ПРОВЕДЕНИЕ ОПЫТНЫХ ПОЕЗДОК

Общие требования. Проведение опытных поездок начинают с поездом, масса которого близка к расчетному или нормативному значению. При этом возможно реализовать режим ведения поезда, сложившийся в практике работы. После анализа полученных в поездке результатов при необходимости в этот режим вводят соответствующие коррективы и подготавливают рекомендации для локомотивной бригады по режиму ведения при следующей поездке. Подобные коррективы вносят после каждой поездки. Очень важно в каждой поездке выявлять влияние изменения режима на получаемые результаты при трогании поезда с места, разгоне, на выбеге, при торможении. Это позволяет разрабатывать режимы, наиболее близкие к рациональным, с наименьшей затратой времени и средств.



Опытные поездки по определению расхода электроэнергии и топлива. Особое значение имеет выбор режима вождения поездов при проведении опытных поездок по определению расхода электроэнергии или топлива. В таких поездках на ленту динамометрического стола записывают силу тяги на автосцепке, скорость движения, отмечают позиции контроллера машиниста для оценки ступеней регулирования напряжения и возбуждения тяговых двигателей, наносят отметки о срабатывании реле боксования и включении песочниц, показаниях локомотивной сигнализации, осей станций и т. д. Обычно опытные поездки проводят с поездами установленной массы по заранее выбранным ниткам графика.

При проведении таких испытаний с возможно большей точностью определяют расход энергии или топлива и времени хода не только по перегонам, но и по характерным участкам некоторых перегонов. Это необходимо для того, чтобы выявлять резервы в использовании топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов. На протяжении многих лет на железных дорогах изыскивают всевозможные меры экономии электроэнергии и топлива, распространяют опыт многих поколений локомотивных бригад по достижению этой цели. Очень сложно находить еще не использованные возможности, особенно за счет совершенствования режима ведения поездов.

Предварительные режимы движения поезда в первых опытных поездках намечают на основании анализа и выбора лучших по расходу электроэнергии или топлива поездок, предшествующих испытаниям. В первых опытных поездках реализуют такие режимы, записывая скорость движения, силу тяги, позиции контроллера и ступени ослабления возбуждения тяговых двигателей. По ним определяют режим

ведения поезда, соответствующий предварительно выбранным режимам.

Анализируя результаты первых опытных поездок по расходу электроэнергии или топлива, сравнивают их с соответствующими данными эксплуатации и выясняют возможные пути совершенствования режимов вождения с целью уменьшения этих расходов. Для анализа используют заранее подготовленные зависимости составляющих расхода энергии или топлива от скорости движения, полученные для конкретных условий проводимых опытных поездок. При анализе вначале рассматривают возможность снижения потерь электроэнергии или топлива в тормозах путем уменьшения скоростей входа на вредные спуски и в момент начала торможения перед станциями и предупреждениями, а также увеличения скорости при выходе с вредного спуска. Снижения скоростей движения на определенных элементах профиля пути вызывают увеличение времени хода и могут быть в большинстве случаев компенсированы движением на более высоких скоростях по другим частям участка. Такую компенсацию времени хода при уточнении режимов вождения можно определить способом установившихся скоростей, используя для расчетов режим ведения поезда в первых опытных поездках, тяговые характеристики локомотива и приведенный профиль участка.

При анализе режимов выясняют,можно ли получить более высокую скорость при входе на подъем, используя высокие позиции контроллера. Накопление перед подъемом и последующее использование кинетической энергии поезда при следовании по нему позволяют снизить расход электрической энергии и топлива.

При работе на перегонах с равнинным профилем рассматривают возможности уменьшения неравномерности скоростей движения и приближения их к средним. Из анализа лент регистрирующих приборов с записью токов при пуске выясняют возможности повышения интенсивности разгона поезда. Это особенно важно при частых остановках поездов.

При тепловозной тяге обращают внимание на возможность применения наиболее экономичных позиций контроллера машиниста, которые определяют по заранее подготовленным для опытных поездок зависимостям удельного расхода топлива от уклонов. Указанные зависимости базируются на том, что при ведении поезда изменение в широких пределах силы тяги и скорости движения сопровождается изменением КПД локомотива в соответствии с его характеристикой. Поэтому при выборе рационального режима ведения поезда, помимо анализа составляющих механической работы, следует оценивать изменение реализуемого значения КПД.

