№ 8 (77) август, 2020 г. значения переменной «a7». Если значение «вода_ «Water_температура» меньше значения «гистерезис» температура» выше, чем значение «гистерезис», до- до значения «установленная температура», выходной бавленное к значению «заданная температура», вы- сигнал макроса «нагревательный элемент» достигает ходной сигнал макроса «нагревательный элемент» логической «1» (2) и активирует реле «Q8» из C1. достигает логического «0». Если значение Реле Q8 контролирует T1: Q8 0, agarda \"Suv_xarora ti\"qiymati\" o' rnat ilgan xarorat\" \"Gisterezis\" (2) 1, agarda \"Suv_xarora ti\"qiymati\" o' rnat ilgan xarorat\" \"Gisterezis\" Алгоритм контроля уровня pH и EC воды показан на рис. 3. Рисунок 3. Алгоритм контроля уровня pH и EC воды Чтобы контролировать pH воды, был создан мак- масштабирует входящий сигнал от 4 до 20 мА и ли- рос «ph_control1». Его входной сигнал, называемый нейно регулирует значение от 0 до 14 (1). Выходной PH_sensor, подключен к входному порту AI2 C1. Дат- сигнал макроса «PH_value» передается в переменную чик D1 подключен к порту AI2, который передает «PH». Остальные входные и выходные сигналы под- сигнал в диапазоне 4–20 мА. Макрос «ph_control1» ключаются по следующей формуле соответственно: Q6 1, agarda \"PH_sensor\" \"o'rnatilgan qiymat\" \"Gisterezis\" (3) 0, agarda \"PH_sensor\" \"o'rnatilgan qiymat\" \"Gisterezis\" Реле C6 C1 управляет насосом N1, а R1 передает смесь из субстрата в резервуар S1, или наоборот. Реле С1 Q7 обеспечивает работу насоса N2: Q7 0, agarda \"PH_sensor\" \"o'rnatilgan qiymat\" \"Gisterezis\" (4) 1, agarda \"PH_sensor\" \"o'rnatilgan qiymat\" \"Gisterezis\" Аналогично макрос «EC_control1» предостав- описанный выше. Обзор программы, написанной для ляет тот же алгоритм, что и макрос «ph_control1», контроллера C1, показан на рис. 4. Рисунок 4. Обзор программы, написанной для контроллера C1 Таблица 1. В таблице 1 сравниваются питательные вещества растений, выращенных в устройстве, которое мы со- здали с помощью устройства Х и Y. 50
№ 8 (77) август, 2020 г. Сравнения устройств по результатам № Устройство Показатель Длина корня, см Длина стебля, Длина корня, Масса стебля, см см мг 1Х 5 2Y 7 22 35 170 19 42 160 3 Авторское 7,3 25 46 171 Вывод автоматическим управлением для выращивания Разработан проект по автоматизации технологи- гидропонных зеленых кормов с использованием ческого процесса гидропонного выращивания программируемого логического реле OWEN вы- зеленого корма. Практически протестировано росла. Результаты испытаний устройства показали программируемое логическое реле OWEN PR200- преимущества использования программируемого 24.2 с использованием программного обеспечения логического реле OWEN. Owen Logic. Производительность устройства с Список литературы: 1. Бакай С.М., Гетя Н.В. Изучение технологии выращивания зеленых кормов гидропонным методом // Свино- водство. – 1970. – № 11. – С. 67–68. 2. Муратов А.В. Узкополосная PLC-технология / А.В. Муратов, А.В. Башкиров, И.В. Свиридова // Современные проблемы радиоэлектроники. – 2014. 3. Свиридова И.В. Принципы построения турбокодов / И.В. Свиридова, И.В. Остроумов, А.В. Башкиров // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». – 2012. – Т. 1. – С. 362. 4. Шибанов С.В. Обзор современных методов интеграции данных в информационные системы / С.В. Шибанов, М.В. Яровая, Б.Д. Шашков, И.И. Кочегаров [и др.] // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». – 2010. – С. 292–295. 5. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://owen.ru/product/pr200. 51
№ 8 (77) август, 2020 г. СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ЛАМИНАРНОГО ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКИХ СМЕСЕЙ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ТРУБЕ Абидов Камил Зарифович канд. техн. наук, доцент, Бухарский инженерно-технологический институт, Узбекистан, г. Бухара E-mail: [email protected] Салиева Олима Камаловна канд. техн. наук, доцент, Бухарский инженерно-технологический институт, Узбекистан, г. Бухара E-mail: [email protected] PULSING FLOW OF VISCOUS MIXTURES IN A CYLINDRICAL TUBE Kamil Z. Abidov candidate of technical Sciences, associate Professor Bukhara engineering and technological Institute, Uzbekistan, Bukhara city Olima K. Saliyeva candidate of technical Sciences, associate Professor Bukhara engineering and technological Institute, Uzbekistan, Bukhara city АННОТАЦИЯ В данной работе исследовано ламинарное пульсирующее течение вязких двухфазных сред в цилиндрической трубе. На основе численного моделирования определены гидродинамические параметры, влияющие в формиро- вание структурообразования потока. ABSTRACT In this work, we investigated a laminar pulsating flow of viscous two-phase media in a cylindrical tube. On the basis of numerical modeling have been determined hydrodynamic parameters that affect the formation of flow structure for- mation. Ключевые слова: пульсация, пульсирующее течение, гидродинамические параметры, вязкая смесь, теория взаимопроникающих сред, структура потока. Keywords: pulsation, pulsating flow, hydrodynamic parameters, viscous mixture, theory of interpenetrating media, flow structure. ________________________________________________________________________________________________ Исследование пульсирующих потоков многофаз- жидкости теряет параболический вид и принимает ных смесей имеют большое практическое значение в М-образную форму [1]. трубопроводном транспорте, в нефтяной, химиче- ской и текстильной отраслях промышленности, а Учита (1956) впервые теоретически подтвердил также в биомеханике при изучении системы кровооб- кольцевой эффект распределения скорости предста- ращения человека. вив математическую модель пульсирующего течения жидкости в трубах. Теоретические исследования на Ричардсон и Тайлер (1929) были одними из пер- основе математической модели показало, что пульси- вых, кто экспериментально исследовали пульсирую- рующая скорость жидкости состоит из постоянной и щее движение жидкости в трубах и обнаружили наложенной периодической переменной во времени кольцевой эффект распределения продольной скоро- составляющей, называемой колебанием [2]. сти жидкости. Экспериментально обнаружено, что при пульсации градиента давления на входе в трубу Айгун и Айдын аналитически, численно и экспе- профиль продольной скорости ламинарного течения риментально исследовали влияние частоты пульса- ций на коэффициент трения, а также характеристики ___________________________ Библиографическое описание: Абидов К.З., Салиева О.К. Исследование структуры ламинарного пульсирующего течения вязких смесей в цилиндрической трубе // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 8(77). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10640
№ 8 (77) август, 2020 г. профиля скорости в пульсирующем течений жидко- ������������ ������������������ + ������������ ������������ ������������������ + ������������ ������������ ������������������ = − ������������ ������������ + сти в трубе [3]. ������������ ������������ ������������ ������������������ ������������ В работе [4] теоретически и экспериментально +������������ ������ {������������ [− 2 (������������������ + ������������������ + ������������������ ) + 2 ������������������ ]} + исследованы гидродинамические параметры лами- ������������ 3 ������������ ������������ ������������ нарного пульсирующего потока в прямоугольных ка- ������ (������������������ ������������������)] ������������ (������������������ ������������) налах. Экспериментально доказано влияющие фак- +������������ ������������ [������������ + + 2������������ 2 + + торы сопротивления трению пульсирующего потока. ������������ ������������ ������������ ������ Сделан вывод о том, что в пульсирующей ламинар- ������ ной области, периоды и амплитуды числа Рейнольдса ������������������ (������3−������ − ������������ ); не оказывают влияния на средние перепады давле- ния. (2) Все перечисленные работы были выполнены в ������������������ + 1 ������(������������������������������) + ������(������������������������) = 0; (3) рамках пульсирующего течения однофазной среды. ������������ ������ ������������ ������������ Исследование структуры и гидродинамические эф- ������1 + ������2 = 1. (4) фекты, возникающие в пульсирующем течений мно- гофазных смесей началось относительно позже. где ui – продольная скорость i-й фазы; ������������ – попе- Этому способствовали создание современных речная скорость i-й фазы; ρri – истинные плотности средств контроля и измерения, в частности экспери- смесей; νi – кинематический коэффициент i-й фазы; fi ментальных лазерных установок, а бурное развитие – объемное содержание i-й фазы; К – коэффициент средств вычислительной техники, а также разработка фазового взаимодействия; t,Р — время и давление. эффективных методов решения сложных задач гид- родинамики, дали возможность теоретически иссле- Используя следующие преобразования систему довать подобные задачи. уравнений (1)—(4) приведем к безразмерному виду: В работе Ю.С. Рязанцева и др. [5] при помощи ������������ = ���������������̅���������; ������������ = ���������������̅���������; ������ = ������������; ������ = ������������; лазерного анемометра исследована миграция твёр- дых частиц в жидкости и получены некоторые ре- ������ = ������ ; ������ = ������������������ ������������ ������������; ������ = ������������������ ������ ������; зультаты формирования структуры потока в зависи- ������ ������������ мости от частоты колебаний и состава концентрации смеси. В работе [6] проведено теоретическое иссле- Где: ���̅���������, ���̅���������, ������, ������, ������, ������, ������ – безразмерные величины, дование двухфазное пульсирующее движение нень- Re1 – число Рейнольдса первой фазы, ω – круговая ча- ютоновской жидкости в трубах с пористыми стен- стота колебаний. ками. Приведены результаты теоретических расчетов, характеризующих изменения структуры Таким образом, исходные уравнения в безраз- продольной скорости жидкости и распределения дав- мерной постановке выглядит следующим образом ления по горизонтальной оси трубы. (черточки опускаем): Следует отметить, что хотя по теории пульсиру- ������������ ������������������ + ������������ ������������ ������������������ + ������������������������ ������������������ = − ������ ������������ ������������ + ющих течений многофазных смесей проведены до- ������������ ������������ ������������ ������������ ������������ статочное количество исследований, тем не менее, фазовые взаимодействие, реологические свойства и 1 4 ������ (������������ ������������������ ) − 2 ������ ������������������ ) − 2 ������ (������������������������������ )] + структурообразования подобных течений в зависи- + ������������ [3 ������������ ������������ 3 ������������ (������������ ������������ 3 ������������ мости от физических параметров потока полностью не изучены. + 1 [ ������ (������������ ������������������) + ������ (������������ ������������������)] + 1 ������������ (������������������ + ������������������) + ������������ ������������ ������������ ������ Целью настоящей работы является теоретиче- ������������ ������������ ������������ ������������ ������������ ское исследование формирование структурообразо- вания ламинарного пульсирующего течения двух- ������ ������(������3−������ − ������������) (5) фазной смеси (жидкость + мелкие твёрдые частицы) ������������������ в цилиндрической трубе в зависимости от гидроди- намических параметров потока. ������������ ������������������ + ������������ ������������ ������������������ + ������������������������ ������������������ = − ������ ������������ ������������ + ������������ ������������ ������������ ������������ ������������ Подобную задачу будем исследовать на основе использования теорий взаимопроникающих сред для 14 ������ ������������������ ) 2 ������ ������������������ ) − 2 ������ (������������������������������ )] + двухфазной смеси, предложенной Х.А. Рахматули- + ������������ [3 ������������ (������������ ������������ −3 ������������ (������������ ������������ 3 ������������ ном [7]. Согласно данной модели система уравнений в осесимметричноой постановке имеет вид: + 1 [ ������ (������������ ������������������) + ������ (������������ ������������������)] + 1 2������������ (������������������ − ������������) + ������������ ������������ ������������ ������������ ������������ ������������ ������ ������������ ������ ������ ������(������3−������ − ������������ ) (6) ������������������ ������������������ + 1 ������(������������������������������) + ������(������������������������) = 0; (7) ������������ ������ ������������ ������������ ������������ ������������������ + ������������ ������������ ������������������ + ������������ ������������ ������������������ = − ������������ ������������ + ������1 + ������2 = 1. (8) ������������ ������������ ������������ ������������������ ������������ +������������ ������ {������������ [− 2 (������������������ + ������������������ ) + 2 ������������������ ]} + ������������ 3 ������������ ������������ ������ (������������������ ������������������)] (������������������ ������������������) Где: +������������ ������������ [������������ + + ������������ + + ������������ ������������ ������������ ������������ ������������������ = ������������������ – число Рейнольдса i-й фазы; ������ ������������ ������������������ (������3−������ − ������������); (1) 53
№ 8 (77) август, 2020 г. ���������2��� = ������2 ������ – колебательный параметр Уомерслея ������1 = 1,024 ∙ 10−4 кг∙с ; ������1 = 0,08, ������1|������=0 = 0,7; ������������ М2 ������2 i-й фазы; В каждом фиксированном значении ������������ процесс ������ = ������1 – безразмерный параметр. итераций был ограничен условием: ������2 |������1���������+���,������1 − ������1������������,������| ≤ ������ (10) Коэффициент взаимодействия фаз можно опре- делить на основе закона Стокса: ������ = 9 ������ ������2������������ (9) где k – номер итераций, ε = 10-3. 2 ������ 2 Исследование структуры ламинарного пульсиру- ющего течения двухфазной смеси проводились в ши- Где: a– радиус частицы; роком диапазоне безразмерных чисел Уомерслея (1 – 14) и Рейнольдса (22 – 458). ������������ – коэффициент стесненности. Согласно результатам расчетов установлено, что Сформулируем начальные и граничные условия при малых значений числа Уомерслея (α1=1 – 4) про- поставленной задачи: дольные скорости первой и второй фазы приняли па- раболическую форму, аналогично течению Пуа- t=0: ui=0, ������������ = 0, ������������ = ������������0, для 0 < r < R, 0 < z < зейля. В пограничном слое наблюдалось осаждение L}, твердых частиц. Искажение профиля продольных скоростей фаз начиналось с α1 ≥5. Причем с увеличе- z=0: ������1 = ������0 + ������ ������������������ ������������, u2=u1, ������������ = 0, ������������ = ������������0 нием параметра α1 искажение привело к изменению ������ = ������0 + ������ ������������������ ������������ для 0 <r < R структуры пульсирующего потока и профили про- ������������������ дольных скоростей фаз начали принимать М—образ- z=L: ������������ = 0, ������������ = 0 для 0 < r < R ную форму. На рисунке 1 представлены профили продольных R=0: ������������������ = 0, ������������ = 0 для 0 < z < L скоростей первой (сплошная линия) и второй (пунк- ������������ тирная линия) фазы, а также распределение концен- r =R: ui=0, ������������ = 0 для 0 < z < L. трации твёрдых частиц в сечении r = 0,5. Результаты получены при α1 = 9, α2= 3, 4, Re1 = 195, Re2 = 28 для Замкнутая система уравнений (5) – (8) решена ωt = 0, ������ , ������ . Анализ графических результатов свиде- методом переменных направлений. При этом, состав- ляющие члены уравнения были расщеплены по гори- 62 зонтальном и вертикальном направлениям. Продоль- ные и поперечные скорости фаз находим из тельствуют о том, что когда продольные скорости по уравнений (5) и (6), концентрацию жидкости и давле- радиусу трубы принимают М–образную форму, ми- ние – из уравнения (7), концентрацию твердой ча- грация твердых частиц направляется в сторону оси стицы – из уравнения (8). Исходные данные имели трубы. значения: ������1������ = 101,7 кг∙с2 , ������2������ = 109,1 кг∙с2 , М4 М4 Рисунок 1. Профили продольных скоростей фаз и распределение объемной концентрации второй фазы На рис. 2 представлены профили продольной наблюдается некая зона возвратного течения. В при- скорости первой (сплошная линия) и второй (пунк- станных слоях потока наблюдается увеличение про- дольной скорости более вязкой фазы, чем скорость тирная линия) фазы для t=2/3 (1), 5/6 (2), (3) при менее вязкой. Данный гидродинамический эффект зависит от вязкости фаз, когда более вязкая фаза мед- α1=7, α2=2,7, Re1=357, Re2=52,8, К=50, 1/2=0,062. ленно реагирует на возмущения чем менее вязкая. Как видно из рисунка, в пограничных слоях трубы 54
