Способ контроля энергетической эффективности локомотивов в эксплуатации
METHOD FOR CONTROLLING ENERGY EFFICIENCY OF LOCOMOTIVES IN OPERATION

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способу контроля энергетической эффективности локомотивов при их эксплуатации и может найти применение для контроля показателей перевозочного процесса, анализа причин отклонения показателей от нормы, выработки рекомендаций по повышению качества и эффективности перевозочного процесса, в частности, рекомендаций по проектированию новых локомотивов, а также решений, способствующих повышению надежности и эффективности перевозочного процесса.
Известен способ оценки энергоэффективности локомотивов для оценки качества ремонта тепловозов (Методика определения показателя энергоэффективности локомотивов (ПЭЛ) для оценки качества ремонта тепловозов. Утверждена старшим вице-президентом ОАО «РЖД» 18 декабря 2014 г. №496 / ОАО «РЖД». - М., 2014. - 40 с.) - аналог.
Способ, примененный в известном решении предусматривает определение показателя энергоэффективности локомотива как отношения индикаторных давлений в цилиндрах тепловозного дизеля:
где  - среднее индикаторное давление - значение условного постоянного давления в цилиндре двигателя, при котором работа, произведенная рабочим телом за один такт цикла, равнялась бы индикаторной работе цикла;
- образцовый цилиндр двигателя, цилиндр с максимальным значением среднего индикаторного давления при отсутствии неисправностей цилиндра;
z - число цилиндров двигателя.
Недостатками данного способа являются его неприменимость к электровозам, гибридным и аккумуляторным локомотивам, невозможность учета энергоэффективности передачи мощности, тягового привода и вспомогательного оборудования, а также невозможность разделения факторов, влияющих на энергоэффективность, и выявления доминирующих факторов, в отношении которых требуется первоочередное реагирование.
Известен способ определения энергетической эффективности локомотивов (Прямой и косвенный способы определения уровня энергетической эффективности тепловозов. Бабков Ю.В. 1, Клименко Ю.И. 2, Перминов В.А. / Железнодорожный транспорт / №3 - 2015, стр. 55-60) - аналог.
В известном решении показатель энергоэффективности определяется как отношение фактического (экспериментально-расчетного ηэр) КПД локомотива, измеренного по специально подготовленной циклограмме рабочих режимов (тест-циклограмме) к коэффициенту полезного действия (КПД), определенному по той же циклограмме при паспортных значениях мощности дизеля (контрольно-расчетному ηкр) с нагружением в обоих случаях на реостат:
Недостатками известного решения, наряду с выпадением из поля зрения эксплуатационных факторов, не связанных с техническим состоянием локомотива, является неизбежное расхождение тест-циклограмм с эксплуатационными циклограммами, а также невозможность учета энергоэффективности тягового привода.
Помимо названных есть и другие недостатки - неприменимость к тепловозам с гидравлической передачей мощности, электровозам, гибридным и аккумуляторным локомотивам, а также невозможность разделения факторов, влияющих на энергоэффективность, и выявления доминирующих факторов, в отношении которых требуется первоочередное реагирование.
Для электровозов известны аналогичные способы определения показателей энергоэффективности (статья С.Г. Шантаренко и др. «Обеспечение контроля энергоэффективности электровозов») - аналог. В известном решении, в частности, предлагается вычислять показатель энергоэффективности по формуле, аналогичной (2), с поправкой, учитывающей потери мощности в узлах локомотива:
где ΔPi - дополнительные потери в i-м узле;
Pi - мощность этого узла.
Недостатком способа является затруднительность измерения потерь мощности в узлах локомотива в условиях эксплуатации.
Таким образом, известные способы определения энергетической эффективности локомотивов не позволяют решить важные для практики задачи разделения факторов, влияющих на энергоэффективность и определить степень их влияния.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение надежности и достоверности влияния на энергоэффективность различных факторов, связанных с перевозочным процессом.
Указанный технический результат достигается тем, что способ контроля энергетической эффективности локомотивов заключается в том, что определяют, по меньшей мере, два показателя энергетической эффективности, причем одним из них является среднеэксплуатационный КПД локомотива, который определяют на основании данных с бортовых систем регистрации параметров движения как отношение работы по преодолению сил сопротивления движению поезда к затраченным энергоресурсам, а другим - отклонение фактического расхода энергоресурсов от расчетного расхода, полученного при нормативном значении КПД локомотива.
Способ контроля энергетической эффективности локомотивов в эксплуатации, характеризующийся тем, что для разделения показателей энергетической эффективности эксплуатации локомотива и степени его технического совершенства, дополнительно определяют относительный среднеэксплуатационный КПД, равный отношению среднеэксплуатационного КПД к номинальному КПД, т.е. значению КПД, соответствующему номинальному режиму работы локомотива.
Способ контроля энергетической эффективности локомотивов в эксплуатации характеризующийся тем, что для разделения показателей энергоэффективности графика движения поездов и энергоэффективности локомотивов, дополнительно определяют тяговый среднеэксплуатационный КПД, как отношение работы по преодолению сил сопротивления движению поезда к расходу энергоресурсов за время нахождения локомотива с составом в движении, за вычетом расхода энергоресурсов в режимах выбега и торможения.
Заявляемое решение применимо в частности, для определения зависимости энергоэффективности локомотивов с учетом их технического состояния, степени технического совершенства эксплуатирующихся на данном участке локомотивов, качеством графика движения поездов, характеристик участка обращения поездов и характеристик грузопотока (пассажиропотока) и т.д., путем разделения сведений о них.