Для построения диаграммы расхода топлива (рис. 47) сначала находят установившиеся скорости движения поезда при различных позициях контроллера машиниста и разных элементах приведенного профиля пути. Установившейся скорости соответствует равенство силы

тяги и силы полного сопротивления движению. Для их определения на тяговую характеристику FK(v) наносят зависимости силы полного сопротивления движению от скорости движения (рис. 48), которая равна произведению массы поезда с локомотивом на удельную силу сопротивления движению. Точки пересечения этих зависимостей с тяговыми характеристиками соответствуют установившимся скоростям движения. Оценивать и сравнивать расход топлива на различных позициях контроллера удобнее по расходу топлива, отнесенному к 1 км пути. Для этого по найденным установившимся скоростям движения определяют соответствующие им расходы топлива за 1 мин и время прохождения поездом 1 км пути.

Такой подход применяется в случае электрической тяги при построении диаграммы удельного расхода электроэнергии (рис. 49 и 50). Для каждого из рассматриваемых уклонов за 100 % принят удельный расход энергии при наименьшей скорости движения, соответствующей полному возбуждению тяговых двигателей. Переход на высшие ступени регулирования возбуждения сопровождается повышением скорости и увеличением удельного расхода энергии. Это происходит, несмотря на повышение КПД электровоза, так как увеличение основного сопротивления движению оказывает на расход электроэнергии большее влияние. Однако повышение КПД электровоза все же заметно ограничивает увеличение удельного расхода энергии.

В случае использования рекуперативного торможения скорость

подхода к вредным спускам может быть выше, чем при механическом торможении, а скорость движения по такому спуску должна быть близка к максимальной допустимой по условиям безопасности движения или по потенциальным условиям на коллекторах тяговых двигателей. Если по условиям движения поезда после вредного спуска не требуется снижать скорость, то при выходе поезда с него она долдна быть равна наибольшей допустимой. Не имеет смысла увеличивать энергию рекуперации, повышая тормозную силу, более продолжительно используя рекуперативное торможение, и подходить к концу вредного спуска со скоростью ниже допустимой, так как при этом общий расход энергии будет несколько большим.

На основании такого анализа результатов первых опытных поездок вносят изменения в режимы вождения поездов, составляют карту или таблицу нового режима, при котором ниже расход электроэнергии или топлива, и начинают новый цикл опытных поездок. Результаты каждой опытной поездки анализируют и вводят коррективы в режимы ведения поезда. Опытные поездки повторяют до тех пор, пока не убедятся, что дальнейшее совершенствование режимов практически не дает сокращения расхода топливно-энергетических ресурсов. Результаты испытаний используют при обучении машинистов рациональным режимам вождения поездов. Особенно эффективно проведение отдельных поездок с машинистами, допускающими перерасход электроэнергии или топлива. Во время таких поездок обращают внимание машинистов на недостатки реализуемого ими режима ведения поезда и особенности рекомендуемого режима. Результаты опытных поездок и данные, относящиеся к рекомендуемым и нерациональным режимам ведения поездов, используют в депо для разработки режимных карт и обучения локомотивных бригад.

Опытные поездки по проверке перегонных времен хода. Как известно, график движения поездов разрабатывают на основании перегонных времен хода, полученных по результатам тяговых расчетов с некоторой их корректировкой. При опытных поездках проверяют возможность выполнения расчетного и графикового времен хода по перегону с учетом факторов, влияющих на них. К таким факторам относятся масса поезда, характеристики локомотива, напряжение в контактной сети и режим ведения поезда.

Поскольку время хода по большинству перегонов зависит от категории и массы поезда, опытные поездки проводят с поездами, масса которых соответствует установленной норме. При этом необходимо учитывать среднюю нагрузку от оси вагона на рельсы, характер основного груза поезда (наливной, рудный, угольный и др.), расход топлива или электрической энергии. Во время опытной поездки, помимо времени проследования станций, фиксируют скорость движения, силу тяги, режимы ведения поезда, подачу песка, напряжение на токоприемнике электровоза, ток главного генератора тепловоза.