№ 8 (77) август, 2020 г. Рисунок 2. Профили колебания продольнқх скоростей фаз по поперечному сечению трубы (z = 0,5) Таким образом, на основе полученных результа- движением вязких смесей и обеспечить требуемое структурообразование потока. тов, можно сказать, что вариация частотного пара- метра Уомерслея (αi) и модуляция градиента давле- ния на входе в трубу позволяют управлять Список литературы: 1. Rihardson E.G., Tyler E. The transverse velocity gradient near the mouths of pipes in which an altemating or continuous flow of air is established. Proc.Phys. Soc. 1929. 42 (1), 1-15. 2. Uchida S. The pulsating viscous flow superposed on the steady laminar motion of incompressible fluid in a circular pipe. Z. Angew. Meth. Phys. 1956. 7 (5). 403-422. 3. Aygun C., Aydin O. Hydrodynamics of piston-driven laminar pulsating flow: part l. Developing flow. Nucl. Eng. Des. 2014. 274, 164-271. 4. Nailiang Zhuang, Sichao Tan, Hongsheng, Yuan, Chuan Zhang. Flow resistance characteristics of pulsating laminar flow in rectangular channels. Journal Annals of Nuclear Energy. 73 (2014) р. 398-407 5. Рязанцев Ю.С., Юречко В.Н., Мартынов Ю.В. О гидродинамике искусственных клапанов сердца. София, Българска Академия на НАУКИТЕ. ж.Биомеханика, 1990. 23, с.10-20. 6. Рождественский Б.Л., Симакин И.Н., Стойнов М.Л. Пульсирующее течение жидкости в плоском канале. Ма- тер. 6 шк. семин. ’’Нелинейные задачи теории гидродинамической устойчивости”. Колюбакино, 1989 /МГУ инст. мех. М.1989, с.49-50. 7. Рахматулин Х.А. Основы газодинамики взаимопроникающих движений. ПММ. 1956. Т.20. Вып. 2. ___________________________ Библиографическое описание: Абидов К.З., Салиева О.К. Исследование структуры ламинарного пульсирующего течения вязких смесей в цилиндрической трубе // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 8(77). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10640
№ 8 (77) август, 2020 г. ТРАНСПОРТ К АНАЛИЗУ ПЕРЕВОЗОЧНОЙ РАБОТЫ ТЕПЛОВОЗОВ UZTE16M3 НА УЧАСТКЕ МАРОКАНД – КАТТАКУРГАН УЗБЕКСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ Аблялимов Олег Сергеевич канд. техн. наук, ст. науч. сотр., и.о. профессора кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство», Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта, Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] Ходжиев Жасур Джура ўғли магистр, ассистент кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство», Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта, Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] TO ANALYSIS OF TRANSPORTATION WORK OF UZTE16M3 DIESEL LOCOMOTIVES ON THE MAROKAND – KATTAKURGAN AREA OF UZBEK RAILWAY Oleg S. Ablyalimov Doctor of philosophy, chief worker, acting professor of the chair «Loсomotives and locomotive economy», Tashkent institute of railway transpоrt enginеering, Uzbekistan, Tashkent Jasur D. Khodjiyev master, аssistant of the chair«Loсomotives and locomotive еconomy», Tashkent institute of railway transpоrt enginеering, Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ Получены значения энергетических показателей перевозочной работы тепловозов UzTE16M3 на реальном, холмисто - горном участке Узбекской железной дороги при движении грузовых поездов разной массы состава, которые представлены в виде табличных данных и графических зависимостей. Могут быть использованы при оценке топливно – энергетической эффективности локомотивов дизельной тяги в условиях эксплуатации. ABSTRACT The values of the energy indicators of the transportation work of UzTE16M3 diesel locomotives on the real, hilly - mountainous of the Uzbek railway section during the movement of freight trains of different mass of the train were obtained, which are presented in the form of tabular data and graphical dependencies. They can be used in assessing the fuel and energy efficiency of diesel traction locomotives in operating conditions. Ключевые слова: грузовой поезд, тепловоз, участок, скорость, расчёт, анализ, холмисто - горный, перегон, профиль, железная дорога. Keywords: the freight train, the diesel locomotive, the area, the speed, calculation, analyses, hilly - mountainous, stage, profile, railway. ________________________________________________________________________________________________ Настоящее исследование является логическим бекской железной дороги - расхода натурного ди- продолжением [1], цель которого состоит в обосно- зельного топлива исследуемыми локомотивами ди- вании одного из энергетических показателей пере- зельной тяги за поездку. возочной работы трёхсекционных магистральных (поездных) грузовых тепловозов UzТЕ16М3 на хол- Объектом исследования являются трёхсекцион- мисто – горном участке Мароканд – Каттакурган Уз- ные магистральные (поездные) грузовые тепловозы UzТЕ16М3 и спрямлённый профиль пути реального, холмисто – горного участка Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги. ___________________________ Библиографическое описание: Аблялимов О.С., Ходжиев Ж.Д. К анализу перевозочной работы тепловозов UzTE16M3 нв участке Мароканд - Каттакурган Узбекской железной дороги // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 8(77). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10588
№ 8 (77) август, 2020 г. Предмет исследования составляют параметры ������ = Eˑ104, кг/104 ткм брутто (2) энергетических показателей перевозочной работы упомянутых выше тепловозов UzТЕ16М3 при движе- ������∙������ нии грузовых поездов разной массой составов без остановок и с остановками на промежуточных стан- Удельный расход условного дизельного топлива циях, разъездах и раздельных пунктах. определяем по формуле [5]: Расход натурного дизельного топлива локомоти- eу = Эˑe, кг/104ткм брутто (3) вами дизельной тяги (тепловозами), затраченного на перемещение поезда по участку счёта, вычисляем по где Э – тепловой эквивалент топлива, Э = 1,43 [7]. формуле [6]: В табл. 1 приведены значения энергетических по- казателей перевозочной работы трёхсекционных ма- Е = Gт tт + gх tх (1) гистральных (поездных) грузовых тепловозов UzТЕ16М3, в том числе средние и усреднённые зна- где Gт – расход натурного дизельного топлива чения упомянутых показателей на участке Мароканд тепловозом на номинальной позиции контролера ма- – Каттакурган для двух видов движения. Последние являются среднеарифметической величиной в приня- шиниста, кг/мин. Для тепловоза UzТЕ16М3 величина том диапазоне изменения массы составов (Q = 2500 т Gт = 22,65 кг/мин [2]; - 3500 т) грузовых поездов. Анализ данных табл. 1 показывает, что эффек- tт – суммарное время работы тепловоза в режиме тивность использования исследуемых грузовых теп- тяги, мин; ловозов UzTE16M3 повышается для режимов веде- ния грузовых поездов без остановок на gх – расход дизельного топлива тепловозом на ре- промежуточных станциях, разъездах и раздельных жимах холостого хода и торможения, кг/мин. Для пунктах холмисто - горного участка Мароканд – Кат- такурган АО «Ўзбекистон темир йўллари». тепловоза UzТЕ16М3 величина gх = 0,69 кг/мин [2]; tх – суммарное время движения тепловоза на ре- жиме холостого хода и торможения, мин. Удельный расход натурного дизельного топлива определяем по формуле [5]: Таблица 1. Энергетические показатели перевозочной работы тепловозов UzTE16M3 на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги Условия перевозочной работы Расход натурного дизельного топлива без остановок с остановками масса состава Q,т число осей m, осей общий удельный общий удельный техническая ско- рость движения Vт без остановок, км/ч техническая ско- рость движения V'т с остановками, км/ч за поездку Е, кг натурного топ- лива е, кг/104ткм брутто условного топ- лива еу, кг/104ткм брутто за поездку Е', кг натурного топ- лива е', кг/104ткм брутто условного топ- лива е'у, кг/104ткм брутто 12 3 4 5 6 7 8 9 73,09 322,66 20,90 29,88 431,93 27,97 40,00 2500 200 72,03 65,04 337,45 18,21 26,04 457,20 24,67 35,28 71,75 62,28 364,83 16,87 24,13 488,39 22,59 32,31 3000 200 61,61 3500 200 Средние 72,29 62,98 341,65 18,66 26,68 459,17 25,08 35,86 значения число Усреднённые значения по обоим (двум) видам движения осей m, масса со- техническая за поездку Е, кг натурного условного топлива еу, става Q,т осей скорость движения кг/104ткм брутто топлива е, Vт, км/ч кг/104ткм брутто 2500 200 69,06 377,29 24,43 34,94 3000 200 67,15 397,32 21,44 30,66 3500 200 66,68 426,61 19,73 28,22 Средние 67,63 400,41 21,87 31,27 значения В табл. 2 показаны приведённые значения энер- участке Мароканд – Каттакурган Узбекской желез- гетических показателей эффективности использова- ной дороги, которые представляют собой равно- ния трёхсекционных магистральных (поездных) гру- мерно распределённый (приведённый), а не сосредо- зовых тепловозов UzТЕ16М3 на холмисто – горном точенный в одной точке, расход натурного 57
№ 8 (77) август, 2020 г. дизельного топлива на каждый один километр желез- качества (сложности) профиля пути каждого из пере- нодорожного пути. С помощью таких энергетиче- гонов и в целом, всего анализируемого участка же- ских показателей можно проводить оценку тягового лезных дорог, опираясь на предложенный авторами метод исследования [3,4]. Таблица 2. Показатели эффективности использования тепловозов UzTE16M3 на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги Грузовой поезд Приведённый расход натурного дизельного топлива без остановок с остановками масса состава Q,т число осей m, осейобщий удельный общий удельный за поездку Е, кг/км натурного топлива е, кг/104ткм брутто:км условного топлива еу, кг/104ткм брутто:км за поездку Е', кг/км натурного топлива е', кг/104ткм брутто:км условного топлива е'у, кг/104ткм брутто:км 12 4 5 6 7 8 9 5,225 0,338 0,484 6,995 0,453 0,648 2500 200 5,465 0,295 0,422 7,404 0,399 0,571 5,908 0,273 0,391 7,909 0,366 0,523 3000 200 5,533 0,303 0,432 7,436 0,407 0,581 3500 200 Средние значения При помощи стандартной программы Microsoft Е = 6,295Qi2 - 4,095Qi + 320,46 / Еxcel Office и данных табл. 1 с учётом исследований Е = 2,96Qi2+16,39Qi+412,58 (5) [1,2] авторы получили уравнения регрессии для опре- Удельный расход натурного дизельного топлива деления значений параметров основных показателей е, кг/104ткм брутто: перевозочной работы трёхсекционных магистраль- e = 0,675Qi2 – 4,715Qi + 24,94 / (6) e = 0,61Qi2–5,13Qi+32,49 ных (поездных) грузовых тепловозов UzTE16М3 без Удельный расход условного дизельного топлива остановок (числитель) и с остановками (знаменатель) еу, кг/104ткм брутто: на промежуточных станциях заданного участка Ма- eу = 0,965Qi2 – 6,735Qi + 35,65 / (7) роканд – Каттакурган любой i – й массы состава Qi eу = 0,765Qi2 – 5,735Qi + 44,65 грузового поезда при достаточной величине досто- верности аппроксимации R2=1,0 (необходимое усло- вие достоверности - R2 ≥0,8), где индекс Qi = 1,2,3 – вариант тягового расчёта. Общее время хода поезда tх, мин tт= -0,275Qi2 + 1,575Qi + 49,40 / Полные денежные затраты Ст, тыс. сўм: tт= -0,475Qi2+3,025Qi+55,35 (1) Время хода поезда в режиме тяги tт, мин: Ст = 11,14Qi2 - 7,23Qi + 537,34 / (8) tт= 0,3Qi2 - 0,25Qi + 13,05 / Ст = 5,24Qi2+29,02Qi,+730,45 tт= 0,15Qi2+0,65Qi+17,05 Приведённые денежные затраты ст, тыс.сўм/км: (2) Время хода поезда в режиме холостого хода и ст = 0,18Qi2 - 0,116Qi + 9,185 / (9) торможения tхх,т, мин: ст = 0,0855Qi2+0,4675Qi,+11,828 tхх,т=-0,575Qi2 + 1,825Qi + 36,35 / (3) По уравнениям регрессии (1) – (9) можно будет tхх,т=-0,625Qi2 + 2,375Qi+38,30 построить номограммы для определения значений кинематических параметров движения грузовых по- Техническая скорость движения Vт, км/ч: (4) ездов в принятом диапазоне изменения массы со- Vт = 0,39Qi2 – 2,23Qi + 74,93 / става (Q = 2500 т – 3500 т) и параметров энергетиче- Vт = 1,045Qi2 – 5,895Qi + 69,89 ских показателей эффективности трёхсекционных магистральных (поездных) грузовых тепловозов Общий расход дизельного топлива за поездку Е, UzTE16M3 в количественном и денежном исчисле- кг: нии на исследуемом участке железной дороги. В результате проведённых авторами исследова- ний обоснованы упомянутые выше уравнения ре- грессии и установлены (получены) значения энерге- тических показателей перевозочной работы грузовых 58
№ 8 (77) август, 2020 г. тепловозов UzTE16M3 на холмисто – горном участке возов UzTE16M3 в эксплуатации имеют, весьма зна- Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги ковое и весомое значение для тех специалистов локо- для реальных условий организации грузового движе- мотивного комплекса, профессиональная деятель- ния. ность которых напрямую связана с энергетикой движения грузовых поездов на реальных холмисто – Полученные параметры энергетических показа- горных и, идентичных им, виртуальных участках же- телей эффективности использования грузовых тепло- лезных дорог, в том числе узбекских. Список литературы: 1. Аблялимов О. С. Тяговые расчёты для тепловозов UzTE16M3 на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги [Текст] / О. С. Аблялимов // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2020. № 8 (77). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/9960.– С. 68 - 76 2. .Аблялимов О. С. Исследование эксплуатации тепловозов UzTE16M3 на холмисто – горном участке АО «Ўзбекистон темир йўллари» [Текст] / О. С. Аблялимов // Научно – технический журнал «Вестник транс- порта Поволжья» / Самарский гос. ун-т путей сообщения. – Самара, 2016. № 3 (57) – С. 16 – 22. 3. Аблялимов О. С. Оценка эффективности перевозочной работы тепловозов 4ТЭ10М и тяговых качеств про- филя пути участка Кумкурган – Ташгузар в условиях эксплуатации / О.С. Аблялимов // Научно – технический журнал «Вестник транспорта Поволжья» / Самарский гос. ун-т путей сообщения. – Самара, 2015. № 1 (49). – С. 17 – 24. 4. Аблялимов О. С. Исследование эффективности перевозочной работы тепловозов UzTE16M3 и тяговых ка- честв профиля пути участка Кумкурган – Ташгузар в условиях эксплуатации / О.С. Аблялимов // Научно – технический журнал «Вестник транспорта Поволжья» / Самарский гос. ун-т путей сообщения. – Самара, 2017. № 2 (62). – С. 18 – 24. 5. Аблялимов О. С. Основы управления локомотивов [Текст] / О. С. Аблялимов, Э. С. Ушаков // Учебник для профессиональных колледжей железнодорожного транспорта. – Ташкент: «Davr», 2012. – 392 с. 6. Кузьмич В. Д. Теория локомотивной тяги [Текст] / В. Д. Кузьмич, В. С. Руднев, С. Я. Френкель // Учебник для вузов железнодорожного транспорта. – М.: Маршрут, 2005. – 448 с. 7. Деев В. В. Тяга поездов [Текст] / В. В. Деев, Г. А. Ильин, Г. С. Афонин // Учебное пособие для вузов. – М.: Транспорт, 1987. – 264 с. 59
№ 8 (77) август, 2020 г. К ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛОКОМОТИВОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Аблялимов Олег Сергеевич канд. техн. наук, ст. науч. сотр., и.о. профессора кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство», Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта, Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] TO EVALUATION OF EFFICIENCY OF DIRECT CURRENT ELECTRIC TRACTION LOCOMOTIVES Oleg S. Ablyalimov Doctor of philosophy, chief worker, acting professor of the chair «Loсomotives and locomotive economy», Tashkent institute of railway transpоrt enginеering, Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ Приведена характеристика одного из локомотивов электрической тяги и виртуального участка железной до- роги постоянного тока. Обоснованы система тягового электрического снабжения постоянного тока и аналитиче- ские зависимости, предназначенные для расчёта значений расхода электрической энергии локомотивами на тягу поездов. ABSTRACT The characteristics of one of the electric traction locomotives and a virtual section of the direct current railway are given. The system of traction electric supply of direct current and analytical dependences intended for calculating the values of electric energy consumption by locomotives for train traction are substantiated. Ключевые слова: исследование, результат, грузовой поезд, электровоз, эксплуатация, постоянный ток, вир- туальный, тягово - энергетический. Keywords: investigation, result, the freight train, the electric locomotive, exploitation, the direct current, virtual, traction - energy. ________________________________________________________________________________________________ Анализ и оценка эксплуатационной деятельности Основные конструктивные особенности и тягово электрифицированных участков железных дорог по- – эксплуатационные характеристики с учётом энер- стоянного тока напрямую зависят от решения задачи гетических параметров электровозов ВЛ10 приве- по изучению эффективного использования соответ- дены в [3], некоторые из которых для расчётной по- ствующих локомотивов электрической тяги на этих зиции контроллера машиниста исследуемого участках. электровоза показаны на рис. 1 и рис. 2. Одним из критериев решения такой задачи явля- На рис. 3 показан виртуальный участок железной ются параметры энергетической эффективности дороги постоянного тока протяжённостью L = 8,6 ки- электрических локомотивов, значения которых лометров, параметры каждого элемента профиля же- можно выразить через величину расхода электриче- лезнодорожного пути которого приведены в [1,2]. ской энергии на тягу поездов при их проследовании по участку счёта. Исследования проводятся для грузового поезда унифицированной массы состава (Q = 3000 т) с по- Для реализации сказанного необходимо выбрать стоянным числом осей в составе (m = 200 осей) и (принять) и использовать метод (способ), объект и условий организации движения на электрифициро- предмет исследования. ванном участке железной дороги постоянного тока, принятых аналогичными [1,2]. Объектом исследования являются двухсекцион- ные магистральные (поездные) грузовые электро- возы серии ВЛ10 и виртуальный участок железной дороги постоянного тока. Предмет исследования составляют кинематиче- ские параметры движения грузового поезда унифи- цированной массы состава и показатели энергетиче- ской эффективности использования исследуемых электровозов ВЛ10 на заданном участке железной дороги. ___________________________ Библиографическое описание: Аблялимов О.С. К оценке эффективности локомотивов электрической тяги посто- янного тока // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 8(77). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10613
