автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Совершенствование методики определения технических характеристик проектируемых локомотивов на основе математического моделирования

_ МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ

у ^ %ОСКШЖИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (ПИИТ)

0Т!Г^-

I ' УЖ 629.4.014.22.001.57 На правах рукописи

НЕРЕВЯТКИН КОНСТАНТИН АНАТОЛЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЕКТИРУЕМЫХ ЛОКОМОТИВОВ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

05.22.07. - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1998

Работа выполнена на кафедре "Локомотивы и локомотивное хозяйство") Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ).

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор В. Д. Кузьмич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

В. П. Феоктистов - кандидат технических наук, старший научный сотрудник Е. К. Ставрова Ведущее предприятие - Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ)

Защита диссертации состоится 1998 г. в

на заседании диссертационного совета Д114.05.05 при Московском государственном университете путей сообщения по адресу: 101475, ГСП-4, Москва А-55, ул. Образцова, 15; ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, в двух экземплярах просим направлять по адресу совета университета

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета Д114.05.05 -

д.т.н., профессор —В.Н.ФИЛИППОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Решение вопросов, связанных с выбором типов и характеристик локомотивов, всегда находило отражение в исследованиях ученых и специалистов железнодорожного транспорта как одно из направлений повышения эффективности локомотивной тяги. В нашей стране данные вопросы становились особенно актуальными в наиболее важные для развития железных дорог периоды, например. период перевода на новые виды тяги. В силу ряда причин, подобная по своему значений ситуация сложилась на железнодорожном транспорте и в настоящее время.

В начале 1998 г. 29,8 % парка грузовых тепловозов составили локомотивы, выработавшие срок службы. В следующем десятилетии доля таких локомотивов достигнет, по прогнозам специалистов, 66 % к 2005 г. и 96 % к 2010 г. Вместе с тем, по данным Государственного института технико-экономических изысканий и проектирования железнодорожного транспорта (ГипротрансТЭИ), в 2000 г. для освоения грузовых перевозок потребуются около 2000 магистральных тепловозов. Это делает весьма насущной проблему разработки типажа, который мог бы удовлетворить потребности блинайшей перспективы и служить базой для проектирования новых машин.

Одним из этапов решения указанной проблемы является обоснование параметров перспективных тепловозов. В связи с этим совершенствование методики для определения технических характеристик проектируемых локомотивов можно считать весьма актуальной задачей.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Поиск возможностей повышения эффективности грузовых тепловозов за счет совершенствования методики предпроект-ного определения их технических характеристик.

Для решения поставленной задачи в работе рассмотрены следующие вопросы:

- анализ основных технических параметров и тенденций развития тепловозной тяги, а также обзор методов определения технических характеристик локомотивов и других транспортных средств;

- разработка методики математического моделирования и программ для выполнения многовариантных тягово-энергетических расчетов;

- разработка многофакторных математических моделей и алгоритма, позволяющих проводить аналитическую оценку значений тягово-энергетических показателей работы грузовых тепловозов;

- разработка методики и комплекса программ, обеспечивающих выполнение технико-экономических расчетов с гибким варьированием значений искомых технических параметров грузового тепловоза;

- оценка практичности полученной методики, т.е. возмоаности ее использования для решения конкретных задач, связанных с выбором технических характеристик грузовых тепловозов;

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Решение поставленной задачи выполнено с использованием методов математического моделирования на ПЭВМ; методов построения многофакторных математических моделей; методов технико-экономических исследований на железнодорожном транспорте; методов решения задач многокритериальной оптимизации, исследования и оптимизации технических систем в условиях неполной информации.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Разработанная в диссертации методика, в отличие от применяемых в настоящее время, позволяет проводить предп-роектное определение технических характеристик грузовых тепловозов не только путем сравнения показателей работы локомотивов различных (предварительно заданных) типов, но также с использованием оптимизационных методов и гибкого варьирования значений искомых характеристик (параметров). Выбор последних производится применительно к заданным условиям эксплуатации.

В ходе исследования разработана методика многовариантных тягово-энергетических расчетов на ПЭВМ и с ее помощью установлены

многофакторные уравнения для аналитической оценки значений тяго-во-энергетических показателей работы грузовых тепловозов. Полученные математические модели могут быть использованы и для решения задач, выходящих за пределы настоящей работы.

В рамках диссертации многофакторные уравнения вошли в состав специальной математической модели, основу которой составляет алгоритм сравнительных технико-экономических расчетов с гибким варьированием значений основных параметров грузового тепловоза. Выбор рационального варианта их сочетания для заданных условий работы тепловоза производится по критерию минимума приведенной себестоимости перевозок с учетом действия неопределенно-случайных факторов. Возможность гибкого варьирования оптимизируемых характеристик локомотива достигнута за счет предварительного определения рациональных соотношений меяду значениями расчетной скорости и удельной мощности грузовых тепловозов.

С использованием разработанной методики и комплекса программ проведен анализ влияния различных факторов на выбор рациональных характеристик локомотивов, а также получена оценка градаций основных технических параметров грузовых тепловозов, обеспечивающих спектр эксплуатационных потребностей келезных дорог.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Применение разработанной в диссертации методики позволит получать научно-обоснованные результаты, которые могут быть использованы в исследованиях, посвященных прогнозированию типажа и структуры парка локомотивов на ранних стадиях проектирования, а также при планировании мероприятий по модернизации существующего парка.

Материалы диссертации использованы Отделением тепловозов и локомотивного хозяйства Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) в научно-исследовательской работе по типажу перспективных грузовых тепловозов.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликованы 4 печатные работы.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка библиографических источников из 142 наименований, приложений. Работа содержит 225 стр., в том числе 146 стр. машинописного текста, 38 стр. рисунков, 33 таблицы. 13 стр. списка использованных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность темы диссертации и кратко изложено ее основное содержание.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ рассмотрено состояние вопросов, связанных с решением поставленной задачи, и выполнен обзор исследований докторов техн. наук Е.Е.Коссова, В.Д.Кузьмича, А.Л.Лисицына, Б.Э.Пей-сахзона, А.В.Сломянского, К.К.Тихонова, С.С.Ушакова, Э.Д.Фельдман, В.П.Феоктистова, Н.А.Фуфрянского; докторов экон. наук Е.Н.Вавилова, Г. И. Черномордика; кандидатов техн. наук В.Н.Муравьева, Э.И.Нестерова, А.С.Нестрахова, Е.К.Ставровой; кандидата экон. наук Н.Г.Ивановой, Г.А.Моисеева и других авторов.

