Выбор наивыгоднейшего режима ведения поезда, применение метода усредненных скоростей движения

Режим ведения поезда выбирается в соответствии с расписанием и условиями, характеризующимися определенными тягово-энергетическими параметрами. От правильно выбранного режима во многом зависит рас-

Рис. 12. Объединенные фазы кривой движения пригородного поезда: Т_пер- ^ВР^СМЯ для проследования перегона, Д ^_с- время, сокращенное при стоянке

ход электроэнергии. Режим ведения поезда можно разделить на несколько фаз: разгон, установившееся движение, «выбег», торможение и стоянка.

На рис. 12 показаны кривые движения пригородного поезда. Этот же режим можно использовать и для других поездов.

Фаза разгона поезда. При езде под током сила тяги двигателей F_к совершает работу, необходимую для изменения скорости и преодоления сил сопротивления движению w. Для определения условий движения поезда пользуются диа1раммой F_u-w=f(v) или в виде удельных сил /_к-w = f(v), называемой диаграммой ускоряющих и замедляющих сил. В случае если равнодействующая сила равна нулю ([,<-ш = 0), имеет место равномерное движение поезда. Если равнодействующая сила больше нуля, движение ускоренное, а если меньше нуля, движение замедленное. Фазу разгона поезда можно разделить на два периода: разгон до момента выхода на автоматическую характеристику (скорость v_n) и движение от пусковой скорости v„ до установившейся скорости движения Vy. Первый период называется периодом пуска и характеризуется постоянным ускорением а„ = const. С ним связана пусковая мощность электродвигателей, которая может быть реализована при разгоне. Время пускового периода ?,. = и_п/а_п= 14,6 с (груженый электропоезд).

Пусковая скорость и„ соответствует такому моменту, когда полностью выведены пусковые резисторы. Во второй период разгона время хода поезда

і'р = - ^п)Д*ср.

где й'ср- среднее ускорение на этот период, м/с².

Общее время хода от начальной скорости v₀ до установившейся V*

(р - ^и|1 ^аср.

где «гр - среднее ускорение но неси фазе разгона, м/с².

Режим разгона поезда зависит от выбора наивыгоднейшего положения рукоятки контроллера машиниста в период пуска. Машинист должен учесть расстояние между остановочными пунктами, время, заложенное по расписанию, пусковые характеристики электропоезда, состояние рельсов (грязные, чистые). Для того чтобы правильно выбрать режим разгона поезда, необходимо также учесть ряд факторов, которые могут влиять на него в других фазах, т. с. в период выбега и торможения.

Особе и п ост и разгона грузового поез-д а электровозом. Перед троганием машинист должен сжать поезд. Перед отправлением для полного отпуска тормозов ручку крана машиниста следует поставить кратковременно в положение отпуска. Если состав трогается с места легко, первый разгон выполняют, нс допуская очень больших токов, особенно если не знаешь хорошо конструкцию данного локомотива. Если состав трогается с места тяжело, разгон делают на больших токах, близких к наибольшему допустимому по >словиям сцепления, и приводят в действие песочницу, подавая песок малыми порциями. Ток на электровозах ВЛ8, ВЛ10 доходит до 460-500 А. Разгон поезда на подъеме с наибольшими токами экономичнее, чем со средними; поезда легкого веса на подъемах малой крутизны можно разгонять и со средними токами.

Если состав взять с места не удается, его сжимают и пробуют взять с места вторично. При этом, оперируя главной рукояткой и песочницей, стараются не допустить длительного разностного боксовання. Необходимо иметь в виду, что электровозы постоянного тока не могут длительно работать в тяговом режиме на пониженных скоростях до 10-15 км/ч, а главную рукоятку контроллера не следует задерживать на отдельных позициях более 3-4 с. При длительном прохождении тока резисторы перегреваются, что вызывает коробление или перегорание их отдельных элементов. Все это необходимо учитывать при взятии поездов с места, особенно на подъемах, при маневровой работе и при следовании поезда по местам, где установлена скорость не выше 15 км/ч. Необходимо также учитывать, что езда с включенными резисторами приводит к перерасходу электрической энергии. Разгон на последовательном соединении тяговых двигателей заканчивается на безреостатной позиции, но для того, чтобы пусковые резисторы несколько остыли, применяют ослабление возбуждения. Пуск в этом случае получается более экономичным, так как снижаются потери на нагрев резисторов. Необходимо учитывать, что если разгон поезда ведется с малыми токами, а время на перегон резко ограничено, ослабление возбуждения можно не применять.

Разгон поезда электровозами переменного тока ВЛ80^К и ВЛ80^Т. При большом весе разгон поезда производится при токе якоря тяговых двигателей до 800-1000 А. При малых и средних весах возможен разгон поезда при токах 550-650 А, а затем, постепенно увеличивая позиции контроллера, доводят ток и напряжение до номинального в зависимости от перегонного времени хода и профиля пути. При разгоне тяжеловесных поездоз применяют ослабление возбуждения тяговых двигателей. К п.д. в этом случае повышается, так как чем выше ослабление возбуждения, тем меньше магнитные потери. Для разгона используют первую или вторую ступень, а иногда и третью. Это увеличивает скорость в коротких интервалах. Включение ослабления возбуждения на электровозах ВЛ80^К необходимо производить при достижении скорости 50- 55 км/ч. Режим второй ступени ослабления возбуждения при оптимальном напряжении в контактной сети на электровозах ВЛ8, ВЛ10, ВЛ80, ВЛ60 самый экономичный. Замерами установлено, что при разгоне поезда электровозом ВЛ10 на подъеме 7%о с применением ослабления возбуждения на параллельном и параллельно-послсдоватсльном соединениях тяговых двигателей расход электроэнергии на 10 кВт-ч меньше, чем без применения ослабления (рис. 13).