№ 8 (77) август, 2020 г. Рисунок 1. Тяговая характеристика электровоза Рисунок 2. Токовая характеристика электровоза ВЛ10 ВЛ10 Рисунок 3. Профиль пути виртуального участка железной дороги постоянного тока На электрических железных дорогах использу- Рисунок 4. Принципиальная схема питания ются различные системы электрической тяги, а в за- тяговой сети постоянного тока висимости от рода тока, потребляемого тяговым электрическим подвижным составом и уровня напря- Переменное напряжение от трансформатора по- жения контактной сети, они классифицируются на дается к выпрямителю 3. Ранее применялись ртутные системы: постоянного, трехфазного, однофазного выпрямители, а в настоящее время - полупроводни- тока пониженной частоты и однофазного тока про- ковые, выход которых подключен к шинам постоян- мышленной частоты. ного тока 4. Одна из шин подключается к рельсовому пути 8, а вторая – через автоматические быстродей- В странах СНГ нашли применение две системы ствующие выключатели 5 – контактной сети 6,7. От электрической тяги [5]: система постоянного тока с контактной сети получают питание электровозы и напряжением 3 кВ и система переменного тока про- электропоезда, работающие на участках железных мышленной частоты (50 Гц) с напряжением 25кВ, в дорог постоянного тока. том числе последняя система была разработана, спроектирована и нашла практическое применение на магистральных участках железных дорог АО «Ўзбекистон темир йўллари». На рис. 4 приведена принципиальная схема пита- ния системы тягового электрического снабжения по- стоянного тока. Эта система получает питание от энергетической системы через линии передач 1. На тяговой подстан- ции установлены понижающие тяговые трансформа- торы 2, в которых трёхфазный ток преобразуется в однофазный ток с номинальным напряжением на ши- нах постоянного тока тяговой подстанции 3,3 кВ (по- сле выпрямления), которое принимается на десять процентов выше номинального напряжения контакт- ной сети Uкc = 3 кВ. 61
№ 8 (77) август, 2020 г. Участки контактной сети разбивают на отдель- Расход электрической энергии АТ, затраченной ные части, то есть – секционируют. Обычно отде- электровозами постоянного тока на движение грузо- ляют контактную сеть над путями станций и перего- вых поездов по участку в режиме тяги, определяем нов с помощью воздушных промежутков 7. Во время по формуле: прохождения полоза токоприёмника по такому про- межутку 7 соседние секции контактной сети кратко- AТ U КС (Iэi ti ) , кВт ч (2) временно замыкаются между собой. Тяговые под- 60 1000 станции располагаются на расстоянии 20 - 25 км. Электроподвижной состав постоянного тока имеет где UКС - напряжение в контактной сети, UКС = тяговые электрические двигатели постоянного тока, 3000 В; Iэi - среднее на i - м интервале значение тока которые получают питание от контактного провода электровоза, потребляемого на тягу поезда, А; Δti - через токоприёмник. Регулирование скорости движе- время прохождения i - го интервала, мин. ния выполняется изменением напряжения на тяговых электродвигателях за счёт переключения их с после- Расход электрической энергии на собственные довательного на последовательно - параллельное или параллельное соединение; включении в цепь тяговых нужды электровоза постоянного тока вычисляем по электродвигателей пускового реостата и изменением формуле: коэффициента регулирования возбуждения. AСН r tх , кВт ч (3) Аналогично исследованиям [1], приводим анали- тические зависимости для определения энергетиче- где tх - общее время хода поезда по участку счёта ской эффективности локомотивов электрической в режиме тяги, холостого хода и торможения, мин; r тяги постоянного тока. - средний расход электрической энергии на Электрическая энергия, потребляемая электро- собственные нужды электровоза, кВт - ч/мин. подвижным составом постоянного тока, включает в Удельный расход электрической энергии опреде- себя несколько составляющих [4,5] и расходуется на ляем по формуле: тягу поезда Ат; собственные нужды Асн, в которые входят расходы электрической энергии на работу a А 103 , Вт ч (4) вспомогательных машин, питание цепей управления, QL т кмбрутто освещения и отопления электроподвижного состава; а также маневровые передвижения по деповским и где Q - масса состава (поезда), т; L - длина станционным путям Ам. участка счёта, км. Тогда полный (общий) расход электрической Согласно методам теории локомотивной тяги энергии за поездку без учёта [3,4] вышеприведённые формулы (1) – (4) исполь- зуют, опираясь на уже построенные кривые скорости расхода на движение по деповским железнодо- V(S) движения и времени t(S) хода грузового поезда с рожным путям и маневровой работе будет равен: учётом кривой тока нагрузки Iэ(V) для электровозов постоянного тока. A AТ AСН , кВт ч (1) Полученные автором результаты исследования в где Ат - расход электрической энергии на тягу последующем будут реализованы при анализе энер- (движение) поезда, кВт-ч; Асн - расход электрической гетики электрифицированных участков железных до- энергии на собственные нужды электровоза, кВт-ч. рог постоянного тока и оценке тягово - энергетиче- ской эффективности локомотивов электрической тяги постоянного тока в условиях эксплуатации. Список литературы: 1. Аблялимов О.С. К энергетике электрифицированных участков железных дорог переменного тока [Текст] / О.С. Аблялимов // Universum: Технические науки: электрон. научн. журнал / URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/8436 (дата обращения: 06.12.2019). – Москва, 2019. № 12 (69) – С. 84 – 87. 2. Аблялимов О.С. К энергетике неэлектрифицированных участков железных дорог [Текст] / О.С. Аблялимов // Научно – техническая конференция «Энергоэффективность - 2019» / Ташкентский гос. техн. ун-т. – Таш- кент, 2019. – С. 113 – 118. 3. Аблялимов О.С. Основы управления локомотивов: Учебник для профессиональных колледжей железнодо- рожного транспорта [Текст] / О.С. Аблялимов, Э.С. Ушаков. – Ташкент: «Davr», 2012. – 392 с. 4. Деев В.В. Тяга поездов [Текст] / В.В. Деев, Г.А. Ильин, Г.С. Афонин // Учебное пособие для вузов. – М.: Транспорт, 1987. – 264 с. 5. Осипов С.И. Энергетика электрических железных дорог [Текст] / С.И. Осипов // Лекция для студентов спе- циальности «Электрический транспорт (железнодорожный транспорт) (ЭПС)» / Российский гос. открытый техн. ун-т путей сообщения. – М.: РГОТУПС, 2002. – 36 с. 62
№ 8 (77) август, 2020 г. О МЕТОДИКЕ РАСЧЁТА МЕХАНИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ЛОКОМОТИВА И ПОЕЗДА Аблялимов Олег Сергеевич канд. техн. наук, ст.науч. сотр., и.о. профессора кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство», Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта, Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] ABOUT THE CALCULATION METHOD OF THE MECHANICAL OPERATION OF THE LOCOMOTIVE AND THE TRAIN Oleg S. Ablyalimov Doctor of philosophy, chief worker, acting professor of the chair «Loсomotives and locomotive economy», Tashkent institute of railway transpоrt enginеering, Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ Предложен алгоритм графического и аналитического (табличного) способов расчёта механической работы внешних сил, действующих на поезд. Могут использоваться при оценке тягово – энергетической эффективности локомотивов дизельной и электрической тяги в условиях эксплуатации. ABSTRACT An algorithm for graphical and analytical (tabular) methods for calculating the mechanical operation of external forces acting on a train is proposed. They can be used to assess the traction and energy efficiency of diesel and electric traction locomotives under operating conditions. Ключевые слова: локомотив, поезд, скорость, расчёт, график, режим. Keywords: locomotive, train, speed, calculation, schedule, mode. ________________________________________________________________________________________________ Высокоэффективное использование энергетиче- локомотивами на тягу поездов, пропускную и про- ских ресурсов для тяги поездов непосредственно возную способности железных дорог, а также стои- определяет количество и качество работы железных мость железнодорожных грузовых и пассажирских дорог, а энергосберегающая технология перевозоч- перевозок. ного процесса имеет первостепенное значение, где режим работы силовых энергетических систем локо- Опираясь на рекомендации [4,5], автором были мотивов, обусловленный режимом тяги, является разработаны и предложены соответствующие мето- главным фактором их энергетической эффективно- дики расчёта механической работы локомотива в ре- сти. жиме тяги [1] и поезда в целом [2], основу которых составляет графоаналитический метод расчёта. Для корректного обоснования сказанного необ- ходимо уметь рассчитывать механическую работу Ниже предлагаем алгоритм вычисления (расчёта) сил тяги, сопротивления движению и тормозных на механической работы сил основного сопротивления различных режимах ведения поезда – тяги, холостого движению поезда в режиме тяги, для реализации ко- хода и торможения. торого поступаем следующим образом. Механическая работа локомотива, затрачиваемая Предварительно строится и располагается рядом на перемещение поезда, напрямую зависит от тяго- с кривой скорости V = f(S) вого качества профиля пути и трассы железной до- роги, которые, в свою очередь, характеризуются кру- диаграмма WО = f(V) сил основного сопротивле- тизной, протяжённостью и расположением уклонов ния движению поезда в режиме тяги так, чтобы оси элементов профиля, а также кривизной пути. их скоростей совпали между собой (рис. 1). Эти характеристики профиля пути оказывают су- Исходной информацией для реализации этих це- щественное влияние на режимы движения поезда и лей являются данные таблицы удельных равнодей- работу силовых энергетических систем локомотива, ствующих сил поезда в режиме тяги и интегральная расход электрической энергии и дизельного топлива кривая скорости V = f(S), ранее построенная в резуль- тате тягового расчёта, а также заданный, спрямлён- ный профиль железнодорожного пути. ___________________________ Библиографическое описание: Аблялимов О.С. О методике расчёта механической работы локомотива и поезда // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2020. № 8(77). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10614
№ 8 (77) август, 2020 г. Рисунок 1. Алгоритм графического расчёта механической работы сил основного сопротивления движению поезда в режиме тяги По изломам интегральной кривой скорости V(S) табл. 1, где обозначено: VН, VК – соответственно, ско- намечаются (выбираются) интервалы скоростей дви- рости в начале и конце каждого i – го интервала ско- жения поезда в пределах, не превышающих измене- рости движения поезда, определяемого по зависимо- ние скорости в 10 км/ч и с учётом упомянутой диа- сти V = f(S) при условии изменения интервала граммы WО = f(V) строится графическая зависимость скорости ΔV ≤ 10 км/ч; WОН, WОК – соответствующие WО = f(S) (рис. 1). По ней можно будет определять им силы основного сопротивления движению поезда, средние значения сил основного сопротивления дви- которые находим по диаграммам WО = f(V) или WО = жению поезда в каждом принятом для расчёта i – м f(S); WОср - среднее значение силы основного сопро- интервале скоростей движения последнего. тивления движению поезда в каждом i – м интервале; ΔSi – путь, проходимый поездом при изменении ско- Методика аналитического (табличного) расчёта рости движения в каждом i – м интервале. механической работы АС сил основного сопротивле- ния движению поезда в режиме тяги приведена в Таблица 1. Пример аналитического расчёта механической работы сил основного сопротивления движению поезда в режиме тяги VН, WОН, VК, WОК, WОср, ΔSi, WОср ٠ΔSi, км/ч км МДж кН км/ч кН кН 6 7 1 2345 1,45 230,11 90 1,27 169,93 80 167,9 80 149,5 158,7 3,25 407,71 60 3,02 378,86 70 149,5 60 118,1 133,8 1186,61 118,1 70 132,8 125,45 132,8 60 118,1 125,45 АС = 230,11 + 169,93 + 407,71 + 378,86 = 1186,61 МДж Известные путь ΔSi (км) и среднее значение сил данным [3] – величина механической работы состав- WОср (кН) основного сопротивления движению по- ляет АС = 1186,61 МДж (табл. 1). езда, которые он будет иметь при изменении скоро- сти движения в каждом i – м интервале, позволят ана- Исследованиями [1,3] установлено, что увеличе- литическим путём определить механическую работу ние механической работы сил основного сопротивле- АС упомянутых выше сил по такой формуле ния движению однозначно связано с увеличением времени работы силовой энергетической установки n (системы) локомотива под нагрузкой, то есть на ре- жимах тяги, что приводит к увеличению расхода топ- АС (WОср Si )i , МДж (i 1, 2,..., n) (1) ливно - энергетических ресурсов, затрачиваемых на i1 перемещение поезда. Для реализации методики расчёта механической Внешние управляемые машинистом силы, искус- работы АС сил основного сопротивления движению ственно создаваемые тормозными средствами поезда поезда в режиме тяги определяем её значение в диа- во взаимодействии с рельсами и приложенные к обо- пазоне изменения скоростей движения поезда от дам колёс в направлении, противоположном движе- V1=90 км∕ч до V5=60 км∕ч (см. рис. 1) по исходным нию, называют тормозными силами поезда, а режим ведения поезда – тормозным. 64
№ 8 (77) август, 2020 г. При тормозном режиме кинетическая энергия проведении теоретических и экспериментальных ис- движущегося поезда за весьма короткий промежуток следований по обоснованию эффективности исполь- времени преобразуется в работу тормозных средств, зования тягового подвижного состава в условиях экс- мощность которых в отличие от касательной мощно- плуатации. сти (силы тяги) локомотива, реализуемой при взаи- модействии колес с рельсами, теоретически не имеет На рис. 2 изображён предложенный автором ал- ограничений по величине. горитм графического расчёта механической работы АТ тормозных сил поезда. Поэтому механическая работа тормозных сил по- езда является важной и весомой составляющей при Рисунок 2. Графическая интерпретация расчёта механической работы тормозных сил поезда Пример аналитического расчёта механической гральная кривая скорости V = f(S) на режимах тормо- работы АТ тормозных сил поезда по исходным дан- жения, а также заданный, спрямлённый профиль же- ным [3] показан в табл. 2, где обозначено: VН, VК – лезнодорожного пути. скорости в начале и конце каждого i – го интервала Интервалы скоростей движения поезда намеча- скорости движения поезда, определяемого по зависи- ются (выбираются), в пределах не превышающих из- менение скорости в 10 км/ч, по изломам интеграль- мости V = f(S) при условии изменения интервала ско- ной кривой скорости V(S) в режиме торможения и с учётом упомянутой диаграммы ВТ = f(V) строится рости ΔV ≤ 10 км/ч; ВТН, ВТК – соответствующие им графическая зависимость ВТ = f(S) (рис. 2), по кото- тормозные силы поезда, которые находим по диа- рым можно будет определять средние значения тор- мозных сил поезда в каждом принятом для расчёта i граммам ВТ = f(V) или ВТ = f(S); ВТср - среднее значе- – м интервале его скоростей движения. ние тормозной силы поезда в каждом i – м интервале; Последовательность расчёта механической ра- ΔSi – путь, проходимый поездом при изменении ско- боты АТ тормозных сил поезда в режиме торможения рости движения в каждом i – м интервале. приведена в табл. 2. Аналогично [1,4], исходной информацией для ре- Таблица 2. ализации этих целей являются данные таблицы удельных равнодействующих сил поезда и инте- Пример расчёта механической работы тормозных сил поезда в режиме торможения VН, ВТН, VК, ВТК, ВТср, ΔSi, ВТср ΔSi, МДж км/ч кН км/ч кН кН км 7 123456 6034,68 100 4081,0 80 4242,7 4161,85 1,45 5519,36 7426,00 80 4242,7 60 4449,2 4345,95 1,27 7269,52 8024,74 60 4449,2 40 4718,7 4583,95 1,62 40 4718,7 30 4909,8 4814,25 1,51 30 4909,8 0 5719,0 5314,40 1,51 Результирующее значение величины механиче- n ской работы тормозных сил поезда на рассматривае- мом участке счёта будем вычислять, используя дан- АТ (BТср Si )i , МДж (i 1, 2,..., n) (2) ные табл. 2, по следующей формуле: i 1 65