Анализ технических параметров и тенденций развития тепловозной тяги показал, что решение вопросов о требованиях к тяговому подвижному составу должно комплексно учитывать условия освоения перевозок на железных дорогах. Однако известные методики обоснования характеристик локомотивов основаны на раздельном определении оптимальных параметров локомотивов и параметров, характеризующих условия работы железных дорог. При этом задают конкретные типоразмеры локомотивов, выбранные исходя из опыта эксплуатации и возможностей промышленности, и далее определяют оптимальные пропорции использования каждого типоразмера (структуру парка) по известным -предварительно определенным или заданным - условиям работы желез-

ных дорог и освоения перевозок.

Решения, полученные по такой методике, оказались спорными и неоднозначными по ряду ключевых направлений, что следует из обзора публикаций и работ ведущих ученых и специалистов железнодорожного транспорта. В частности, существенные разногласия возникли по вопросам, связанным с методологией обоснования рационального уровня и градаций расчетной скорости грузовых тепловозов.

В результате анализа методов выбора основных параметров локомотивов сделан вывод о том, что совершенствование методики пред-проектного определения технических характеристик грузовых тепловозов должно быть связано с использованием оптимизационных технико-экономических расчетов и гибкого варьирования значений параметров, которые подлежат обоснованию. Для определения конкретных направлений исследований, обеспечивающих решение задачи в такой постановке, кратко рассмотрены некоторые методы проектирования и оптимизации характеристик транспортных средств. Это позволило наметить основные пути и этапы решения поставленной задачи.

Целью ВТОРОЙ ГЛАВЫ является разработка методики и построение математических моделей, которые позволяют проводить на ПЭВМ тяго-во-энергетические расчеты с гибким варьированием параметров тепловозов и параметров, характеризующих условия их эксплуатации.

Для реализации этого требования математическая модель составлена из нескольких модулей, а именно: расчет условий движения поезда, расчет тяговых и энергетических характеристик тепловозов, расчет процесса движения поезда. При их разработке использованы результаты исследований докторов техн. наук А.И.Володина, Е.Я.Гак-кель, И.П.Исаева, Е.Е. Коссова, В.Д.Кузьмича, Ю.А.Куликова, В. 0. Певзнера; кандидатов техн. наук В. В.Деева, Г.А.Ильина. Я.Б.Кудрявцева, С.И.Осипова, Г.А.Фофанова и других авторов.

К варьируемым параметрам, характеризующим условия движения

локомотивов, в модели отнесены тип профиля и уровень максимальной скорости движения на участке. Моделирование условий движения производится с помощью имитационного метода Монте-Карло. При этом каждый расчетный (эталонный) участок представляет собой случайную комбинацию единичных элементов пути, что позволяет абстрагироваться от характеристик каких-либо конкретных направлений. Исходными данными для расчета служат гистограммы распределения уклонов профиля по классификации ВНИИЖТа, а также гистограмма распределения ограничений скоростей движения поезда по предупреждениям.

Для моделирования тяговых и энергетических характеристик тепловоза разработана специальная методика, математический аппарат которой делает возможным гибкое варьирование значений основных параметров тепловоза: секционной мощности, служебной массы, расчетной скорости, коэффициента тяги. При этом в программном модуле использованы математические зависимости показателей эффективности оборудования тепловозов: удельного эффективного расхода топлива дизелем, коэффициента отбора мощности на привод вспомогательного оборудования, к.п.д. тепловозной передачи - от режимов работы тепловоза и значений его варьируемых параметров. Данные зависимости описаны уравнениями, обобщающими конструктивные характеристики оборудования отечественных тепловозов.

Расчет движения поезда по элементам профиля производится путем численного интегрирования уравнения движения поезда. В результате расчета возможно определение множества различных тягово-энер-гетических показателей работы тепловоза.

На рис.1 для примера показаны зависимости среднего к. п.д. тепловоза в движении цт и удельного расхода топлива на измеритель перевозочной работы Ь от номинальной секционной мощности тепловоза по дизелю N.н, полученные при разных условиях выполнения тяго-во-энергетических расчетов: 1 - без учета влияния режимов работы

тепловоза и его технических параметров на величины т\т и Ь; 2-е учетом влияния режимов работы тепловоза на величины цт и Ь; 3 -дополнительно с учетом влияния технических параметров тепловоза на величины цт и Ь; 4 - дополнительно с учетом переходных процессов в энергетической установке.

Результаты тягово-энергетических расчетов по вариантам

Из рис.1 видно, что значения к. п. д. тяги цт и удельного расхода топлива Ь существенно зависят от условий выполнения расчетов по вариантам. Поэтому выполненное совершенствование методики тягово-энергетических расчетов и уточнение допущений, соответствующих каждому варианту, можно признать целесообразным.

Сопоставление результатов расчетов с опытными (статистическими) данными показало, что разработанная математическая модель может быть использована для оценки показателей тепловозной тяги в различных условиях эксплуатации.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ выполнено исследование тягово-энергетических показателей магистральных тепловозов. Его целью является разработка многофакторных математических моделей, позволяющих проводить

аналитическое оценивание значений указанных показателей, которое необходимо для выполнения оптимизационных технико-экономических расчетов большой размерности.

Среди методов, предназначенных для оценки удельного расхода топлива на измеритель перевозочной работы Ь, поставленной цели исследования соответствует методика, разработанная учеными ВНИИЖТа (кандидаты техн. наук Н.Н.Корнев, П.П.Стромский, Ю.К.Сосенко и др.). Данная методика основана на использовании уравнения, которое позволяет прогнозировать значения величины Ь уве на стадии проектирования тепловоза, а именно

Ь- [(*0'+18)-Р+(1»0"+18)-0]/(Ни-а-цт). (1)

где % - основное удельное сопротивление движения локоштива

и состава; Р, (} - масса локомотива и состава; 1Э - эквивалентный уклон расчетного участка; цт - средний к.п.д. локомотива в движении; Ни - теплотворная способность топлива.