Рис 13. Кривые разгона грузового поезда:

а - с применением трех ступеней ослабления возбуждения (рксчод электро энергии 113 кВт ч), б - ос.* применения ослабления возбуждении (расход электроэнергии Г’Г) кВт ч)’ о у - кривая установившейся скоро«.; л, 1 - ¦ реостатные позиции. 2 % 4 - соответственно последовательное, последовательно паралледьное и параллельное соединения тяговых д'зиигслей, 5, 0, 7- соответственно первая, нтоная и третья ступени ослабления возбуждения

Разгон пассажирского поезда электровозом ЧС2. При взятии поезда с места необходимо как можно быстрее выходить на ходовую позицию, держа при этом ток разгона около 600 А, если впереди следует подъем. Если же впереди площадка или спуск, то, сообразуясь с режимом ведения поезда, используя расписание движения и таблицу усредненных скоростей, разгон можно производить при токах 400-450 А.

Разгон поезда на горном участке лучше производить, нс допуская большого нарастания тока, чтобы избежать боксования. Разгонять поезд следует до требуемой скорости и с этой скоростью двигаться по подъему, нс допуская потери установившейся скорости.

Разгон электропоезда. Если впереди профиль пути легкий и имеются возможности его проследования на «выбеге», машинист осуществляет разгон поезда до максимально необходимой скорости на параллельном соединении тяговых двигателей при ослабленном возбуждении. Если впереди профиль пути тяжелый (подъем, наличие кривых), возможность использования длительного «выбега» отсутствует из-за резкого падения скорости поезда. Машинисту приходится на перегоне производить повторные пуски и разгоны, что вызывает дополнительные потери электроэнергии в пусковых резисторах и тяговых двигателях. Способ разгона в таких случаях и движение поезда по перегону могут быть зыгодными при постоянной, примерно неизменной скорости движения. Машинист подбирает такое положение рукоятки контроллера машиниста, при котором движение поезда будет соответствовать установившемуся режиму, а скорость - выполнению графика движения поезда. Площадку или¹ спуск перед затяжными подъемами необходимо использовать для разгона поезда. В этих случаях в период разгона машинист должен учитывать кинетическую энергию, которая пропорциональна весу поезда и квадрату скорости. Чем выше скорость подхода к подъему, тем меньше будет израсходовано электроэнергии на его преодоление. Поэтому перед затяжными подъемами машинист производит по возможности максимальный разгон поезда на ослабленном возбуждении параллельного соединения тяговых двигателей, что соответствует IV положению рукоятки контроллера машиниста. После разгона машинист выключает тяговые двигатели, делает небольшой «выбег» до необходимой скорости, затем ставит рукоятку контроллера в одно из выбранных положений для поддержания постоянной установившейся скорости но всему перегону.

Описанный выше способ разгона поезда выгоден на участках, где применен зонный график движения или расстояние между остановочными пунктами не менее о км. На площадке так же, как и на подъеме при длине перегона более 5 км, экономичнее равномерное движение. Процесс разгона связан с накоплением кинетической энергии, которую приобретает поезд, набирая скорость. При разгоне поезда на подъеме (рис. 14, кривая 1) наибольший к.п д. разгона достигается при скорости 65-70 км/ч.

При больших скоростях к.п.д. разтона резко снижается. На площадке (кривая 2) к.п.д. разгона наибольший при скорости 80 км/ч. Разгон поезда на спуске (кривая 3) характеризуется наивысшим к.п.д. разгона, который может доходить до 100 %. Это объясняется тем, что на спуске прибавляется потенциальная энергия. Следовательно, в этом случае наиболее выгодным является движение на максимальных характеристиках тяговых двигателей. При коротких перегонах, когда поезд движется со всеми остановками, разгон поезда следует производить с расчетом максимального использования «выбега» и максимально эффективного торможения. Очень важно выбрать правильное положение рукоятки контроллера, а следовательно, соединение тяговых двигателей.

Рис 14. Кривые к.п.д. разгона электропоезда ЭР2 в зависимости тт достигнутой скорости на участках разного профиля пути

Опытными поездками установлено, что при скорости до 50 км/ч наиболее экономичным является II положение рукоятки контроллера, что соответствует последовательному соединению тяговых двигателей с ослабленным возбуждением. При этом нет дополнительных потерь в пусковых резисторах, которые существуют при переходе на последовательно-параллельное соединение тяговых двигателей, а также несколько уменьшены потери в самих тяговых двигателях. При скорости движения свыше 50 км/ч II положение рукоятки контроллера становится невыгодным из-за малой интенсивности разгона, т. с. время достижения заданной скорости увеличивается, а следовательно, возрастает время езды под током. Особенно это наблюдается в часы «пик», когда поезда идут перенаселенными и напряжение в контактной сети занижено. В этих случаях экономичнее параллельное соединение тяговых двигателей с ослабленным возбуждением, что соответствует IV положению рукоятки контроллера. Следует учесть, что экономию времени дает более интенсивный разгон поезда до определенной установившейся скорости, которую можно набрать при IV положении рукоятки контроллера в зависимости от профиля пути и населенности вагонов. В табл. 8 показаны средние значения замеров, произведенных на электропоездах ЭР2.

Необходимо отметить, что процесс разгона на ряде перегонов из-за особенностей профиля пути, ограничения скорости может осуществляться несколько раз. Статистика показывает, что повюрпый разгон на пере*

Примечание Замеры производились на равнинном профичс пути - площадке, на И положении рукоятки контроллера при скорости Со км.ч и III -при скорости из км/ч (движение установившееся)

гонах имеют 15--25 % различных поездов. Это сказывается на увеличении расхода электрической энергии. Для определения средней скорости проследования поезда по перегонам машинисты составляют таблицу (табл. 9). Рассмотрим пример. Допустим, что длина перегона 10 км, а время прохода его (по расписанию) 9 мин. Следовательно, при равномерной скорости движения на проход 1 км пути должно затрачиваться 0,9 мин.

