Спосіб контролю тягово-енергетичних параметрів роботи локомотива зі складом поїзда

УКРАЇНА (19) UA (11) 66334 (13) U (51) МПК (2011.01) G06F 17/00 B61C 11/00 B61L 3/00 ДЕРЖАВНА СЛУЖБА ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ УКРАЇНИ видається під відповідальність власника патенту ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ (54) СПОСІБ КОНТРОЛЮ ТЯГОВО-ЕНЕРГЕТИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ РОБОТИ ЛОКОМОТИВА ЗІ СКЛАДОМ ПОЇЗДА Корисна модель належить до магістрального залізничного транспорту і може бути використана на промисловому, внутрішньозаводському та підземному рейковому транспорті. Відомий спосіб контролю технічного об'єкта за узагальненими параметрами [1], який полягає в тому, що з усіх первинних параметрів об'єкта обирають мінімальну кількість контрольованих параметрів та визначають послідовність їх контролю. Спосіб передбачає формування за допомогою ПЕОМ за експериментальними даними великої кількості моделей узагальнених параметрів з урахуванням стохастичних зв'язків між первинними параметрами, вибір зі сформованої множини структур узагальнених параметрів за допомогою експертів оптимальних структур, встановлення допусків на вибрані параметри, визначення апріорної імовірності знаходження узагальнених параметрів s - довжина ділянки шляху між замірами, м, у вираз якої введено коефіцієнти k f , k w та k b , які оцінюють зміну параметрів, відповідно, сили тяги, основного опору руху складу та гальмової сили, і які визначають з умови мінімуму відхилень лінії розрахованого профілю колії від лінії дійсного спрямленого профілю колії. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що обробку даних засобами бортового вимірювальнообчислювального комплексу, встановленого на локомотиві, виконують в режимі реального часу протягом поїздки. у межах допусків, вибір найменшої необхідної кількості узагальнених параметрів для встановлення фактичного стану технічного об'єкта. До недоліків даного способу, стосовно контролю параметрів локомотива, належить те, що він передбачає наявність для аналізу повністю сформованої матриці вихідних параметрів, а також необхідність експертних оцінок при виборі з великої кількості структур моделей узагальнених параметрів. Це не дозволяє використовувати даний спосіб в режимі реального часу протягом поїздки із локомотивом. Відома також система для проведення випробувань електричних двигунів та сервісного обладнання локомотивів [2], яка встановлюється безпосередньо на локомотиві та фіксує результати вимірювань в режимі реального часу. Система складається з декількох модулів вводу-виводу, до U g  9,81м / с 2 - прискорення сили тяжіння, (13)  M - маса поїзда, т, Eкін - кінетична енергія руху поїзда, Дж, 66334  * ' ' k f Fк  Wo  k w Wo'  kbBг E  кін , Mg sMg ' ' Wo , Wo' - основний опір руху, відповідно, локомотива та складу поїзда, Н, B г - гальмова сила поїзда, Н, (11) i де Fк* - дотична сила тяги або електричного гальмування на ободах рушійних коліс локомотива, Н, UA (21) u201109151 (22) 21.07.2011 (24) 26.12.2011 (46) 26.12.2011, Бюл.№ 24, 2011 р. (72) МАТВІЄНКО СЕРГІЙ АНДРІЙОВИЧ, КРАШЕНІНІН ОЛЕКСАНДР СЕМЕНОВИЧ, ЧЕРНЯК ЮРІЙ ВАСИЛЬОВИЧ (73) ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД "ДОНЕЦЬКИЙ ІНСТИТУТ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ УКРАЇНСЬКОЇ ДЕРЖАВНОЇ АКАДЕМІЇ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ" (57) 1. Спосіб контролю тягово-енергетичних параметрів роботи локомотива зі складом поїзда, за яким здійснюють за допомогою вимірювальнообчислювального комплексу тягово-енергетичного вагона-лабораторії із відповідним програмним забезпеченням обробку баз даних результатів дослідних поїздок після їх завершення, який відрізняється тим, що при обробці даних обчислюють лінію розрахункового профілю колії із визначенням величини ухилу за формулою 2 (19) 1 3 яких підключені датчики струму, напруги, а також цифрові лінії. Датчики встановлюються на шинах живлення двигунів, на шині контактної мережі, на шині живлення системи охолодження сервісного обладнання та на допоміжну акумуляторну батарею. Програмне забезпечення здійснює збирання та збереження сигналів силових кіл, а також кіл керування тяговими двигунами та допоміжним обладнанням. Вся інформація, яка зібрана з датчиків, зберігається на жорсткому диску контролера та відображується на екрані монітора, розташованого у кабіні машиніста. Відома також бортова автоматизована система комп'ютеризованого динамометричного та гальмовипробувального вагона-лабораторії, призначена для автоматизації