Для более точного определения времени на разгон и замедление

поезда, помимо безостановочного пропуска, желательно провести опытную поездку с остановкой поезда на раздельных пунктах. Чтобы можно было сопоставить результаты опытных поездок при пропуске поездов без остановок и с остановками, режимы их ведения и средние нагрузки от оси вагона на рельсы должны быть практически одинаковы.

На участках с интенсивным движением пассажирских поездов условия пропуска грузовых составов могут резко изменяться в различные периоды суток. Особое значение это имеет для электрической тяги, поскольку на скорость движения электровозов под током (при прочих равных условиях) влияет уровень напряжения в контактной сети, который зависит от нагрузок на фидерной зоне и расстояния от тяговой подстанции.

У тепловозов при необходимости проверяют работоспособность холодильника, оценивают достаточность охлаждающей способности при высокой температуре охлаждающего воздуха, а также возможность поддержания оптимального температурного режима воды и масла дизеля при низких температурах наружного воздуха. При этом дополнительно фиксируют температуру воды и' масла до и после холодильника, температуру воздуха в шахте холодильника, напряжение главного генератора, частоту вращения коленчатого вала дизеля, давление масла, температуру отработавших газов, положение регулирующих органов холодильников и работу вентиляторов. Такие проверки проводят также при опытных поездках по оценке норм массы поездов и определению рациональных режимов их вождения.

Корректируя время хода, следует иметь в виду, что даже незначительное сокращение его на перегоне с подъемом, ограничивающим массу поезда по нагреванию обмоток электрических машин, может привести к превышению температуры их нагрева сверх допустимой. В связи с этим, рассматривая предложения по снижению времени хода, следует учитывать данные о нагревании электрических машин, полученные либо при опытных поездках, либо на основании расчетов. Предложения по корректировке времени хода могут оказать существенное влияние на расход электрической энергии и топлива, особенно на перегонах, где имеются вредные уклоны. Поэтому оценивать такие предложения необходимо с учетом удельного расхода топливно-энергетических ресурсов при уменьшенном времени хода.

Опытные поездки по оценке использования сцепного веса локомотива. В этих поездках степень использования сцепного веса определяют путем проверки масс поездов по условиям сцепления колес с рельсами. При этом находят коэффициент сцепления на конкретных элементах профиля пути. Как известно, расчетный коэффициент сцепления является некоторой средней величиной, используемой для различных расчетов, и не отражает характерных особенностей отдельного локомотива или участка. Определение при опытных поездках реализуемого коэффициента сцепления позволяет установить обоснованные нормы массы поезда с учетом климатических особенностей,

характера профиля и плана пути, метеорологических условий, наличия и характера поверхностных загрязнений рельсов, индивидуальных особенностей локомотива и других факторов, влияющих на сцепление колес с рельсами.

В процессе опытных поездок регистрируют силу тяги, ток тяговых двигателей, скорость движения поезда, температуру наружного воздуха, атмосферное давление, оценивают метеорологические условия, состояние пути и поверхностное загрязнение рельсов, выявляют места возникновения боксования. Коэффициент сцепления определяют по максимальному значению силы тяги, предшествующему срыву сцепления. Срыв сцепления и начало боксования какой-либо колесной пары лучше всего обнаруживают специальными датчиками, устанавливаемыми на колесные пары испытуемого локомотива. Если таких датчиков нет, то это можно обнаружить по характерному снижению линии силы тяги на ленте динамометрического стола (рис. 51), по записи тока тяговых двигателей или по колебаниям стрелки амперметров, измеряющих ток тяговых двигателей. Резкие снижения силы тяги, отмеченные галочками на рис. 51, соответствуют срывам сцепления и боксованию колесных пар. Аналогичные снижения тока также характеризуют потерю сцепления колес с .рельсами.

Рассчитывая коэффициент сцепления по силе тяги, определенной с помощью динамометра, принимают в расчет только те значения силы тяги, которые получены при установившейся скорости движения, так как показания динамометра, полученные при движении поезда с ускорением или замедлением, учитывают и инерционные силы.