Для определения удельного расхода Ь по формуле (1) в третьей главе получены многофакторные уравнения типа Ух=Г(Рк,ТПр,Умах); 1э=Шх,ТпрЛма,(); Т1т =1 (Кк,Т1тр). где V, - средняя ходовая скорость движения поезда; Йк - удельная мощность тяги; Тпр - тип профильной характеристики; Умах - максимальная допустимая скорость двиаения; К« - степень использования мощности локомотива; цтр - к. п. д. тепловоза на расчетном (номинальном) ревиме работы.

Возможность практического использования полученных результатов подтверждена путем сравнения расчетных и статистических значений величины Ь применительно к одному из участков Северной а. д.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена разработке методики предпроектного определения технических характеристик грузовых тепловозов. При этом использованы результаты исследований докторов техн. наук И.П.Исаева, В.Д.Кузьмича, А.Л.Лисицына, К.К.Тихонова, Э.Д.Фельдман и других авторов. В основу методики положены методы решения спти-

мизационных задач, излокенные в работах Ю. А.Дубова, А.А.Макарова, Л. А. Мелентьева, И. М. Соболя, Р. И. Трухаева и др.

На первом этапе для возмокности выполнения технико-экономических расчетов с гибким варьированием параметров локомотива было установлено рациональное соотношение между значениями касательной мощности NK. служебной массы Р и расчетной скорости Vp грузового тепловоза (параметрическая характеристика):

(N„/P)opt ~ Vp- (4>T)opt=V (<?т/Фкр)0р1'Фкр. (2)

где <рт - коэффициент тяги; Фкр - расчетный коэффициент сцепления. Для определения величины (ipT/<j.Kp)opt был предложен специальный критерий

K = q2'Pq(1"z) - иах, (3)

где q - показатель весовой отдачи локомотивов, значение которого увеличивается по мере повышения искомой величины (<fT/<i>Kp); Pq -вероятность движения поезда расчетной массы по расчетному подъему без боксованил колес локомотива (значение Pq уменьшается с увеличением искомой величины (<рт/Фкр)); z - весовой коэффициент.

Использование данного критерия позволило установить значение opt на Уровне 0,80-0.85.

Из формулы (2) видно, что определение параметрических характеристик может быть выполнено для проектируемых тепловозов с различным уровнем тяговых свойств, оцениваемых величиной расчетного коэффициента сцепления фкр. В качестве примера на рис.2 показаны зависимости (NK/P)opt=f(Vp), полученные для тепловозов с характеристикой сцепления фкр=ИУр), регламентированной Правилами тяговых расчетов, (рис. 2, а) и тепловозов с повышенным уровнем тяговых свойств: при фкр(Vp)=0,42 (рис.2, б). Координаты точек, представленных на графиках, характеризуют сочетания основных параметров некоторых серий отечественных тепловозов (рис. 2, а) и зарубежных тепловозов с передачей переменного тока (рис.2,б). Анализ данных

Параметрические характеристики тепловозов а) отечественные грузовые б) зарубежные тепловозы с пере-

тепловозы дачей переменного тока

|||Щ| - зона оптимального сочетания технических параметров

Рис. 2.

результатов позволил сделать вывод о возможности практического использования полученных параметрических характеристик.

На втором этапе совершенствования методики определения технических характеристик проектируемых локомотивов был разработан алгоритм технико-экономических расчетов. Его основой являются циклические вычисления приведенной себестоимости грузовых перевозок С при изменении весовой нормы состава 0ВН и расчетной скорости тепловоза Ур. Значение Цвн определяет величину служебной массы тепловоза Р, а значение Ур, в свою очередь, - уровень ходовой скорости движения Уг. Поэтому расчет зависимостей С=1 (0РН, V,.) создает условия для выбора рационального сочетания взаимосвязанных друг с другом технических и эксплуатационных параметров. Такой расчет может быть выполнен в двух вариантах: по заданной весовой норме 0РЧ или

с определением рационального значения 0В|) по методике д. т. н.-К.К.Тихонова. Отличительной особенностью последней является учет различия и взаимной связи двух параметров - средней массы состава Ос р и весовой нормы 0В „.

Алгоритм технико-экономических расчетов реализован за счет формирования программы из специальных модулей. Основу первого из них составляет методика аналитической оценки тягово-энергетических показателей тепловозов, разработанная в третьей главе диссертации. Другие модули, предназначенные для расчета эксплуатационных и экономических показателей, составлены на основе типовых методик определения экономической эффективности магистральных локомотивов.

Решение рассматриваемой оптимизационной задачи подвержено достаточно сильному влиянию отдельных факторов, к числу которых относятся некоторые экономические нормативы, значения которых могут быть нестабильными. Поэтому дальнейшее совершенствование методики определения характеристик проектируемых локомотивов было связано с использованием методов, позволяющих учесть действие неопределенно-случайных Факторов. При этом для выбора искомых сочетаний параметров эксплуатации и основных параметров тепловоза использован специальный критерий, позволяющий избегать большого риска в процессе принятия решений - критерий минимума среднего риска. Применение такого подхода позволяет надеяться, что полученные результаты будут достаточно устойчивыми по отношению к возмонньм изменениям соотноиений между отдельными экономическими нормативами.

С помощью разработанной методики и программы проведен анализ влияния различных условий на результаты технико-экономических расчетов по выбору рациональных характеристик грузовых тепловозов. Для этого вычисления приведенной себестоимости перевозок С выполнены в четырех различных вариантах, характеристики которых представлены в таблице 1.■ а результаты - на рис. 3. Из рис. 3 видно, что

Таблица 1.

Условия выполнения технико-экономических расчетов по вариантам

№

варианта

Условие формирования составов*1

Условия движения поездов

Относительные параметры тепловозов

1

^с р "QB Н

Qop=f(QBH)

V„ai(=100 км/ч

VMax=80 км/ч

К,-4

Фт =0,20

Цт =0,31

(фт/фкр) =0,80-0.85 TiT=f(NeH.Vp,KN)

*) в первом варианте расчетов различие величин весовой нормы QBH и

средней массы состава 0сР не учитывается; »*) ^-количество ограничений максимальной скорости на 100 ки пути.

Зависимости приведенной себестоимости перевозок С от весовой нормы QBK (а) и расчетной скорости Vp (б) ( однопутная линия, тип профиля III с расчетным подъемом 9°/00. грузопоток в груженом направлении Г=12 млн. т/год )

а) а

1,2,3,4 - варианты расчета

положение на кривых С=Г(0ВЙ,УР) точки, соответствующей минимуму величины С для каждого варианта, существенно изменяется в зависимости от условий выполнения технико-экономических расчетов.

