Ефратов Диссертация. Нормативные ссылки определения обозначения и сокращения введение постановка вопроса. Цели и задачи исследования п
 Скачать 0.81 Mb.
|
|
СОДЕРЖАНИЕ НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ВВЕДЕНИЕ ПОСТАНОВКА ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ Павлодар ГП в роли логистического оператора внутренних перевозок. Техническая характеристика состояния электровоза ВЛ 80 Анализ регулирования скоростей движения электровоза ВЛ 80 2. ОБЩАЯ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1. Объекты исследования 2.2. Экспериментальные установки, оснастка, приборы и образцы 2.3. Методика исследования технологических и эксплуатационных свойств электровозов серии ВЛ80с 2.4. Планирование эксперимента и оценка достоверности результатов исследований Выводы по второй главе 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 3.1. Основные положения 3.2. Моделирование процессов движения электровозов серии ВЛ80с 3.2.1 Модель развития сорости движения на участке Нур-Султан - Павлодар 3.2.2 Модель развития графика движения локомотивов ВЛ80с по участку Нур-Султан - Павлодар 3.2.3 Модель развития ... 3.3 Порядок проведения исследований 3.4 Результаты исследований Выводы по третьей главе 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 4.1. Влияние технологических режимов на скорость движения локомотивов ВЛ80с 4.1.1 Требования, предъявляемые к локомотивам ВЛ80с 4.1.2 Влияние условий участка Нур-Султан - Павлодар на скорость движения 4.2. Исследование работоспособности узлов локомотивов ВЛ80с 4.2.1 Факторы, влияющие на работоспособность локомотивов ВЛ80с 4.2.2 Влияние условий ... 4.2.4 Влияние климатических условий на скорость локомотивов ВЛ80с 4.2.5. Расчет экономической эффективности внедрения разработанного технологического процесса в производство Выводы по четвертой главе ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЕ А. ПРИЛОЖЕНИЕ Б ВВЕДЕНИЕ Актульность работы:Электрическая тяга на железных дорогах, в отличие от автономной тяги (с применением тепловозов), получает все более широкое распространение, поскольку обладает целым рядом преимуществ [1]. Коэффициент полезного действия (КПД) электрической тяги выше, чем КПД автономной тяги (КПД тепловоза составляет 28-30 %). Если энергия для питания электрифицированной железной дороги поступает от тепловой электростанции, то КПД электрической тяги составляет 30-35 %. Если энергия поступает от ГЭС, то КПД электрической тяги составляет 60-65 %. Применение электрической тяги позволяет повысить провозную и пропускную способность участков железной дороги за счет создания электровозов большой мощности. Как известно, мощность автономного локомотива (главным образом, тепловоза) ограничена мощностью его энергетической установки (дизеля), тогда как мощность электровоза ограничена только конструктивными параметрами его электрического оборудования, поскольку через токоприемник электровоз подключается к источнику практически с неограниченной мощностью [9]. Применение электрической тяги позволяет повысить эффективность использования природных ресурсов за счет сжигания на тепловых электростанциях низкосортного дешевого топлива (уголь, торф, газ), непригодного для работы тепловозов. Электрическая тяга оказывает меньше вредного воздействия на окружающую среду. Она позволяет экономить энергетические ресурсы за счет применения рекуперации электрической энергии (т.е. выработки и возврата электрической энергии в контактную сеть при движении на спусках). В электровозах ВЛ80 силовые выпрямительные установки, так же как и на других электровозах, выполнены на кремниевых вентилях, он также может работать в режиме реостатного торможения. Однако этот электровоз имеет дополнительное оборудование для работы по системе многих единиц, т.