Факторы, влияющие на режимы ведения электропоезда. Режим ведения электропоезда выбирается в соответствии с расписанием и условиями движения. Режимов движения поезда в эксплуатации может быть бесконечное множество, так как они определяются многими факторами. Это профиль пути (подъем, уклон, площадка), порядок вывода пусковых резисторов, потери в тяговых двигателях, расположение сигналов, сигнальных знаков и др. Многие факторы носят неустойчивый характер. Так, на пригородных участках неодинаковы расстояния между остановочными пунктами, состояние пути, ограничение скорости по стрелочным переводам, чистота рельсов, показание сигналов, уровень напряжения в контактной сети, заселенность вагонов пассажирами, климатические условия, параметры оборудования электропоезда, его регулировка и качество работы и т. д. Все эти и многие другие факторы влияют на режим ведения поезда, а следовательно, и на энергетические данные. Поэтому идеального повторения одного и того же режима ведения поезда добиться практически невозможно.

При такой сложной зависимости очень трудно исследовать и сравнивать работу электропоездов в эксплуатации. Расход электроэнергии можно определить непосредственными массовыми замерами и методом статистики, так как взаимосвязь факторов и взаимное влияние законов изменения каждого фактора еще недостаточно изучены. В депо, по статистическим данным расхода электроэнергии, с помощью передовых машинистов разрабатывают приближенный режим движения поезда и распространяют его среди локомотивных бригад в виде режимных карт.

Для рассмотрения режима движения поезда надо знать основные составляющие потерь электроэнергии в эксплуатации:

^экс = ^кин.р + <4шр + + А„ + Асн — /4рек,

где Лкин.р — кинетическая энергия разгона;

Аигр — энергия на преодоление сопротивления движению при разгоне; Л/р — энергия на преодоление подъемов; Ап — пусковые потери энергии; АсН — электроэнергия на собственные нужды; Арек — рекуперируемая электроэнергия.

Режимы движения. Режим движения поезда можно разделить на несколько фаз (рис. 235): разгон, установившееся движение, выбег, торможение и стоянка.

Рассмотрим фазу разгона поезда. При езде под током сила тяги двигателей совершает работу, необходимую для изменения скорости и преодоления сил сопротивления. Для определения условий движения поезда пользуются диаграммой Бк — "70 = / (и) или в виде удельных значений /к — ш0 = / (и), называемой диаграммой ускоряющих и замедляющих сил. Если равнодействующая сила равна нулю (/к — №й = 0), то имеет место равномерное движение поезда, если больше нуля [ (/к — ш0) > 0], — движение ускоренное, а если меньше нуля [ (/„ — ш0) < 0], — замедленное.

Фазу разгона поезда можно разделить на два периода: первый — до момента выхода на автоматическую характеристику и второй — движение поезда от скорости выхода на автоматическую характеристику v„ до достижения установившейся скорости движения vr. Первый период, называемый периодом пуска, характеризуется постоянным ускорением аи — const, с ним связана пусковая мощность тяговых двигателей, которая может быть реализована при разгоне. Время пускового периода t„ == vjan для заселенного электропоезда равно примерно 14,6 с.

Пусковая скорость иГ1 соответствует такому моменту, когда полностью выведены пусковые резисторы.

В пусковой период много электрической энергии теряется в пусковых резисторах (для электропоездов ЭР2 — около 4,6 кВт). В зависимости от длины перегона процент потерь электроэнергии в пусковых резисторах изменяется: чем меньше расстояние между остановочными пунктами, тем больше потери. Потери в пусковых резисторах зависят и от скорости. При малых скоростях и коротких перегонах процент потерь раза в 3 больше, чем при больших скоростях.

На перегонах длиной от 6 до 12 км процент потерь на малых скоростях примерно в 2 раза больше, чем на больших скоростях. Это объясняется тем, что движение поезда на больших скоростях проходит длительное время на ходовых безреостатных позициях с полностью выведенными пусковыми резисторами. Время выхода на безреостатную позицию составляет примерно 14,6 с. Потери в пусковых резисторах. Вт.- ч,

k 1

где Ah — потери энергии на fc-й реостатной позиции, Вт-ч; k — число позиций реостатного пуска; kl — число позиций реостатного пуска при последовательном соединении двигателя;

k'2 — то же на последовательно-параллельном соединении; Rh, — сопротивление пусковых резисторов на k-й позиции при последовательном соединении, Ом;

Rk2 — то же на 6-й позиции при последовательно-параллельном соединении, Ом;

tf, — время пуска на k-'й позиции, м; ^нер — среднее значение пускового тока, А.

