Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ энергетической и эксплуатационной ситуации в ОАО «РЖД» 11
1.1 Общие положения 11
1.2 Энергопотребление в системе ОАО «РЖД» 14
1.3 Динамика энергопотребления в электрической тяге
1.4 Возможные пути сокращения удельного расхода электроэнергии в тяге поездов (организационные и технические) 25
1.5 Нормообразующие факторы и их учет при расчете технологических норм для дальнего пассажирского сообщения 26
1.6 Выводы по главе 1 и постановка задачи 36
2 Анализ ограничений скорости и расчет связанных с ними потерь времени и электроэнергии 37
2.1 Классификация ограничений скорости, их статистический анализ и директивные материалы ОАО «РЖД» по ликвидации и смягчению ограничений на период до 2030 года 37
2.2 Статистический анализ промежутков между смежными ограничениями 43
2.3 Варианты - движения - скоростного поезда в промежутке между ограничениями скорости 45
2.4 Потери из-за ограничений скорости 55
2.5 Выводы по главе 2 65
3 Анализ энергоемкости пассажирских электровозов на базе тягово энергетического паспорта 66
3.1 Сравнительный анализ энергозатрат по тягово-энергетическому паспорту в установившемся режиме движения поезда 66
3.2 Тягово-энергетический паспорт электроподвижного состава и рекомендации по его практическому использованию 72
3.3 Выводы по главе 3 85
4 Математическая модель по расчету потери времени и электроэнергии пассажирского поезда из-за ограничений скорости движения
4.1 Интегрирование уравнения движения поезда для режима электрического торможения аналитическим методом 86
4.2 Программа для моделирования движения поезда в зоне ограничения скорости 105
4.3 Выводы по главе 4 108
5 Оценка энергозатрат и времени хода на участке Москва-Можайск для различных максимальных скоростей и типов электровозов 109
5.1 Обоснование вариантов по оценке энергозатрат, времени хода и выполнение тяговых расчетов 109
5.2 Анализ результата расчета по вариантам 119
5.3 Выводы по главе 5 121
Заключение 122
Список литературы
- Возможные пути сокращения удельного расхода электроэнергии в тяге поездов (организационные и технические)
- Статистический анализ промежутков между смежными ограничениями
- Тягово-энергетический паспорт электроподвижного состава и рекомендации по его практическому использованию
- Программа для моделирования движения поезда в зоне ограничения скорости
Введение к работе
Актуальность темы исследования связана с конкретной задачей по повышению эксплуатационной скорости пассажирских поездов дальнего сообщения. Наиболее эффективно эта задача решается на базе высокоскоростных электропоездов «Сапсан» (Siemens Velaro Rus) (конструкционная скорость 250 км/ч). Но большинство тяговых плеч, например, на Московской железной дороге, не позволяют в полной мере использовать возможности скоростных поездов из-за наличия большого числа ограничений скорости по пути. На тяговом плече Санкт-Петербург – Москва среднетехническая скорость составляет от 150 до 160 км/ч при количестве промежуточных остановок до четырех, а на тяговом плече Москва – Нижний Новгород участковая скорость составляет 120 км/ч при количестве промежуточных остановок две и менее.
Поэтому, наряду с расширением полигона эксплуатации высокоскоростных электропоездов «Сапсан», целесообразно использовать традиционный подвижной состав – электровозы серии ЧС и пассажирские вагоны с конструкционной скоростью 160 км/ч. Соответствующий опыт имеется на тяговом плече Москва-Вязьма, где при максимальной разрешенной скорости 140 км/ч техническая скорость поездов составностью до 13 вагонов реализуется на уровне 107 км/ч.