контролю параметрів руху поїзда при проведенні тягових, теплотехнічних та теплоенергетичних випробувань локомотивів, а також випробування автогальм пасажирських та вантажних поїздів [3]. Обладнання цієї системи містить стаціонарну частину, встановлену у вагонілабораторії, та переносні частини (за кількістю секцій локомотива), які встановлюються у кожну секцію. За інформацією, яку отримують в процесі випробувань, обчислюються та реєструються наступні параметри: маса поїзда, швидкість руху, параметри графіка руху поїздів, час ходу за кожним міжстанційним перегоном. Після проведення дослідної поїздки на основі методики випробувань визначається критична маса поїзда та здійснюється перевірка можливості рушання поїзда з місця після зупинки на керівному підйомі, а також виходу його на розрахункову швидкість. За результатами випробувань формується звіт із накопиченою інформацією у вигляді таблиць та графіків. Розглянуті системи збігаються за призначенням із пропонованою корисною моделлю, але алгоритмами їх роботи, і відповідно, програмним забезпеченням не передбачена можливість виконання тягово-енергетичних розрахунків із врахуванням оцінки фактичного стану випробуваного локомотива та складу поїзда. Відомий вибраний як найближчий аналог вимірювально-обчислювальний комплекс тяговоенергетичного вагона-лабораторії із відповідним програмним забезпеченням, призначений для контролю параметрів роботи локомотива під час тягово-енергетичних випробувань шляхом обробки баз даних результатів дослідних поїздок після їх завершення [4]. Комплекс має розподілену структуру системи збирання інформації та складається зі стаціонарної частини, яка містить датчики у вагонілабораторії, та конфігурованої частини, яка встановлюється на локомотиві. Програмне забезпечення вказаного комплексу здійснює збирання, обробку та видачу інформації за дослідними поїздками в режимі реального часу, а також дозволяє виконувати тягово-енергетичні розрахунки, визначати витрати електроенергії та палива на тягу, перегінні швидкості ходу. Недоліком розглянутого найближчого аналога є відсутність можливості оцінки фактичного стану локомотива, зокрема в режимі реального часу протягом поїздки, а також впливу зміни основних 66334 4 досліджуваних параметрів на характеристики математичної моделі поїзда, яка використовується у тягово-енергетичних розрахунках. Це призводить до значних похибок при розрахунках за моделлю, що обумовлює неточність визначення критичних норм мас поїздів та витрат паливно-енергетичних ресурсів на тягу. В основу пропонованої корисної моделі покладена задача удосконалення способу контролю тягово-енергетичних параметрів роботи локомотива зі складом поїзда при проведенні тяговоенергетичних випробувань локомотивів за допомогою вагона-лабораторії, а також з використанням бортових вимірювально-обчислювальних комплексів, встановлених на локомотивах. Поставлена задача досягається завдяки тому, що за допомогою вимірювально-обчислювального комплексу тягово-енергетичного вагоналабораторії із відповідним програмним забезпеченням здійснюється обробка баз даних результатів дослідних поїздок після їх завершення. У відповідності із пропонованою корисною моделлю при обробці даних обчислюється лінія розрахункового профілю колії із визначенням величини ухилу за формулою i   * ' ' k f Fк  Wo  k w Wo'  kbBг E  кін , Mg sMg де Fк* - дотична сила тяги або електричного гальмування на ободах рушійних коліс локомотива, Н, ' ' Wo , Wo' - основний опір руху відповідно локомотива та складу поїзда, Н, B г - гальмова сила поїзда, Н, M - маса поїзда, т, Eкін - кінетична енергія руху поїзда, Дж, s - довжина ділянки шляху між замірами, м, g  9,81м / с 2 - прискорення сили тяжіння, у вираз якої введено коефіцієнти k f , k w та k b , які оцінюють зміну параметрів відповідно сили тяги, основного опору руху складу та гальмової сили, і які визначаються з умови мінімуму відхилень лінії розрахованого профілю колії від лінії дійсного спрямленого профілю колії. В іншій конкретній формі реалізації даний спосіб використовується при обробці даних засобами бортового вимірювально-обчислювального комплексу, встановленого на локомотиві, в режимі реального часу протягом поїздки. Спосіб контролю тягово-енергетичних параметрів роботи локомотива зі складом поїзда полягає в наступному. Задають фактичні маси локомотива та складу поїзда, а також тягові, струмові характеристики локомотива та характеристики опорів локомотива та складу згідно із [5]. З бази даних виміряних параметрів обирають масиви значень шляху, який пройшов