Пользуясь табл. 9, находим ближайшие значения: 0,92 мин, что соответствует скорости 65 км/ч (минимальная), и 0,86 мин - 70 км/ч (максимальная). Учи-

Таблица 9

тывая, что в расчетную скорость нс вошло дополнительное время, которое затрачивается при разгоне поезда и торможении, принимать следует скорость максимальную. Передовые машинисты используют данную методику, составляя или корректируя режимные карты движения поездов.

Машинист в период нагона поезда для расчета скорости берет реальное время отправления его с остановочного пункта и время прибытия поезда на следующую остановку согласно расписанию. Если он может осуществить нагон поезда на данном перегоне, то определяет среднюю скорость. Если же опоздание слишком велико, машинист осуществляет нагон с максимально допустимой скоростью.

Ведение грузового поезда по спуску. Если впереди подъем или площадка, необходимо в конце спуска повысить скорость до максимальной, чтобы подъем проследовать с малыми токами, а площадку по возможности с выключенными тяговыми двигателями.

Например, скорость в конце спуска могла бы быть по состоянию пути 80 км/ч, а машинист по каким-либо причинам проехал этот участок со скоростью 50 км/ч. Потерянную электроэнергию из-за малой скорости в конце спуска можно подсчитать по формуле

При весе состава 4000 тс потеря электроэнергии составит 19,6 кВт-ч.

Необходимо также помнить, что при ведении поезда по подъему, предшествующему спуску, машинист должен своевременно перейти на «выбег», чтобы, следуя по спуску, нс применять пневматического торможения. Если при этом с опозданием выключить контроллер на 10 с при токе 300 Л, напряжении в контактной сети 3000 В и параллельном соединении тяговых двигателей (четыре группы) на электровозе ВЛ8 (ВЛ10), перерасход электроэнергии составит

Рис. 15. Расход электроэнергии при ведении грузового поезда по участку перед подъемом со скоростью (км/ч): и - Г), 0 - То, 1 - движение коезда с выключенным кон;роллером на rapp •! -ч "Ь: ом соединении и т>*мя ступенями ослабления возбуждения, 2 - к:м.-<1Я скорости, 3 - юрмо, ение поезда, 4 - профиль пути, /1р- оас\од

электроэнергии

Когда грузовой поезд со спуска переходит на площадку, а за гем на подъем и скорость поезда в середине спуска по каким-либо причинам нс может достичь 45 50 км/ч, в этих случаях машинисту необходимо бк почить контроллер на параллельное соединение и дать три ступени ослабления возбуждения с таким расчетом, чтобы к подъему подойти с максимальной скоростью. Далее с увеличением тока постепенно снимать ослабление тока с таким расчетом, чтобы нс возникли сильные динамические усилия в поезде. На затяжном подъеме в зависимости от веса поезда и профиля пути надо следовать на полном возбуждении (рис. 15).

При вождении поездов на участках, где насыщение поездов максимально допустимое (так называемые методы вождения поездов «вслед», когда машинист едет по желтому или желто-красному сигналу локомотивного светофора), необходимо, нс допуская излишнего

применения автотормозов поезда, заблаговременно производить сброс позиций контроллера (в зависимости от профиля пути).

Учитывая, что только одна фаза движения (разгон) является активной, а в других фазах теряется приобретенная в период разгона кинетическая энергия поезда, общий баланс расхода поездом электроэнергии Л_э можно подсчитать по формуле

А_э = Лкин.р + Л('Р + ^ск - Лрек -р Л„.

где Лцин.р - расход кинетической энергии для разгона поезда;

А-л_р - расход электроэнергии на преодоление сопротивления движению при разгоне;

- расход электроэнергии на преодоление подъемов в процессе разгона;

Ас„ - расход электроэнергии на собственные нужды;

Лреи - то же на рекуперацию;

А_п - пусковые потери электроэнергии.

Основные величины общего баланса электроэнергии на секцию электропоезда ЭР2, рассмотренные на примере перегона длиной 3 км, приведены в табл. 10. По данным табл. 10 можно определить, какой процент от общего количества электроэнергии приходится иа тормоза, реостаты, двигатель и другие элементы.

Таблица 10

Примечание. Общий баланс потребления электроэнергии в зависимости от скорости определен тяговыми расчетами. При практических замерах эти значения несколько изменяются.

Фаза установившегося движения на пригородных электропоездах (см. рис. 12). Эта фаза приме-нястся на участках со сложным профилем пути, т. е. там, где усложняются условия «выбега», например при движении поезда по затяжному подъему и при применении усредненных скоростей. Машинисты в своей практической работе по возможности стараются уменьшить или вообще ее нс применять за счет увеличения «выбега». На коротких перегонах при любом профиле пути установившееся движение, как правило, не применяется. Время хода в фазе установившегося движения (в с)

I - Ор + /в 4" 1-і)

Где 1 - длина перегона или дальность безостановочного движения поезда, м;

1_Р - путь, пройденный поездом в период разгона, м;

/в - путь, пройденный при «выбеге», м;

/т - путь, пройденный при торможении, м.

Величина /-(/_Р + /.,-Ь/т) характеризует путь, проходимый поездом с установившейся скоростью.

Время хода в период «выбега» (см. рис. 12)

С = («у - Ц,),'«:,,

где и_у - скорость установившегося движения, м/с²; и_н- скорость начала торможения, м/с; ав - среднее замедление при «выбеге», м/с².

Необходимо учитывать, что при движении поезда по спуску и_т может быть больше V), а а_я может рассматриваться как ускорение. Такое явление наблюдается в тех случаях, когда к кинетической энергии прибавляется потенциальная.