Введение скоростных поездов вызвано необходимостью повышения конкурентоспособности железных дорог с целью привлечения дополнительного пассажиропотока. Повышение скорости движения пассажирских поездов предусмотрено в . Пополнение парка пассажирских локомотивов новыми электровозами ЭП2К, ЭП1, ЭП10, ЭП20 и новыми вагонами отечественного и зарубежного производства (конструкционная скорость до 200 км/ч) позволяет решать задачу скоростного движения на имеющейся технической базе. Однако, в этом случае лимитирующими являются ограничения скорости, характерные для эксплуатируемых тяговых плеч, что в значительной степени ограничивает возможности повышения технической скорости и ведет к дополнительным энергозатратам.
Степень разработанности темы. Теоретические основы рассматриваемых в диссертации методологических подходов и методов тяговых расчетов изложены в работах известных отечественных и зарубежных специалистов. Однако, вопросы обоснования режимов движения скоростных поездов с электровозной тягой в условиях наличия ограничений скорости, а также методы оценки тягово-энергетической эффективности электровозов в этих условиях разработаны недостаточно.
Цель исследования. Обоснование режима движения пассажирского поезда с электрической тягой в условиях ограничений скорости и разработка методики расчета соответствующих параметров, связанных с энергозатратами и временем хода.
Объект исследования – пассажирский поезд на электротяге и режим его движения с локальными ограничениями скорости.
Предмет исследования:
электровоз с поездом как электромеханическая система в режимах движения, реостатного торможения, а также соответствующий комплекс оценочных критериев по энергетике и скорости;
аналитический метод решения уравнения движения поезда, в частности, для режима электрического торможения.
Задачи исследования заключаются:
в анализе энергетической ситуации и влияющих на нее параметров в дальнем пассажирском сообщении при электрической тяге;
в разработке математической модели, позволяющей обосновать и выполнить расчёт параметров режимов движения на основе учета статистических характеристик тягового плеча;
в обосновании экономичного управления поездом при проезде точечного или протяженного ограничения скорости за счет наиболее интенсивного режима торможения поезда на подходе к ограничению и интенсивного режима разгона поезда после прохода зоны ограничения;
в обосновании режима движения скоростного поезда с электровозом в промежутках относительно небольшой протяженности между смежными ограничениями скорости;
в ускоренном упреждающем решении задачи целевого торможения поезда с применением аналитического метода интегрирования уравнения движения поезда;
в разработке компьютерной программы для выполнения тягово-энергетических расчетов при проходе ограничения скорости поездом с целью минимизации потерь времени и электроэнергии;
в разработке критериев для оценки электровозов при учете тенденции к повышению технической скорости;
в обосновании типа электровоза, наилучшим образом обеспечивающего пассажирские перевозки по конкретному маршруту.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработан аналитический метод решения задачи целевого подтормаживания поезда перед входом на участок с ограничением скорости;
обоснованы критерии выбора варианта движения скоростного поезда в зоне ограничения скорости при минимизации потерь времени и электроэнергии;
предложено решение задачи по выбору режима движения скоростного поезда в промежутке между смежными ограничениями скорости;
предложена методика статистического анализа ограничений скорости на тяговом плече с раздельным учетом допускаемой скорости, длины ограничения, протяженности интервалов между смежными ограничениями.
Теоретическая и практическая ценность диссертации заключается:
в методике корректировки режима движения поезда и его результирующих параметров (время хода, энергозатраты) при повышении участковой скорости на тяговом плече;
в возможности автоматизации режима проследования ограничения путем использования программ автоведения на всех этапах движения поезда (на подходе, при его проезде и при разгоне поезда после ограничения). Сейчас задача упреждения на подходе к ограничению скорости решается системой автоведения со значительной потерей времени для снижения скорости из-за необходимости гарантированного подхода по условиям безопасности движения. При многочисленных ограничениях скорости это ведет к потерям технической скорости;
в возможности оценки по предложенной программе выполнения тяговых расчётов типов электровозов, обеспечивающих пассажирские перевозки с минимальными удельными энергозатратами на конкретных маршрутах.
