Удосконалення характеристик маневрових тепловозів з адаптацією до умов їх експлуатації

Abstract

UA: Сиротенко Ю.В. Удосконалення характеристик маневрових тепловозів з адаптацією їх експлуатації. – На правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.07 – рухомий склад залізниць та тяга поїздів. - Український державний університет залізничного транспорту МОН України, Харків, 2016. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуального науково-прикладного завдання - удосконаленню характеристик маневрових тепловозів з адаптацією до місця їх експлуатації. Досліджений розвиток та сучасні підходи до формування характеристик маневрових тепловозів. Проведений аналіз і визначені характерні режими роботи маневрових тепловозів у різних місцях їх роботи. На основі геометричної інтерпретації та оптимізації параметрів за універсальною трьохпараметровою характеристикою дизеля тепловоза ЧМЕ3 розроблена математична модель, за якою визначений критерій та отримані математичні залежності з коригувальним множником. Модель запропоновано як основу з визначення потрібної потужності для різних місць експлуатації маневрового тепловоза. Запропонований метод виділення і розрахунку складових гіркових маневрових операцій, який дозволяє визначати їх основні характеристики, на основі якого проведений розрахунок з оцінкою ефективності використання маневрового тепловоза з бустерним unit-модулем у порівнянні з існуючим. Розглянуті пропозиції щодо застосування на маневровому тепловозі навантажувальної характеристики на часткових режимах та запропонована спеціальна приставка до регулятора частоти обертання колінчастого валу дизеля. RU: Диссертационная работа посвящена решению актуального научно-прикладного задания по совершенствованию характеристик маневровых тепловозов с адаптацией к месту их эксплуатации. Выполнен анализ научных исследований, которые посвящены улучшению характеристик маневровых тепловозов. Установлено, что большинство исследований по выбору эксплуатационных характеристик дизелей и улучшению качества переходных процессов в силовой установке ставят своей целью сокращения расхода топлива, снижение токсичности выхлопных газов, уменьшение тепловой напряженности в ответственных деталях. Сделан вывод, что при решении задачи выбора рациональных значений мощности силовой установки маневровых тепловозов и их сцепной массы авторами многих исследований предъявляются различные, иногда противоречивые требования. Одни из них учитывают доминирующее влияние на параметры маневровых тепловозов вида работы, которая этими локомотивами выполняется, другие, при выборе данных параметров, исходят из максимальной массы расформируемых составов, а третьи считают главным для такого выбора загруженность работой сортировочной станции. Но в общей постановке задачи все воедино сходятся, что для выполнения всего диапазона маневровых работ необходимо учитывать их характерную индивидуальность для каждого рабочего места, где работает соответствующий маневровый локомотив. В этом разрезе определено, что в отдельных случаях, для улучшения условий тяжелой маневровой работы и повышения эффективности маневровых тепловозов следует применять специальный бустерный unit-модуль. Рассмотрены основные конструктивные особенности и характеристики бустерных unitмодулей, которые работают с современными маневровыми тепловозами. Проведен анализ и определены характерные режимы работы маневровых тепловозов в различных местах их работы. Установлено, что при выполнении горочной работы, при надвиге поезда, осуществляется большое количество переключений контроллера машиниста и соответствующие им изменения режимов работы энергосиловой установки. Такие переходные режимы для горочной работы составляют значительную часть от общего времени. При этом, устойчивые режимы составляют незначительную часть, а остальное время дизель работает на холостом ходу или заглушен. Совсем другая ситуация со станционными маневрами, когда необходимо часто делать перестановки небольших групп вагонов. В этом случае наибольшее количество переключений приходится только на первую, вторую, третью и четвертую позиции контроллера машиниста. По характеру изменения режимов маневровых тепловозов установлены четыре характерных вида работ: маневрово-вывозная, горочная, интенсивная и малоинтенсивная. В результате параметрической аппроксимации характеристики дизеля тепловоза ЧМЭ3 получены зависимости удельных расходов топлива от реализуемой мощности в различных местах эксплуатации. На основе геометрической интерпретации и оптимизации параметров по универсальной трехпараметровой характеристике дизеля тепловоза ЧМЭ3 разработана математическая модель корректировки тяговой характеристики и предложен критерий по определению уровня мощности для каждой позиции контроллера машиниста. Этот критерий учитывает характерные особенности места работы локомотива и позволяет обеспечивать минимальный расход топлива для выделенных видов работ. На основе использования полученных результатов оптимизационных расчетов формализована задача выбора варианта тепловозной характеристики с помощью теории принятия решений по методу анализа иерархий. Данный метод, в отличие от существующих, позволяет преобразовывать поставленную декомпозицию на более простые составные части с дальнейшей последовательностью обработки суждений за парными сравнениями для лица, которое принимает решение. Исходя из этого, были разработаны иерархии по критериям отклонения удельного расхода топлива и мощности на каждой позиции контроллера машиниста по соответствующим вариантам тепловозных характеристик и предложенные относительные численные уровни (интенсивность) взаимодействия элементов в предложенных иерархиях. Расчетами определены соответствующие весовые величины векторов приоритетов, по которым предложено осуществлять выбор соответствующего варианта тепловозной характеристики. Предложен метод выделения и расчета составляющих горочных маневровых операций, который позволяет определять длину разгона и выбега, скорости подхода к вершине горки, а также скорости в конце разгона поезда как для обычных маневровых тепловозов, так и для тепловозов с бустерным unit-модулем. В целом, на основании проведенных расчетов, установлено, что применение бустерного unitмодуля с маневровым тепловозом позволяет сокращать время всего горочного цикла с поездами массой 2000т на 5,3%, а с поездами массой 3000т и 4000т на 6,3%. Предложены и обоснованы предложения по применению на маневровом тепловозе частичной нагрузочной характеристики и пути ее реализации с помощью специальной приставки к регулятору частоты вращения коленчатого вала дизеля. Экспериментальные результаты внедрения частичной нагрузочной характеристики показали, что она позволяет при определенных условиях повысить эффективность работы маневрового тепловоза, обеспечить его достаточную их приемистость, экономичность и улучшение экологических характеристик. EN: Sirotenko U.V. Perfection of characteristics of shunting diesel locomotives with adaptation to a place of their operation - As the manuscript. Dissertation on competition of a scientific degree of a Ph.D. on a specialty 05.22.07 – rolling stock of railways and draft of trains. - Ukrainian State University of Railway Transport MES Ukraine, Kharkiv, 2016. Dissertational work is devoted to the decision of an actual scientificallyapplied problem - to perfection of characteristics of shunting diesel locomotives with adaptation to a place of their operation. Development and modern approaches to formation of characteristics of shunting diesel locomotives is investigated. The analysis is lead and characteristic operating modes of shunting diesel locomotives in various places of their work are certain. On the basis of geometrical interpretation and optimization of parameters on universal three parameters the characteristic of a diesel engine of diesel locomotive CME3 develops mathematical model on which the criterion is certain and mathematical dependences with a correcting multiplier are received. The model is offered as a basis for definition of necessary capacity for various places of operation of a shunting diesel locomotive. The method of allocation and calculation of components hills shunting operations which allows determining their basic characteristics on the basis of which calculation with an estimation of efficiency of use of a shunting diesel locomotive with busters the unit-module in comparison with existing is lead is offered. Offers on application on a shunting diesel locomotive of the loading characteristic on partial modes are considered and the special prefix to a regulator of frequency of rotation of a cranked shaft of a diesel engine is offered.