При расчете коэффициента сцепления по току тяговых двигателей используют показания амперметров, запись самопишущего прибора либо осциллографа. В этом случае силу тяги локомотива определяют по электротяговой характеристике FK(I), пересчитанной с учетом фактического диаметра бандажей, для значений тока, непосредственно предшествовавших срыву сцепления. При наличии осциллографа

возможно записать ток всех групп двигателей, напряжение контактной сети и скорости движения на одну ленту. Это обеспечивает высокую точность и удобство обработки результатов. Как видно из рис. 52, а, при возникновении боксования 1-го тягового двигателя токи главного генератора и тягового двигателя снижаются, а ток главного генератора секции II остается неизменным. При срыве сцепления и боксовании колесных пар секций I и II снижаются токи обоих главных генераторов (рис. 52, б).

Если локомотив в случае применения песка не реализует расчетного коэффициента сцепления, необходимо установить причины этого и по возможности устранить их. При этом обращают внимание на склонность отдельных колесных пар к боксованию. Повышенная склонность к боксованию может быть вызвана рядом причин, и прежде всего неравномерным распределением тока между тяговыми двигателями или отклонениями в нагрузках отдельных колесных пар на рельсы.

Если же при установленной массе поезда реализуемый коэффициент превышает расчетные значения, опытные поездки повторяют с несколькими локомотивами в разное время года при характерных для данного участка метеорологических условиях.

Опытные поездки по проверке нагревания обмоток тяговых электрических машин. При проведении таких поездок важно правильно выбрать тяговый двигатель для замеров температуры обмоток. Выбор осуществляют на основании данных о распределении токов и охлаждающего воздуха по тяговым двигателям или группам двигателей. Обычно выбирают двигатели, находящиеся в наиболее тяжелых условиях эксплуатации, т. е. с наибольшей тяговой нагрузкой и худшей вентиляцией.

Для проверки температур нагрева обмоток при используемых методах измерений необходимо остановить поезд; на измерения требуется около 5 мин. Чтобы проверить нагревание главного генератора тепловоза, останавливать поезд не требуется, однако дизель необходимо заглушить. Место остановок для замеров выбирают на основ? нии тяговых расчетов, анализа профиля пути и кривых токов,

полученных при предварительных поездках; обычно оно находится в конце затяжных подъемов независимо от того, расположены они на станции или перегоне. Останавливают поезд с таким расчетом, чтобы было обеспечено последующее взятие его с места.

О степени нагрева обмоток электрических машин судят по изменению их сопротивления. Наибольшее распространение получил компенсационный метод измерения сопротивления и метод вольтметра-амперметра.

Если температура обмоток тяговых электрических машин локомотивов при испытаниях близка к допустимой, следует повторить поездки с поездами той же массы, сохранив режимы ведения поезда. Число повторных поездок зависит от сходимости результатов. При меньших температурах для выявления резервов по нагреву электрических машин проводят опытные поездки с поездами большей массы. Если же превышение температур обмоток выше допустимого, меняют режим ведения йоезда, проверяют нагрев электрических машин при движении на более низких ступенях ослабления возбуждения, вплоть до перехода на полное и нормальное возбуждение, а также при увеличении продолжительности работы мотор-вентиляторов на высокой частоте вращения, если на участке частично используют низкую частоту.

Опытные поездки по определению критической массы поезда.

Критической массой грузового поезда называют наибольшую возможную его массу по тяговым свойствам локомотива, установленную для конкретного участка и периода эксплуатации по условиям сцепления колес с рельсами или по нагреванию тяговых электрических машин. Исходной для испытаний является расчетная масса состава, определенная в соответствии с ПТР. Опытные поездки проводят на участках обращения локомотива; критическую массу определяют по каждому участку работы локомотивных бригад. Для испытаний выбирают период, когда на данном участке наиболее часто возникают характерные для него неблагоприятные условия сцепления колес с рельсами: дождь, снег, туман, иней, мороз, роса и т. д. При этом на расчетном подъеме ограничение скорости движения не должно быть ниже расчетного; на путях, предшествующих скоростным подъемам, не должно вводиться ограничение скорости до уровня, при котором труднейший подъем не может быть пройден из-за низкого запаса кинетической энергии со скоростями, которые допускаются ПТР, а также при особо неблагоприятных метеорологических условиях, проявляющихся в образовании гололеда на рельсах и значительном увеличении сопротивления движению из-за сильного ветра, бурана. Там, где условия сцепления колес с рельсами и температура обмоток тяговых электрических машин значительно различаются в зависимости от времени года, критическую массу поезда определяют раздельно для летнего и зимнего периодов.