При реализации заявляемого решения используют, например, автоматизированные информационным системы для сбора и обработки информации о движении поездов для контроля показателей перевозочного процесса, анализа причин отклонения показателей от нормы, выработки рекомендаций по повышению качества и эффективности перевозочного процесса, в частности, рекомендаций по проектированию новых локомотивов, и принятия решений, способствующих повышению качества и эффективности перевозочного процесса..
Предлагаемый способ оценки энергоэффективности заключается в применении двух и более показателей, оценивающих вклад в энергоэффективность различных составляющих перевозочного процесса - графика движения, технического совершенства локомотивов, текущего технического состояния локомотива (качества его ТО и TP), соответствия технических характеристик локомотива условиям его эксплуатации, квалификации локомотивных бригад, причем одним из обязательных, для достижения заявленного технического результата, показателей является среднеэксплуатационная КПД локомотива, а другим отклонение - расхода топлива от его нормативного значения, вычисляется как среднее по выборке, причем выборка формируется по условию охвата контролируемой причины потерь (снижение энергоэффективности).
Преимущества заявляемого способа, по сравнению с известными из уровня техники, заключаются в том, что в качестве показателя энергоэффективности используется не одно значение (обычно определяемый тем или иным способом среднеэксплуатационный КПД) и не зависимость одного показателя от другого (обычно определяемая тем или иным способом зависимость среднеэксплуатационного КПД от коэффициента загрузки локомотива, т.е. от его среднеэксплуатационной мощности, усредненной за некоторый период времени, обычно за одну поездку), а несколько значений показателей, в частности, набор относительных КПД основных составляющих перевозочного процесса.
Показатели энергоэффективности обычно представляются в виде безразмерной величины, являющейся отношением какого-либо показателя величины полезного результата к энергозатратам, как, например, в способе определения эколого-энергетической эффективности полевых севооборотов по патенту RU 2215401 или в способе определения энергетической эффективности процессов обработки металлов электроискровым легированием по патенту RU 2482943.
Предлагаемый способ предусматривает определение относительных КПД различных составляющих перевозочного процесса по локомотивному парку путем формирования соответствующей выборки и определения относительного КПД по данному фактору по общей формуле:
мин
где е - минимальный достоверный в выборке расход энергоресурсов;
мин
е - выборочный средний либо экспериментально-расчетный расход энергоресурсов.
Достоверность с заданной вероятностью обеспечивается путем статистической обработки ряда минимальных значений в выборке.
Для повышения достоверности может быть применено устранение случайных мешающих факторов посредством приведения расходов по формуле:
прив
где е - искомый приведенный удельный расход энергоресурсов для поезда с известными параметрами (весом локомотива, весом состава, средней технической скоростью и т.п.);
факт
e - фактический удельный расход энергоресурсов для данного поезда;
теор_обр
е - удельный расход, вычисленный каким-либо известным методом для образцового поезда (того, к которому выполняется приведение, например, поезда со средневыборочными значениями параметров), т.е. с подстановкой в расчетные формулы значений параметров этого поезда;
теор_факт
е - удельный расход, вычисленный тем же методом для данного поезда (т.е. того поезда, который приводится к образцовому), иначе говоря, предвычисленный расход.
Например, энергетическая эффективность технического совершенства локомотива будет вычисляться по данным из выборки, в которую входят данные только по тем поездам, с которыми работал данный локомотив (локомотив с \определенным бортовым номером либо локомотив данной серии, в зависимости от поставленной задачи).
Таким же образом будет определяться энергетическая эффективность локомотивных бригад (машинистов).
Среднеэксплуатационный КПД локомотива будет представляться в виде произведения:
где
Поскольку среднеэксплуатационный КПД можно вычислить также по формуле:
где j - номер позиции контроллера;
пр
η - коэффициент снижения КПД вследствие работы на переходных режимах;
пк
η - КПД локомотива на данной позиции контроллера, текущее значение;
j
T - доля времени работы локомотива на j-ой позиции контроллера;
тс
η - коэффициент технического состояния локомотива, т.е. отношение фактической мощности на данной позиции контроллера к паспортной.
Значения величин, фигурирующих в формуле (7), принимаются по записям бортовой локомотивной системы диагностики и контроля (записи параметров работы).
Для разделения показателей энергетической эффективности эксплуатации локомотива и степени его технического совершенства, дополнительно к среднеэксплуатационному КПД локомотива и отклонению фактического расхода энергоресурсов от расчетного расхода, полученного при нормативном значении КПД локомотива, определяют относительный среднеэксплуатационный КПД, равный отношению среднеэксплуатационного КПД к номинальному КПД, т.е. значению КПД, соответствующему номинальному режиму работы локомотива.
А для разделения показателей энергоэффективности графика движения поездов и энергоэффективности локомотивов, дополнительно к среднеэксплуатационному КПД локомотива и отклонению фактического расхода энергоресурсов от расчетного расхода, полученного при нормативном значении КПД локомотива определяют тяговый среднеэксплуатационный КПД, как отношение работы по преодолению сил сопротивления движению поезда к расходу энергоресурсов за время нахождения локомотива с составом в движении, за вычетом расхода энергоресурсов в режимах выбега и торможения.
Для повышения точности определения показателей энергоэффективности удельные расходы энергоресурсов в выборках приводятся каким-либо известным методом статистической обработки данных к удельному расходу поезда со среднеэксплуатационными параметрами
Как видно, показатели энергетической эффективности, определенные по предлагаемому способу, имеют сравнимый вид, и их сравнение позволяет легко выявлять ту составляющую перевозочного процесса, которая является «слабым звеном» и требует первоочередного улучшения.