Методология и методы исследования. Для решения поставленных в диссертации задач использованы методики обоснования рациональных режимов движения пассажирских поездов, методы тяговых расчетов с численным и аналитическим решением уравнения движения поезда, методы математической статистики.
Положения выносимые защиты:
на основе анализа энергетической ситуации в электрической тяге и с учетом тенденции к повышению скорости в пассажирском сообщении следует, что энергосбережение может быть обеспечено за счет рациональных режимов движения скоростных поездов в зоне действия ограничений скорости;
для минимизации потерь электроэнергии и времени при проезде ограничений скорости обоснован режим движения поезда, содержащий этапы целевого торможения с максимальным замедлением, движения с постоянной скоростью и интенсивного разгона поезда. Соответствующие потери рассчитывают по методике, базирующейся на тяговых расчетах и тягово-энергетическом паспорте электровоза;
сравнение энергетических характеристик электровозов разных типов на тяговом плече с ограничениями скорости следует выполнять по тягово-энергетическому паспорту и по отношению изменения удельного расхода электроэнергии к изменению времени хода при увеличении технической скорости;
замедление поезда на подходе к ограничению скорости следует выполнять электрическим тормозом электровоза, а режим торможения рассчитывать предложенным аналитическим методом;
разработанную методику и на ее основе компьютерные программы рекомендуется использовать для расчетов при корректировке графика движения и вводе в эксплуатацию электровозов новых типов.
Личный вклад соискателя заключается:
в разработке методики и статистическом анализе характеристик тягового плеча с ограничениями скорости и представлении результатов в удобной для практического использования форме;
в разработке режимов проследования скоростным поездом ограничений скорости с минимальными потерями времени и электроэнергии;
в разработке комплексной программной системы оперативного контроля движения поезда в зоне ограничения скорости.
Достоверность основных положений и выводов диссертации определяется подтверждением используемых методов численного и аналитического интегрирования уравнения движения поезда для получения значений скорости, времени и пути. Основные положения и выводы подтверждаются совпадением расчетных и реальных данных по кривым скорости движения, времени хода и энергозатратам на тяговом плече Москва-Вязьма для поездов со среднетехнической скоростью в диапазоне от 103 км/ч до 140 км/ч.
Реализация результатов. Результаты исследований переданы Московской Дирекции тяги для организации движения скоростных поездов с ограничениями скорости.
Апробация результатов. Основные результаты работы опубликованы в открытой печати и докладывались на научно-практических конференциях: 11-13 научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» в 2010-2012 г.г. в МИИТе; научно-практических конференциях «Неделя науки-2011», «Неделя науки-2012» в МИИТе; международной научно-практической конференции «TRANS-MECH-ART-CHEM» в 2010 г. в МИИТе; международной научно-технической конференции «Транспорт 21 века: Исследования. Инновации. Инфраструктура» в 2011 г. в УРГУПСе; международной научно-практической конференции «Проблемы трансферта современных технологий в экономику Забайкалья и железнодорожный транспорт» в 2011 г. в ЗАБИЖТе; XII Всемирном электротехническом конгрессе в 2011 г. в Москве.
Диссертационная работа доложена на расширенных научных семинарах и заседаниях кафедры «Электрическая тяга» МИИТа.
Публикации. По материалам диссертации имеется 21 публикация, в том числе 7 статей по списку ВАК, 10 тезисов конференций и патент на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, 5 глав, общие выводы и список литературы, включающий 112 наименований. Всего 136 стр. основного текста, проиллюстрированного 56 рис. и 19 табл., 3 приложения.
Автор благодарит профессоров кафедры «Электрическая тяга» д.т.н., профессора Инькова Ю.М., д.т.н. Сидорову Н.Н. и доцента, к.т.н. Литовченко В.В. за методические рекомендации при написании диссертации.