Процент пусковых потерь на электропоездах ЭР2Р примерно в 1,5 раза выше, чем на электропоездах ЭР2. Это объясняется тем, что на электропоездах ЭР2Р предусмотрено только последовательное соединение тяговых двигателей.

Рис. 235. Объединенные фазы кривой движения пригородного поезда

Следует заметить, что пусковые потери на практике бывают несколько выше, чем подсчитано по формуле. Происходит это потому, что некоторые машинисты при отправлении поезда с остановочного пункта продолжительное время задерживают рукоятку контроллера машиниста в маневровом положении, тем самым осуществляют езду с полностью введенными пусковыми резисторами. Это приводит к перерасходу электроэнергии в пусковой период. В течение 2 с в пусковых резисторах поезда теряется около 1 кВт • ч электроэнергии.

При втором периоде разгона время хода поезда от скорости пуска V,, до установившейся скорости и,.

где ас'р — среднее ускорение на пути разгона поезда от пусковой до установившейся скорости, м/с2.

Общее время хода от начальной скорости и„ ~. О до установившейся иу

tp=Vy/acp,

где аср — среднее ускорение по всей фазе разгона от vв до 1>у.

Режим разгона поезда характеризуется выбором правильного положения рукоятки контроллера машиниста в период пуска. Машинист перед выбором режима разгона поезда должен учесть расстояние между остановочными пунктами, время, заложенное в расписании, пусковые характеристики электропоезда, состояние рельсов (грязные или чистые), потери в тяговых двигателях и т. д.

При работе тягового двигателя возникают электрические потери в_ меди, которые увеличиваются пропорционально квадрату тока, и магнитные потери в якоре и полюсах, возрастающие с увеличением частоты вращения якоря, т. е. с увеличением скорости движения электропоезда. Следовательно, первые достигают больших величин при разгоне, вторые — при езде в тяговом режиме с высокими скоростями.

Во время ведения поезда машинист, выбирая положения рукоятки контроллера, должен учитывать электрические потери в тяговых двигателях. Например, при втором положении рукоятки контроллера машиниста электрические потери несколько меньше вследствие того, что последовательное соединение тяговых двигателей при ослабленном возбуждении уменьшает сопротивление обмоток и к. п. д. двигателей повышается до 0,782. Электрические потери также изменяются в зависимости от степени нагрева тяговых двигателей.

При последовательно-параллельном соединении тяговых двигателей (третье положение рукоятки контроллера) с повышением частоты вращения якоря растет мощность двигателя и увеличиваются потери, но мощность растет быстрее, чем потери, и это приводит к повышению к. п. д. до 0,847. При ослабленном возбуждении (четвертое положение рукоятки контроллера) мощность потерь в двигателе снижается и к. п. д. двигателя возрастает до 0,868.

Механические потери зависят от состояния якорных подшипников, наличия в них смазки, правильности установки якоря в буксовых щитах тягового двигателя и других причин, связанных с монтажом и эксплуатацией. Механические потери с увеличением скорости электропоезда возрастают.

Для того чтобы правильно выбрать режим разгона в зависимости от расстояния между остановочными пунктами и времени, заложенного в расписании движения поездов, необходимо учесть еще ряд факторов, которые могут влиять на режим движения поезда в других фазах, т. е. в период выбега и торможения.

Если впереди профиль пути легкий и имеются возможности его проследования на выбеге без дополнительного подключения тяговых двигателей, разгон поезда машинист осуществляет до наибольшей необходимой скорости при последовательно-параллельном соединении тяговых двигателей и ослабленном возбуждении. Если впереди профиль и план тяжелые (подъем, наличие кривых),

Рнс. 236. Кривые к. п. д. разгона поезда ЭР2 в зависимости от достигнутой скорости на участках разного профиля пути

возможность использования продолжительного выбега отсутствует из-за резкого падения скорости поезда. Машинисту приходится на перегоне проводить повторные пуски и разгоны, что вызывает дополнительные потери в пусковых резисторах и тяговых двигателях.