На наиболее тяжелых участках для обнаружения боксования колесных пар на электровозах постоянного тока и двойного питания

снимают осциллограммы токов всех параллельных цепей и суммарных токов тяговых двигателей, на электровозах переменного тока - токов тяговых двигателей каждой тележки и двигателей, контролируемых по нагреву, на тепловозах - токов генераторов и двух двигателей (обычно 1-го и 4-го по ходу движения) обеих секций. При испытании тепловозов на тяжелых подъемах измеряют также токи и напряжения генераторов.

Если электровоз реализует силу тяги на границе сцепления, допускаются периодические пробоксовки колесных пар с кратковременным снижением тока тяговых двигателей, ликвидируемым импульсной подачей песка без перемещения рукоятки контроллера на низшие позиции для прекращения боксования. Фактическая скорость движения поезда при этом не должна быть меньше расчетной, умноженной на отношение фактического напряжения контактной сети к номинальному. Если это условие не выполняется, массу поезда считают завышенной.

Для определения критической массы поезда при тепловозной тяге оценивают скорость движения поезда на расчетном и скоростных подъемах при реализации расчетных режимов и удовлетворительном сцеплении колес с рельсами. При работе на расчетной позиции контроллера машиниста и реализации мощности по главному генератору, соответствующей или превышающей мощность при данных атмосферных условиях, установившаяся скорость движения на расчетном подъеме не должна становиться ниже расчетной или выходить за пределы, указанные в Правилах тяговых расчетов.

Удовлетворительным сцеплением колес с рельсами при движении по расчетному подъему поезда критической массы считают отсутствие боксования или периодически возникающие пробоксовки, не вызывающие снижения скорости движения по сравнению с установившейся до боксования, при одиночных срабатываниях реле боксования. Разносное боксование колесных пар, срабатывание реле переходов, вызванное изменением тока и напряжения главного генератора при боксовании колесных пар, или срабатывание устройств прекращения боксования свидетельствуют о завышении критической массы поезда.

В опытных поездках по определению критической массы поезда проверяют также нагрев тяговых электрических машин для возможной корректировки критической массы или выработки режима ведения поезда установленной массы. Критическую массу состава по нагреванию определяют по результатам испытаний как в летних, так и в зимних условиях, учитывая в последнем случае наличие устройств снегозащиты.

При анализе результатов опытных поездок сравнивают опытные и расчетные значения коэффициента сцепления и находят причины отклонений. Определяют коэффициент сцепления в случае применения песка, максимальную силу тяги, развиваемую на расчетном подъеме при заданной массе поезда, массу поезда, при которой исполь-

зуется расчетная сила тяги по сцеплению. По результатам опытных поездок разрабатывают рекомендации по повышению коэффициента сцепления и изменению режима ведения поезда для создания запаса кинетической энергии при входе поезда на подъемы.

Использование результатов опытных поездок. Любые тягово-эксплуатационные испытания независимо от их направленности (проверка норм массы поезда по условиям сцепления колес с рельсами или нагревания электрических машин, проверка перегонных времен хода и др.) должны завершаться разработкой предложений по рациональным режимам вождения поездов. Эти рекомендации необходимо использовать в локомотивных депо для обучения и инструктажа локомотивных бригад. Заключение по результатам опытных поездок может также включать следующие рекомендации по улучшению использования мощности локомотивов: изменение пунктов обгона грузовых поездов пассажирскими, перенос мест скрещения поездов на однопутных участках, изменение допустимых скоростей на отдельных элементах пути, расположенных перед подъемами, а также на вредных спусках, повышение уровня напряжения на шинах тяговых подстанций, питающих участки с затяжными подъемами и т. д.

Результаты любых тягово-эксплуатационных испытаний должны быть обсуждены при широком участии локомотивных бригад и инженерно-технических работников. Это является залогом успешного внедрения в практику разработанных рекомендаций.