Согласно статистическим данным и анализу исследования режимов движения фаза «выбега» применяется в эксплуатации пригородных электропоездов очень часто, почти па всех поездах с механическим торможением. При нормальном режиме ведения поезда, т. е. по расписанию, «выбег» занимает от 30 до 80 % общего времени хода по перегону. Так, при средней длине перегонов 3 км продолжительность «выбега» составляет около 65 %• Машинисты стремятся максимально увеличивать время «выбега» (/_в). Учитывая, что общее

Рис. 16. Зависимость скорости начала торможения от скорости начала «выбега» при стоимости электроэнергии

=0,009 руб/кВт-ч (кривая /) и 0,02 руб/кВт-ч (кривая 2)

время по перегону и интенсивность торможения известны заранее, остается решить вопрос правильного выбора момента выключения тяговых двигателей, т. е. момента перехода электропоезда на «выбег». От фазы «выбега» зависит фаза торможения (рис. 16). Поздний переход на «выбег» приведет к необходимости начать торможение при большей скорости. Следовательно, лишняя электрическая энергия, затраченная при разгоне поезда, поглотится в тормозах. При раннем переходе на «выбег» может быть не выдержано установленное время хода поезда по перегону.

Для определения правильного «выбега» на участке необходимо проанализировать различные варианты по каждому перегону. 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.

В трудах ВНИИЖТа рассматривается методика по выбору наивыгоднейшего режима движения пригородных пассажирских электропоездов и, в частности, растет экономически оправданной фазы «выбега» для поездов ЭР1 (постоянного тока) и поездов ЭР9П (переменного тока). Расчетное значение «выбега» берется в зависимости от стоимости 1 кВт-ч электроэнергии на токоприемнике с учетом потерь в контактной сети, стоимости контактной сети, тяговых подстанций, вагонов поездов, а также амортизационных отчислений на их ремонт.

Однако в практике скорость v_н бывает значительно ниже расчетной, так как на «выбег» машинисты стараются перейти как можно раньше.

Фаза торможения поезда (см, рис. 12), Время хода поезда за период торможения

tт = Рн^ср»

где Ьср -величина среднего тормозного замедления, м/с^г.

От скорости начала торможения о_н и тормозного режима в значительной степени зависит расход электрической энергии. На электровозах и электропоездах с пневматическим торможением чем меньше время и, тем больше экономический эффект. На электропоездах и электровозах с рекуперативно-реостатным торможением машинисты стараются затянуть процесс рекуперации за счет уменьшения интенсивности торможения и тем самым увеличить отдачу рекуперативной энергии.

Режим торможения определяется многими факторами, оказывающими на него непосредственное влияние (скорость начала торможения, загрузка вагонов, состояние рельсов, регулировка тормозной рычажной передачи, опыт локомотивной бригады и др.).

Скорость 1)_н зависит от режима разгона и продолжительности выбега. Выбор начала торможения и его интенсивность зависят от графика движения и квалификации машиниста. Часть машинистов на электропнев-матических тормозах производит подъезд к остановочному пункту н полную остановку поезда при помощи ступенчатого торможения с переходом на ступенчатый отпуск (рис. 17,а). Ступенчатое торможение осуществляют различным давлением на колодки, а следовательно, в процессе его несколько раз изменяется интенсивность.

Тормозной путь в этом случае значительно увеличивается, что приводит к увеличению времени хода поезда в период торможения ^_т. При увеличении времени на остановки перегонное время хода уменьшается, и машинисту для выполнения графика движения приходится увеличивать перегонную скорость, а это приводит к перерасходу электрической энергии. Ступенчатое торможение применяют машинисты низкой квалификации, так как оно не требует точного расчета тормозного пути и исключает возможность появления юза. Можно тормозить и таким методом: в начальный период применять интенсивное торможение, а с понижением скорости снимать тормозное усилие, т. е. подъезд и остановку поезда осуществлять за счет ступенчатого отпуска (рис. 17,6). При таком режиме тормозной путь

Рис. 17. Режимы торможения поезда на электропневматическия тормозах:

а - ступенчатое торможение и ступенчатый отпуск; б - интенсивное тормо-жечие и ступенчатый отпуск; в - одноступенчатое торможение; г -с на* чальным подтормаживанпем н ступенью отпуска

Ь_т и время хода поезда (_т немного меньше по сравнению с величинами в случае ступенчатого торможения и ступенчатого отпуска, но все же остаются увеличенными.

Передовые машинисты с большим опытом работы и высокой квалификацией применяют наиболее эффективный режим торможения - одноступенчатый (рис. 17,в). Интенсивность торможения при этом способе максимальная, а тормозной путь /,_т и время хода поезда /_т минимальные. Но такой способ торможения на грязных рельсах нс исключает возможность появления юза и требует точного расчета тормозного пути.

Наиболее правильным режимом торможения как с точки зрения экономии электрической энергии, так и с позиции исключения нежелательных последствий считается режим с незначительным подтормаживанисм в начальный период (доли секунды) и последующим полным торможением (рис. 17,г). Применяя ступень незначительного подтормаживания на грязных рельсах, машинист производит очистку бандажей колесных пар от грязи и масла, при этом улучшается сцепление колес с рельсами. Время, затрачиваемое на процесс торможения, н теряемая кинетическая энергия при торможении на электропоездах ЭР2 (ЭР1) в зависимости от скорости приведены в табл. 11.

Из анализа баланса энергии для электропоездов можно сделать вывод, что половина се теряется в тормозах. Чем короче перегон, тем больше потерь происходит в тормозах.

Таблица 11

Примечание Время торможения определялось практическими замерами на небольшом уклоне (ретьсы чистые). Энергия, теряемая при торможении, Р'КЧчитана в соответствии с Правилами тягоных расчетов для поезд-рой работы

Рис. 18. Кривые потери электроэнергии на секции ЭР2 в процессе торможения и времени хода на площадке в зависимости от скорости начала торможения

На рис. 18 кривая /(у) доказывает время движения в зависимости от скорости начала торможения при действии тормозной силы, рассчитанной но правилам тяговых расчетов. Чем больше тормозные силы, тем короче тормозной путь. Однако большая тормозная сила требует и большей силы сцепления колес с рельсами.