Исследование влияния различных факторов (таблица 1) на рациональные значения параметров грузовых тепловозов позволило получить следующие результаты (таблица 2). В первом варианте технико-экономических расчетов наилучшими оказались локомотивы, близкие по своим параметрам к тепловозу 2ТЭ121. Результатом второго варианта расчетов - с учетом различия величин весовых норм и средних весов составов - стало уменьшение оптимальной весовой нормы и, следовательно, расчетной силы тяги Екр и мощности тепловоза Мен. Результатом третьего и четвертого вариантов стало уменьшение оптимального уровня расчетной скорости локомотива и ходовой скорости движения поезда. При этом предпочтительны»,¡и оказались тепловозы с относительно невысокой мощностью Нен и повышенным уровнем удельной силы тяги Ё=РК р/Н„. По своим техническим характеристикам эти локомотивы наиболее близки к серийным малинам типа 2ТЭ10 и 2М62.

Таблица 2.

Оптимальные сочетания эксплуатационных параметров и параметров грузовых тепловозов при различных условиях выполнения технико-экономических расчетов

Ио варианта Однопутная лииип, Г-12 мля.т нетто в год 2вухпутнэя линия. Г-30 млн.т нетто в год

Параметры эксплуатация Параметры тепловозов (1 секция) Параметры эксплуатации Параметры тепловозов (1 секция)

Овн, т Ух.км/ч Иен,МВт ?,Н/кВт Овн, т Ук.км/ч Иен.МВт Р.Н/кЕт

1 5100 57-60 2,7-3,2 100-125 5100 54-56 2,4-2,9 115-145

г 4500-4700 2,4-2,9 1СО-125 4400-4600 2.1-2.6 115-145

3 52-57 2,0-2,6 115-145 47-52 !.3-2.1 145-175

4 47-52 1,9-2,2 145-175 44-47 1,7-2,0 160-190

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ оценена возможность использования разработанной методики для решения конкретных задач по выбору технических характеристик локомотивов. В качестве примера сделана попытка определения градаций основных параметров грузовых тепловозов, обеспечивающих спектр эксплуатационных потребностей железных дорог. При этом использованы результаты совместных исследований ВНИИЖТа, ВНИТИ и ГипротрансТЭИ (руководитель научно-исследовательской работы -к. т.н. Н. Н.Каменев), в частности, характеристики работы тепловозного полигона железных дорог.

Эти материалы послужили исходными данными для формирования структуры расчетных участков, обслуживаемых дизельной тягой, на основе специальной методики Сибирского отделения Академии Наук (авторы А.А.Макаров, Л.А.Мелентьев. Б.Г.Санеез и др.). Она позволила установить спектр характерных условий эксплуатации тепловозного полигона, т. е. ряд расчетных участков, каждому из которых соответствует сочетание значений таких параметров, как число главных путей, тип профиля, объем перевозок Г, весовая норма грузового состава QSB и размеры пассажирского движения Ыпс.

Для всей совокупности полученных расчетных участков были выполнены многовариантные технико-экономические расчеты по методике, разработанной в четвертой главе. При этом выбор рациональных значений искомых характеристик тепловозов был произведен для двух вариантов: по заданным весовым нормам на расчетных участках и с определением весовых норм по методике д. т. н. К. К. Тихонова. Значения экономических нормативов, необходимых для производства расчетов, приняты по состоянию на начало 1998 г.

На первом этапе технико-экономические расчеты были выполнены применительно к серийным (условно) тепловозам. При этом использованы нормативная характеристика сцепления <|>Kp=f(Vp) отечественных тепловозов по Правилам тяговых расчетов, а также полученные в дис-

сертации зависимости к. п. д. тепловоза от его характеристик и режимов работы. Результатом расчетов стал набор рациональных сочетаний параметров локомотивов. Эти сочетания, число которых соответствует количеству расчетных участков, далее послужили основой для формирования градаций технических характеристик тепловозов.

Группировка типов локомотивов, выявленных в процессе оптимизационных расчетов, осуществлена с помощью метода распознавания образов. На рис.4 для примера показаны результаты группировки, полученные применительно к варианту расчетов с заданием весовых норм на участках. Границами каждой группы являются ограничения по служебной массе локомотива Р (осевой нагрузке 2П с учетом числа ведущих осей а,с), ограничения по номинальной мощности дизеля Ивн и ограничения по расчетной скорости Ур, которые показаны наклонными линиями. Центры "тяжести" групп, координаты которых представляют собой средние взвешенные значения параметров локомотивов, отнесенных к каждой группе, обозначены кружками.

В целом, в результате проведенных группировок типов локомотивов были выделены три их градации по уровню расчетной скорости: 15-19 км/ч, 18-22 км/ч и 21-25 км/ч - и три градации по уровню служебной массы секции Р, две из которых могут быть реализованы при шестиосной экипажной части (Р<150 т), а третья - при восьмиос-ной (Р>150 т). Анализ всей совокупности результатов технико-экономических расчетов позволил ориентировочно установить соответствие каждой градации расчетной скорости условиям эксплуатации локомотивов (таблица 3), а также получить спектр основных технических параметров грузовых тепловозов (таблица 4).

На втором этапе расчетов подобная оценка значений технических параметров была произведена применительно к проектируемым тепловозам с повышенным уровнем тяговых свойств и топливной экономичности (с использованием результатов исследований ВНШЖТа и ВНИТИ). При

Результаты группировки типов тепловозов, полученные для варианта расчетов с заданием весовых норм

230О

2№

47 19 & 2Ъ 25 -V-ОкГ-8-г

19 г\

- области сформированных групп

732П,т

Рис. А.

Таблица 3.

Соответствие градаций расчетной скорости серийных (условно) тепловозов условиям эксплуатации

Градации расчетной скорости тепловозов Однопутные линии Двухпутные линии

Оптимальная скорость движения на расчетном подъеме Тип профиля Оптимальная скорость движения на расчетном подъеме Тип 1 профиля 1

15-19 15-17 I 15-17 I. II |

17-19 II, III 17-19 III 1

18-22 18-21 18-20

20-22 IV 19-25 IV 1 1

21-25 I-IV тип профиля АБ:при Г>10 млн.т и Nnc>5 при Ndc>10; ПАБ: при N„c>5

1

Примечание. АБ, ПАБ - участки с автоматической и полуавтоматической блокировкой соответственно.