Возможные пути сокращения удельного расхода электроэнергии в тяге поездов (организационные и технические)
Суммарные затраты компании на использование энергоресурсов в 2005 году составили 104,1 млрд. рублей, или 16,6% всех эксплуатационных расходов. Важно отметить, что темпы роста объема перевозок опережают темпы роста энергопотребления в компании по всем основным видам деятельности. При этом за счет роста цен на энергоносители рост затрат на их приобретение значительно опережает увеличение объемов перевозочной работы. На рисунке 1.2 показаны доли финансовых затрат на основные виды энергоресурсов в общих расходах на ТЭР, потребленных железными дорогами ОАО «РЖД» за последние годы после 2008 года. При этом нужно отметить, что по сравнению с 1988 годом (самый лучший по отчетности год МПС СССР) к концу 2000-х годов энергобаланс существенно изменился по следующим причинам [72]: - распределение грузооборота между электротягой (60 %) на переменном токе и тепловозной тягой (40 %), Среднеазиатская железная дорога (соответственно электрическая тяга 30 % и 70 % тепловозная), Закавказская железная дорога - практически полностью на электротяге постоянного тока 3 кВ; - железные дороги Украины - преимущественно на электротяге, железная дорога Белоруссии с примерно равным соотношением долей электрической и автономной тяги, Прибалтийская железная дорога - (в основном с тепловозной тягой); - падение грузооборота и ухудшение других эксплуатационных показателей; - нарушение четкого экономического и транспортного взаимодействия между Россией и новыми независимыми государствами, т.е. фактически разрушение единой железнодорожной транспортной системы с шириной колеи
Учитывая важность работ в этом направлении, в 2004 году компанией была принята «Энергетическая стратегия ОАО «РЖД» на период до 2010 года и перспективу до 2020 года». Основной целью Энергетической стратегии является оптимизация объемов электроэнергопотребления и топливоэнергопотребления и минимизация затрат на энергоресурсы при безусловном обеспечении объемов перевозок, предусмотренных развитием экономики страны, и спроса населения на транспортные услуги. Должно также учитываться развитие скоростного движения и мультимодальных перевозок. Приоритетными задачами «Энергетической стратегии» ОАО «РЖД» являются: - полное и надежное энергетическое обеспечение перевозочного процесса; - значительное снижение удельных энергозатрат во всех сферах деятельности ОАО «РЖД»; - коренное улучшение структуры управления энергетическим комплексом ОАО «РЖД» на основе современных информационных технологий, систем учета и мониторинга топливо-энергопотребления, взаимовыгодного сотрудничества производителей и потребителей энергоресурсов; - гармоничное и эффективное вхождение ОАО «РЖД» в перспективный энергетический рынок страны (с учетом его экономического реформирования); - минимизация техногенного воздействия железнодорожной энергетики на окружающую среду.
На рисунке 1.3 показаны основные инновационные приоритеты Энергетической стратегии ОАО «РЖД», которая входит как часть в состав стратегического направления научно-технического развития ОАО "Российские железные дороги" на период до 2015 г. ("Белая книга" ОАО "РЖД"). Она включает в себя следующие ориентиры инновационного развития: - снижение УРЭ на тягу поездов на 4%; - увеличение маршрутных скоростей пассажирских поездов на основных направлениях на 12-15%.
Позитивным фактором повышения энергоэффективности процесса являются увеличение среднего веса поезда, участковой скорости, снижение количества предупреждений по ограничению скорости, их ликвидация, сокращение срока действия и постепенное повышение уровней разрешенной скорости в случае ее ограничения, оптимизация времени нагона пассажирских поездов, сокращение задержек у запрещающих сигналов светофора и другие. На рисунке 1.4 показаны прогнозируемые показатели перевозочного процесса.
Они позволяют перейти к прогнозированию энергопотребления в тяге поездов и к выявлению резервов энергосбережения, в частности, в дальнем пассажирском сообщении на электрической тяге. Это особенно важно при учете перспектив повышения участковой и технической скорости в дальнем пассажирском сообщении на основных магистральных направлениях [8, 18].