№ 8 (77) август, 2020 г. Таким образом, величина механической работы тической энергии движения и увеличение механиче- АТ тормозных сил поезда на участке счёта составит ской работы тормозных сил поезда, однозначно, бу- дет происходить с увеличением длины тормозного АТ = 6034,68 + 5519,36 + 7426,00 + 7269,52 + пути. +8024,74= 34274,3 МДж Разработанные методики расчёта рекомендуется Торможение производится для остановки поезда использовать при оценке тягово – энергетической эф- или регулирования его скорости уменьшением кине- фективности локомотивов в условиях эксплуатации. Список литературы: 1. Аблялимов О. С. Основы управления локомотивов [Текст] / О. С. Аблялимов, Э. С. Ушаков // Учебник для профессиональных колледжей железнодорожного транспорта. – Ташкент: «Davr», 2012. – 392 с. 2. Аблялимов О. С. Графоаналитический метод расчёта механической работы поезда [Текст] / О. С. Аблялимов, Х. К. Кабинов // Журнал «Вестник ТашИИТ» / Ташкентский ин-т. инж. ж.д. транспорта. – Ташкент, 2014. № 1. – С. 57 – 61. 3. Аблялимов О.С. Исследование эффективности использования тепловозной тяги на холмистом участке же- лезнодорожного пути [Текст] / О. С. Аблялимов, Ж. Х. Атахажаев // Журнал «Вестник ТашИИТ» / Ташкент- ский ин-т. инж. ж.д. транспорта. – Ташкент, 2013. № 3/4. – С. 22 – 26. 4. Деев В. В. Тяга поездов [Текст] / В. В. Деев, Г. А. Ильин, Г. С. Афонин // Учебное пособие для вузов. – М.: Транспорт, 1987. – 264 с. 5. Подвижной состав и тяга поездов. [Текст] / Третьяков А. П. и др. Под ред. В. В. Деева, Н. А. Фуфрянского // Учебник для студентов вузов железнодорожного транспорта. – М.: Транспорт, 1979. – 368 с. 66
№ 8 (77) август, 2020 г. ТЯГОВЫЕ РАСЧЁТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОВОЗОВ 3ВЛ80С НА УЧАСТКЕ МАРОКАНД – КАТТАКУРГАН УЗБЕКСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ Аблялимов Олег Сергеевич канд. техн. наук, ст. науч. сотр., и.о. профессора кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство», Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта, Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] Ходжиев Жасур Джура ўғли магистр, ассистент кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство», Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта, Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] TRACTION CALCULATIONS FOR 3VL80S ELECTRIC LOCOMOTIVES ON THE MAROKAND – KATTAKURGAN AREA OF UZBEK RAILWAY Oleg S. Ablyalimov Doctor of philosophy, chief worker, acting professor of the chair «Loсomotives and locomotive economy» Tashkent institute of railway transpоrt enginеering, Uzbekistan, Tashkent Jasur D. Khodjiyev master, аssistant of the chair«Loсomotives and locomotive economy», Tashkent institute of railway transpоrt enginеering, Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ Представлены результаты тягового расчёта для трёхсекционных магистральных (поездных) грузовых элек- тровозов 3ВЛ80С на реальном, холмисто - горном участке Узбекской железной дороги при движении грузовых поездов без остановок и с остановками на промежуточных станциях, разъездах и раздельных пунктах. Обосно- ваны кинематические параметры движения грузового поезда разной массы состава и магистральных (поездных) грузовых локомотивов электрической тяги на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги с холмисто - горным профилем пути, которые представлены в виде графических зависимостей и табличных дан- ных. Результаты исследований рекомендуются специалистам цеха эксплуатации локомотивного депо Бухара АО «Ўзбекистон темир йўллари» при разработке мероприятий по экономии расхода электрической энергии на тягу поездов. ABSTRACT The paper presents the results of traction calculations for three-section mainline (train) freight 3VL80S electric loco- motives on a real, hilly - mountainous section of the Uzbek railway when freight trains move without stops and with stops at intermediate stations, sidings and separate points. The kinematic parameters of the movement of a freight train of different mass of a train and mainline (train) freight locomotives of electric traction on the Marokand - Kattakurgan section of the Uzbek railway with a hilly - mountainous track profile are substantiated, which are presented in the form of graphical dependencies and tabular data. The research results are recommended to the specialists of the operation department of the Bukhara locomotive depot of «Ozbekiston temir yullari» JSC when developing measures to save elec- tricity consumption for train traction. ________________________________________________________________________________________________ Ключевые слова: оценка, результат, грузовой поезд, движение, электровоз, железнодорожный путь, уча- сток, метод, скорость, расчёт, подвижной состав, анализ, холмисто - горный, обоснование, перегон, профиль, железная дорога. Keywords: evaluation, result, the freight train, movement, the eeelectric locomotive, railway track, the area, the method, the speed, calculation, rolling – stock, analyses, hilly - mountainous, substantiation, stage, profile, railway. Введение. В настоящее время, проблема повы- трического подвижного состава, опираясь на реаль- шения эффективности использования тягового элек- ные условия организации железнодорожных перево- ___________________________ Библиографическое описание: Аблялимов О.С., Ходжиев Ж.Д. Тяговые расчёты для электровозов 3ВЛ80С на участке Мароканд - Каттакурган Узбекской железной дороги // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 8(77). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10610
№ 8 (77) август, 2020 г. зок различных по структуре, типу, виду и содержа- этого, разрабатываются математические модели ве- нию грузов на разных по сложности участках Узбек- дения грузового поезда электровозами 3ВЛ80С, со- ской железной дороги, является весьма востребован- ставляются таблицы удельных равнодействующих ной и актуальной. сил поезда для режимов тяги, холостого хода и тор- можения и по ним строятся соответствующие диа- Сотрудники кафедры «Локомотивы и локомо- граммы, а затем, опираясь на рекомендации [7,1], вы- тивное хозяйство» совместно со специалистами ли- полняются построения кривых тока, скорости нейных предприятий локомотивного комплекса уз- движения и времени хода поезда на заданном участке бекских железных дорог принимают активное и счёта. Причём, следует отметить, соблюдается прин- повсеместное участие в исследованиях, направлен- цип максимального использования мощности и тя- ных на повышение эффективности использования гово-эксплуатационных качеств (свойств) локомо- электровозного парка локомотивов АО «Ўзбекистон тива, а также достижения наибольшей кинетической темир йўллари» в условиях эксплуатации. энергии движения поезда при прохождении им каж- дого элемента профиля пути заданного участка же- Постановка задачи исследования. Целью лезной дороги [9]. Обозначенный выше принцип для настоящих исследований является обоснование ки- электровозов 3ВЛ80С - номинальная 33-я позиция нематических параметров движения грузовых поез- главного контроллера машиниста на второй ступени дов и магистральных (поездных) грузовых локомоти- ослабления поля тяговых электродвигателей в соче- вов электрической тяги – электровозов переменного тании с режимами холостого хода и служебного тор- тока на реальном участке узбекских железных дорог. можения. Объект исследования составляют трёхсекцион- В табл. 1 и табл. 2 приведены численные значе- ные магистральные (поездные) грузовые электро- ния удельных равнодействующих сил грузового по- возы 3ВЛ80С и спрямлённый профиль пути реаль- езда разной массы составов (Q = 2500…3500т) при ного, холмисто – горного участка Мароканд – одинаковом количестве осей m = 200 осей на режи- Каттакурган Узбекской железной дороги. мах тяги, холостого хода и служебного торможения для исследуемых трёхсекционных магистральных Предметом исследования являются кинематиче- (поездных) грузовых локомотивов электрической ские параметры движения грузовых поездов с разной тяги – электровозы 3ВЛ80С. массой составов и постоянным числом осей в со- ставе, и вышеупомянутых электровозов 3ВЛ80С. По данным табл. 1 и табл. 2 были построены диа- граммы удельных ускоряющих и замедляющих сил Поставленная цель исследования реализуется с грузовых поездов для таких электровозов. помощью выполнения тягового расчёта, основе кото- рого составляет графическое интегрирование диффе- Таблица 1. ренциального уравнения движения поезда [8]. Для Удельные равнодействующие силы поезда для режима тяги, локомотивы электрической тяги - электровозы 3ВЛ80С V Fк w׳0 Q1 = 2500 т Q2 = 3000 т Q3 = 3500 т w\"0 w0 fк - w0 w\"0 w0 fк - w0 w\"0 w0 fк - w0 км/ч Н Н/кН Н/кН Н/кН Н/кН Н/кН Н/кН Н/кН Н/кН Н/кН Н/кН 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 931950 1,90 0,94 1,04 33,03 0,90 0,99 27,90 0,87 0,95 24,13 4,5 931950 1,95 0,98 1,08 32,99 0,93 1,02 27,87 0,90 0,98 24,10 10 877014 2,03 1,04 1,14 30,93 0,99 1,08 26,11 0,65 1,03 22,57 20 824040 2,22 1,18 1,29 28,84 1,10 1,20 24,35 1,05 1,14 21,04 30 788724 2,47 1,36 1,47 27,37 1,25 1,36 23,09 1,18 1,28 19,94 40 759294 2,78 1,58 1,70 26,18 1,43 1,55 21,99 1,34 1,45 18,98 43,5 753408 2,90 1,66 1,79 25,76 1,50 1,62 21,73 1,39 1,50 18,77 50 735750 3,15 1,85 1,98 24,92 1,65 1,78 21,03 1,52 1,64 18,16 56,5 723978 3,42 2,03 2,17 24,30 1,81 1,95 20,50 1,65 1,78 17,70 60 635688 3,58 2,14 2,29 20,95 1,90 2,05 17,66 1,74 1,88 15,23 70 444393 4,07 2,48 2,64 13,61 2,19 2,35 11,43 1,98 2,14 9,92 80 326673 4,62 2,87 3,05 8,89 2,50 2,69 7,44 2,25 2,43 6,36 90 254570 5,23 3,28 3,48 5,83 2,86 3,07 4,82 2,54 2,74 4,11 100 201596 5,90 3,74 3,96 3,41 3,24 3,47 2,78 2,88 3,11 2,32 В табл. 1 и табл. 2 обозначено [4]: V – скорость тяги исследуемого тепловоза, fк - w0 – удельная рав- нодействующая сила поезда в режиме тяги, wх - движения поезда, Fк – касательная сила тяги исследу- удельное основное сопротивление движению тепло- емого тепловоза, w׳0 и w\"0 – соответственно, удельное основное сопротивление движению тепловоза и со- воза на холостом ходу, φкp – расчётный коэффициент става (вагонов), w0 - удельное основное сопротивле- трения тормозной колодки о колесо, bт – удельная ние движению поезда, fк – удельная касательная сила тормозная сила поезда, wох – удельная равнодейству- ющая сила поезда на холостом ходу, wох+0,5bт - 68
№ 8 (77) август, 2020 г. удельная равнодействующая сила поезда при слу- жебном торможении; wох+bт = удельная равнодей- ствующая сила поезда при экстренном торможении. Таблица 2. Удельные равнодействующие силы поезда для режима холостого хода и торможения, локомотивы электрической тяги - электровозы 3ВЛ80С V wх φкp bт wох Q1 = 2500 т Q2 = 3000 т Q3 = 3500 т км/ч Н/кН – Н/кН Н/кН wох+0,5bт wох+bт wох+0,5bт wох+bт wох wох wох+0,5bт wох+bт 12 3 4 5 Н/кН Н/кН Н/кН 0 2,40 0,270 89,10 1,09 Н/кН Н/кН Н/кН 9 10 Н/кН Н/кН 10 2,54 1,198 65,34 1,19 11 20 2,76 0,162 53,46 1,34 6 78 45,58 90,13 0,99 12 13 30 3,05 0,140 46,20 1,53 33,80 66,47 1,07 40 3,40 0,126 41,58 1,77 45,64 90,19 1,03 27,98 54,71 1,18 45,54 90,09 50 3,83 0,116 38,28 2,05 24,51 47,61 1,32 60 4,32 0,108 35,64 2,37 33,86 65,53 1,13 22,39 43,18 1,50 33,74 66,41 70 4,89 0,102 33,66 2,73 20,98 40,12 1,70 80 5,52 0,097 32,01 3,14 28,07 54,80 1,25 19,93 37,75 1,94 27,91 54,64 90 6,23 0,093 30,69 3,58 19,26 36,09 2,20 100 7,00 0,090 29,70 4,07 24,63 47,73 1,41 18,76 34,77 2,50 24,42 47,52 18,51 33,85 2,82 22,56 43,35 1,60 18,42 33,27 3,19 22,29 43,08 21,19 40,33 1,84 20,84 39,98 20,19 38,01 2,11 19,76 37,58 19,56 36,39 2,43 19,03 35,86 19,14 35,15 2,76 18,51 34,51 18,93 34,27 3,16 18,17 33,51 18,92 33,77 3,57 18,04 32,89 Основные конструктивные особенности трёхсек- Результаты исследования и их анализ. Фраг- ционных магистральных (поездных) грузовых элек- менты кривых тока (верхняя часть рисунков), скоро- тровозов 3ВЛ80С и характеристика каждого конкрет- сти V(S) движения и времени t(S) хода грузового по- ного элемента профиля пути заданного, реального, езда, построенные для электровозов 3ВЛ80С на холмисто – горного участка Мароканд – Каттакурган исследуемом, реальном, холмисто – горном участке Узбекской железной дороги, имеющего четыре пере- Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги гона – Мароканд – Джума, Джума – Нурбулак, Нур- с учётом рекомендаций [7,8] и исследований [1], булак – Зиёвуддин и Зиёвуддин – Каттакурган, осве- представлены на рис. 1 – рис. 3. щены в [2,3]. Рисунок 1. Фрагмент тягового расчёта для электровоза 3ВЛ80С на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги, Q1 = 2500 т 69
№ 8 (77) август, 2020 г. Рисунок 2. Фрагмент тягового расчёта для электровоза 3ВЛ80С на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги, Q2 = 3000 т На рис. 1 – рис. 3 приняты следующие условные том остановки на промежуточной и конечной стан- обозначения [4]: станции - отправления (Мароканд), циях; Sзам и ∆tзам, Sразг и ∆tразг – путь и время, соответ- промежуточная (Джума, Нурбулак) и прибытия (ко- ственно, замедления при торможении и разгона при нечная, Каттакурган); V(S) и t(S) – кривые скорости трогании поезда с места на промежуточной и конеч- движения и времени хода поезда на проход, и с учё- ной станциях; ТД – тормоза действуют и ТО - тор- моза отпущены. Рисунок 3. Фрагмент тягового расчёта для электровоза 3ВЛ80С на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги, Q3 = 3500 т Значения кинематических параметров движения Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги грузовых поездов и трёхсекционных магистральных с холмисто - горным профилем пути без остановок на (поездных) грузовых электровозов серии 3ВЛ80С, промежуточных станциях Джума, Нурбулак и Зиё- средние и усреднённые значения этих параметров на вуддин, по отношению к движению с остановками на участке Мароканд – Каттакурган для двух (обоих) ви- них, обеспечивает: дов движения приведены в табл. 3. уменьшение общего времени хода поезда на Усреднённые значения кинематических парамет- 4,46 мин с увеличением технической скорости дви- ров движения грузовых поездов и перевозочной ра- жения на 6,37 км/ч; боты локомотивов электрической тяги на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги значения долей движения на режимах тяги в - это среднеарифметические величины в принятом 17,63 процента, а холостого хода и торможения в (выбранном) нами интервале изменения массы соста- 82,37 процента; вов (от Q1 = 2500 т до Q3 =3500 т) грузового поезда. уменьшение доли движения в режиме тяги и Анализ данных табл. 3 показывает: для средних увеличение доли движения в режимах холостого значений кинематических параметров движение ис- хода и торможения, приблизительно, на 1,47 про- следуемых грузовых поездов на реальном участке цента. 70