Таблица 4.

Ориентировочные градации основных технических параметров серийных (условно) грузовых тепловозов

- -I Параметры тепловозов

Число ведущих осей Расчетная скорость, км/ч Расчетная сила тяги кН Осевая нагрузка, т Секционная мощность по дизелю, кВт

22-24 280-320 20-22 2300-2600

8 18-22 285-325 20-22 2000-2400

16-18 295-335 20-22 1800-2200

23-25 230-245 22-23 2000-2200

19-21 240-265 22-24 1800-1900

16-18 235-250 21-22 1400-1600

ь 21-24 180-205 17-19 1600-1800

18-21 185-210 17-19 1300-1600

16-18 200-225 18-20 1200-1500

этом, в частности, сформированы градации расчетной скорости тепловозов: 16-19 км/ч, 18-22 км/ч, 20-25 км/ч и 25-27 км/ч - и установлены ориентировочные сферы их рационального использования. Уровень оптимальных ходовых скоростей грузового движения, значения которых получены для спектра характерных условий работы тепловозного полигона, в среднем составил 44-48 км/ч. что достаточно хорошо согласуется с прогнозами ученых и специалистов ГипротрансТЭИ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотренная работа содержит комплекс исследований, посвященных решению научно-технической задачи о совершенствовании методики определения технических характеристик проектируемых локомотивов. При этом большое внимание было уделено сохранению общей преемственности усовершенствованной методики традиционным подходам, что представляется необходимым условием для обеспечения возможности ее практического использования.

Решение задачи выполнено за счет совершенствования методологической базы, предназначенной для проведения сравнительных тяго-во-энергетических и технико-экономических расчетов с гибким варьированием значений основных параметров тепловоза и параметров, характеризующих условия его эксплуатации. Это стало возможным вследствие использования математического моделирования и вычислительной техники. Разработанные универсальные математические модели построены по модульному принципу, что позволяет, при необходимости, корректировать программное содержание отдельных блоков без изменения общей методологии и последовательности вычислений.

В целом, для решения поставленной задачи в работе выполнены исследования и получены следующие основные результаты.

1. Проанализированы тенденции развития тепловозостроения, а

также известные методики обоснования технических характеристик и выбора типов локомотивов. Сделан вывод о необходимости разработки комплексного подхода к определению параметров тепловозов.. который основан на изучении условий эксплуатации и не связан с каким-либо предварительно заданным типоразмерным рядом.

2. Проанализированы методы предпроектного определения основных параметров транспортных средств. Установлено направление решения поставленной задачи - разработка методики технико-экономических расчетов с гибким варьированием оптимизируемых характеристик локомотивов.

3. Разработана структура и алгоритм математической модели, предназначенной для выполнения многовариантных тягово-энергетичес-ких расчетов. Принципы построения модели сделали возможными исследования с гибким варьированием в широком диапазоне как параметров тепловоза, так и параметров, характеризующих условия его работы.

4. С помощью полученной модели исследованы зависимости тяго-во-энергетических показателей работы тепловозов от ряда технических и эксплуатационных параметров. В результате установлены соответствующие многофакторные уравнения, которые позволяют проводить оптимизационные технико-экономические расчеты большой размерности.

5. Для выполнения технико-экономических расчетов с гибким варьированием оптимизируемых параметров локомотива получено уравнение, характеризующее рациональное соотношение между расчетной скоростью и удельной мощностью грузовых тепловозов.

6. Разработаны алгоритм и математические модели для определения рациональных технических характеристик грузового тепловоза в сочетании с параметрами его эксплуатации: весовой нормой и средней ходовой скоростью движения. В качестве критерия рационального решения использован минимум приведенной себестоимости перевозок.

7. Для повышения устойчивости оптимальных решений, получаемых

в результате технико-экономических расчетов по разработанной методике. последняя дополнена методами учета неопределенно-случайного характера исходной информации. При этом для оценки оптимальных вариантов в условиях неопределенности использован критерий, позволяющий избежать большого риска в процессе принятия решений.

8. С помощью разработанного комплекса программ проведен анализ влияния различных факторов на результаты выбора рациональных сочетаний характеристик локомотива и параметров его эксплуатации.

При этом установлено, что важным резервом повышения эффективности грузовых тепловозов на стадии их проектирования является учет: а) зависимости среднего к. п.д. локомотива от величин его основных технических параметров и режимов работы; б) наличия в процессе функционирования локомотивов разброса реализуемых весов грузовых составов; в) наличия в процессе движения грузовых поездов ограничений максимальной допустимой скорости.

Учет данных факторов при производстве оптимизационных технико-экономических расчетов приводит к следующим результатам (применительно к серийным (условно) локомотивам): рациональные значения секционной мощности и расчетной скорости грузовых тепловозов уменьшаются ориентировочно с 3000 кВт. до 2000 кВт и с 28-32 км/ч до 20-25 км/ч соответственно; значения удельной силы тяги F=FKp/NK увеличиваются со 100-120 Н/кВт до 150-190 Н/кВт.

9. Выполнена оценка практичности разработанной в диссертации методики. Для этого предпринята попытка определения градаций технических характеристик грузовых тепловозов, обеспечивающих спектр эксплуатационных потребностей железных дорог. В результате оптимизационных расчетов, проведенных для обобщенных условий работы тепловозного полигона. . установлено несколько градаций расчетной скорости и служебной массы секций грузовых тепловозов. Для них ориентировочно указаны сферы возможного использования, а также процент-

ное содержание в общем спектре.

Такие результаты - градации основных технических параметров локомотивов - могут быть использованы в исследованиях, посвященных обоснованию типажа и структуры парка грузовых тепловозов, в качестве исходных данных, подлежащих дальнейшей оптимизации (уточнение и корректировка градаций параметров по возможностям проектирования и изготовления локомотивов, по расстановке локомотивов на сеть реальных участков полигона железных дорог, по количеству градаций в типаже и структуре парка и др). При этом дифференцированный подход к выбору уровня расчетной скорости грузовых тепловозов в зависимости от условий эксплуатации: типа профиля, объема перевозок и других факторов - создает предпосылки для повышения энергетической и экономической эффективности локомотивной тяги.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Кузьмич В.Д., Игин В.Н., Неревяткин К.А. Разработка и обоснование принципов выбора рациональных значений показателей эксплуатации локомотивов // Фундаментальные и поисковые научно-исследовательские работы в области железнодорожного транспорта 1996 г. / Сб. науч. тр., - М.:МИИТ,- 1997. Вып. 910. - с. 210-214.