Способ разгона в таких случаях и движение поезда по перегону могут быть выгодными при равномерной, постоянной, примерно неизменной скорости движения поезда. Машинист подбирает такое положение рукоятки контроллера машиниста, при котором движение поезда будет соответствовать установившемуся режиму, а скорость — выполнению графика движения поезда. Перед затяжными подъемами, если

им предшествовали площадки или уклон, необходимо их использовать для разгона поезда. В этих случаях в период разгона машинист должен учитывать кинетическую энергию, которая пропорциональна массе поезда и квадрату скорости, и помнить, что чем выше скорость подхода к подъему, тем меньше будет израсходовано электроэнергии на его преодоление. Поэтому перед затяжными подъемами машинист осуществляет интенсивный разгон поезда. После разгона он ставит рукоятку контроллера в нулевое положение. Затем после небольшого выбега машинист ставит рукоятку контроллера в одно из выбранных положений для поддержания постоянной установившейся скорости по всему перегону. Описанный способ разгона поезда выгоден на участках, где применен зонный график движения или расстояние между остановочными пунктами не менее 5 км.

Процесс разгона поезда связан с запасом кинетической энергии, которую приобретает поезд, набирая скорость. По соотношению между энергией кинетической и энергией, взятой из контактной сети, можно определить коэффициент полезного действия разгона (рис. 236). Из кривой для движения на подъеме видно, что наибольший к. п. д. разгона достигается при скорости 65—70 км/ч. При разгоне выше указанных скоростей к. п. д. резко снижается. Скорость 65 км/ч — примерно среднее значение скорости на участках дорог пригородного движения. Этим можно еще раз объяснить выгодность, наиболее рациональный расход электроэнергии при установившемся движении на подъем. Такое же положение складывается при езде, на площадке, но наибольший к. п. д. разгона поезда на площадке Достигается при скорости 80 км/ч.

Разгон поезда на уклоне характеризуется наибольшим к. п. д. и может доходить до 100 % и выше. Это объясняется тем, что на уклоне прибавляется потенциальная энергия. При коротких перегонах, когда поезд движется со всеми остановками, разгон поезда должен осуществляться с расчетом максимального использования выбега и максимально эффективного торможения. При коротких перегонах очень важно выбрать правильное положение рукоятки контроллера машиниста, а следовательно, и соединение тяговых двигателей. Опытными поездками электропоездов на одних и тех же участках пути в одинаковые отрезки времени с помощью счетчиков установлено, что при наборе скорости до 50 км/ч наиболее выгодным является второе положение рукоятки КМ (табл. 7), что соответствует последовательному соединению тяговых двигателей с ослабленным возбуждением. При необходимости увеличения скорости выше 50 км/ч второе положение рукоятки КМ становится невыгодным из-за малой интенсивности разгона, т. е. из-за увеличения времени достижения заданной скорости, а следовательно, увеличения времени езды под током. Этот

Таблица 7

Положение рукоятки

контроллера машиниста

Заданная скорость, км/ч

Время

езды под током, с

Расход электроэнергии. кВт-ч

Положение рукоятки

контроллера машиниста

Заданная скорость, к м /ч

Время езды под током, с

.Расход электроэнергии, кВт-ч

Второе Третье

40 50 60 65 50 60 70 80

22 37 53 85 25 30 40 56

3,1 3,6 4,6 7,5 3,8 4,4 6,7 8,9

! Третье : Четвертое

85 50 60 70 80 90 100

70 24 28 37 50 70 103

10

3,8

4,4

6,5

8,6

10

13,5

недостаток особенно проявляется в часы «пик», когда поезда идут переполненными, а напряжение в контактной сети занижено. В этих случаях выгоднее собрать схему последовательно-параллельного соединения тяговых двигателей с ослабленным возбуждением, что соответствует четвертому положению рукоятки контроллера машиниста.

Необходимо отметить, что для поддержания определенной скорости процесс разгона поезда на отдельных перегонах может осуществляться неоднократно. Статистика показывает, что повторное подключение контроллера машиниста для разгона поезда на перегонах применяют машинисты примерно от 15 до 25 % общего числа поездов. Это сказывается на увеличении расхода электрической энергии.

Фаза установившегося движения, как уже было отмечено выше, применяется на участках со сложным профилем пути, т. е. там, где усложняются условия выбега (например, продвижении поезда по затяжному подъему). Машинисты, ведя электропоезд под уклон или по площадке, стараются уменьшить фазу установившегося движения или вообще ее не применять (вследствие увеличения выбега) и тем самым уменьшить расход электроэнергии. На коротких перегонах при любом профиле* пути установившееся движение, как правило, не применяется.