е. возможность управлять двумя, тремя и четырьмя секциями с одного поста. Конструкция этого электровоза сочетает в себе наилучшие на тот период времени технические решения, которые можно было реализовать на восьмиосном электровозе со ступенчатым регулированием напряжения. Цель исследования:Установить и увеличить допускаемые скорости движения электровозов ВЛ80 Задачи исследования: Разработать алгоритм задатчика интенсивности скорости движения, обеспечивающий заданный уровень ускорения при трогании Выполнить многокритериальная оптимизация параметров ПИ-регулятора обеспечивающая получение наилучших возможных показателей качества процесса регулирования скорости движения. Обосновать условия для увеличения скорости для повышения показателей качества процесса управления. Объект исследования:Тяговая скорость электровозв ВЛ 80 1.1. Анализ причин отказов электровозов серии ВЛ80с В схеме ВЛ80с предусмотрены режимы работы при частично неисправных устройствах и аппаратах силовых цепей; есть возможность их резервирования и оперативной замены. Не существует сколько-нибудь надежной корреляции отказов по данному типу электровозов с их эксплуатационными особенностями на той или иной железной дороге; очевиден лишь факт увеличения отказов с износом при эксплуатации. Нерезервируемым звеном электрифицированных линий является КС (контактная сеть), отказы которой приводят к задержкам поездов и экономическому ущербу. Полный ущерб от отказов устройств КС зависит от степени использования пропускной способности участка железной дороги и времени восстановления работоспособного состояния устройства, вызвавшего нарушение графика движения. Рассмотрим статистику отказов на примере КС [20, 25]. За последние 5-10 лет, несмотря на сокращение размеров движения, наметился рост интенсивности отказов, имеющий четкую корреляционную связь со сроком службы КС. Наступил период катастрофического старения КС на основных магистралях железных дорог. Длина электрифицированных линий, которые находятся в эксплуатации больше 40 лет за последние 10 лет увеличилась по дорогам в среднем в 20 раз, в том числе и на участках переменного тока. Все существующие подходы к КС - система технического обслуживания и ремонта (СТОиР), численность персонала и т.д. сложились в 70-80 годы двадцатого века, когда КС находилась на втором этапе жизненного цикла. Поэтому вся существующая на сегодня система технического осмотра (ТО) может справляться лишь с тем, для чего предназначена: мелкие регулировки, смазка, правка, замена отказавших элементов. Исключение составляет только смена КП по износу. Мирового опыта эксплуатации КС с такими темпами старения нет. Невиданные в мире темпы электрификации в нашей стране основных магистралей пришлись на 50-е годы и период нормальной работы КС прошел. Надежность устройств КС, как и любого технического устройства, формируется на трех этапах: проектирование; изготовление и монтаж; эксплуатация. На этапе эксплуатации повышение надежности технических устройств КС может быть достигнуто повышением технического уровня ремонтной базы, внедрением диагностики, средств сбора и обработки информации, применением более эффективных методов технического обслуживания, улучшением профессиональной подготовки кадров, занятых эксплуатацией и ремонтом и т. д. Одним из показателей надежности является интенсивность отказов. Классическая кривая изменения интенсивности отказов в функции наработки (рис. 1.2) имеет три участка, соответствующих периодам приработки, нормальной работы и деградации.  