2. Неревяткин К. А. Методика многовариантных расчетов показателей тепловозной тяги // МИИТ. - М., 1998. - 24 с. - Деп. в ЦНИИ-ТЗИ МПС. №б160-ЖД98.

3. Неревяткин К. А. Исследование и аналитическая оценка тяго-во-энергетических показателей работы магистральных тепловозов // МИИТ. - М.. 1998. - 25 С. - Деп. в ЦНИИТЭИ МПС. №б159-ЖД98.

4. Неревяткин К. А. Обобщенные тяговые характеристики грузовых тепловозов (согласование значений коэффициента тяги и расчетной скорости) // МИИТ. - М., 1998. - 17 с. - Деп. в ЦНИИТЭИ МПС. №б158-ЖД98.

НЕРЕВЯТКИН КОНСТАНТИН АНАТОЛЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЕКТИРУЕМЫХ ЛОКОМОТИВОВ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

05.22.07. - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Подписано к печати 98 г.

Формат бумаги 60x90/16, объем 1,5, заказ

т. тираж 80 шт.

Типография МИИТ. 101475, ГСП-4, Москва А-55, ул.Образцова,15

/

V'

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

На правах рукописи УДК 629.4.014.22.001.57

НЕРЕВЯТКИН КОНСТАНТИН АНАТОЛЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЕКТИРУЕМЫХ ЛОКОМОТИВОВ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

05.22.07. - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор В.Д. Кузьмич

МОСКВА - 1998

- г -

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ..................................................... 4.

1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИИ И СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.................... 7.

1.1. Краткий анализ основных технических параметров и тенденций развития тепловозной тяги.................. 7.

1.2. Методы обоснования основных технических параметров

и структуры парка локомотивов........................ 27.

1.3. Методы определения технических характеристик транспортных средств на ранних стадиях проектирования..... 38.

2. МЕТОДИКА МНОГОВАРИАНТНЫХ РАСЧЕТОВ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

ТЕПЛОВОЗНОЙ ТЯГИ.......................................... 43.

2.1. Имитационное моделирование условий движения

поезда............................................... 43.

2.2. Математическое моделирование тяговых и энергетических характеристик магистральных тепловозов........ 50.

2.3. Расчет движения поезда и тягово-энергетических показателей работы локомотива........................ 69.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЯГОВО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТЕПЛОВОЗОВ.................................. 79.

3.1. Влияние технических параметров тепловоза на уровень

его эксплуатационной и энергетической эффективности.. 80.

3.2. Зависимость показателей локомотивной тяги от

условий эксплуатации тепловозов...................... 88.

3.3. Аналитическая оценка тягово-энергетических показателей работы магистральных тепловозов................ 102.

4. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ПРОЕКТИРУЕМЫХ ГРУЗОВЫХ ЛОКОМОТИВОВ........................ 111.

4.1. Параметрические характеристики грузовых тепловозов

(согласование значений расчетной скорости и коэффициента тяги).................................. 112.

стр.

4.2. Последовательность и содержание этапов обоснования параметров грузового локомотива по экономическим критериям........................................... 127.

4.3. Выбор технических характеристик локомотивов с учетом действия неопределенно-случайных факторов............ 152.

5. ОЦЕНКА ГРАДАЦИЙ ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

ГРУЗОВЫХ ТЕПЛОВОЗОВ....................................... 165.

5.1. Анализ показателей работы грузовых тепловозов и прогнозов перспективных условий эксплуатации......... 165.

5.2. Определение технических характеристик грузовых тепловозов и оценка градаций их параметров.............. 177.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................... 190.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ............................. 195.

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................... 208.

ВВЕДЕНИЕ

В начале 90-х г.г. условия локомотивостроения и работы железнодорожного транспорта Российской Федерации оказались подвержены сильному влиянию перемен, произошедших в государственном устройстве нашей страны. Они отразились на соотношении видов локомотивной тяги как по протяженности электровозного и тепловозного полигонов, так и по объему выполняемой на них перевозочной работы. В России электрическая тяга обслуживает 39,1 тыс.км, а тепловозная - 47,8 тыс.км железных дорог, что в процентном соотношении составляет соответственно 45 % и 55 % (на железнодорожных магистралях СССР эти показатели составляли для электрической тяги 38 %, а для тепловозной - 62 %) /94,114/. Уменьшение относительной протяженности тепловозного полигона сопровождается сокращением объема перевозок. За период с 1992 г. по 1996 г. объем перевозочной работы на неэлект-рифицированных участках уменьшился на 47,55 %; соотношение объемов работы, выполняемых на электровозном и тепловозном полигонах, в 1996 г. составило 75 % и 25 % (в середине 80-х г.г. для сети дорог Советского Союза эти показатели были равны 61,3 % и 38,7 %). Изменения в сфере локомотивостроения в России оказались более существенными. После распада СССР за пределами страны полностью осталось производство грузовых тепловозов, а также тепловозного электрического оборудования и дизелей типа Д100.

Эти обстоятельства привели к сокращению закупок и поставок новых грузовых тепловозов на сеть дорог России, которые практически прекратились в 1993 г., а также к изменению возрастной структуры тепловозного парка (средний возраст тепловозов по сроку службы в 1994 г. составил 14,3 лет) /94/. Между тем, по данным Государственного института технико-экономических изысканий и проектирования железнодорожного транспорта (ГипротрансТЭИ), в 2000 г. России

потребуются, в частности, около 2000 магистральных грузовых тепловозов /44/. В Отделении тепловозов и локомотивного хозяйства Всероссийского научно-исследовательского института железножорожного транспорта (ВНИИЖТ) (д.т.н. Е.Е.Коссов, к.т.н. В.А.Азаренко) считают, что большая замена эксплуатируемого, технически и морально устаревшего парка дизельного тягового подвижного состава на новые локомотивы не может быть осуществлена за счет их приобретения в других странах и требует организации производства тепловозов нового поколения на заводах России. В связи с этим необходимо разработать типаж тягового подвижного состава, который мог бы, во-первых, удовлетворить потребности ближайшей перспективы и, во-вторых, служить базой для проектирования новых тепловозов /44/.