№ 8 (77) август, 2020 г. Таблица 3. Поезд Некоторые показатели эффективности локомотивов электрической тяги на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги Кинематические параметры движения поезда Время хода поезда, мин масса со- става Q,т число осей m,, осей техническая скорость движения Vт, км/ч общее, tх в режиме тяги, tт в режиме холостого хода и торможе- ния, txx,т 12 34 5 6 Электровозы 3ВЛ80С 40,40 40,05 Движение по перегонам участка без остановок 39,80 40,09 2500 200 77,06 47,75 7,35 43,35 3000 200 75,64 48,65 8,60 43,05 42,55 3500 200 74,19 49,60 9,80 42,98 Средние значения 75,63 48,67 8,58 41,88 41,55 Движение по перегонам участка с остановками 41,17 41,54 2500 200 69,62 52,85 9,50 3000 200 69,30 53,10 10,05 3500 200 68,87 53,45 10,90 Средние значения 69,26 53,13 10,15 Электровозы 3ВЛ80С Усреднённые значения по двум (обоим) видам движения на участке Мароканд – Каттакурган, L = 61,75 км 2500 200 73,34 50,30 8,42 3000 200 72,47 50,87 9,32 3500 200 71,53 51,52 10,35 Средние значения 72,45 50,90 9,36 Помимо этого, численные значения некоторых осей (m = 200 осей), а также перевозочной работы кинематических параметров движения исследуемых трёхсекционных магистральных (поездных) грузо- грузовых поездов и трёхсекционных магистральных вых электровозов 3ВЛ80С и динамика изменения вы- (поездных) грузовых электровозов 3ВЛ80С на реаль- шеупомянутых параметров с учётом вида движения ном, холмисто - горном участке Мароканд – Катта- грузовых поездов. курган Узбекской железной дороги с третьим типом профиля пути [5] составляют: Заключение. Полученные кинематические пара- метры движения грузовых поездов на холмисто – среднее расчётное значение технической ско- горном участке Мароканд – Каттакурган Узбекской рости движения для обоих (двух) видов движения не железной дороги хорошо согласуются с результа- превышает (равно) 72,45 км/ч; тами исследований [2,3,4,6 и другие] и рекоменду- ются для внедрения в практику работы цеха эксплуа- среднее расчётное значение общего времени тации локомотивного депо Бухара АО «Ўзбекистон на разгон – замедление соответствует, приблизи- темир йўллари». тельно, 1,49 минутам; Результаты исследований могут быть использо- среднее усреднённое значение в режиме тяги ваны при разработке мероприятий по экономному равняется 18,39 процентам, а на режимах холостого расходованию электрической энергии на тягу поез- хода и торможения – 71,61 процента. дов и оценке тягово – энергетической эффективности магистральных (поездных) локомотивов электриче- Таким образом, на этом этапе проведённых ис- ской тяги в эксплуатации. следований были получены кинематические пара- метры движения грузового поезда разной массы со- ставов (Q = 2500…3500т) с одинаковым количеством Список литературы: 1. Аблялимов О. С. Основы управления локомотивов [Текст] / О. С. Аблялимов, Э. С. Ушаков // Учебник для профессиональных колледжей железнодорожного транспорта. – Ташкент: «Davr», 2012. – 392 с. 2. Аблялимов О. С. Исследование перевозочной работы электровозов 3ВЛ80С на холмисто – горном участке АО «Ўзбекистон темир йўллари» [Текст] / О. С. 3. Аблялимов, // Научно - технический журнал «Вестник транспорта Поволжья» / Самарский гос. ун-т путей сообщения. – Самара, 2016. № 5 (59) – С. 15 – 22. 71
№ 8 (77) август, 2020 г. 4. Аблялимов О. С. Исследование эффективности использования электрического тягового подвижного состава на холмисто – горном участке железной дороги [Текст] / О. С. Аблялимов // Научный журнал «Транспорт Азиатско – Тихоокеанского региона» / Дальневосточный гос. ун-т путей сообщения. – Хабаровск, 2017. № 2 (11). – С. 6 – 10. 5. Аблялимов О. С. Тяговые расчёты для тепловозов UzTE16M3 на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги [Текст] / О. С. Аблялимов, Ж. Д. Ходжиев // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2020. № 8 (77). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/9960. 6. Аблялимов О. С. Оценка эффективности перевозочной работы электровозов 3ВЛ80С на участке Каттакурган – Навои Узбекской железной дороги [Текст] / О. С. Аблялимов, // Международный информационно-анали- тический журнал «Crede Experto: транспорт, общество, образование, язык» / Иркутский филиал Московского гос. тех. ун-та гражданской авиации. – Иркутск, 2018. № 4 (19). – С. 35 – 50. 7. Аблялимов О. С. Анализ перевозочной работы электровозов 3ВЛ80С на участке Мароканд – Каттакурган в условиях эксплуатации» [Текст] / О. С. Аблялимов //Научный рецензируемый журнал «Автоматика на транс- порте» / Петербургский гос. ун-т путей сообщения Императора Александра I. – Санкт - Петербург, 2017. Т. 3. № 2. – С. 216 – 234. 8. Деев В. В. Тяга поездов [Текст] / В. В. Деев, Г. А. Ильин, Г. С. Афонин // Учебное пособие для вузов. – М.: Транспорт, 1987. – 264 с. 9. Кузьмич В. Д. Теория локомотивной тяги [Текст] / В. Д. Кузьмич, В. С. Руднев, С. Я. Френкель // Учебник для вузов железнодорожного транспорта. – М.: Маршрут, 2005. – 448 с. 10. Правила тяговых расчётов для поездной работы [Текст] / Всесоюзный научно – исследовательский институт железнодорожного транспорта. – М.: Транспорт, 1985. – 287 с. 72
№ 8 (77) август, 2020 г. К АНАЛИЗУ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗОВ 3ВЛ80С НА УЧАСТКЕ МАРОКАНД – КАТТАКУРГАН УЗБЕКСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ Аблялимов Олег Сергеевич канд. техн. наук, ст. науч. сотр., и.о. профессора кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство», Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта, Узбекистан, Ташкент E-mail: [email protected] Ходжиев Жасур Джура ўғли магистр, ассистент кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство» Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта, Узбекистан, Ташкент E-mail: [email protected] TO ANALYSIS OF EFFICIENCY OF THE USE OF 3VL80S ELECTRIC LOCOMOTIVES ON THE MAROKAND - KATTAKURGAN AREA OF THE UZBEK RAILWAY Oleg S. Ablyalimov Doctor of philosophy, chief worker, acting professor of the chair «Loсomotives and locomotive economy», Tashkent institute of railway transpоrt enginеering, Uzbekistan, Tashkent Jasur D. Khodjiyev master, аssistant of the chair«Loсomotives and locomotive economy», Tashkent institute of railway transpоrt enginеering, Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ Получены значения тягово - энергетических показателей перевозочной работы электровозов 3ВЛ80С на ре- альном, холмисто - горном участке Узбекской железной дороги при движении грузовых поездов разной массы состава, которые представлены в виде табличных данных и графических зависимостей. Могут быть использо- ваны при оценке тягово – энергетической эффективности локомотивов электрической тяги в условиях эксплуа- тации. ABSTRACT The values of the traction and energy indicators of the transportation operation of 3VL80S electric locomotives on the real, hilly - mountainous section of the Uzbek railway during the movement of freight trains of different mass of the train were obtained, which are presented in the form of tabular data and graphical dependencies. They can be used to assess the traction and energy efficiency of electric traction locomotives under operating conditions. Ключевые слова: грузовой поезд, электровоз, участок, скорость, расчёт, анализ, холмисто - горный, перегон, профиль, железная дорога. Keywords: the freight train, the electric locomotive, the area, the speed, calculation, analyses, hilly - mountainous, stage, profile, railway. ________________________________________________________________________________________________ Расход топлива и электрической энергии на тягу Для реализации такой задачи широко использу- поездов является одним из важнейших показателей ются известные методы теории локомотивной тяги энергетической эффективности локомотивов разных [6], в частности, её прикладной и практической со- видов тяги в эксплуатации. ставляющей – тяговые расчёты. В настоящем исследовании, которое, по сути, яв- Объектом исследования являются трёхсекцион- ляется продолжением работ [1,2], решается задача по ные магистральные (поездные) грузовые электро- обоснованию параметров тягово - энергетических возы 3ВЛ80С и спрямлённый профиль пути реаль- показателей эффективности использования маги- ного, холмисто – горного участка Мароканд – стрального (поездного) тягового электрического по- Каттакурган Узбекской железной дороги. движного состава на реальном, холмисто – горном Предмет исследования составляют параметры участке Мароканд – Каттакурган Узбекской желез- тягово - энергетических показателей перевозочной работы упомянутых выше электровозов 3ВЛ80С при ной дороги. ___________________________ Библиографическое описание: Аблялимов О.С., Ходжиев Ж.Д. К анализу эффективности использования элек- тровозов 3ВЛ80С нв участке Мароканд - Каттакурган Узбекской железной дороги // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 8(77). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10611
№ 8 (77) август, 2020 г. движении грузовых поездов разной массой составов Полный расход электроэнергии равен: без остановок и с остановками на промежуточных станциях, разъездах и раздельных пунктах. A = AД + ������С ,кВт-ч (3) Расчет расхода электроэнергии на движение по- Удельный расход электроэнергии определяем по езда при отсутствии рекуперации выполняют [5], формуле [5]: опираясь на построенные кривые скорости V(S), ������ = ������∙103 , Вт-ч/ткм брутто (4) времени t(S) и тока нагрузки Ida(V) для электровозов переменного тока. Q∙L Расход электроэнергии АД, затраченной где Q - масса состава (поезда), т; L - длина электровозами переменного тока на движение грузо- участка счёта, км. вых поездов по участку в режиме тяги, определяем по формуле [5]: Значения тягово - энергетических показателей перевозочной работы трёхсекционных магистраль- AД = Uкс∙∑ Idai∙∆ti , кВт-ч (1) ных (поездных) грузовых электровозов 3ВЛ80С, в 60∙1000 том числе средние и усреднённые значения упомяну- тых показателей на участке Мароканд – Каттакурган где U кс - напряжение в контактной сети, U кс = для двух (обоих) видов движения представлены в табл. 1. Здесь, последние являются среднеарифмети- 25000 В; I dai - среднее на i-м интервале значение ческой величиной в принятом диапазоне изменения массы составов (Q = 2500 т - 3500 т) грузовых поез- действующего значения активного тока, потребляе- дов. мого на тягу тока, А; ti - время прохождения i-го Анализ данных табл. 1 свидетельствует, что эф- фективность использования исследуемых грузовых интервала, мин. электровозов 3ВЛ80С существенно снижается для ре- Расход электроэнергии на собственные нужды жимов ведения грузовых поездов с остановками на промежуточных станциях, разъездах и раздельных электровоза вычисляем по формуле [6]: пунктах холмисто - горного участка Мароканд – Кат- такурган АО «Ўзбекистон темир йўллари». ������С = ������ ∙ ������х , кВт-ч (2) где tx - общее время хода поезда по участку счета, мин; r- средний расход электроэнергии на соб- ственные нужды электровоза, кВт-ч/мин. Таблица 1. Энергетические показатели эффективности электровозов 3ВЛ80С на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги Условия перевозочной работы Расход электрической энергии масса состава Q,т без остановок с остановками число осей m, осей техническая ско- рость движения Vт без остановок, км/ч техническая ско- рость движения V'т с останов- ками, км/ч общий A, кВт- ч удельный a, Вт-ч/т км брутто общий A', кВт- ч удельный a', Вт-ч/т км брутто 12 34 5 6 7 8 2500 200 77,06 69,62 1278,62 8,34 1736,43 11,32 3000 200 75,64 69,30 1347,46 7,32 1824,53 9,92 3500 200 74,19 68,87 1434,66 6,68 1948,12 9,07 Средние значения 75,63 69,26 1353,58 7,45 1836,36 10,10 число Усреднённые значения по обоим (двум) видам движения осей m, масса со- техническая общий A, кВт-ч удельный a, става Q,т осей Вт-ч/т км брутто скорость движения Vт, км/ч 2500 200 73,34 1507,52 9,83 3000 200 72,47 1586,99 8,62 3500 200 71,53 1691,39 7,87 Средние значения 72,45 1595,30 8,77 В табл. 2 показаны приведённые значения энер- Мароканд – Каттакурган Узбекской железной до- роги, выраженные посредством равномерно распре- гетических показателей перевозочной работы трёх- делённого (приведённого), а не сосредоточенного в секционных магистральных (поездных) грузовых электровозов 3ВЛ80С на холмисто – горном участке 74
№ 8 (77) август, 2020 г. одной точке, расхода электрической энергии на каж- tхх,т= 0,05Qi2 - 0,5Qi+40,85 / (3) tхх,т= -0,05Qi2 - 0,25Qi+43,75 дый один километр железнодорожного пути. С помо- Техническая скорость движения Vт, км/ч: щью такого типа (вида) энергетических показателей Vт = -0,915Qi2 + 2,225Qi + 75,75 / (4) можно оценивать тяговое качество (сложность, труд- Vт = -0,05Qi2 – 0,155Qi + 69,83 ность) профиля пути каждого из перегонов и в целом, Общий расход электрической энергии за поездку всего анализируемого участка железной дороги, опи- А, кВт-ч: раясь на предложенный авторами метод исследова- А=9,18Qi2+41,3Qi+1228,1 / (5) А = 17,745Qi2+34,865Qi+1683,8 ния [4]. Удельный расход электрической энергии а, Вт- При помощи стандартной программы Microsoft ч/т км брутто: Еxcel Office и данных табл. 1 а=0,19Qi2-1,59Qi+9,74 / (6) с учётом исследований [1] авторы получили а = 0,275Qi2-2,225Qi+13,27 уравнения регрессии для определения параметров Полные денежные затраты (без налога на YLC), тыс. сўм: (значений) основных показателей эффективности ис- пользования трёхсекционных магистральных (поезд- ных) грузовых электровозов 3ВЛ80С без остановок (числитель) и с остановками (знаменатель) на проме- жуточных станциях заданного участка Мароканд – Каттакурган любой i – й массы состава Qi грузового поезда при достаточной величине достоверности ап- проксимации R2=1,0 (необходимое условие достовер- ности - R2 ≥0,8), где индекс Qi = 1,2,3 – вариант тяго- вого расчёта. Общее время хода поезда tх, мин tх= 0,025Qi2+0,875Qi+46,90 / (1) Сэ = 0,799Qi2+3,595Qi+106,9 / (7) tх = 0,05Qi2+0,1Qi+52,7 Сэ = 1,5445Qi2+3,0345Qi+146,5 Время хода поезда в режиме тяги tт, мин: Приведённые денежные затраты (без налога YLC), тыс. сўм/км: tт= -0,025Qi2+1,325Qi+6,05 / (2) сэ= 0,0135Qi2-0,0565Qi,+1,745 / tт= 0,15Qi2+0,1Qi+9,25 сэ= 0,0255Qi2+0,0485Qi,+2,839 (8) Время хода поезда в режиме холостого хода и торможения tхх,т, мин: Таблица 2. Показатели эффективности использования электровозов 3ВЛ80С на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги Грузовой поезд Приведённый расход электрической энергии без остановок с остановками масса состава Q,т число осей m, осей общий A, кВт-ч удельный a, Вт-ч/т км брутто общий A', кВт-ч удельный a', Вт-ч/т км брутто 12 3 4 5 6 20,706 0,135 28,120 0,183 2500 200 21,821 0,118 29,547 0,161 23,233 0,108 31,548 0,147 3000 200 21,920 0,120 29,738 0,164 3500 200 Средние значения Опираясь на уравнения регрессии (1) – (8), В результате проведённых исследований авто- можно получить номограммы по определению значе- рами получены уравнения регрессии и обоснованы ний кинематических параметров движения грузовых значения энергетических показателей эффективно- поездов в принятом диапазоне изменения массы со- сти грузовых электровозов 3ВЛ80С на холмисто – става (Q = 2500 т – 3500 т) и параметров энергетиче- горном участке Мароканд – Каттакурган Узбекской ских показателей эффективности трёхсекционных железной дороги для реальных условий организации магистральных (поездных) грузовых электровозов эксплуатационной деятельности этого участка же- 3ВЛ80С в количественном и денежном исчислении на лезной дороги. исследуемом участке железной дороги. Полученные параметры энергетических показа- телей перевозочной работы грузовых электровозов 75
№ 8 (77) август, 2020 г. 3ВЛ80С рекомендуются для оценки тягово – энерге- им, железнодорожных участков узбекских железных тической эффективности их в эксплуатации, а также дорог. для обоснования степени сложности каждого из пе- регонов реальных холмисто – горных и, идентичных Список литературы: 1. Аблялимов О.С. Тяговые расчёты для тепловозов 3ВЛ80С на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги [Текст] / О.С. Аблялимов // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2020. № 8 (77). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/9960.– С. 68 - 76. 2. Аблялимов О.С. К эффективности использования электровозов 3ВЛ80С на холмисто – горном участке желез- нодорожного пути [Текст] / О. С. Аблялимов // Научный журнал «Наука и образование транспорту» / Самар- ский гос. ун-т путей сообщения. – Самара, 2016. № 1 – С. 7 – 10. 3. Аблялимов О.С. К анализу показателей использования электровозов 3ВЛ80С в условиях эксплуатации [Текст] / О. С. Аблялимов // Вторая Всероссийская научно-техническая конференция с международным уча- стием «Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного по- движного состава» / Омский гос. ун-т путей сообщения. – Омск, 2013. – С. 260 – 265. 4. Аблялимов О.С. Оценка тягового качества профиля пути участка Каттакурган – Навои при электрической тяге / О.С. Аблялимов // Третья международная научно-практическая конференция «Разработка и эксплуата- ция электротехнических комплексов и систем энергетики и наземного транспорта» / Омский гос. ун-т путей сообщения. – Омск, 2018. – С. 211 – 217. 5. Аблялимов О.С. Основы управления локомотивов [Текст] / О.С. Аблялимов, Э.С. Ушаков // Учебник для профессиональных колледжей железнодорожного транспорта. – Ташкент: «Davr», 2012. – 392 с. 6. Кузьмич В. Д. Теория локомотивной тяги [Текст] / В. Д. Кузьмич, В. С. Руднев, С. Я. Френкель // Учебник для вузов железнодорожного транспорта. – М.: Маршрут, 2005. – 448 с. 76