Рисунок 1.2 - Классическая кривая интенсивности отказов В период приработки отказ может произойти из-за нагрузок, превышающих расчетные (нормативные) значения, или из-за снижения прочности. Темпы электрификации новых линий (за последние 15 лет - 1 488 км) не превышали в среднем 100 км в год. Наиболее интенсивный период электрификации был в 1997-1999 гг. (в среднем 168,6 км). Таким образом, вероятность увеличения отказов КС по причине ввода новых линий чрезвычайно мала. Таких темпов было достаточно для электрификации стратегических направлений с целью ускоренного перевода грузооборота на электрическую тягу (грузооборот на электрической тяге вырос по сравнению с 1991 г. в 1,5 раза) и снижения себестоимости перевозок. Надежность объекта на втором участке, соответствующем нормальной работе, когда выявлены и устранены все дефекты, определяется внезапными отказами, вызванными превышениями нагрузок над прочностью. Например, устройства контактных сетей электрических железных дорог должны выдерживать климатические воздействия с повторяемостью один раз в десять лет. Таким образом, уже на стадии проектирования заложена возможность возникновения отказов. Другой причиной внезапных отказов являются аварийные нагрузки. По общесетевым данным 10-12 % повреждений КС происходят из-за экстремальных метеоусловий. Одним из сильных влияющих метеорологических факторов является низкая температура и гололед. Необходимы методы расчетов, которые бы позволяли прогнозировать поведение КС в тяжелых метеоусловиях с учетом ее текущего состояния и степени износа и разрегулировки узлов и деталей. На третьем участке кривой интенсивности начинают сказываться постепенные отказы, вызванные деградационными процессами (износом, старением, разрегулировками). Именно здесь техническое обслуживание, направленное на восстановление свойств и рабочих характеристик объектов позволит снизить и даже стабилизировать интенсивность отказов, в идеальном случае, на уровне интенсивности периода нормальной работы. Среднее время наступления третьего этапа можно ориентировочно оценить в 35-40 лет. Следовательно, КС на значительной части полигона вступила в период старения и износа: на третий, заключительный этап жизненного цикла. После выхода КС на третий этап существования система ТО не справляется с ситуацией. Не дают заметной отдачи вложения в разработку средств диагностирования. Удельная повреждаемость на КС, прослужившей 40 и более лет, в 2,7 раза выше, чем на участках со сроком службы 10 лет. Достаточных средств в капитальный ремонт и замену основных устройств КС железные дороги выделить не могут. Анализ динамики замены основных устройств КС (рис. 1.3) показывает, что средние значения и среднеквадратичные отклонения (показанные в скобках) за последние 10 лет были следующие: контактный провод - 219 км, (68 км); несущий трос - 117 км, (40 км); высоковольтных изоляторов - 53 тыс. шт. (10 тыс. шт.); опор - 2322 шт., (696 шт.). В тоже время на сегодня из общей развернутой длины КС 27 076 км, в том числе на переменном токе 13 481 км, в эксплуатации находятся больше 40 лет 12 617 км (46,6 %), а из общего количества опор (373 258 шт.) находятся в эксплуатации с превышением нормативных сроков 95 554 шт. Из них обследованием выявлено 1805 шт. опор, которые опасны для эксплуатации. Таким образом, существующие темпы замены основных устройств КС не соизмеримы с темпами ее старения и начиная с 2010 г. могут вызвать лавинообразный рост отказов.  Рисунок 1.3 - Гистограмма числа повреждений КС В период роста грузооборота (2001, 2007 гг.) наблюдается рост повреждаемости, особенно на электрифицированных участках с большим сроком службы. К слову, сегодня сеть железных дорог полузагружена и работает на 1/3 своих возможностей, а в 2010 г. неизбежны высокие темпы роста экономики и резкое увеличение грузопотока на электрической тяге. Рост количества отказов может сорвать необходимые темпы перевозок. Главные причины отказов в работе устройств контактной сети: низкое качество обслуживания, механические повреждения, обрывы, разрегулировка, пережоги проводов и тросов, перекрытие изоляции, старение и износ. Анализ количества повреждений по всем узлам КС за предыдущие 10 лет показывает, что наиболее часто отказывают контактные провода и тросы, изоляторы, струны, зажимы и детали (рис. 1.4).  