Таким образом, несмотря на общий спад перевозок железными дорогами и некоторое снижение роли тепловозной тяги в обеспечении перевозочных процессов, вопросы, связанные с определением параметров и выбором типов тепловозов, остались актуальными. Решению указанных вопросов посвящены многочисленные работы, большая часть из которых выполнена в 50-70-х г. г., то есть в период перевода железных дорог на новые виды тяги. Известные методики выбора характеристик локомотивов, разработанные в этот период и до настоящего времени, базируются на предварительном определении рациональных значений весов и скоростей движения поездов с последующим подбором величин основных параметров локомотивов - расчетных значений силы тяги и скорости, а также номинальной мощности. При этом возможные градации указанных величин заранее задают в виде типоразмерного ряда локомотивов, который составляют на основе конструкционных требований к подвижному составу и в дальнейшем уточняют в процессе определения структуры его парка. Применение такого подхода оказалось спорным, а его результаты - неоднозначными для ученых и специалистов локомотивостроения. Поскольку в настоящее время обосно-

вание характеристик перспективных локомотивов вновь стало актуальным, в данном исследовании сделана попытка усовершенствовать соответствующие методики.

Целью этого совершенствования является разработка такого подхода к определению технических параметров локомотивов, который учитывал бы, как и ранее, конструктивные возможности проектирования, но не был бы связан с предварительно заданным (предопределенным) типоразмерным рядом.

В процессе решения поставленной задачи был выполнен обзор работ, посвященных выбору технических характеристик локомотивов и транспортных средств, и на этой основе сформирован ряд направлений дальнейших исследований. Для их выполнения разработана методика многовариантных тягово-энергетических расчетов на ЭВМ, применение которой позволило установить многофакторные уравнения для аналитической оценки значений показателей тепловозной тяги. Эти уравнения были использованы в специальной математической модели, предназначенной для определения рациональных технических характеристик грузовых тепловозов. Основу данной модели составляет алгоритм сравнительных технико-экономических расчетов с гибким варьированием значений основных параметров тепловоза и выбором рационального варианта их сочетания по критерию минимума приведенной себестоимости перевозок с учетом действия неопределенно-случайных факторов. Возможности разработанной математической модели, которая представляет собой практическое воплощение усовершенствованной методики определения характеристик локомотивов, показаны при оценке градаций основных технических параметров проектируемых грузовых тепловозов.

Методы и результаты решения этих вопросов, которое стало возможным благодаря использованию математического моделирования и вычислительной техники, составляют основное содержание диссертации и подробнее рассмотрены в ее главах.

1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ И СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Краткий анализ основных технических параметров и тенденций развития тепловозной тяги

Эффективная работа любой техники возможна только при соответствии ее параметров условиям эксплуатации. Поэтому требования к локомотивам определяются целым рядом факторов, характеризующих работу железных дорог. К их числу, в первую очередь, можно отнести:

- грузо- и пассажиропотоки по участкам сети;

- структура осваиваемого грузопотока, определяющая распределение поездных погонных нагрузок;

- весовые нормы и средние массы составов на участках;

- размеры движения поездов различных категорий (грузовые, пассажирские и др.);

- уровень оснащенности и технического состояния железнодорожных линий.

При этом основные факторы взаимосвязаны друг с другом, а также с некоторыми параметрами эксплуатируемых локомотивов. Так, овладение заданным грузопотоком Г можно осуществить, используя различные сочетания значений средней массы состава 0сР и числа грузовых поездов в сутки 1\1гр, поскольку

Г = Збб-Оср-^рЯ, т, (1.1)

где У- коэффициент неравномерности перевозок в течение года. То есть, зависимость Мгр=Г(Оср) имеет вид гиперболы (рис.1.1), положение которой зависит от объема перевозок - грузопотока Г.

В поле кривых, приведенных на рис. 1.1, при изысканиях и проектировании железных дорог д.т.н. А.П.Кондратченко (МИИТ) устанавливал наличие трех условных зон /39/. Такая классификация удобна для анализа основных технических параметров и тенденций развития тепловозной тяги.

Взаимосвязь основных параметров, характеризующих условия эксплуатации железных дорог

0 QcP

Рис. 1.1.

Для зоны I характерны умеренные значения величин 0сР и высокие размеры движения;Nr р. Такие условия эксплуатации имеют место на железных дорогах Европы. При этом параметры европейских тепловозов отражают соответствующее направление в локомотивостроении, особенностями которого являются сравнительно низкие осевые нагрузки и применение высокофорсированного оборудования (таблица 1.1).

Таблица 1.1.

Технические характеристики некоторых европейских тепловозов

выпуска 60-70 х г.г. /67/

А^от (Франция] *) МаЬ Италия

Основные параметры (Швеция)

67000 70000 72000 75000 Б443

1.Год начала выпуска 1963 1966 1967 1972 1967 1967

2.Мощность по дизелю

кВт 1764 2*1764 2940 3087 2646 1470

3.Осевая формула 2-2 3-3 3-3 3-3 30 -з0 2 -2

4.Служебная масса

Р, т 83 112 114 118 120 70,5

5.Осевая нагрузка

2П, т 20,7 18,7 19,0 19,7 20,0 17,6

6. Расчетная сила тяги

Рк р» кН 177 177 231 231 290 137

7. Расчетная скорость

Ур> км/ч 28 53 34,5 34,5 22,4 28,5

8.Удельная мощность

Мк/Р, кВт/т 16,5 21,1 19,1 18,7 15,0 27,2

9. Осевая мощность

Ик/пос, кВт/ось 441 588 441 515 441 368

10.Осевая сила тяги

Ркр/пос, кН/ось 44,1 29,4 38,3 38,3 46,6 34,3

11.Коэффициент тяги 0,22 0,17 0,21 0,20 0, 25 0,20

I_1_I_1_I_I_I

*) характеристики грузового режима работы локомотивов

Отмеченные особенности находятся в полном соответствии с малыми весовыми нормами поездов и высокими скоростями движения. В 1970 г. на железных дорогах Франции и Германии средняя масса грузового поезда составляла соответственно 775 и 834 т. Эксплуатационные условия в этом случае не требуют реализации высоких значений тяговых сил, а облегченное конструктивное исполнение локомотивов и хорошие динамические качества экипажа исключают необходимость значительного усиления путевого хозяйства.