Статистический анализ промежутков между смежными ограничениями
При этом постоянные факторы остаются неизменными на весь период нормирования. Условно-постоянные не изменяются от поездки к поездке, т. е. в течение длительного времени, а переменные меняются непрерывно, т.е. при каждой поездке их нужно учитывать.
Переменные факторы необходимо также рассматривать с точки зрения локомотивного хозяйства, т. е. отметить те из них, на которые локомотивное хозяйство может активно оказывать прямое воздействие. Такое разграничение необходимо, чтобы в дальнейшем определить и выделить собственные факторы, составляющие расход электроэнергии, а также факторы, находящиеся в зависимости от остальных хозяйств железной дороги, участвующих в процессе перевозок. К примеру, повышенный расход электроэнергии за счет увеличения числа неплановых остановок, снижения технической и участковой скорости при езде на желтый или красный сигнал светофора, нечеткого выполнения графика движения, возможно в полном объёме отнести к Дирекции движения, снижение скорости по постоянным и временным ограничениям скорости - к Дирекции пути и т. д. (таблица 1.1).
Среди переменных факторов вес состава, определяемый числом вагонов, п6скольку"нагрузка на ось - малоизменяемый_фактор в пассажирском движении, является приоритетным, потому что он определяет величину основного сопротивления движению поезда. Помимо этого, данный параметр позволяет составить характеристику поездопотока.
Для выбора основных нормообразующих факторов необходимо более качественно рассмотреть основные составляющие расхода электроэнергии на тягу поездов. Для этого необходимо проанализировать процесс формирования энергозатрат в процессе движения поезда на тяговом плече [64, 83].
На величину расхода электроэнергии огромное влияние оказывает сопротивление движению. Основная часть электроэнергии идет на преодоление сил основного сопротивления движению состава поезда.
Значение основного сопротивления движению возможно анализировать по эмпирическим с разных сторон. Во-первых, с увеличением скорости формулам, которые имеются в Правилах тяговых расчетов. В реальности величины сопротивления движению отдельных вагонов и поезда в целом имеют существенный разброс. Причинами разброса является различный тип подвижного состава, который зависит от локомотивного и вагонного парка используемого в данный момент, а к тому же и от его технического состояния. Так, на сети эксплуатируется около 100 типов грузовых вагонов (для них утверждено только 6 формул) и около 10 типов пассажирских вагонов, включая облегченные вагоны RIC ж.д. ЕС - для них только одна формула. Скорость движения является главным фактором, определяющим величину основного сопротивления движению поезда. С увеличением скорости возрастает сопротивление движению. Следует отметить, что влияние средней технической скорости на УРЭ можно рассматривать движения удельное сопротивление движению увеличивается, а это вызывает значительный рост УРЭ, но в то же время пассажирские поезда, которые двигаются с увеличенным значением технической скорости, имеют меньше разгонов, замедлений и остановок, что частично ведет к снижению УРЭ. Поэтому количество электроэнергии на преодоление основного сопротивления движению поезда за счет увеличения технической скорости, порой оказьпгаётся=менБшё;гг:чем колйчеет дополнительные пуски, разгоны и остановки.
При проследовании кривых, подъёмов или спусков, от ветра, при движении в тоннелях, при отрицательных температурах ниже 25 С возникает дополнительное сопротивление движению поезда. Данный фактор согласно утвержденным расчетным методикам формально не зависит от скорости движения, а определяется профилем и планом пути, а также скоростью и направлением ветра или размерами поперечного сечения тоннеля и внешними очертаниями габарита поезда [4].
Взаимное расположение элементов пути и их протяженность, ТЧП пути (звеньевой, бесстыковой), его балльность имеют огромное значение. Допустимую скорость движения поезда по перегону, определяют балльность, а также ограничения скорости по предупреждениям, которые оказывают воздействие на расход электроэнергии.