Рисунок 1.4 - Динамика отказов наиболее повреждаемых устройств Павлодарское отделение ГП протяжённостью 1169 километров и с численностью более 4000 работников - крупнейшее в стране. Это связующее звено в огромном индустриальном центре на востоке Казахстана, где действуют крупнейшие предприятия по добыче угля, производству чёрных и цветных металлов, нефтепродуктов, стройматериалом и другой продукции. Павлодарское отделение граничит с Акмолинским и Восточно-Казахстанским отделениями ГП и Западно-Сибирской железной дорогой Российской Федерации.Павлодарское отделение ГП по объему выполняемой работы относится к первой категории, по характеру работы погрузочно – выгрузочной. Основную долю из общего объема работы составляет погрузка, отгружает более 30% всех грузов по АО НК КТЖ, т.е. в погрузке присутствуют практически все номенклатуры грузов от каменного угля до продуктов перемола.Основную долю от общей погрузки по отделению дороги составляет уголь - 85%; по остальным основным номенклатурам грузов: на нефтепродукты приходится 6%, цветную руду - 3%, флюсы - 3%, черные металлы - 1,3%, железную руду - 0,5%, груженные контейнера - 0,5%. Основными грузоотправителями являются крупнейшие поставщики энергетического угля, такие как по станции Екибастуз ТОО "Богатырь Комир" и АО «ЕЭК» разрез Восточный, по станции Ушкулын ТОО "ТД Майкубен Комир" и ТОО "Гамма", по станции Атыгай ТОО "Ангренсор Энерго", по станции Коржункуль ТОО "Он Олжа" и ТОО "Екибастуз Транс Уголь". Поставки угля осуществляются на тепловые и электростанции Казахстана и России. Среднесуточная погрузка грузов по Павлодарскому отделению ГП составляет 2800 вагонов или 190 тыс. тонн, в 2016 году погрузка грузов составила 1 030 629 вагонов или 70 млн 479,7 тыс. тонны.Кроме этого Павлодарское отделение ГП обеспечивает непрерывную работу крупных предприятий, производителей электрической и тепловой энергии: ТОО «Екибастузская станция ГРЭС-1», АО «Станция Екибастузская ГРЭС-2», АО «ЕЭК» Аксуская ГРЭС, АО «Павлодарэнерго», ТЭЦ-1 АО «Алюминий Казахстана», Степногорская ТЭЦ и ТЭЦ филиала АО «ТНК «Казхром» - «Аксуский завод ферросплавов».Границами отделения являются станция Ерейментау (включительно), станция Дегелен (исключительно) – внутренние стыки; станция Кулунда Западно-Сибирской железной дороги РФ (исключительно) – внешний стык.Эксплуатационная длина -1049,5 км.Оперативное руководство движения поездов осуществляет диспетчерский аппарат на 6-и диспетчерских кругах поездо-участков. Существующее положение отделения дороги представляется в количестве 45 раздельных пунктов, согласно выполняемых объемов перевозок и бальности все раздельные пункты подразделяются на следующие классы: - 3 внеклассные станции – Екибастуз (Екибастуз – 1, Екибастуз -2, Екибастуз -3), Павлодар (Павлодар, Павлодар-Северный, Павлодар-Порт, Павлодар-Южный,), Аксу-1; - 4 станции первого класса – Екибастуз-Северный, Екибастуз-Северный-2, Ушкулын, Ерейментау; - 1 станция второго класса – Алтынтау; - 7 станций третьего класса – Калкаман, Жолкудук, Шарбакты, Спутник, Майкайын, Атыгай, Коржункуль; - 9 станций четвертого класса – Уленты, Бозшаколь, ОП-116, Карасор, Таскудык, Шакат, Енбекшильдер, Шидерты, Маралды; - 16 станций пятого класса – Тузкала, рзд. Токибай, рзд. 125, рзд. Бастау, рзд. Курколь, Коктобе, рзд. Жумыскер, рзд. Май, Куркамыс, Тургай, Айсары, Селеты, Красноармейка, Аксу-2, БП 434, БП 415. В настоящее время на всех станциях филиала АО «КТЖ-Грузовые перевозки»-«Павлодарское отделение ГП» успешно внедрена и полноценно функционирует информационная система АСУ ДКР.Процесс внедрения был начат на станциях узла Екибастуз в ноябре месяце 2015 года и на текущий момент процент оформляемых и раскредитуемых документов посредствам АСУ ДКР достиг 100% с ноября 2016 года внедрением АСУ ДКР были охвачены все станции филиала.