.

5. Разработанный автором способ нормирования расхода энергоресурсов на тягу поездов методами тяговых расчетов по граничным нормам (с точностью до 7%) применяется в локомотивных депо Петрозаводск и Ленинград-Сортировочный-Московский Октябрьской железной дороги.

■6. Для подробного учета влияющих Факторов необходимо наличие на локомотивах соответствующих устройств контроля и регистрации параметров движения, требования к которым определены в диссертации. В этом случае учет конкретных условий эксплуатации возможен и с помощью функциональных зависимостей дополнительных сопротивлений в функции пути и скорости движения.

7. Программы, созданные с использованием разработанных Методик, применяются не только для нормирования энергоресурсов, но и для анализа работы машинистов и обучения локомотивных бригад.

Основные полозення диссертации изложены в следующих работах:

1. Калинин Й.С.. Кудрядав И.Ю., Эйдукс Я. Программа топ-ливно-теплотехшческих расчетов для локомотивного хозяйства // Материалы науч.-практич. конф.. 2-3 ноября 1994 г. - СПб., 1995. -С..21-22.

2. Калинин Ю.С., ЭЯдукс Я. Применение уточненных методик тяговых расчетов в аппаратно-программном комплексе динамометрического вагона // Перспективы развития тепловозной тяга: Сб. науч. тр. / СПб. гос. ун-т путей сообщения, 1996. - С. 29-32.

3. Калинин П.С.. ЭЯдукс Я. Программы тяговых и тормозных расчетов ка ПЭВМ и обработка на ПЭВМ оперативной документации: Информационный листок / Дорожный центр науч.-технической информации Октябрьской ж.-д., 1993 г.

4. Эйдукс я. Использование методов тяговых расчетов при нормировании расхода энергрресурсов на тягу поездов // Железнодорожник Латвии. - 1995. - Но 38. - С. 10-11.

5. Эйдукс Я. Методики тяговых расчетов и обработка результатов в аппаратно-программном комплексе динамометрического вагона // Тез. докл. пятьдесят пятой науч.-технич. конф., 3-24 апреля 1995 Г. - СПб., 1995. - С. 15.

6. Эйдукс Я. Методики тяговых расчетов требуют уточнения // Железнодорожник Латвии. - 1933. - Но 50. - С. 8-9.

7. Эйдукс Я. О представлении тяговых характеристик локомотивов в виде политроп // Перспективы развития тепловозной тяги: Сб. науч. тр. / СПб. гос. ун-т путей сообщения, 1996. - С. 50-53.

8. Зйдукс Я. Особенности нормирования расхода энергоресурсов на тягу поездов методами тяговых расчетов // Тез. докл. пятьдесят шестой науч.-технич, конф.. 1-24 апреля 1996 г. - СПб., 1996. - С. 15.

9. Эйдукс Я. О способе спрямления продольного попикетного профиля при тяговых расчетах на ПЭВМ // Перспективы развития тепловозной тяги: Сб. науч. тр. / СПб.' гос. ун-т путей сообщения. 1996. - С. 5?-56. ■ '

10. Зйдукс Я. Разработка методик тяговых расчетов для ПЭВМ // Тез. докл. пятьдесят четвертой науч. -технич. конф.. 4-29 апреля 1994 г. - СПб., 1994. - С. 9-10.

11. Е1аикз Тгакс13аз арге^1ш 12шапго§апа епе^огезиг-зи рагег1па погтёзапа! УПсез уаДайгТЬага // 1дШ;]аз 0ге1гсе1-теКэ, 1995. - Лг 38. -10.-11. 1рр.

(Эйдукс Я. Использование тяговых расчетов для нормирования энергоресурсов на тягу // Латвияс Дзелзцелъниекс, 1995. -Но 38. - С. 10-11.)

12. Е1йикз 3. Тгаксиаз аргё£1пи теЬойез 1г Ларгес1гё // з дгеШеШекэ. 1993. - Иг 50. - 8.-9. 1рр. •

(Эйдукс Я. Методы тяговых расчетов необходимо уточнить // Латвияс Дзелзцельниекс, 1995. - Но 50. - С. 8-9.)

Автор выражает благодарность ста. я. с. Калинину Ю.С. за помощь в работе над диссертацией, и проф: Афотшу Г. С. за центе совет, коллективу динамометрического вагона и сотрудникам локомотивных депо'Петрозаводск и Леникград-Сортироеочнш-Москоеский Октябрьской железной дороги за плодотворное сотрудничество. Также благодарю ГАО "Латвияс 8зелзцелыи" за предоставленную возможность работы над диссертацией, фирмы Б1И "Е11>а-1" (г. Рига) и АОЗТ "Сталь" (г. С.-Петербург) за те:с-

Подписано к печати 16.10.36 г. усл. печ. л. 1.63

Печать офсетная. Бумага .для множит апп. Формат 60х841/16 Тираж 100 экз. Заказ №

РТП ПГУПС 190031. С.-Петербург. Московский пр., 9.