Изменение УРЭ связано также с метеоусловиями. Температура наружного воздуха определяет величину коэффициента трения осевых шеек в буксовых подшипниках. Сила этого трения входит в состав основного сопротивления движению поезда. Со снижением температуры возрастает воздушное сопротивление, зависящее от удельного веса воздуха. Зимой появляются дополнительные сопротивления движению поезда, такие как: снежный покров, лежащий на рельсах, между ними и т. д..
Личные качества, опыт и способности машиниста играют большую роль в формировании удельных энергозатрат. Возраст, класс, время практической работы с поездами, образование - все эти качества характеризуют умение машиниста установить оптимальный режим ведения поезда, который обеспечивает минимальные энергозатраты за поездку, но при условии точного выполнения графика движения. Однако, опыт, набираемый с возрастом и соответственно со стажем, входит в противоречие с возрастными изменениями, которые начинают сказываться в 40-45 лет и ведут к непрохождению очередной -медкомиссии.
Техническое состояние локомотива влияет на УРЭ. Отклонение параметров тяговых электродвигателей и характеристик режима ослабления возбуждения от номинальных ведет к неблагоприятному разбросу напряжений и токов двигателей. А это в свою очередь влияет на снижение силы тяги локомотива, а также ведет к потерям мощности, снижению к.п.д. и увеличению расхода электроэнергии [1,31].
Тягово-энергетический паспорт электроподвижного состава и рекомендации по его практическому использованию
Соответствующие зависимости, рассчитанные по этому выражению, представлены на рисунке 2.13. Они могут быть использованы при технико-экономических расчетах по повышению технической скорости на линиях старой постройки. При этом нужно отметить, что основные магистрали Октябрьской, Горьковской, Юго-Восточной и Московской ж.д., для которых актуальна задача повышения скорости движения, были введены в эксплуатацию во второй половине XIX века, когда вопрос повышения скорости еще не ставился. Последующие реконструкции не изменили в принципе существующего положения с ограничениями скорости, кроме Октябрьской железной дороги, ввиду ее особого значения.
Но для технико-экономических расчетов нужны еще и данные по дополнительным затратам на повышение технической скорости, а именно: - дополнительный расход электроэнергии на проследование участка
Стратегия развития железнодорожного транспорта ОАО «РЖД» до 2030 года предусматривает поступательное развитие скоростного движения пассажирских поездов на основных магистралях железных дорог России. Например, в январе 2011 года объявлено, что к предстоящему чемпионату мира по футболу в 2018 году будут соединены реконструированными и модернизированными скоростными магистралями все 16 самых крупных городов России, принимающих у себя этот чемпионат. Кроме того, будет заново построено более 2 тысяч километров новых железных дорог, рассчитанных на максимальную скорость движения пассажирских поездов до 200 км/ч.
Для скоростных поездов могут быть использованы как новые высокоскоростные электропоезда «Сапсан» {Siemens Velaro Rus), так и традиционный подвижной состав ОАО «РЖД» - восьмиосные электровозы серии ЧС и прицепные вагоны, позволяющие формировать пассажирские поезда дальнего следования с ходовой скоростью до 160 км/ч. Указанные технические решения требуют постановки ряда задач по обеспечению безопасности движения, по снижению износа пути и подвижного состава, т.е. по улучшению динамики их взаимодействия, и по энергосбережению. Расход электроэнергии на тягу поездов является одной из самых важных составляющих себестоимости в эксплуатации скоростных поездов. Поэтому в данной статье рассмотрен аспект этой проблемы, имеющий особое значение для модернизируемых линий, где вынужденно сохраняется значительное число ограничений скорости, переездов, негабаритных мест, общедоступных и служебных переходов людей через пути и так далее.