Время хода в фазе установившегося Движения

!у = [/-(/г4-/в^/т)]/ьу,

где ' / — длина перегона, или дальность безостановочного движения поезда;

^р. 'в- 'т — пути, пройденные поездом при разгоне, выбеге и торможении.

Величина / — (/,, + /в + 1т) характеризует путь, проходимый поездом с установившейся скоростью.

Рассмотрим теперь вопросы выбора продолжительности выбега и момента начала торможения. '

Выбег — движение по инерции с момента отключения тяговых двигателей до момента включения тормозов. Время движения в период выбега ,

tв = (v — vн)faв,

где % — скорость начала торможения; ав — среднее замедление при выбеге.

При движении поезда под уклон скорость иь может быть больше, чем 1\. В этом случае ав надо рассматривать не как замедление, а как ускорение.

Согласно статистическим данным и анализу исследования режимов движения фаза выбега применяется в эксплуатации пригородных электропоездов очень часто — почти на всех поездах с механическим торможением. Продолжительность выбега занимает от общего времени хода по перегону (при нормальном режиме ведения поезда, т. е. по расписанию) от 30 до 80 %. Машинисты стремятся возможно большее время ехать без тока, т. е. увеличивать время выбега гв- Так как общее время движения по перегону и интенсивность торможения известны заранее, остается решить вопрос правильного выбора момента выключения тяговых двигателей, т. е. момента перехода электропоезда на выбег. От начала фазы выбега зависит начало фазы торможения. Поздний переход на выбег приведет к необходимости начать торможение при большей скорости, и, следовательно, лишняя электрическая энергия, затраченная на разгон поезда, поглотится в тормозах в виде тепловой энергии. При раннем переходе на выбег может быть не выдержано установленное время поезда по перегону. Практика показывает, что при средней длине перегона 3 км продолжительность выбега у них составляет около 65 %.

Для правильного определения продолжительности выбега на участке необходимо рассматривать несколько различных вариантов по каждому перегону в отдельности, только тогда можно оценить количественно расход электроэнергии и выбрать наивыгоднейший вариант. На каждом участке возможно такое взаимное распределение общего времени хода по трем, четырем и более перегонам, при котором суммарный расход электрической энергии будет минимальным.

Время торможения поезда от скорости в момент начала торможения ин до конечной скорости ик = 0

гт = ан/60р,

Где ЬСр — среднее тормозное замедление.

От скорости начала торможения и самого тормозного режима в значительной степени зависит расход электрической энергии. На электропоездах с пневматическим торможением чем меньше время гт, тем больше экономический эффект. На электропоездах с реостатно-рекуперативным торможением процесс рекуперации машинисты стараются затянуть путем уменьшения интенсивности торможения и тем самым увеличить отдачу рекуперируемой энергии.

На режим торможения оказывают непосредственное влияние многие факторы: скорость начала торможения, загрузка вагонов, состояние рельсов, регулировка тормозной рычажной передачи, опыт локомотивной бригады и др.

Скорость начала торможения зависит от режима разгона и продолжительности выбега. Выбор начала торможения и его интенсивность зависят от графика движения и квалификации машиниста. Часто машинисты полную остановку поезда осуществляют с применением ступенчатого торможения до определенной скорости с переходом на ступенчатый отпуск (рис. 237, а). Ступени торможения осуществляются различным нажатием на колодки, а следовательно, в процессе ступенчатого торможения несколько раз изменяется интенсивность торможения.

Тормозной путь 1Т при ступенчатом торможении и отпуске значительно увеличивается. Это приводит к увеличению времени торможения поезда. При этом машинисту для выполнения графика движения приходится увеличивать перегонную скорость, а это приводит к перерасходу электрической энергии.

Многие машинисты осуществляют тормозной процесс иным методом. В начальный период применяют интенсивное торможение, а постепенно с понижением скорости снимают тормозное усилие, т. е. подъезд и остановку поезда осуществляют путем ступенчатого отпуска (рис. 237, б). При таком режиме торможения тормозной путь и время торможения немного меньше по сравнению

Таблица 8

Скорость начала торможения, км/ч

Время от начала торможения до полной остановки, с

Энергия, гасимая при торможении, кВт-ч

Заселенность электропоезда

Скорость начала торможения,

км/ч

Время от начала торможения до полной остановки, с

Энергия, гасимая при торможении, кВт-ч

Заселенность электропоезда

40 50 60

10 14 17

2,08 3,25 4,67

Средняя Малая Средняя

70 80 90

19 21,5 30

6,37 8,31 10,52

Малая

»

Примечания. 1. Время торможения определялось практическими замерами на участке с небольшим уклоном.