Из рис.1.1 видно, что в зоне I даже незначительное повышение средней массы состава влечет за собой существенное уменьшение размеров движения и, следовательно, эксплуатируемого парка локомотивов. Поэтому одной из основных тенденций развития европейского ло-комотивостроения является улучшение тяговых свойств тепловозов при незначительном изменении величин нагрузок от оси на рельсы. Это направление можно отчетливо проследить при анализе параметров тепловозов Великобритании (таблица 1.2).

Из таблицы 1.2 видно, что в 60-70-х г.г. на Британские железные дороги (BR) поступали тепловозы с высокой удельной и осевой мощностью и умеренными величинами тяговых параметров. В 80-х г.г. в концепции тепловозостроения компании Brush Electrical Mashines доминирующим становится направление, связанное не с повышением мощности локомотивов (секционной, удельной, осевой), а с увеличением таких показателей, как осевая сила тяги и коэффициент тяги. Появились тепловозы типов 58 и 60 (в настоящее время также 62), предназначенные для обслуживания угольных поездов, в том числе маршрутных, массой 4000 т. Новые тепловозы класса (типа) 60 позволили BR сократить число грузовых поездов, обслуживаемых двойной тягой, и списать 240 менее мощных локомотивов. При проектировании тепловозов класса 60 особое внимание было уделено обеспечению высоких тяговых усилий. Это потребовало разработки совершенной коне-

Таблица 1.2.

Технические характеристики тепловозов Великобритании /8,58,67/

Deltic English *)

Основные параметры Electric Brush Electrical Mashines

ЕЕ Тип 50 Тип 47 Кестрел Тип 58 Тип 60

1. Год начала

выпуска 1961 1967 1962 1967 1982 1987

2. Мощность по ди-

зелю кВт 2*1213 1985 2168 2940 2610 2313

3. Осевая формула 30 ~30 з0-з0 30 ~30 з0-з0 з0 -з0 30 ~30

4. Служебная масса

Р, т 100 117 115,8 126 130 126

5. Осевая нагрузка

2П, т 16,5 19,5 19,3 21,0 21,7 21,0

6. Расчетная сила

тяги Гкр, кН 135,4 146,5 133,4 187,4 222,7 340

(410)

7. Расчетная ско-

рость Ур, км/ч 48,5 37,8 43,5 43,0 28,4 19,2

(16,0)

8. Удельная мощ-

ность Лк/Р, кВт/т 18,2 13,0 13,9 17,8 13,5 14,5

9. Осевая мощность

Мк/пос, кВт/ось 404 331 349 490 293 304

10.Осевая сила тяги

Ркр/пос, кН/ось 22,6 24,3 22,3 31,2 37,1 56,7

(68,3)

11.Коэффициент тяги

Фт 0,14 0,13 0,12 0,15 0,18 0, 28 (0,33)

*) в скобках параметры часового режима работы локомотива, без скобок - длительного режима работы

трукции экипажной части, максимально использующей возможности по реализации сцепного веса, а также радарной противобоксовочной системы с индивидуальным микропроцессорным управлением тяговыми двигателями постоянного тока (независимое возбуждение) /137/.

Зону II на рис.1.1 характеризуют высокие значения средних масс составов СЦ (преимущественно, перевозки массовых грузов) и низкие размеры движения Nrp. Такие условия соответствуют, прежде всего, железным дорогам США. Поэтому американские локомотивы отличаются повышенным уровнем удельных тяговых показателей. В качестве примера можно рассмотреть параметры тепловозов, предложенных американским железным дорогам компанией General Motors (таблица 1.3).

Так, в начале 70-х г. г. типоразмерный ряд включал в себя локомотивы с несколькими градациями расчетной силы тяги (246,5 кН -четырехосные машины; 365-371 кН - шестиосные машины) и расчетной скорости (10-11 км/ч; 17,9-18,2 км/ч; 22,5 км/ч). При этом величина осевой силы тяги задана на едином уровне 61,8 кН/ось, который значительно превышает соответствующие значения для европейских тепловозов 60-70-х г. г. Различие осевой тяги является следствием существенно различающегося уровня осевых нагрузок ( 27-30 т в США против 17-21 т в Европе ). Дальнейшее улучшение тяговых возможностей локомотивов General Motors, характеризуемое повышением осевой силы тяги, достигнуто в 80-х годах за счет внедрения на тепловозах противобоксовочной системы Super Series и, как следствие, увеличения реализуемых коэффициентов сцепления - коэффициентов тяги /58/.

Тепловозный парк ряда других стран также отличается высоким уровнем удельных тяговых показателей локомотивов. Например, в Австралии для обслуживания тяжелых маршрутных поездов используют тепловозы, выпускаемые фирмами Clyde (по лицензии General Motors), Comeng и Goninan (по лицензии General Electric). Основным достоинством американских локомотивов здесь считают значительный уровень

Таблица 1.3.

Технические характеристики некоторых тепловозов General Motors с передачей переменно-постоянного тока /67,93,142/

Основные параметры GP38-2 SD38-2 GP40-2 SD40-2 SD45 SD45X 6Р50 SD50 SD60

Год начала выпуска; 1971 1971 1971 1971 1971 1970 1980 1980 1984

Мощность по дизелю

Ие, кВт; 1617 1617 2425 2425 2867 3308 2794 2794 2794

Осевая формула; 2о-2о Зо-Зо 2о-2о Зо-Зо Зо-Зо Зо-Зо 2о-2 о Зо-Зо Зо-Зо

Служебная масса

Р, т; 113,4 161,5 116,1 166,7 166,7 180,5 117,9 167,0 176,9

Осевая нагрузка

2П, т; 28,4 26,9 29,0 27,8 27,8 30,0 29,5 27,8 29,5

Расчетная сила тяги

Ркр, кН; 246,5 371,1 246,5 370,0 365,0 368,4 285,2 428,3 445,0

Расчетная скорость

Ур, км/ч; 10,4 10,9 18,2 17,9 18,2 22,5 16,0 16,0 16,0

Удельная мощность

Ш/?, кВт/т; 6,28 6,94 10,7 11,0 11,2 12,8 10,8 11,4 11,2

Осевая мощность

Ик/пос, кВт/ось; 178 187 312 307 309 384 317 317 330

Осевая сила тяги

Ркр/пос, кН/ось; 61.8 61.8 61.8 со <о 61.8 61.3 71. 3 71.4 74.2

Коэффициент тяги

¡Рт 0.22 0.23 0.22 0.23 0.23 0.21 0.25 0.26 0.26

тяговой мощности, �