Одним из факторов, существенно и отрицательно влияющих на расход электроэнергии в тяге поездов, являются ограничения скорости (постоянные и временные Особенно значи ельно их неблароприятное влияние -в -скоростном пассажирском движении, обычно реализуемом на электрической тяге. При нормировании энергозатрат на поездку электровоза с поездом в пределах тягового плеча или поездо-участка, т.е. при расчете технологической нормы энергозатрат, учитывают достаточно много факторов. Но отсутствует приемлемая для практики методика учета потерь времени и электроэнергии из-за неблагоприятного влияния _____ о ъективно_существующих-ог-раничений-техничеекой-екоростиг Поскольку действующая в ОАО «РЖД» система нормирования и учета энергозатрат является важным рычагом влияния на энергосбережение в тяге поездов и соответственно на железнодорожном транспорте в целом, то эту систему необходимо дополнить методикой тягового расчета и статистической оценки потерь электроэнергии из-за ограничений скорости. Это особенно важно для скоростных поездов, реализующих на Московской железной дороге ОАО «РЖД» максимальные ходовые скорости 140-160 км/ч.
Хотя искомый результат может быть в каждом конкретном случае получен классическим методом тягового расчета, но для практики нормирования важно представить потери времени дг и электроэнергии АЭ в виде универсальных номограмм, допускающих варьирование возможно большего числа исходных параметров, связанных с движением поезда в зоне ограничения скорости. Обобщенная диаграмма V(S) скорости в функции пути представлена на рисунке 2.14. Если бы ограничение V0 в точке S0 отсутствовало, то поезд двигался бы в этой зоне с постоянной ходовой скоростью Vx, как показано штриховой линией нк . Но при наличии точечного ограничения 0( о) необходимо заблаговременно в точке н начать торможение поезда с тем, чтобы с запасом
D/2, равным половине длины поезда D , т.е. в точке SQ поезд уже имел фактическую скорость V0. Указанный запас должен исключить возможность прохода любой частью поезда точки ограничения S0 со скоростью, превышающей V0. На основе анализа скоростемерных лент на тяговом плече Москва-Вязьма (электровозы ЧС 7, составность поезда /7 = 7-22 вагонов), а также на основе экспертных оценок
Программа для моделирования движения поезда в зоне ограничения скорости
Согласно представленным на рисунке 5.1 вариантам, выполнены тяговые расчеты на участке Москва - Можайск отдельно для каждого типа электровозов, результаты которых представлены в приложении А (рисунки АЛ - А15). Каждый тип электровоза выполнял движение по участку с различными максимально разрешенными скоростями по трем вариантам движения - без ограничений, с учетом постоянно действующих ограничений и с учетом постоянных и временных ограничений. Число прицепных вагонов в составах варьировалось согласно действительно существующему диапазону их изменения - от 7 до 22 вагонов. При выполнении тяговых расчетов только с постоянными и временными ограничениями были применены 2 разные схемы снижения скорости - с применением механического торможения и_ применением электрического торможения (Приложение А).
Целью тяговых расчетов по этим вариантам являлось: а) определение УРЭ, времени хода и скорости по участку без скоростных ограничений в зависимости от разрешенной ходовой скорости для каждого из рассматриваемых типов локомотивов при различном количестве вагонов; б) определение УРЭ, времени хода и скорости при наличии постоянных ограничений скорости и при наличии постоянных и временных ограничений скорости.
В результате расчетов требовалось: - оценить изменения вышеуказанных параметров при наличии постоянных ограничений скорости и при наличии постоянных и временных ограничений оценить изменения УРЭ, времени хода и скорости при применении механического и электрического торможения; - обосновать использование типа электровоза наилучшим образом соответствующего осуществлению пассажирских перевозок на участке Москва -Можайск при наличии постоянных и временных ограничений.
Согласно выполненным вариантам тяговых расчетов определение УРЭ, времени хода и скорости по участку со скоростными ограничениями в зависимости от разрешенной ходовой скорости для каждого из рассматриваемых типов локомотивов при различном количестве вагонов представлены соответственно на рисунках 5.2-5.4 для электровоза ЧС7.