С 2013 года на узле Екибастуз введена в промышленную эксплуатацию автоматизированная система контроля за грузом и целостностью вагонов в движение (АСК ГЦВ) в количестве 10 систем, а уже в 2014 года по станции Павлодар внедрена в эксплуатацию автоматизированная система коммерческого осмотра поездов и вагонов (АСКО ПВ) и в 2015 году по узлу Павлодар ещё 11 систем АСК ГЦВ. Внедрение систем АСКО ПВ и АСК ГЦВ позволило при приеме и отправлении поездов обеспечивает улучшение качества коммерческого осмотра вагонов, грузов и контейнеров на них, что способствует повышению безопасности движения поездов, улучшению условий труда и повышению техники личной безопасности работников, связанных с выполнением операций по коммерческому осмотру поездов и вагонов.Так же в филиале внедрена Автоматизированная система управления «Энергодиспетчерская тяги» (АСУ ЭДТ) которая входит в число крупнейших проектов по энергосбережению на железных дорогах РК. Основная цель проекта - снижение расхода топливно-энергетических ресурсов на тягу. Второй задачей является комплексная автоматизация бизнес-процессов в локомотивном хозяйстве за счет внедрения электронного маршрута машиниста. На сегодняшний день в «Национальной компаний «Қазақстан темір жолы» в рамках программы трансформации бизнеса появился перевозчик грузов (грузоперевозчик). В результате которого в 2016году путем слияния организации таких, как Шуское и Жамбылское эксплуатационное локомотивное депо (ТЧЭ-30, ТЧЭ-31), Жамбылское эксплуатационное вагонное депо (ВЧДЭ-27), Жамбылский центр по обработке перевозочных документов (ТехПД), Жамбылское отделение дороги (НОД-8) создан филиал «АО «КТЖ- Грузовые перевозки – «Жамбылское отделение ГП».Это расширяет возможности привлечения грузоотправителей в новых сегментах рынка, и повышает конкуренцию во внутренном рынке по перевозке грузов. 1.2Техническая характеристика состояния электровоза ВЛ 80 В режиме быстро развивающейся экономики и путей сообщения, перед железнодорожниками встало много сложных задач. Высокий спрос на перевозки по стальным магистралям потребовал новых технических решений. МПС стало остро не хватать грузовых локомотивов постоянного тока, появилась необходимость задействовать в грузовых перевозка более мощные электровозы. Это особенно коснулась железных дорог, которые были электрифицированы позднее дорог в европейской части страны, а их контактные сети работали на переменном токе 27000 Вольт.Решить задачу создания новой техники взялся НЭВЗ, который начал разработку мощного современного восьмиосного электровоза с двумя секциями (вместо привычного 6-осного локомотива на постоянном токе). Новый современный электровоз назвали Н8О, он был способен развивать тягу в 40 тонн в часовом режиме.Советские проектировщики разработали множество вариантов кабин экипажа, электрических механизмов, тяговых электромоторов.Новый электровоз конструктивно представлял две абсолютно одинаковых секции с четырьмя осями, а также с несочлененными тележками. Конструкторы разместили сцепные устройства на силовых рамах локомотива. Тележки стали применяться на роликовых подшипниках в бесчелюстных буксовых узлах. Новые электровозы марки ВЛ выпускались электровозостроительным Новочеркасским заводом начиная с начала шестидесятых и до середины девяностых прошлого века. Новая машина создавалась ВЭлНИИ - научно-исследовательским институтом советского электровозостроения. Завод быстро приступил к выпуску новых локомотивов, обозначенных Н81001, также и Н81002, первоначально, а позднее, в1963 году они им присвоили наименование ВЛ80-004-05. Грузовые электровозы марки ВЛ80 всех модификаций были основной рабочей лошадкой железных дорог всего Советского Союза. Эти двухсекционные мощные электровозы не переменном токе получили несколько грузовых модификаций и до сих пор исправно трудятся на протяженных железнодорожных магистралях Казахстана.В выпуске грузового ВЛ80 были заняты многие машиностроительные заводы Союза. Сердце электровоза – тяговый трансформатор выпускался в Эстонии. |