Увеличение скорости движения приводит к увеличению расходования электроэнергии не только ври разгоне, но и при торможении. Чем короче перегон, тем больший процент от всей потребляемой энергии составляют тормозные потери. Они растут также при уменьшении пути движения на «выбеге».

Для надежности торможения тормозные нажатия в поезде рассчитываются так, чтобы удельные тормозные усилия не превышали наименьшего коэффициента сцепления колес с рельсами порожних вагонов. В вагонах с пассажирами удельные тормозные усилия становятся меньше. В табл. 12 приведены сравнительные показатели торможения при тормозных усилиях обычных и увеличенных Т_с на 20 %. В графе ДГ показан выигрыш во времени при применении наиболее интенсивного торможения. Последняя графа ДГ=Т₂-(7\ +

+ 7_С).

Поэтому на коротких перегонах, особенно при нагоне опоздания поезда, когда малый «выбег», применение интенсивного торможения сокращает время на торможение, которое можно использозать при движении поезда по перегону, а это уменьшает расход электроэнергии. В табл. 12 приведено время (7), которое затратил бы поезд в случае более интенсивного торможения, чтобы пройти путь Ь₂-Ь\.

При движении поезда по спуску, наличии предупреждений или опробовании тормозов на эффективность машинисту приходится применять регулировочные торможения. Необходимо помнить, что каждое дополнительное торможение поезда вызывает ¦расход от 30 до

ШО кВт-ч электрической энергии. Поэтому применение автотормозов поезда должно всегда быть обоснованном и расчетливым. При опробовании тормозов на эффективность машинист обязан снизить скорость на 10 км/ч и только после этого отпустить тормоза. С гружеными составами тут все в порядке, а вот с Порожними иногда скорость падает до нуля. При большой скорости движения и необходимости выполнить предупреждение о снижении скорости до 15-20 км/ч на опуске, обеспечивая безопасность движения, очевидно, целесообразно с грузовым поездом снижать скорость торможением в два приема. Так поступают потому, что за один прием трудно рассчитать момент отпуска автотормозов и поезд может остановиться, а на взятие его с -места потребуется расход дополнительной электроэнергии. При ведении поезда по спуску скорость зачастую регулируют с перепадом 10-15 км/ч от момента торможения до момента отпуска. Передовые машинисты пассажирских поездов при безусловном обеспечении безопасности движения регулировочное торможение производят следующим образом. Давление снижают в уравнительном резервуаре на 0,5 кгс/см² и ручку крана машиниста ставят в IV положение. После окончания выпуска воздуха из магистрали сразу же производят отпуск автоматических тормозов, ставя ручку крана машиниста в положение I. Скорость при таком торможении должна снизиться на 5 км/ч. Если снижение скорости происходит на большую величину, давление в уравнительном резервуаре регулируют до минимального, т. е. до 5 кгс/см². Если же скорость снижается менее чем на 5 км/ч, давление регулируют до 5,2 кгс/см².

Станционные пути с ограничением скорости необходимо стараться проходить без торможения, за счет своевременного перехода на выбег. Если же возникла необходимость тормозить, то это делать надо с таким расчетом, чтобы скорость нс снижалась ниже установленной. Торможение поездов до полной остановки иногда применяется комбинированное-с применением рекуперации и автотормозов. В этом случае необходимо при помощи рекуперации снизить скорость до 15- 17 км/ч и затем применить автотормоза до полной остановки поезда.

Лучшие результаты по экономии электроэнергии при регулировочном торможении дает рекуперативное торможение.

Перед остановкой поезда, особенно грузового, машинист должен применить прямодействующий тормоз, чтобы остановить состав в сжатом состоянии. Это позволит при отправлении нс сжимать состав для взятия его с места. В результате сокращается расход электроэнергии при трогании поезда.

Очень важно с точки зрения расходования электроэнергии, чтобы на пассажирских поездах дальнего следования всегда был исправен элсктропнсвматичсский тормоз. В этом случае появляется возможность ступенчатого отпуска тормозов. При этом совершенно не играет роли, сколько вагонов в составе, так как все тормозные приборы срабатывают одновременно.

Фаза стоянки поезда (см. рис. 12) включает в себя длительность стоянок поездов для посадки и высадки пассажиров, погрузки и выгрузки багажа в пассажирских и багажных поездах, пропуска встречных поездов при скрещениях на однопутных участках, а также незапланированных остановок, т. е. не заложенных в график движения поездов (у входных и проходных сигналов, при возникновении каких-либо препятствий на пути движения поезда). В любом случае всякая остановка поезда влечет дополнительный расход электроэнергии. В служебном расписании для электропоездов, как правило, на промежуточную остановку предусматривается 30 и 00 с. Для пассажирских поездов это время измеряется минутами, но остановок закладывается расписанием намного меньше, чем в пригородных поездах.

Фактическое время стоянки 1'_с может быть меньше, равно или больше времени стоянки /_с, определенного расписанием. При У_с</_с на величину А/_с время движения по следующему перегону увеличивается на величину А/_с. Это приводит к уменьшению скорости движения, а следовательно, к сокращению расхода электроэнергии. Время по участку /_у,, = 17^, Пср + 2/с, величина должна оставаться постоянной.

Возможности использования части времени стоянок при движении поезда но перегону не везде одинаковые, так как пассажиропоток в населенных пунктах различен и распределение пассажиров в поезде неравномерно. Сосредоточение их в вагонах зависит от расположения посадочной платформы и выхода на нее (тоннели, переходные мосты). Па некоторых остановочных пунктах посадка л высадка пассажиров производятся из одного или двух вагонов, что приводит к увеличению стоянок.