№ 8 (77) август, 2020 г. ТЯГОВЫЕ РАСЧЁТЫ ДЛЯ ТЕПЛОВОЗОВ UZTE16M3 НА УЧАСТКЕ МАРОКАНД – КАТТАКУРГАН УЗБЕКСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ Аблялимов Олег Сергеевич канд. техн. наук, ст. науч. сотр., и.о. профессора кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство», Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта, Узбекистан, г. Ташкент E-mail:[email protected] Ходжиев Жасур Джура ўғли магистр, ассистент кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство», Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта, Узбекистан,г. Ташкент E-mail: [email protected] TRACTION CALCULATIONS FOR UZTE16M3 DIESEL LOCOMOTIVES ON THE MAROKAND – KATTAKURGAN AREA OF UZBEK RAILWAY Oleg S. Ablyalimov Doctor of philosophy, chief worker, acting professor of the chair «Loсomotives and locomotive economy» Tashkent institute of railway transpоrt enginеering, Uzbekistan, Tashkent Jasur D. Khodjiyev master, аssistant of the chair«Loсomotives and locomotive economy» Tashkent institute of railway transpоrt enginеering, Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ Представлены результаты тягового расчёта для трёхсекционных магистральных (поездных) грузовых тепло- возов UzTE16M3 на реальном, холмисто - горном участке Узбекской железной дороги при движении грузовых поездов без остановок и с остановками на промежуточных станциях, разъездах и раздельных пунктах. Получены кинематические параметры движения грузового поезда различной массы состава и магистральных (поездных) грузовых локомотивов дизельной тяги на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги с холми- сто - горным профилем пути, представленные в виде графических зависимостей и табличных данных. Результаты исследований рекомендуются специалистам цеха эксплуатации локомотивного комплекса сети узбекских желез- ных дорог, работа которых касается энергетики движения грузовых поездов на холмисто – горных железнодо- рожных участках. ABSTRACT The paper presents the results of traction calculations for three-section mainline (train) freight UzTE16M3 diesel locomotives on a real, hilly - mountainous section of the Uzbek railway when freight trains move without stops and with stops at intermediate stations, sidings and separate points. The kinematic parameters of the movement of a freight train of various mass of a train and mainline (train) freight locomotives of diesel traction on the Marokand - Kattakurgan section of the Uzbek railway with a hilly - mountainous track profile are obtained, presented in the form of graphical dependencies and tabular data. The research results are recommended to the specialists of the locomotive complex oper- ation department of the Uzbek railways network, whose work concerns the energy of the movement of freight trains on hilly and mountainous railway sections. Ключевые слова: оценка, результат, грузовой поезд, движение, тепловоз, железнодорожный путь, участок, метод, скорость, расчёт, подвижной состав, анализ, холмисто-горный, обоснование, перегон, профиль, железная дорога. Keywords: evaluation, result, the freight train, movement, the diesel locomotive, railway track, the area, the method, the speed, calculation, rolling – stock, analyses, hilly - mountainous, substantiation, stage, profile, railway. ________________________________________________________________________________________________ ___________________________ Библиографическое описание: Аблялимов О.С., Ходжиев Ж.Д. Тяговые расчёты для тепловозов UzTE16M3 на участке Мароканд - Каттакурган Узбекской железной дороги // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 8(77). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10626
№ 8 (77) август, 2020 г. Введение. Вопрос эффективности использова- математические модели ведения грузового поезда ния магистральных (поездных) локомотивов дизель- тепловозами UzTE16M3, составляют таблицы удель- ной тяги с учётом реальных условий организации же- ных равнодействующих сил поезда для режимов лезнодорожных перевозок разных по структуре и тяги, холостого хода и торможения и по ним строят содержанию грузов на различных участках Узбек- соответствующие диаграммы, а затем, опираясь на ской железной дороги продолжает быть актуальным. рекомендации [6,1], выполняют построение скорости движения и времени хода поезда на заданном участке Сотрудники кафедры «Локомотивы и локомо- счёта. В этом случае, соблюдают принцип макси- тивное хозяйство» совместно со специалистами ли- мального использования мощности и тягово-эксплу- нейных предприятий локомотивного комплекса АО атационных качеств (свойств) локомотива, а также «Ўзбекистон темир йўллари» принимают активное наибольшей кинетической энергии движения поезда участие в исследованиях по повышению эффектив- при прохождении им каждого элемента профиля ности использования дизельного парка локомотивов пути заданного участка железной дороги [8]. Упомя- в эксплуатации. нутый выше принцип для тепловозов UzTE16M3 в ре- жиме тяги соответствует работе силовой энергетиче- Постановка задачи исследования. Цель данных ской установки под нагрузкой на 15-й номинальной исследований состоит в обосновании кинематиче- позиции контроллера машиниста на полном поле ских параметров движения грузовых поездов и маги- (ПП), а также первой (ОП1) и второй (ОП2) ступенях стральных (поездных) грузовых локомотивов дизель- ослабления поля тяговых электродвигателей со- ной тяги на одном из реальных участков узбекских гласно тяговой характеристики локомотива. железных дорог. В табл. 1 и табл. 2 представлены численные зна- Объект исследования - трёхсекционные маги- чения удельных равнодействующих сил грузового стральные (поездные) грузовые тепловозы поезда различной массы составов (Q = 2500…3500т) UzТЕ16М3 и спрямлённый профиль пути реального, и одинакового числа осей m = 200 осей на режимах холмисто – горного участка Мароканд – Каттакурган тяги, холостого хода и служебного торможения для Узбекской железной дороги. исследуемых трёхсекционных магистральных (по- ездных) грузовых локомотивов дизельной тяги – теп- Предмет исследования составляют кинематиче- ловозы UzTE16M3. ские параметры движения грузовых поездов с разной массой составов и упомянутых выше тепловозов По данным табл. 1 и табл. 2 были построены диа- UzТЕ16М3. граммы удельных равнодействующих сил грузовых поездов для этих тепловозов. Поставленная цель исследования реализуется пу- тём выполнения тягового расчёта, в основе которого Таблица 1. лежит графическое интегрирование дифференциаль- ного уравнения движения поезда [7]. Разрабатывают Удельные равнодействующие силы поезда для режима тяги, локомотивы дизельной тяги - тепловозы UzTE16M3 V Fк w׳0 Q1 = 2500 т Q2 = 3000 т Q3 = 3500 т w\"0 w0 fк - w0 w\"0 w0 fк - w0 w\"0 w0 fк - w0 км/ч Н Н/кН 0 1360000 1,90 Н/кН Н/кН Н/кН 10 1168000 2,03 0,94 1,04 46,50 0,87 0,99 39,65 0,87 0,95 34,44 13 1125000 2,08 1,04 1,08 39,68 0,95 1,02 33,86 0,94 0,98 29,36 20 839000 2,22 1,08 1,14 38,13 0,97 1,02 32,51 0,97 0,98 29,21 30 600000 2,47 1,18 1,29 28,02 1,05 1,20 23,89 1,04 1,14 20,68 40 470000 2,78 1,36 1,47 19,47 1,18 1,36 16,60 1,17 1,28 14,32 50 375000 3,15 1,58 1,70 14,69 1,34 1,55 12,54 1,33 1,45 10,76 60 312000 3,58 1,84 1,79 11,02 1,53 1,78 9,49 1,51 1,64 8,06 70 273000 4,07 2,14 1,98 8,57 1,74 2,05 7,36 1,73 1,88 6,20 80 235000 4,62 2,48 2,17 6,84 1,99 2,35 5,92 1,97 2,14 4,92 90 5,23 2,86 2,29 5,11 2,26 2,69 4,47 2,24 2,43 3,62 21400 5,90 3,28 2,64 3,93 2,57 3,50 4,82 2,54 2,74 2,75 100 194000 3,74 3,05 2,74 2,90 2,53 2,78 2,87 3,11 1,86 Условные обозначения, принятые в табл. 1 и сила поезда в режиме тяги, wх - удельное основное сопротивление движению тепловоза на холостом табл. 2, следующие: V – скорость движения поезда, ходу, φкp – расчётный коэффициент трения тормоз- Fк – касательная сила тяги исследуемого тепловоза, ной колодки о колесо, bт – удельная тормозная сила w׳0 и w\"0 – соответственно, удельное основное сопро- поезда, wох – удельная равнодействующая сила по- тивление движению тепловоза и состава (вагонов), езда на холостом ходу, wох+0,5bт - удельная равно- действующая сила поезда при служебном торможе- w0 - удельное основное сопротивление движению по- езда, fк – удельная касательная сила тяги исследуе- нии. мого тепловоза, fк - w0 – удельная равнодействующая 78
№ 8 (77) август, 2020 г. Таблица 2. Удельные равнодействующие силы поезда для режима холостого хода и торможения, локомотивы дизельной тяги - тепловозы UzTE16M3 Q1 = 2500 т Q2 = 3000 т Q3 = 3500 т V wх φкp bт wох wох+0,5bт wох wох+0,5bт wох wох+0,5bт км/ч Н/кН - Н/кН Н/кН Н/кН Н/кН 0 2,40 10 2,54 0,270 89,10 1,15 45,69 1,06 45,61 1,03 45,58 20 2,76 1,198 65,34 1,25 33,92 1,13 33,80 1,11 33,70 30 3,05 0,162 53,46 1,40 28,13 1,23 27,96 1,22 27,76 40 3,40 0,140 46,20 1,60 24,70 1,37 24,54 1,37 24,13 50 3,83 0,126 41,58 1,84 22,63 1,54 23,33 1,55 21,82 60 4,32 0,116 38,28 2,12 21,26 1,74 20,84 1,76 20,17 70 4,89 0,108 35,64 2,45 20,27 1,98 19,80 2,00 18,85 80 5,52 0,102 33,66 2,82 19,65 2,26 19,09 2,28 17,86 90 6,23 0,097 32,01 3,24 19,24 2,56 18,60 2,59 17,04 7,00 0,093 30,69 3,70 19,04 2,90 18,29 2,93 16,38 100 0,090 29,70 4,20 19,01 3,28 18,13 3,31 15,88 Основные конструктивные особенности трёхсек- Результаты исследования и их анализ. На рис. ционных магистральных (поездных) грузовых тепло- 1 – рис. 3 приведены фрагменты скорости V(S) дви- возов UzTE16M3 и характеристика каждого конкрет- жения и времени t(S) хода грузового поезда, которые ного элемента профиля пути заданного холмисто – нами были построены для тепловозов UzTE16M3 на горного участка Мароканд – Каттакурган Узбекской исследуемом, реальном, участке Мароканд – Катта- железной дороги освещены в [2,3]. курган Узбекской железной дороги с учётом реко- мендаций [6,7] и исследований [1]. Рисунок 1. Фрагмент тягового расчёта для тепловоза UzTE16M3 на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги, Q1 = 2500 т Рисунок 2. Фрагмент тягового расчёта для тепловоза UzTE16M3 на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги, Q2 = 3000 т 79
№ 8 (77) август, 2020 г. Рисунок 3. Фрагмент тягового расчёта для тепловоза UzTE16M3 на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги, Q3 = 3500 т На рис. 1 – рис. 3 обозначено: станции - отправ- ские величины в выбранном (принятом) нами интер- ления (Мароканд), промежуточная (Джума, Нурбу- вале изменения массы составов (от Q1 = 2500 т до Q3 лак) и прибытия (конечная, Каттакурган); V(S) и t(S) =3500 т) грузового поезда. – кривые скорости движения и времени хода поезда на проход, и с учётом остановки на промежуточной и Анализ данных табл. 3 показывает, что для сред- конечной станциях; Sзам и ∆tзам – путь и время замед- них значений кинематических параметров движение ления при торможении на промежуточной и конеч- исследуемых грузовых поездов на реальном участке ной станциях; Sразг и ∆tразг – путь и время разгона при Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги трогании поезда с места на промежуточной и конеч- с холмисто - горным профилем пути, организованное ной станциях; ТД– тормоза действуют и ТО - тормоза с остановками на промежуточных станциях Джума, отпущены. Нурбулак и Зиёвуддин, по отношению к движению без остановок на них, способствует: В табл. 3 приведены значения кинематических параметров движения грузовых поездов и трёхсекци- увеличению общего времени хода поезда на онных магистральных (поездных) грузовых теплово- 7,91 мин с уменьшением технической скорости дви- зов серии UzТЕ16М3, средние и усреднённые значе- жения на 9,31 км/ч; ния упомянутых параметров на участке Мароканд – Каттакурган для двух видов движения. значениям долей движения на режимах тяги в 32,19 процента, а холостого хода и торможения в Усреднённые значения кинематических парамет- 67,81 процента; ров движения грузовых поездов и перевозочной ра- боты локомотивов дизельной тяги по обоим видам увеличению доли движения в режиме тяги и движения на участке Мароканд – Каттакурган АО уменьшению доли движения в режимах холостого «Ўзбекистон темир йўллари» - среднеарифметиче- хода и торможения, приблизительно, на 4,98 про- цента. Таблица 3. Показатели перевозочной работы локомотивов дизельной тяги на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги Поезд Кинематические параметры движения поезда Время хода поезда, мин масса со- става Q,т число осей m,, осей техническая скорость движения Vт, км/ч общее, tх в режиме тяги, tт в режиме холостого хода и торможе- ния, txx,т 12 34 5 6 Тепловозы UzТЕ16М3 37,60 37,70 Движение по перегонам участка без остановок 36,65 37,32 2500 200 73,09 50,70 13,10 40,05 3000 200 72,03 51,45 13,75 40,55 39,80 3500 200 71,75 51,65 15,00 40,13 Средние 72,29 51,27 13,95 значения Движение по перегонам участка с остановками 2500 200 65,04 57,90 17,85 3000 200 62,28 59,50 18,95 3500 200 61,61 60,15 20,35 Средние значения 62,98 59,18 19,05 80
№ 8 (77) август, 2020 г. Тепловозы UzТЕ16М3 Усреднённые значения по обоим (двум) видам движения на участке Мароканд – Каттакурган, L = 61,75 км (61,765 км) 2500 200 69,06 54,30 15,47 38,83 39,12 3000 200 67,15 55,47 16,35 38,23 3500 200 66,68 55,90 17,67 38,72 Средние 67,63 55,22 16,50 значения Кроме того, численные значения некоторых ки- UzТЕ16М3 и динамика изменения упомянутых выше нематических параметров движения исследуемых параметров с учётом вида движения грузовых поез- грузовых поездов и трёхсекционных магистральных дов. (поездных) грузовых тепловозов UzТЕ16М3 на реаль- ном участке Мароканд – Каттакурган Узбекской же- Заключение. Полученные кинематические пара- лезной дороги с третьим типом профиля пути [4] со- метры движения грузовых поездов на холмисто – ставляют: горном участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги имеют достаточно высокую сходи- среднее расчётное значение технической ско- мость с аналогичными результатами исследований рости движения для двух (обоих) видов движения не [2,3,5 и другие] и могут быть использованы при про- превышает (равно) 67,63 км/ч; ведении анализа и оценки топливно – энергетической эффективности магистральных (поездных) локомо- среднее расчётное значение общего времени тивов дизельной тяги в условиях эксплуатации. на разгон – замедление соответствует, приблизи- тельно, 2,64 минутам; Результаты исследований будут полезны при раз- работке режимных карт вождения грузовых поездов среднее усреднённое значение в режиме тяги и прогнозировании расхода натурного дизельного равняется 29,87 процентам, а на режимах холостого топлива трёхсекционными магистральными (поезд- хода и торможения – 70,12 процента. ными) тепловозами серии UzТЕ16М3 за поездку на холмисто - горном участке Мароканд – Каттакурган На этом этапе проведённых исследований нами Узбекской железной дороги и рекомендуются для получены кинематические параметры движения гру- внедрения в практику работы локомотивного депо зового поезда разной массы составов (Q = Бухара АО «Ўзбекистон темир йўллари». 2500…3500т) и одинакового числа осей m = 200 осей, а также перевозочной работы трёхсекционных маги- стральных (поездных) грузовых тепловозов серии Список литературы: 1. Аблялимов О. С. Основы управления локомотивов [Текст] / О. С. Аблялимов, Э. С. Ушаков // Учебник для профессиональных колледжей железнодорожного транспорта. – Ташкент: «Davr», 2012. – 392 с. 2. Аблялимов О. С. К анализу перевозочной работы тепловозов UzТЕ16М3 на холмисто – горном участке же- лезнодорожного пути [Текст] / О. С. Аблялимов, Т. М. Турсунов, М. И. Хисматулин // Вестник ТашИИТ / Ташкентский ин-т инж. ж.-д. трансп. – Ташкент, 2016. № 4 – С. 56 – 59. 3. Аблялимов О. С. Оценка эффективности использования дизельного тягового подвижного состава на холми- сто – горном участке железной дороги [Текст] / О. С. Аблялимов // Научный журнал «Транспорт Азиатско – Тихоокеанского региона» / Дальневосточный гос. ун-т путей сообщения. – Хабаровск, 2017. № 3 (12). – С. 6 – 11. 1. Аблялимов О. С. Оценка эффективности перевозочной работы электровозов 3ВЛ80С на участке Каттакурган – Навои Узбекской железной дороги [Текст] / О. С. Аблялимов, // Международный информационно-анали- тический журнал «Crede Experto: транспорт, общество, образование, язык» / Иркутский филиал Московского гос. тех. ун-та гражданской авиации. – Иркутск, 2018. № 4 (19). – С. 35 – 50. 4. Аблялимов О. С. К вопросу эксплуатации тепловозов UzTE16M3 на участке Мароканд – Навои АО «Ўзбе- кистон темир йўллари» [Текст] / О. С. Аблялимов // Международный информационно-аналитический журнал «Crede Experto: транспорт, общество, образование, язык» / Иркутский филиал Московского гос. тех. ун-та гражданской авиации. – Иркутск, 2017. № 3. – С. 27 – 34. 5. Деев В. В. Тяга поездов [Текст] / В. В. Деев, Г. А. Ильин, Г. С. Афонин // Учебное пособие для вузов. – М.: Транспорт, 1987. – 264 с. 6. Кузьмич В. Д. Теория локомотивной тяги [Текст] / В. Д. Кузьмич, В. С. Руднев, С. Я. Френкель // Учебник для вузов железнодорожного транспорта. – М.: Маршрут, 2005. – 448 с. 7. Правила тяговых расчётов для поездной работы [Текст] / Всесоюзный научно – исследовательский институт железнодорожного транспорта. – М.: Транспорт, 1985. – 287 с. 81
