Доклад/ Транспорт – Железнодорожные перевозки

УДК:629.423.053.3

Гуряев А.В, Иванов С. Ф, Корбан В. В, Иванов В. А.

 

Закрытое акционерное общество Научно-производственный центр информационных и транспортных систем, Самарский государственный университет путей сообщения

 

оптимизация режимов движения и нормирование топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов

 

В работе представлены результаты исследований, проводимых сотрудниками НПЦ «ИНФОТРАНС» с использованием компьютеризированных динамометрических и тормозоиспытательных вагонов-лабораторий (квл-д, квл-т, квл-дт).

В работе представлены методики тяговых расчетов на борту компьютеризированных вагонов-лабораторий и алгоритм автоматизированной разработки режимных карт ведения поезда. Приведены примеры расчетных траекторий движения на рис.1

Рис.1. Управляющие воздействия на элементарном цикле движения при автоматизированной подготовке режимных карт

 

В задаче оптимизации режимов ведения поезда используется гамильтониан λ и безразмерный критерий Р [1],6],8].

При подготовке режимных карт на борту компьютеризированных вагонов-лабораторий - динамометрического (КВЛ-Д) и тормозоиспытательного (КВЛ-Т) - необходимо оценивать степень оптимальности ведения поезда по различным критериям. Одним из важнейших источников информации при прогнозировании траектории движения поезда и режимов работы силовой установки локомотива являются тяговые расчеты [1]. В разработанной программе тяговых расчетов учитываются распределенная масса поезда, перевалистость профиля, постоянные ограничения скорости на участке, временные ограничения на момент проведения опытных поездок, метеопрогноз на время поездки, фактическое состояние погоды; предусматривается расчет траектории с остановкой в любой точке пути по различным причинам (запрещающий сигнал светофора, снижение скорости до значения меньше расчетного, перегрев ТЭД, неисправности, порчи и т.д.).

Производство тяговых расчетов на борту КВЛ-Д и КВЛ-Т при тягово-энергетических испытаниях локомотивов позволяет разрабатывать режимные карты ведения поездов по различным критериям оптимальности с различной массой и длиной поездов, устанавливать наиболее обоснованно и точно критические весовые нормы, прогнозировать расход (рис. 2,3) топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) на тягу [2] и разрабатывать рекомендации по нормированию ТЭР, оптимизировать сочетания режимов рекуперации, реостатного и пневматического торможений [3, 4, 5].

При фиксированных значениях Р=, V и S величина H является функцией управляющих воздействий Uf и Uвт. По всей видимости для обеспечения максимума Н необходимо выбирать эти управляющие воздействия равными 0 или 1, если выражение

                               и                                            (1)

в выражении

                             (2)

Если эти выражения равны 0, то Uf и Uвт могут принимать любые значения с учетом ограничений

                              0 ≤ Uf ≤ 1,   0 ≤ Uвт ≤ 1

В соответствии с физическим смыслом траектории рассмотрены последовательно все возможные диапазоны значений P(S), соответствующие оптимальному режиму управления на единичном (элементарном) цикле движения поезда.

Рассмотрим эти диапазоны последовательно в соответствии с типичным циклом движения.

1.               Разгон и движение с максималь Uf=0; Uвт ной силой тяги Fmax,

условие, если P>1, то Uf=1, Uвт=0.

2.               Движение с постоянной скоростью в режиме стабилизации – Vconst,

условие, если Р=1, то Uf ( [0;1], Uвт=0.

3.               Режим выбега, движение поезда по инерции Fк=0; Вт=0; Vvar ↓↑ (c изменением скорости),

условие, если Р ([0;1], то Uf=0, Uвт=0.

4.               Служебное торможение для поддержания скорости движения в допустимых пределах на вредных спусках – режим стабилизации торможением Вт≠max, Fк=0,

условие, если Р=0, то Uf=0; Uвт ([0;1].

5.               Режим торможения с максимальной интенсивностью Вт max;

условие, если Р<0, то Uf=0; Uвт=1.

Где  - вспомогательные переменные;

V – скорость;

S – путь;

Р=-/(V), P;

Uf – управление тягой;

Uвт – управление тормозами;

Вт – тормозная сила;

f – удельная сила тяги;

 - основное сопротивление движению;

 - сопротивление движению от плана и профиля пути.