Аналогичные данные для других типов электровозов - ЭШО, ЭП20 и ЧС200 - даны в приложениях А (рисунки А.1-А.9).
Как видно из представленных графиков, наличие больших участков с постоянными ограничениями скорости позволяет поднять ходовую скорость движения до 160 км/ч только при малом при количестве пассажирских вагонов в 7 единиц. Для составов с 15 - 22 вагонами повышение ходовых скоростей движения нецелесообразно уже при значениях более 140 км/ч. С ростом скорости в тяге поездов с 7 пассажирскими вагонами увеличивается удельный расход электроэнергии, поскольку растет сопротивление движению. В тяге с составами 15 и более вагонов отмечается уменьшение удельного расхода электроэнергии, поскольку большое количество участков с ограничениями скорости и их взаиморасположение не позволяют машинистам реализовывать более высокие разрешенные ходовые скорости на участках без ограничений. Алгоритм управления движением поезда предполагает логические действия машиниста с разгоном до ходовых скоростей на участках без ограничений большой протяженности. Среднетехническая скорость движения падает, время в пути растет, а УРЭ, достигнув максимума, соответствующего максимуму среднетехнической скорости, снижается. Но такая экономия электроэнергии становится нецелесообразной из-за резкого увеличения (вместо снижения) времени, потраченного на перемещение поезда по данному участку.
Поезда с составами из 7- 10 вагонов могут двигаться по участку Москва -Можайск со скоростью до 160 км/ч, используя скоростные возможности электровоза ЧС7. Однако уже при числе вагонов в 15 единиц и выше, повышение ходовой скорости при наличии постоянных ограничений становится неэффективным и, как видно из рисунка 5.4, составляет не более 140 км/ч. Для движения пассажирских поездов с составами до 22 вагонов требуется глубокая реконструкция путей с ликвидацией хотя бы части таких ограничений. Определение участков для проведения таких работ может быть рассчитана посредством моделирования с использованием тяговых расчетов, но в данной работе такая задача не ставится.
Потери времени, скорости и УРЭ в процентных отношениях можно оценить, выполнив тяговые расчеты на данном участке с гипотетическими возможностями движения без ограничений и реализации на всем участке разрешенной ходовой скоростью.
На рисунке 5.5 (на примере электровоза ЧС7) представлены данные по увеличению времени хода по участку Москва - Можайск относительно базового варианта - при отсутствии ограничений скорости движения, принятого за 100%. Аналогичные данные для других типов электровозов приведены в Приложении А (рисунки А. 10-А. 12).
Расчеты показали, что при ходовой скорости 160 км/ч время движения поездов увеличивается на 45 % (электровозы ЧС7 и ЭШО), что вполне закономерно, а при ходовой скорости 200 км/ч увеличение времени движения по участку из-за наличия ограничений составляет до 75 % (электровозы ЧС200 и ЭП20). Причем, как видно из расчетов, доля временных ограничений скорости не превышает 5% от дополнительных затрат времени, а основными причинами ____ __Уеличения_времени_хода-Являются постоянные ограничения,— — — ______
На рисунке 5.6 (пример электровоза ЧС7) представлено изменение удельного расхода электроэнергии в зависимости от разрешенной ходовой скорости движения. Аналогичные данные для других типов электровозов приведены в Приложении А (рисунки А. 13-А. 15). Здесь также базовым вариантом (100%) является УРЭ, полученный при движении без ограничений скорости. Для каждого из рассмотренных типов электровозов, как и для ЧГ.7, сначала с ростом разрешенной ходовой скорости движения наблюдается рост УРЭ при наличии участков с ограничениями по скорости. Это связано с увеличением сопротивления движению с ростом скорости w(V), имеющим параболическую зависимость. В диапазоне увеличения УРЭ ( 100%) электровозы работают в режиме тяги, практически полностью используя возможность двигаться с разрешенной ходовой скоростью движения после прохождения участков с ее ограничениями.