№ 8 (77) август, 2020 г. ЭНЕРГЕТИКА ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ УЧАСТКОВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПОСТОЯННОГО ТОКА Аблялимов Олег Сергеевич канд. техн. наук, ст. науч. сотр., и.о. профессора кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство», Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта, Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] ENERGY OF ELECTRIFIED SECTIONS DIRECT CURRENT OF RAILWAYS Oleg S. Ablyalimov Doctor of philosophy, chief worker, acting professor of the chair «Loсomotives and locomotive economy», Tashkent institute of railway transpоrt enginеering, Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ Реализован алгоритм графоаналитического метода расчёта расхода электрической энергии электровозами постоянного тока на тягу поездов. Получены кинематические параметры и параметры некоторых тягово - энер- гетических показателей перевозочной работы локомотивов электрической тяги постоянного тока на виртуальном участке железной дороги. Предложена методика обоснования эффективности различных видов локомотивной тяги в реальных условиях эксплуатации и способ оценки энергетики электрифицированных участков разных по роду тока типов железных дорог. ABSTRACT An algorithm of the graphical - analytical method for calculating the consumption of electric energy by direct current electric locomotives for train traction has been implemented. The kinematic parameters and parameters of some traction - energy indicators of the transportation operation of direct current electric traction locomotives on the virtual section of the railway are obtained. A method is proposed for substantiating the effectiveness of various types of locomotive traction in real operating conditions and a method for assessing the energy of electrified sections of different types of current types of railways. Ключевые слова: исследование, результат, грузовой поезд, электровоз, эксплуатация, постоянный ток, вир- туальный, тягово - энергетический. Keywords: investigation, result, the freight train, the electric locomotive, exploitation, the direct current, virtual, traction - energy. ________________________________________________________________________________________________ Введение. Железнодорожный транспорт явля- ские исследования по обоснованию основных пара- ется крупным потребителем электрической энергии, метров энергетической эффективности и перевозоч- которую тяговые электродвигатели тягового элек- ной работы разных типов (видов) и серий локомоти- трического подвижного состава (электровозы, элек- вов в реальнқх условиях эксплуатации. тропоезда, пассажирские поезда скоростного и высо- коскоростного движения) получают от системы Постановка задачи исследования. Настоящие тягового электроснабжения и затем, преобразуют её исследования являются продолжением работы [1] и в механическую работу, затрачиваемую на передви- проводились параллельно с работами [2,3]. С одной жение поезда. стороны они направлены на обоснование алгоритма и методики графоаналитического метода расчёта рас- Анализ и оценка качественной составляющей эф- хода электрической энергии на тягу поездов электро- фективности использования разных видов локомо- возами постоянного тока, а с другой – связаны с ана- тивной тяги проводятся путём сравнения между со- лизом энергетики электрифицированных участков бой не только кинематических параметров движения железных дорог постоянного тока и оценкой тягово - поездов, но и параметров энергетических показате- энергетической эффективности использования локо- лей локомотивов в количественном и денежном ис- мотивов электрической тяги постоянного тока в числении в различных условиях эксплуатационной условиях эксплуатации. деятельности железных дорог, в том числе электри- ческих. Результаты исследования и их анализ. На рис. 1 приведены кривые тока Iэ (S), скорости движения V На кафедре «Локомотивы и локомотивное хозяй- (S) и времени хода t (S) грузового поезда унифициро- ство» ТашИИТа проводятся многолетние теоретиче- ванной массы состава Q = 3000 т, построенные для исследуемых электровозов ВЛ10 на виртуальном ___________________________ Библиографическое описание: Аблялимов О.С. Энергетика электрифицированных участков железных дорог по- стоянного тока // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 8(77). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10612
№ 8 (77) август, 2020 г. участке железной дороги постоянного тока, на кото- электровозов ВЛ10 соответствует ходовой позиции ром обозначено: ст. Д – станция отправления грузо- на характеристике третьей ступени ослабленного вого поезда; tт и tхх,т – соответственно, время хода возбуждения (ОВ3) параллельного соединения П тя- грузового поезда в режимах тяги и холостого хода, говых электрических двигателей. торможения (на рис. 1 режим торможения грузового поезда не показан, так как он не используется); ток Для определения значений токов в зависимости выкл. и ток вкл. – соответственно, ток выключен и от пройденного пути Iэ(s) при системе постоянного ток включён, то есть режим холостого хода грузового тока используются токовые характеристики Iэ(V) поезда. Кривая тока Iэ (S) показана в верхней части электровозов ВЛ10 и ВЛ10у (с учётом ограничения рис. 1. по сцеплению колёс локомотива с рельсами, показан- ного штрихпунктирной линией). На рис. 2 приведены Как и во всех других, предыдущих исследова- такие токовые характеристики, которые рассчиты- ниях автора расчёты траектории движения грузового вают по скоростным характеристикам V(Iд) тягового поезда основываются на принципе максимального электродвигателя ТЛ-2К, принимая во внимание использования мощности и тягово – эксплуатацион- схемы их соединений - последовательное (С), после- ного качества (свойства) локомотива [3,4], а также довательно - параллельное (СП) и параллельное (П) максимальной кинетической энергии с которой поезд соединения последних. проходит каждый элемент профиля пути, что для Рисунок 1. Фрагмент тягового расчёта для локомотивов электрической тяги на виртуальном участке железной дороги постоянного тока В зависимости от схемы соединения тяговых следовательном соединении восьми тяговых элек- электродвигателей электровоза ВЛ10 ток электро- воза Iэ будет иметь различные значения [3,5]. При по- тродвигателей ток электровоза Iэ эквивалентен (ра- вен) току тягового электродвигателя Iд. Последова- тельно - параллельное соединение - включение 83
№ 8 (77) август, 2020 г. тяговых электродвигателей по четыре последова- Кроме того, токовые характеристики имеют тельно в две параллельные цепи. Ток электровоза Iэ ограничения, характеризуемые предельной касатель- будет равен Iэ = 2Iд. Параллельное соединение, когда ной силой тяги локомотива исходя из сцепления ко- тяговые электродвигатели образуют четыре парал- лёс его с рельсами, которые зависят от расчётной лельных цепи и соединены по два последовательно, массы локомотива. Для электровоза ВЛ10 она состав- в каждой. Ток электровоза Iэ равен значению Iэ = 4Iд. ляет 184 т (на рис. 1 упомянутые ограничения обо- значены жирной линией), а для электровоза ВЛ10у - 200 т. Рисунок 2. Токовая характеристика электровоза ВЛ10, ВЛ10У Далее рассмотрим динамику изменения тока Iэ раза, поэтому ток электровоза составляет Iэ = 2Iд (в электровоза ВЛ10 и разные варианты управления им точке D ток электровоза равен Iэ = 595·2 = 1190 А). в пути следования от момента трогания поезда с ме- ста до момента выхода электровоза на расчётную, хо- От точки D до точки G пусковой реостат посте- довую позицию с использованием характеристики третьей ступени ослабленного возбуждения (ОВ3) пенно выводится. Поэтому в точке G тяговые элек- параллельного соединения П тяговых электродвига- телей. тродвигатели работают на расчётной, ходовой харак- Разгона поезда происходит при последователь- теристике последовательно – параллельного ном соединении С тяговых электродвигателей элек- тровоза ВЛ10 и средний ток при выводе пускового соединения СП. В этом случае, ток электровоза ста- реостата будет определяться точками ABC. В точке А новится равным Iэ = Iд·2 = 575 · 2 = 1150 А, а напря- ток равен Iэ = Iд = 685 А. В точке С ток соответствует жение тягового электродвигателя составит Uд = Iэ = Iд = 595 А - электровоз работает на расчётной, хо- 3000:4 = 750 В. довой позиции последовательного соединения. Напряжение Uд на каждом тяговом электродвигателе Далее, после переключения тяговых электродви- составляет 3000:8 = 375 В. гателей на параллельное соединение П выполняют Для увеличения скорости движения поезда вы- полняют переключение тяговых электродвигателей с включение пускового реостата в каждую цепь тяговых последовательного С на последовательно - парал- электродвигателей. Поэтому ток Iд увеличивается в че- лельное СП соединение с включением в цепь пуско- тыре раза, то есть в точке Н ток электровоза становится вого реостата. В результате, число параллельных це- пей тяговых электродвигателей увеличивается в два равным 1э = Iд·4 = 575·4 = 2300 А. Затем продолжают выводить пусковой реостат (точки L, М, N) и в точке N электровоз выходит на расчётную, ходовую позицию параллельного соединения П, в которой ток электро- воза составит величину Iэ = Iд·4 = 535·4 = 2140 A, а напряжение тягового электродвигателя будет соответ- ствовать величине Uд = 3000:2 = 1500 В. В точке R и точке S ток электровоза составит Iэ = Iд·4 = 497,5·4 = 84
№ 8 (77) август, 2020 г. 1990 A и Iэ = Iд·4 = 632,5·4 = 2530 A, соответственно, а точки (0 - 13) на кривой скорости V(s) движения по- в точке Т - Iэ = Iд·4 = 650·4 = 2600 A. езда. Время движения берётся из кривой времени хода t(s) поезда по точкам (0 -13'). Также, можно работать на характеристике пол- ного возбуждения ПВ или для повышения скорости Ниже приводим пример последовательности (ал- движения воспользоваться характеристиками ослаб- горитма) вычисления ампер - минуты на каждом ленного возбуждения OB1 – ОВ3. При ограничении участке счёта, опираясь на упомянутые выше гра- скорости движения на каком - то участке, можно ис- фики Iэ(s) и t(s) с учётом принятых автором обозна- пользовать характеристики при полном ПВ и ослаблен- чений на рис. 1. ном ОВ возбуждении на последовательном С или по- следовательно – параллельном СП соединениях 1. На участке 0 – 1 (тока 0'-1'') кривой скорости тяговых электродвигателей. С целью наиболее боль- движения V(s) поезда величина тока электровоза шего по возможности использования мощности тяго- равна Iэср = (685+595) / 2 = 640 A; а по кривой времени вых электродвигателей в расчётах берут максимальные хода t(s) поезда этот ток проходит в течение 0,5 мин. значения силы тяги и возможно наибольшие скорости. Следовательно, произведение Iэср·t = 640 · 0,5 = 320 Они характеризуются жирной линией на рис. 2 - А·мин. ABCDGHLMNRS и далее, принимая во внимание \"скачки\" тока электровоза, до характеристики ОВ3 На участке 1''-1\" кривой тока Iэ(s) величина тока (точка Т) параллельного П соединения тяговых элек- изменяется с 595 А до 1190 А, но время хода поезда тродвигателей. составляет t = 0 мин. Поэтому Iэср·t = 0 А·мин. Характеристика четвёртой ступени ослабленного 2. На участке 1-2 (тока 1\"-2'') кривой скорости возбуждения (ОВ4) параллельного соединения П тя- движения V(s) поезда значение тока электровоза говых электродвигателей в расчётах не используется, равно Iэср = (1190+1150) / 2 = 1170 А и по кривой хода так как её оставляют в резерве для случая необходи- t(s) поезда этот ток проходит в течение 0,15 мин. Сле- мости движения поезда с более высокими скоро- довательно, произведение Iэср·t = 1170·0,15 = 175,5 стями, например, при нагоне опоздания поезда. А·мин. На кривой I(s) показаны точки (0 - 16\") при дви- 3. На участке 2-3 (тока 2\"-3'') кривой скорости жении поезда в режиме тяги и холостого хода, в ко- движения V(s) поезда величина тока электровоза со- торых изменялись режимы движения (С, СП, П - ПВ; ответствует значению Iэср = (2300 + 2250) / 2 = 2275 ОВ1, ОВ2, ОВ3, ток выкл., ток вкл. ) или происхо- А. По кривой хода t(s) поезда этот ток проходит в те- дило ускорение и замедление движения поезда - чение 0,2 мин., следовательно, произведение Iэср·t = 2275·0,2 = 455 А·мин, и так далее. Результаты расчётов произведения (Iэср·∆t), то есть одной из составляющей числителя расчётной формулы (2) [1], сведены в табл. 1. Таблица 1. Расчёт расхода электрической энергии электровозом ВЛ10 на виртуальном участке железной дороги постоянного тока Номер Скорость дви- Участок кри- Ток электровоза IЭ, А Δti, мин IЭСР·∆ti, участка жения, км/ч вой тока A·мин IЭ1 IЭ2 IЭСР 7 1 2 3 4 56 0,50 8 1 0-10 0-1\" 0,15 320,0 2 10-20 1\"-2\" 685 595 640 0,10 175,5 3 20-23 1\"-2\" 0,20 115,0 1190 1150 1170 0,20 4 23-30 2\"-3\" 0,35 455,0 5 30-40 3\"-4\" 1150 1150 1150 0,05 443,0 6 40-49 4\"-5\" 0,10 756,0 2300 2250 2275 7 49-50 4\"-5\" 0,20 103.25 2250 2180 2215 8 50-53 5\"-6' 0,05 226,5 2180 2140 2160 9 53-57 6\"-7\" 0,50 490,0 2140 1990 2065 0,30 10 57-60 7\"-8\" 0,80 135,0 2530 2000 2265 0,90 11 60-70 8\"-12\" 0,40 1130,0 12 70-75 2700 2200 2450 1,10 13 75-85 11\"-13\" 5,9 547,5 14 85-91 12\"-14\" 2800 2600 2700 1292,0 15 90-96 13\"-14\" 1300,5 16 96-100 15\"-16\" 2600 1920 2260 540,0 15\"-16\" 1397,0 1920 1730 1825 8426,25 Итого 1730 1500 1615 1500 1390 1445 1400 1300 1350 1300 1240 1270 85
№ 8 (77) август, 2020 г. Таким образом, рассчитав (Iэср·∆ti) по всем участ- тогда величина расхода электрической энергии на кам и просуммировав их, получим итоговое значение тягу поезда при напряжении в контактной сети Uкс = произведения (Iэср·∆ti) = 8426,25 А·мин (см. табл. 1), 3000 В составит [1]: AТ 3000 8426,25 421,32, кВт ч ; AСН 2,08 7,1 14,77 кВт ч 60 1000 A 421,32 14,77 436,09 кВт ч ; a 436,09 103 16,90 Вт ч 3000 8,6 т кмбрутто Полная Сэ (сўм) и удельная стоимость cэ (тыс. В табл. 2 приведены показатели перевозочной ра- сўм / км) железнодорожных перевозок разных по боты двухсекционных магистральных (поездных) структуре и содержанию грузов для локомотивов грузовых электровозов ВЛ10 на виртуальном участке железной дороги постоянного тока. электрической тяги постоянного тока определяется аналогично [2,3]. Таблица 2. Показатели эффективности использования локомотивов электрической тяги на виртуальном участке железной дороги постоянного тока Кинематические Расход электрической Энергетические энергии Время хода поезда по Стоимость электрической энергии без участку учёта налога на добавленную стоимость скорость движения поезда V, км/ч в режиме тяги tт, мин в режиме холо- стого хода tхх, мин полный А, кВт-ч удельный a, Вт-ч / ткм брутто полная СЭ, сўм удельная сэ, тыс. сўм / км 1 2 3 45 6 7 72,68 5,90 1,20 37957,3 4,414 Электровозы ВЛ10 436,09 16,90 Рисунок 3. Фрагмент тягового расчёта для локомотивов электрической тяги на виртуальном участке железной дороги переменного тока 86
№ 8 (77) август, 2020 г. Для анализа и оценки тягово - энергетической Заключение. Доказано преимущество локомоти- эффективности локомотивов электрической тяги по- вов электрической тяги постоянного (электровозы стоянного и переменного тока между собой на рис. 3 ВЛ10) и переменного (3ВЛ80С) тока над локомоти- представлены траектории движения локомотивов вами дизельной тяги – тепловозы серий 3ТЭ10М и электрической тяги постоянного тока на виртуаль- UzTE16M3, в среднем, соответственно в 7,28 – 6,48 ном участке железной дороги, полученные в [2]. раз и 2,40 – 2,14 раз, Анализ данных табл. 2 и результата исследова- Можно предположить незначительное превос- ний [3] свидетельствует о превосходстве электрово- ходство в эксплуатации локомотивов электрической зов ВЛ10 над тепловозами 3ТЭ10М и UzТЕ16М3, со- тяги на электрифицированных участках железных ответственно, в 6,48 (тепловозы UzТЕ16М3) и 7,28 дорог постоянного тока. Причём, чтобы утверди- (тепловозы 3ТЭ10М) раз. тельно констатировать сказанное, необходимо с учё- том предложенной автором методики продолжить Кроме этого, сопоставление полученных автором исследования по обоснованию эффективности ис- данных в сравнение с результатами тягового расчёта, пользования различных видов локомотивной тяги на представленного на рис. 3 и исследования [2] говорит реальных участках разных железных дорог в усло- о том, что электровозы ВЛ10 (двухсекционные) эко- виях их эксплуатационной деятельности и в первую номичнее электровозов 3ВЛ80С (трёхсекционные) очередь узбекских. приблизительно в 3,03 раза. Список литературы: 1. Аблялимов О. С. К оценке эффективности локомотивов электрической тяги постоянного тока [Текст] / О. С. Аблялимов // Universum: Технические науки: электрон. научн. журнал / URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/8436 (дата обращения: 25.07.2020). – Москва, 2020. № 8 (77) – С. 84 – 87. 2. Аблялимов О. С. К энергетике электрифицированных участков железных дорог переменного тока [Текст] / О. С. Аблялимов // Universum: Технические науки: электрон. научн. журнал / URL: http://7universum.com/ru/tech/ archive/item/8436 (дата обращения: 06.12.2019). – Москва, 2019. № 12 (69) – С. 84 – 87. 3. Аблялимов О. С. К энергетике неэлектрифицированных участков железных дорог [Текст] / О. С. Аблялимов // Научно – техническая конференция «Энергоэффективность - 2019» / Ташкентский гос. техн. ун-т. – Таш- кент, 2019. – С. 113 – 118. 4. Аблялимов О. С. Основы управления локомотивов: Учебник для профессиональных колледжей железнодо- рожного транспорта [Текст] / О. С. Аблялимов, Э. С. Ушаков. – Ташкент: «Davr», 2012. – 392 с. 5. Деев В. В. Тяга поездов [Текст] / В. В. Деев, Г. А. Ильин, Г. С. Афонин // Учебное пособие для вузов. – М.: Транспорт, 1987. – 264 с. 6. Осипов С. И. Энергетика электрических железных дорог [Текст] / С.И. Осипов // Лекция для студентов спе- циальности «Электрический транспорт (железнодорожный транспорт) (ЭПС)» / Российский гос. открытый техн. ун-т путей сообщения. – М.: РГОТУПС, 2002. – 36 с. 87