2. Энергия, гасимая при торможении, рассчитана в соответствии с Правилами тяговых рас-

с режимом ступенчатого торможения и ступенчатого отпуска, но все же остаются увеличенными.

Время торможения электропоезда ЭР2 и энергия, гасимая при торможении, в зависимости от скорости начала торможения и заселенности приведены в табл. 8.

Наиболее эффективный режим торможения одноступенчатый (рис. 237, в). Интенсивность торможения при этом способе наибольшая, тормозной путь и время торможения наименьшие. Но такой способ торможения на грязных рельсах не исключает возможности юза и требует точного расчета тормозного пути.

Наиболее правильным режимом торможения как с точки зрения экономии электрической энергии, так и с позиции исключения неприятных последствий считается режим с незначительным подтормаживанием в начальный период (доли секунды) и последующим полным торможением (рис. 237, г).

Рис. 237. Режим торможения поезда

Применяя первоначальную ступень незначительного торможения на грязных рельсах, машинист очищает бандажи колесных пар от грязи и улучшает сцепление колес с рельсами.

Фаза стоянки включает в себя продолжительность промежуточных стоянок поезда для посадки и высадки пассажиров. В служебном расписании, как правило, на промежуточную стоянку предусмотрено время, округленное до 30 или 60 с. Фактическое время стоянки может быть меньше, равно или больше времени стоянки Гс, определенного расписанием.

Сокращение времени стоянок приводит к уменьшению скорости движения на перегонах, а следовательно, к сокращению расхода электроэнергии. Время движения по участку гуч складывается из суммарного времени А2/пер движения по всем перегонам" и суммарного времени _гст, затраченного на стоянку поезда: гчу = 2гпер + 2гст.

От фактической продолжительности стоянок на промежуточных остановках зависит время нахождения поезда в движении, а следовательно, и средняя скорость движения по перегону. Передовые машинисты, понимая, какое существенное влияние оказывают на расход электроэнергии сэкономленные секунды на стоянке поезда, стараются не задерживать поезд с отправлением, а, где возможно, сокращать время, предусмотренное служебным расписанием. Возможность использования части времени стоянки для движения поезда по перегону не везде одинакова, так как пассажиропоток в населенных пунктах различен, и, кроме того, неодинаково распределение пассажиров по вагонам. Оно зависит от расположения посадочной платформы и прохода на нее (места нахождения тоннеля, переходного моста). Поэтому, для того чтобы определить время стоянки на остановочных пунктах, необходимо учитывать не только общее число пассажиров, но и фактор распределения их в поезде. На некоторых остановочных пунктах посадка и высадка пассажиров производятся только из одного или двух вагонов, что приводит к увеличению стоянки.

Однако на практике средняя фактическая продолжительность стоянок поездов меньше заложенной в расписании. В некоторых случаях, если заселенность электропоезда мала, время стоянок сокращается на 50 % и более. При высоких скоростях движения на скоростных перегонах даже незначительное сокращение стоянки приводит к значительной экономии электроэнергии.

Пример. На перегоне длиной 2 км при времени движения 112 с возникает необходимость разгона поезда до 100 км/ч (выбег в этом случае отсутствует). Расход электроэнергии 10-вагоиным электропоездом ЭР2 составит при этом 85 кВт-ч. Увеличивая время движения поезда на этом перегоне на 10 с (благодаря сокращению времени стоянки), можно снизить скорость разгона до 80 км/ч. Расход энергии прн этом уменьшится до 50 кВт-ч.

Сокращению времени стоянки поезда на промежуточных остановочных пунктах во многом способствует слаженность работы локомотивной бригады и проводника хвостового вагона. Передача информации машинисту об окончании посадки и высадки пассажиров, а также о закрытии автоматических дверей должна осуществляться четко и быстро.

Машинист, возглавляющий локомотивную бригаду, должен систематически проводить работу с закрепленным помощником и проводником по отработке процесса отправления поезда.

Подготовка электропоездов к работе и обслуживание их в зимних условиях | Электропоезда ЭР2 и ЭР2Р | Обнаружение и устранение неисправностей