Практически средняя длительность стоянок пригородного поезда сокращается по сравнению с расписанием. В некоторых рейсах (малонаселенные поезда) сокращение времени стоянок достигает более 50 %. На скоростных перегонах даже незначительное сокращение стоянки приводит к большой экономии электрической энергии. Так, на перегоне длиной 2 км при времени 1I2 с возникает необходимость разгона поезда до 100 км/ч («выбег» в этом случае отсутствует), расход электроэнергии в десятивагонном поезде ЭР2 составит 30 кВт-ч. Увеличение времени движения поезда на этом перегоне на 10 с за счет сокращения стоянки приводит к уменьшению скорости разгона до 88 км/ч, следовательно, и расход энергии сокращается до 55 кВт-ч. Уменьшение времени стоянок нс должно сказываться на культуре обслуживания пассажиров.

Большое влияние на продолжительность стоянок поезда на промежуточных остановочных пунктах оказыпаст слаженность в работе локомотивной бригады и проводника - главного кондуктора. Проводимые ими операции по передаче информации машинисту об окончании высадки и посадки пассажиров и закрывании автоматических дверей должны осуществляться четко и быстро. Машинист, возглавляющий локомотивную бригаду, должен систематически проводить работу с помощником и проводником по отработке процесса отправления поезда. Особое внимание машинист должен обращать на профиль пути, на котором располагается остановочный пункт. Опытные машинисты отпускают заранее тормоза, чтобы при наличии сигнала отправления немедленно начать движение.

Дополнительный расход электроэнергии на стоянку пассажирских и грузовых поездов во многом зависит от профиля пути, выбранного для остановки, от того, насколько грамотно остановлен поезд (неообходимо, чтобы он был в сжатом состоянии), от оперативности работников движения в открытии сигнала и работников багажного отделения по выгрузке багажа.

Режим вождения грузовых поездов с остановками на участковых станциях. Повышение грузонапряженности железнодорожных линий и повышение скоростей движения поездов увеличивают затраты электроэнергии, связанные с остановками грузовых поездов при приеме на участковые станции. Расходы эти можно сократить рациональным режимом вождения поездов и рациональной конструкцией горловин участковых станций.

Режимов вождения грузовых поездов при приеме на участковую станцию с остановкой можно предлагать множество. Рассмотрим некоторые из них. Возможен вариант № 1, когда поезд замедляется в режиме выбега за счет удельных сил сопротивления движению. Расход энергии в этом случае минимален, но время на замедление максимальное. Такой вариант возможен на двухпутных участках, когда увеличение времени приема одного поезда не приводит к задержкам у входных сигналов идущих поездов. Этого можно добиться за счет малого числа прохождения поездов в сутки (менее 20 пар) или за счет совершенствования горловин станций, путем строительства дополнительных параллельных вводов, когда сигнал вслед идущему поезду

можно открывать, нс дожидаясь полной остановки прибывающего поезда.

При варианте № 1 во время следования поезда но инерции с выключенной тягой с увеличением протяженности пути в наибольшей степени возрастают расходы от потерь времени на замедление. Особенно резко они увеличиваются при полной остановке поезда только за счет сил удельного сопротивления движению при скорости 15-10 км/ч на последних 200-300 м (рис. 19,а).

Дополнительное время замедления вызванное остановкой грузового поезда только за счет удельных сил сопротивления движению, можно определить по формуле

В случае движения поезда по инерции отсутствует расход электроэнергии на всем участке /_ин (вариант № 1).

Возможен вариант ЛЬ 2, когда грузовой поезд останавливается за счет удельных сил сопротивления движению при езде иа «выбеге» и за счет применения автоматического торможения. Расход электроэнергии будет зависеть от протяженности пути, пройденного по инерции, т. е езды на выбеге. С практической точки зрения такой вариант является наиболее оптимальні м (рис. 19, б). Расчеты показывают, что наименьшие расходы электроэнергии получаются при движении поезда по инерции и применении автоматического торможения до полной остановки поезда. При таком оптимальном варианте по затратам электроэнергии время приема поездов на станцию возрастает за счет движения по инерции, но при средних и малых размерах движения это не приводит к задержке вслед идущих поездов у входных сигналов.

Дополнительные затраты времени при варианте Л? 2 можно определить:

Однако с увеличением размеров движения с малыми резервами пропускной способности и высокими скоростями при электрической тяге применение оптимального варианта режима ведения поезда .может привести к задержке большого числа вслед идущих поездов при их приеме на участковую станцию, а это может сдерживать вагоноиоток целого направления.

В этом случае необходимо применять режимный вариант ЛЬ 3, когда поезд перед остановкой на станции движется с максимально возможной скоростью и лишь на последнем участке пути, применяя служебное торможение, останавливается. Время приема грузового поезда минимально, а затраты электроэнергии максимальные. Такой вариант приема грузовых поездов применястся на особо загруженных двухпутных линиях, когда даже малейшее увеличение времени следования одного поезда может вызвать задержки других поездов. В этом режиме движение по инерции может совсем отсутствовать (рис. 19, в). Дополнительные затрать; времени при остановке в этом случае будут состоять из Д?_т - времени, затрачиваемого на проход тормозного пути при замедлении поезда за счет применения автоматических тормозов.

Дополнительные затраты времени зависят от начальной скорости торможения. При малых скоростях протяженность тормозного пути невелика и дополнительное время минимально, при высоких же скоростях потери времени при замедлении значительно возрастают.

Дополнительные потери при этом для всех вариантов можно подсчитать следующим образом:

?сст = Л*1 Сп.-г^энср ¹Т •

где Л?|-дополнительное время замедления грузового поезда при его приеме на участковую станцию, ч; г_П'1 - стоимость иоездо-часа простоя грузового поезда, руб.; ?'_эиер- энергетические расходы, необходимые для преодоления грузовым поездом расстояния в 1 км при движении с установленной скоростью для заданного направления, РУб ,

-протяженность пути, проходимого грузовым поездом под тягой, км.