№ 8 (77) август, 2020 г. ТЯГОВЫЕ РАСЧЁТЫ ДЛЯ ТЕПЛОВОЗОВ 3ТЭ10М НА УЧАСТКЕ МАРОКАНД – КАТТАКУРГАН УЗБЕКСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ Аблялимов Олег Сергеевич канд. техн. наук, ст. науч. сотр., и.о. профессора кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство», Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта, Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] Ходжиев Жасур Джура ўғли магистр, ассистент кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство» Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта, Узбекистан, Ташкент E-mail: [email protected] TRACTION CALCULATIONS FOR 3ТЭ10М DIESEL LOCOMOTIVES ON THE MAROKAND – KATTAKURGAN AREA OF UZBEK RAILWAY Oleg S. Ablyalimov Doctor of philosophy, chief worker, acting professor of the chair «Loсomotives and locomotive economy» Tashkent institute of railway transpоrt enginеering, Uzbekistan, Tashkent Jasur D. Khodjiyev master, аssistant of the chair«Loсomotives and locomotive economy» Tashkent institute of railway transpоrt enginеering, Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ Приведены результаты тягового расчёта для трёхсекционных магистральных (поездных) грузовых теплово- зов 3ТЭ10М на реальном участке Узбекской железной дороги. Получены значения кинематических параметров движения грузовых поездов с разной массой состава без остановок и с остановками на раздельных пунктах. Ре- комендуется использовать для оценки эффективности локомотивов тепловозного парка и в работе специалистов цеха эксплуатации локомотивного депо Бухара АО «Ўзбекистон темир йўллари». ABSTRACT The results of traction calculation for three-section mainline (train) freight 3TE10M diesel locomotives on the real section of the Uzbek railway are presented. The values of the kinematic parameters of the movement of freight trains with different mass of the train without stops and with stops at separate points are obtained. It is recommended to use it to assess the efficiency of locomotives of the diesel locomotive fleet and in the work of the specialists of the operation department of the Bukhara locomotive depot of \"Uzbekiston temir yullari\" JSC. Ключевые слова: грузовой поезд, тепловоз, участок, скорость, расчёт, анализ, холмисто - горный, перегон, профиль, железная дорога. Keywords: the freight train, the diesel locomotive, the area, the speed, calculation, analyses, hilly - mountainous, stage, profile, railway. ________________________________________________________________________________________________ Данные исследования авторы проводили одно- Поставленная цель исследования реализуется по- временно и параллельно с работами [1;2], поэтому средством выполнения тягового расчёта, основу ко- цель и методика настоящих исследований приняты торого составляет графическое интегрирование диф- аналогичными им. Отличием является только объект ференциального уравнения движения поезда [3]. На исследования - трёхсекционные магистральные (по- рис. 1 приведена тяговая характеристика исследуе- ездные) грузовые тепловозы серии 3ТЭ10М. мого тепловоза 3ТЭ10М для 15-й (номинальной) по- зиции контроллера машиниста. Значения удельных Основные конструктивные особенности теплово- равнодействующих сил грузового поезда различной зов 3ТЭ10М и характеристика профиля пути задан- массы составов (Q = 2500…3500т) и одинакового ного (принятого) холмисто – горного участка Маро- числа осей (m = 200 осей) в составе на разных режи- канд – Каттакурган Узбекской железной дороги мах ведения его исследуемыми трёхсекционными подробно освещены в [6;2]. ___________________________ Библиографическое описание: Аблялимов О.С., Ходжиев Ж.Д. Тяговые расчёты для тепловозов 3ТЭ10М на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 8(77). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10609
№ 8 (77) август, 2020 г. магистральными (поездными) грузовыми теплово- По данным табл. 1 и табл. 2 строим диаграммы зами 3ТЭ10М представлены в табл. 1 и табл. 2. удельных равнодействующих (ускоряющих и замед- ляющих) сил грузовых поездов для разных режимов ведения их исследуемыми тепловозами и далее, опи- раясь на рекомендации [3,4], выполняем построение кривой скорости движения и времени хода поезда на заданном участке счёта (см. рис. 2 – рис. 4). Согласно [5], используем принцип максимального использова- ния мощности и тягово-эксплуатационных качеств (свойств) локомотива – для тепловоза 3ТЭ10М соот- ветствует работе дизель - генераторной установке под нагрузкой на 15-й номинальной позиции кон- троллера машиниста на полном поле (ПП), первой (ОП1) и второй (ОП2) ступенях ослабления поля тя- говых электродвигателей, а также наибольшей кине- тической энергии движения поезда при прохождении им каждого элемента профиля пути заданного участка железной дороги. Рисунок 1. Тяговая характеристика тепловоза 3ТЭ10М Таблица 1. Удельные равнодействующие силы поезда в режиме тяги, тепловозы 3ТЭ10М V Fк w׳0 Q1 = 2500 т Q2 = 3000 т Q3 = 3500 т w\"0 w0 fк - w0 w\"0 w0 fк - w0 w\"0 w0 fк - w0 км/ч Н Н/кН 0 1360000 1,90 Н/кН Н/кН Н/кН 10 1168000 2,03 0,94 1,04 46,50 0,87 0,99 39,65 0,87 0,95 34,44 13 1125000 2,08 1,04 1,08 39,68 0,95 1,02 33,86 0,94 0,98 29,36 20 839000 2,22 1,08 1,14 38,13 0,97 1,02 32,51 0,97 0,98 29,21 30 600000 2,47 1,18 1,29 28,02 1,05 1,20 23,89 1,04 1,14 20,68 40 470000 2,78 1,36 1,47 19,47 1,18 1,36 16,60 1,17 1,28 14,32 50 375000 3,15 1,58 1,70 14,69 1,34 1,55 12,54 1,33 1,45 10,76 60 312000 3,58 1,84 1,79 11,02 1,53 1,78 9,49 1,51 1,64 8,06 70 273000 4,07 2,14 1,98 8,57 1,74 2,05 7,36 1,73 1,88 6,20 80 235000 4,62 2,48 2,17 6,84 1,99 2,35 5,92 1,97 2,14 4,92 90 5,23 2,86 2,29 5,11 2,26 2,69 4,47 2,24 2,43 3,62 21400 5,90 3,28 2,64 3,93 2,57 3,50 4,82 2,54 2,74 2,75 100 194000 3,74 3,05 2,74 2,90 2,53 2,78 2,87 3,11 1,86 В табл. 1 и табл. 2 условные обозначения при- сила поезда в режиме тяги, wх - удельное основное сопротивление движению тепловоза на холостом няты аналогично [1]: V – скорость движения поезда, ходу, φкp – расчётный коэффициент трения тормоз- Fк – касательная сила тяги исследуемого тепловоза, ной колодки о колесо, bт – удельная тормозная сила w׳0 и w\"0 – соответственно, удельное основное сопро- поезда, wох – удельная равнодействующая сила по- тивление движению тепловоза и состава (вагонов), езда на холостом ходу, wох+0,5bт - удельная равно- действующая сила поезда при служебном торможе- w0 - удельное основное сопротивление движению по- езда, fк – удельная касательная сила тяги исследуе- нии. мого тепловоза, fк - w0 – удельная равнодействующая 89
№ 8 (77) август, 2020 г. Удельные равнодействующие силы поезда в режиме Таблица 2. холостого хода и торможения, тепловозы 3ТЭ10М Q3 = 3500 т Q1 = 2500 т Q2 = 3000 т wох wох+0,5bт V wх φкp bт wох wох+0,5bт wох wох+0,5bт Н/кН км/ч Н/кН - Н/кН Н/кН Н/кН 1,03 45,58 0 2,40 1,11 33,70 10 2,54 0,270 89,10 1,15 45,69 1,06 45,61 1,22 27,76 20 2,76 1,198 65,34 1,25 33,92 1,13 33,80 1,37 24,13 30 3,05 0,162 53,46 1,40 28,13 1,23 27,96 1,55 21,82 40 3,40 0,140 46,20 1,60 24,70 1,37 24,54 1,76 20,17 50 3,83 0,126 41,58 1,84 22,63 1,54 23,33 2,00 18,85 60 4,32 0,116 38,28 2,12 21,26 1,74 20,84 2,28 17,86 70 4,89 0,108 35,64 2,45 20,27 1,98 19,80 2,59 17,04 80 5,52 0,102 33,66 2,82 19,65 2,26 19,09 2,93 16,38 90 6,23 0,097 32,01 3,24 19,24 2,56 18,60 3,31 15,88 7,00 0,093 30,69 3,70 19,04 2,90 18,29 100 0,090 29,70 4,20 19,01 3,28 18,13 На рис. 2 – рис. 4 представлены различные фраг- 3ТЭ10М на реальном, холмисто - горном участке Ма- менты скорости V(S) движения и времени t(S) хода роканд – Каттакурган Узбекской железной дороги, грузового поезда, построенные для трёх вариантов опираясь на рекомендации [3,4] и исследования [1]. режимов ведения его исследуемыми тепловозами Рисунок 2. Первый вариант тягового расчёта для тепловоза 3ТЭ10М на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги, Q1 = 2500 т На рис. 2 – рис. 4 аналогично [1] обозначено: конечной станциях; Sзам и ∆tзам – путь и время замед- станции – отправления ления при торможении на промежуточной и конеч- (Мароканд), промежуточная (Джума, Нурбулак) ной станциях; Sразг и ∆tразг – путь и время разгона при и прибытия (конечная, Каттакурган); V(S) и t(S) – трогании поезда с места на промежуточной и конеч- кривые скорости движения и времени хода поезда на проход, и с учётом остановки на промежуточной и ной станциях; ТД– тормоза действуют и ТО - тормоза отпущены. 90
№ 8 (77) август, 2020 г. Рисунок 3. Второй вариант тягового расчёта для тепловоза 3ТЭ10М на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги, Q2 = 3000 т Рисунок 4. Третий вариант тягового расчёта для тепловоза 3ТЭ10М на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги, Q3 = 3500 т В табл. 3 приведены значения, в том числе сред- поездов и перевозочной работы трёхсекционных ма- ние, кинематических параметров движения грузовых гистральных (поездных) грузовых тепловозов поездов и трёхсекционных магистральных (поезд- 3ТЭ10М на холмисто - горном участке Мароканд - ных) грузовых тепловозов 3ТЭ10М на реальном, хол- Каттакурган Узбекской железной дороги по обоим мисто - горном участке Мароканд – Каттакурган Уз- (двум) видам движения грузовых поездов в зависи- бекской железной дороги без остановок и с мости от изменения их массы составов, где по оси ор- остановками на промежуточных станциях, разъездах динат обозначено: Vт – техническая скорость движе- и раздельных пунктах. ния; время хода поезда по перегонам участка - общее tх, в режимах тяги tт и холостого хода, торможения На рис. 5 показана динамика усреднённых значе- txx,т. ний кинематических параметров движения грузовых Таблица 3. Показатели перевозочной работы тепловозов 3ТЭ10М на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги Поезд Кинематические параметры движения поезда Время хода поезда, мин масса состава Q,т число осей m,, осей техническая скорость дви- жения Vт, км/ч общее, tх в режиме тяги, tт в режиме хо- лостого хода и торможе- ния, txx,т 12 34 5 6 Движение по перегонам участка без остановок 37,60 37,70 2500 200 73,09 50,70 13,10 36,65 3000 200 3500 200 72,03 51,45 13,75 37,32 71,75 51,65 15,00 Средние значения 72,29 51,27 13,95 91
№ 8 (77) август, 2020 г. Движение по перегонам участка с остановками 2500 200 65,04 57,90 17,85 40,05 40,55 3000 200 62,28 59,50 18,95 39,80 40,13 3500 200 61,61 60,15 20,35 Средние значения 62,98 59,18 19,05 Усреднённые значения кинематических парамет- Графические зависимости на рис. 5 - номо- ров движения грузовых поездов и перевозочной ра- грамма, по которой, не производя конкретных вычис- боты локомотивов дизельной тяги по обоим видам лений, можно будет сразу получить усреднённые движения на участке Мароканд – Каттакурган АО значения кинематических параметров движения гру- «Ўзбекистон темир йўллари» - среднеарифметиче- зовых поездов и исследуемых локомотивов дизель- ские величины в выбранном (принятом) нами интер- ной тяги на участке Мароканд – Каттакурган Узбек- вале изменения массы составов (от Q1 = 2500 т до Q3 ской железной дороги в принятом нами диапазоне =3500 т) грузового поезда. изменения массы состава для любой другой i-й массы состава грузового поезда. Рисунок 5. Усреднённые кинематические параметры движения грузовых поездов на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги Анализ данных табл. 3 и графических зависимо- увеличение массы состава грузового поезда с стей на рис. 5 показывает, что для средних значений Q1 = 2500 т до Q3 = 3500 т приводит к следующему: кинематических параметров движение исследуемых грузовых поездов на реальном участке Мароканд – техническая скорость движения поезда Каттакурган Узбекской железной дороги с холмисто уменьшается, а общее время хода поезда по перего- - горным профилем пути, организованное без остано- нам увеличивается, соответственно, на 2,38 км/ч и на вок на промежуточных станциях, по отношению к 1,6 мин; движению с остановками на них, обеспечивает: время хода поезда общее, по участку и в ре- уменьшение общего времени хода поезда на жиме тяги увеличивается, соответственно, приблизи- 7,91 мин с увеличением технической скорости дви- тельно на 2,94 и 14,22 процента, при среднем вре- жения на 9,31 км/ч; мени хода поезда в режиме холостого хода и торможения равном 38,72 мин. значения долей движения на режимах тяги в 27,21 процента, а холостого хода и торможения в Кроме этого, установлено, что средняя расчётная 72,79 процента; величина технической скорости движения для двух (обоих) видов движения и общего времени на разгон уменьшение доли движения в режиме тяги и – замедление, а также среднее усреднённая величина увеличение доли движения в режимах холостого в режиме тяги для тепловозов 3ТЭ10М и тепловозов хода и торможения, приблизительно, на 4,98 про- UzTE16M3 [1] имеют одинаковые значения. цента. Таким образом, в результате проведённых иссле- Динамика усреднённых значений кинематиче- дований авторами обоснованы кинематические пара- ских параметров движения грузовых поездов на хол- метры движения грузового поезда различной массы мисто горном участке Мароканд – Каттакурган, ко- составов и перевозочной работы трёхсекционных ма- торая представлена на рис. 5 показывает, что гистральных (поездных) грузовых тепловозов серии 92
№ 8 (77) август, 2020 г. 3ТЭ10М с учётом динамики изменения вышеупомя- 3ТЭ10М на холмисто - горном участке Мароканд – нутых параметров в зависимости от вида движения Каттакурган Узбекской железной дороги, а также для грузовых поездов, которые достаточно хорошо со- оценки энергетической эффективности магистраль- гласуются с результатами аналогичных исследова- ных (поездных) локомотивов дизельной тяги в реаль- ний [1-3 и другие]. ных условиях эксплуатации. Упомянутые кинематические параметры могут Результаты исследования можно рекомендовать быть использованы при разработке режимных карт в качестве базовых параметров в работе специали- вождения грузовых поездов и нормировании расхода стов цеха эксплуатации локомотивного депо Бухара натурного дизельного топлива трёхсекционными ма- АО «Ўзбекистон темир йўллари». гистральными (поездными) тепловозами серии Список литературы: 1. Аблялимов О. С. Тяговые расчёты для тепловозов UzTE16M3 на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги [Текст] / О. С. Аблялимов, Ж. Д. Ходжиев // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2020. № 8 (77). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10609 (дата обращения: 06.08.2020). 2. Аблялимов О. С. Тяговые расчёты для электровозов 3ВЛ80С на участке Мароканд – Каттакурган Узбекской железной дороги [Текст] / О. С. Аблялимов, Ж. Д. Ходжиев // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2020. № 8 (77). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10610 (дата обращения: 06.08.2020). 3. Аблялимов О. С. Основы управления локомотивов [Текст] / О. С. Аблялимов, Э. С. Ушаков // Учебник для профессиональных колледжей железнодорожного транспорта. – Ташкент: «Davr», 2012. – 392 с. 4. Деев В. В. Тяга поездов [Текст] / В. В. Деев, Г. А. Ильин, Г. С. Афонин // Учебное пособие для вузов. – М.: Транспорт, 1987. – 264 с. 5. Правила тяговых расчётов для поездной работы [Текст] / Всесоюзный научно – исследовательский институт железнодорожного транспорта. – М.: Транспорт, 1985. – 287 с. 6. Тепловозы 2ТЭ10М и ЗТЭ10М: Устройство и работа [Текст] / С. П. Филонов, А. Е. Зиборов, В. В. Ренкунас и др.- М.: Транспорт, 1986. - 288 с. 93
ДЛЯ ЗАМЕТОК
ДЛЯ ЗАМЕТОК
Научный журнал UNIVERSUM: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ № 8(77) Август 2020 Часть 1 Свидетельство о регистрации СМИ: ЭЛ № ФС 77 – 54434 от 17.06.2013 Издательство «МЦНО» 123098, г. Москва, улица Маршала Василевского, дом 5, корпус 1, к. 74 E-mail: [email protected] www.7universum.com Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленного оригинал-макета в типографии «Allprint» 630004, г. Новосибирск, Вокзальная магистраль, 3 16+
Search