поїзд, швидкості руху, сили тяги, позиції керування (включно із режимами електричного та пневматичного гальмування). Для значень параметрів, які відповідають двом сусіднім замірам, значення ухилу, у ‰, визначають за 5 66334 наведеною вище формулою. При цьому дотична сила на ободах рушійних коліс локомотива визначається за формулою Fк*  k зтFкR , де k зт - коефіцієнт зміни сумарної сили тяги локомотивів, порівняно із одиночним локомотивом, на ділянках кратної тяги та підштовхування, Fк - розрахункове значення сили тяги локомотива, Н, R - ознака електричного гальмування (визначає знак та частку від повної гальмової сили в залежності від позиції електричного гальмування). Сили основного опору руху локомотива та складу поїзда визначаються за формулами ' ' ' Wo  k змРw 'og , Wo'  Qw'og , де ' w 'o , w 'o - основний питомий опір руху відповідно локомотива та складу поїзда, Н/кН, визначається для фактичної швидкості за розрахунковими формулами, наведеними в [5], Р , Q - маса, відповідно, локомотива та складу поїзда, т, k зм - коефіцієнт зміни сумарної маси локомотивів, порівняно із одиночним локомотивом, на ділянках кратної тяги та підштовхування. Маса поїзда визначається за формулою M  k змР  Q . Кінетична енергія руху поїзда визначається за формулою Eкін   2 2 10003 M1    n  к 2  36002 , де  - коефіцієнт інерції обертальних мас поїзда, приймається згідно із [5],  n ,  к - швидкість, відповідно, в момент початкового та кінцевого замірів, км/год. Висоти профілю колії між сусідніми замірами пов'язані наступною формулою s  i hк  hn  , 1000 де hn , hк - висоти профілю, відповідно, в момент початкового та кінцевого замірів, м. Послідовно обчислюючи висоти у точках замірів, починаючи з початкового, отримують ординати лінії розрахункового профілю колії. Отриману лінію порівнюють із лінією дійсного профілю колії, розраховану за значеннями існуючих ухилів профілю, а також з врахуванням крутості фіктивних підйомів від кривих на ділянці (згідно із методикою [5]). Під час порівняння виконують підбір коефіцієнтів k f , k w та k b таким чином, аби Комп’ютерна верстка М. Мацело 6 мінімізувати відхилення лінії розрахункового профілю від лінії дійсного спрямленого профілю (наприклад, за методом середньоквадратичного відхилення). Для виключення випадкових похибок можна виконати спочатку визначення коефіцієнту k w для деякої ділянки вибігу, а потім послідовно знайти значення коефіцієнтів k f (на ділянках тяги) та k b (на ділянках гальмування). Отримані значення коефіцієнтів будуть слугувати узагальненими показниками зміни тягово-енергетичних параметрів локомотива, чим буде досягатися можливість їх контролю. Пропонований спосіб дозволяє підвищити точність визначення фактичних тягово-енергетичних параметрів роботи локомотива із складом поїзда, а також оцінити експлуатаційні особливості конкретної ділянки за результатами тяговоенергетичних випробувань із вагономлабораторією. Використання даного способу у бортових вимірювально-обчислювальних комплексах локомотивів дає можливість уточнити параметри математичної моделі визначення раціональних режимів керування поїздами. Це дає можливість обґрунтованого коригування норм маси поїздів та витрат паливно-енергетичних ресурсів, сприяє підвищенню енергетичної ефективності тяги поїздів та покращенню показників використання локомотивів. Джерела інформації: 1. Патент 56874 Україна, МПК G06F17/00, G06F19/00. Спосіб контролю технічного об'єкта за узагальненими параметрами / заявники і патентовласники Воротніков В.В., Бобунов А.І., Пашковський В.В. - № 2002108253; заявл. 17.10.2002; опубл. 15.05.2003, Бюл. № 5. 2. Система для проведения испытаний электрических двигателей и сервисного оборудования локомотивов [Електронний ресурс]: пропозиції компанії "Автоматизированные Системы Контроля Экспресс". - Режим доступу: http://www.acsinc.ru/dev/vars/id/2. 3. Бортовая автоматизированная система компьютеризированного динамометрического и тормозоиспытательного вагона-лаборатории БАС КВЛ-ДТ [Електронний ресурс]: опис продукції НПЦ ИНФОТРАНС. Режим доступу: http://62.213.30.22/product.html?prodid=61. 4. Зубенко В.А. Опыт разработки измерительно-вычислительного комплекса для вагона "Тягово-энергетическая лаборатория" / В.А. Зубенко, С.А. Сирота // Электрификация транспорта. ТРАНСЭЛЕКТРО-2009: материалы III Международной научно-практической конференции (Мисхор, 3-5 червня 2009 р.). - Дніпропетровськ: ДНУЗТ, 2009. 5. Правила тяговых расчетов для поездной работы. - М.: Транспорт, 1985. - 287 с. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601