Затраты электроэнергии при остановке грузового поезда для любого варианта

? ?^|кр ?энер (С|1| ^ИII) •

где 1ии - протяженность участка, проходимого по инерции, км;

Си - протяженность пути, проходимого поездом от момента выключения тяговых двигателей до полной остановки, км.

Режим следования поезда по перегону в зависимости от напряжения на электровозах переменного тока.

Некоторые локомотивные депо в режимных картах для электровозов переменного тока строго регламентируют ступени регулирования напряжения тяговых двигателей (позиции ЭКГ). Такая регламентация справедлива при определенных идеальных условиях, например при постоянном уровне напряжения на токоприемнике электровоза. Однако в практике уровень напряжения изменяется в большом диапазоне - от 18 до 30 кВ.

Машинисту для выполнения графика движения приходится на ходу менять режим работы электровоза в зависимости от изменения напряжения, иногда выбирая не самый лучший вариант по расходу электроэнергии. Так, при низком уровне напряжения, если будет строго соблюдаться режимная карта по позиция?,! ЭКГ, нет гарантии выполнения заданной скорости и общий расход электроэнергии будет завышен. Отсюда возникает необходимость, чтобы в режимных картах отмечались не только положения контроллера или позиции ЭКГ, но и указывалась скорость, до которой необходимо разгонять поезд.

Для определения энергетических и технических показателей электровоза в зависимости от уровня напряжения на токоприемнике рассмотрим режим работы электровоза ВЛ80^Т на 25-й позиции ЭКГ при движении с поездом весом 1000 тс на площадке и подъемах 5 и 10 %₀ при напряжениях сети 19; 25; 29 кВ. Для сравнения энергетических данных электровоза в зависимости от уровня напряжения сети можно использовать два важных энергетических показателя: к.п.д. локомотива т} и удельную величину приведенных энергетических затрат (в кВт-ч) на тягу поезда а, определяемую расходом электрической энергии на 1 км пути в режиме тяги.

К.п.д. локомотива можно вычислить как отношение полезной мощности Рэк, реализуемой на ободах колес и пропорциональной произведению силы тяги Г_к на скорость V, к полной потребленной (первичной). Приведенные же энергетические затраты пропорциональны частному от деления силы тяги электровоза на его к.п.д. Энергетическая эффективность режима оказывается выше сравниваемого, если с повышением уровня напряжения сети темпы роста скорости, полезной мощности и к.п.д. локомотива опережают прирост сил сопротивления поезда до_к, сил тяги электровоза и удельных (приведенных) энергетических затрат. В любом случае такой режим экономически оправдан и, следовательно, целесообразен. На рис. 20 и 21 показано, как влияет уровень напряжения сети на к.п.д. электровоза, и дана

зависимость энергетиче- _; ских затрат электровоза ' от напряжения сети. Повышение уровня напряжения на токоприемнике электровоза пропорционально увеличивает скорость и полезную мощность локомотива прн незначительном росте сил сопротивления движению.

Это требует некоторого повышения тока и тяги двигателей, но не приводит к увеличению энергозатрат, потому что электровоз переходит в более •экономичный .режим работы со значительно большим к. п. д.

В табл. 13 приведены расчеты тягово-энергетических показателей работы электровоза ВЛ80^Т.

Например, при движении поезда по 5 %о-ному ‘ ’ '

подъему увеличение напряжения сети с 19 до 29 кВ, т. е. на 53 %, приводит к росту скорости движения на 52 % и мощности на 62 %¦ Силы сопротивления движению поезда в этом случае возрастают на 6,7 % и такой же прирост сил тяги электровоза вызывает увеличение тока двигателей на 4,8 %• Но в результате повышения к.п.д. электровоза на 4,6 % удельные энергетические затраты возрастают всего лишь на 0,9 %• Учитывая, что повышение уровня напряжения сети оказывает положительное влияние на тяговые и энергетические показатели электровоза, так как с ростом скорости повышается энергетическая эффективность локомотива (увеличивается его к.п.д., рациональнее используется электроэнергия), машинисту, очевидно, необходимо в режимных картах указывать напряжение и ток тягового двигателя в зависимости от веса и длины поезда, профиля пути и скорости движения.

Вождение пассажирских поездов в отличие от грузовых имеет свои особенности как при взятии состава с места, так и при движении по перегону, а также по управлению автотормозами. Многие пассажирские составы оборудованы электропневматическим тормозом, что в значительной степени сокращает время »а остановку поезда и облегчает тормозной процесс. При тро-гании поезда с места необходимо стремиться быстрее выходить на ходовую позицию. Если же впереди следует подъем, разгон делают на таках 500-550 А (элект-ровоз ЧС2), если разгон делается на площадке, предшествующей спуску, или на спуске, то разгон лучше делать на токах порядка 400-450 А.

При разгоне поезда на горном участке лучше не допускать большого нарастания тока, а следовать с постоянной средней скоростью по всему подъему. При разгоне поезда на площадке или уклоне необходимо пользоваться ослаблением возбуждения и держать его до тех пор, пока идет спад тягового тока до 340-360 А, например при последовательном соединении, а затем для поддержания скорости переходить на полное возбуждение при токах 120-130 А. Если время слишком ограничено, то после снятия ослабления возбуждения надо перейти на последовательно-параллельное и на параллельное соединения тяговых двигателей. При вынужденной потере скорости (из-за наличия предупреждений, следования под желтый сигнал светофора) разгон лучше производить на площадке или спуске. При персвалистом профиле пути, когда впереди небольшой, незатяжной подъем, поезд перед подъемом разгоняют на последовательно-параллельном соединении, а сам подъем проходят на «выбеге» или поддерживают движение на последовательном соединении При следовании по спуску потерянную скорость компенсируют. Переходы с высшей скорости на низшую по возможности необходимо производить без применения автотормозов, за счет своевременного отключения контроллера и перехода на «выбег». В тех случаях, когда неизбежно торможение, необходимо тормоза применять так, чтобы скорость нс снижалась ниже установленной. Указанные рекомендации могут иметь отклонения в зависимости от особенностей каждого электровоза ЧС2.