 

Алгоритм автоматизированной разработки режимных карт представлен на рис. 2

 

 

 

Подпись: Рис. 2. Алгоритм автоматизированной разработки режимных карт
 

 

 

 

 


Расход электроэнергии по главному генератору тепловоза определяется интегралом по времени от потребляемой мощности:

                                       ,

где:  - время хода по перегону;

 - напряжение на клеммах главного генератора, среднее на участке;

 - ток главного генератора, средний на участке.

При наличии данных динамометрических испытаний можно использовать другой, энергетический критерий:

                                       ,

где  - сила тяги тепловоза с учетом корректировки (рис 3);

 - средняя скорость поезда;

 - КПД тягового привода.

Для обеспечения безопасности движения поезда должно удовлетворять всем техническим ограничениям. К ним относятся в первую очередь ограничения по допустимым максимальным скоростям  (как по конструкции локомотива, так и по состоянию пути) – так называемое ограничение на фазовые координаты:

                                       0<V≤

а также ограничение на управление, силу тяги, ток тягового двигателя, силу торможения

                              0<F≤Fmax; 0≤IТЭД max(V); 0≤ВТ≤ ВТmax(V).

При фиксированных значениях , V и S величина Н является функцией управляющих воздействий Uf и UВТ. По всей видимости для обеспечения максимума Н необходимо выбирать эти управляющие воздействия равными 0 и 1, если выражение

                               и

в выражении

                    

Если эти выражения равны 0, то Uf и UВТ могут принимать любые значения с учетом ограничений

                                       0≤Uf≤1, 0≤UВТ≤1

В соответствии с физическим смыслом траектории рассмотрим последовательно все возможные диапазоны значений P(S), соответствующие оптимальному режиму управления на единичном (элементарном) цикле движения поезда (рис 1,2)

 

Рис.3 Корректировка расчетной силы тяги Fкр у тепловозов

Изложенная методика может служить методическим основанием для совершенствования систем ”Автомашинист”, систем управления САУД, САУТ в сочетании с бортовыми средствами контроля КЛУБ и электронными маршрутами машиниста (ЭММ), подобно системам автоматизации управления на ж.д. транспорте Германии, Франции, Чехии [6].

Тяговые расчеты с оценкой механической работы локомотива могут служить основой для использования в качестве показателя работы железнодорожного транспорта - ”Трана” вместо используемого измерителя тонно-километры брутто (т. км. бр) [7].

Использование методики автоматизированной подготовки режимных карт движения поезда  позволит объективно оценивать динамику движения на уклонах, в кривых, в режиме выбега и торможения, что должно исключить сходы по вине локомотивных бригад. [3]

Литература:

1.       Микропроцессорные системы автоведения электроподвижного состава /Л.А.Баранов, Я.М.Головичер и др. Под ред. Л.А.Баранова - М. : Транспорт, 1990. - 272с,

2.               Корбан В.В. Оптимизация системы нормирования расхода топлива тепловозами в грузовом движении. Кандидат, дисерт. Самара, 1995.- 170с,

3.               Карягин С.И. Повышение безопасности движения при эксплуатации автотормозов подвижного состава с использованием компьютерной технологии. Кандидат, диссерт., Самара, 2000. - 100с,

4.               А.С. РФ 97111681 от 10.07.97. Устройство определения эффективности тормозных средств поезда. Иванов С.Ф., Засов В.А., Корбан В.В., Карягин С.И., Токарев Г.П. и др,

5.               А.С. РФ 98106759/20 от 16.02.99. Бюл. № 2. Устройство определения места неисправности тормозных средств поезда. Иванов С.Ф., Засов В.А., Корбан В.В., Токарев Г.П. и др,

6.               Скива Л., Яначек Я., Ценек П. Энергетически оптимальное управление транспортными системами: Перевод с чешского – Москва, Прага: Транспорт 1992. – 247с,

7.               Кочергин В. Г, Мариновский Э. С, Жуков И. М, Писоцкая Т.А Как оценивать перевозочную работу. Железнодорожный транспорт №4 – 1991 г,

8.               Тяговые расчеты на борту компьютеризированных вагонов-лабораторий / В. В. Корбан, С. Ф. Иванов, В. А. Иванов.  Материалы 3-й международной научно-практической конференции. Актуальные проблемы развития ж.д. транспорта 2006 - 91с.