Методы усредненных скоростей. Многие машинисты при вождении пассажирских и пригородных поездов применяют методы усредненных скоростей или усредненного времени. При определенных условиях вождение пассажирских поездов без больших перепадов скорости движения дает определенную экономию электрической энергии.

Ыа участке с однородным профилем пути (площадке или подъеме) машинист ведет поезд с заранее подсчитанной средней скоростью, но для этого ему необходимо все плечо разбить на несколько зон, сгруппировав нх по сложности. Например, тяжелый профиль (подъемы) поезд необходимо вести на режиме с возможно наименьшим током для поддержания определенной скорости. Но иногда в силу сложившейся обстановки поезд опаздывает. В этом случае необходимо снова пересчитать усредненную скорость с учетом поправки на нагон. И здесь очень важно определить, на каком элементе профиля лучше реализовать максимальную скорость. На подъеме, особенно на крутом, нагон приводит к большому перерасходу электроэнергии. Так, например, для поднятия скорости с 50 до 90 км/ч па 2%о-ном подъеме расход электроэнергии составит 150 - 160 кВт-ч, а па 7%₀-ном - 380-390 кВт-ч.

При составлении режимных карт по ведению поездов необходимо учитывать коэффициент полезного действия тяговых двигателей для тех условий, т. е. участков, на

Рис. 22. Кривые скорости разгона электропоезда:

G - ДО максимальной С последующим «выбегом» И ТООМО/КСНМеМ, б - до установившейся с дальнейшим «выбегом» и переходом на торможение которых работают электровозы или электропоезда. Для того чтобы убедиться в справедливости выгоды применения усредненных скоростей, рассмотрим силы сопротивления движению, действующие на электропоезд или пассажирский состав (необходимо учитывать, что для поддержания равномерной скорости электропоезд или электровоз должен развивать силу тяги, равную сумме сил сопротивления движению поезда). Электропоезд должен проследовать равнинный участок длиной 11 км за 10 мин. В первом случае машинист разогнал поезд до максимальной скорости 100 км/ч и далее перешел па длительный «выбег» (рис. 22,а). Согласно ПТР для такого участка на разгон поезда ЭР1 (ЭР2) до скорости 1>р=Ю0 км/ч расходуется электроэнергии 93,5 кВт-ч. Во втором случае выбран режим ведения поезда с установленной средней скоростью (рис. 22, й) с проездом максимального расстояния под током. Скорость разгона из рис. 22, б

Удельное сопротивление движению по табл. 1 ПТР для скорости 69 км/ч ш₀=2,87 кгс/тс.

Согласно ПТР на разгон поезда до 69 км/ч расходуется электроэнергии 41,8 кВт-ч. На преодоление основного сопротивления движению в режиме тяги при поддержании скорости 69 км/ч расход электроэнергии составляет

Общий расход электроэнергии составит 41,8 + 40,4 = = 82,2 кВт-ч. Сравнивая первый и второй методы разгона, получим, что при ведении поезда по методу усредненных скоростей расходуется электрической энергии меньше на 93,5-82,2= 11,3 кВт-ч, или на

Пример для пассажирского поезда. Пассажирский, поезд должен пройти равнинный участок длиной 9,6 км за 6 мин. В первом случае поезд проследовал участок

4,6 км со скоростью 80 км/ч (за 3,5 мин] и остальные 5 км - со скоростью 120 км/ч (за 2,5 мин). Для скорости 80 км/ч основное удельное сопротивление состава 3,44 кге/тс, а для скорости 120 км/ч = = 5,52 кгс/тс. Отсюда среднее значение сил сопротивления движению

Во втором случае поезд проследовал этот участок со средней скоростью 96 км/ч. Согласно ПТР, для скорости 96 км/ч основное удельное сопротивление состава V)" =4,19 кгс/тс. Определим, насколько режим со средней скоростью снижает сопротивление движению состава:

Пассажирский поезд с теми же режимами движения, но идущий на подъем крутизной 4%о- При первом

методе (скорость 80 км/ч) полное удельное сопротивление движению состава оу"о = 3,44 + 4=7,44 кгс/тс; при скорости 120 км/ч - ю"₀-Н‘ = 5,52 + 4 = 9,52 кгс/тс.

Тогда среднее значение сопротивления движению состава

При втором методе поезд следовал со средней скоростью 96 км/ч, полное удельное сопротивление движению состава составляет а>"₀-И' = 4,19 + 4 = 8,19 кгс/тс.

Сравнивая варианты, видно также, что при средней скорости удельное сопротивление меньше на

Но сравнивая результаты на равнинном профиле пути и на подъеме, видно, что на подъеме разница в силах сопротивления движению при переменных скоростях намного меньше, следовательно, и экономия электрической энергии будет меньше.

Итак, из сказанного можно сделать вывод, что сопротивление движению поезда возрастает в большей степени, чем его скорость, а следовательно, возрастает расход электроэнергии на его преодоление. Машинист, разбивая участок на зоны и находя среднюю скорость, получает возможность брать за основу режим тяговых двигателей, чтобы обеспечить среднюю скорость движения поезда с мсныпимн затратами электроэнергии. Он должен вести поезд с таким расчетом, чтобы избегать неоправданных переходов с одного соединения двигателей на другое и шире использовать режим ослабления возбуждения.

Учитывая, что на преодоление основного сопротивления движению в пассажирских поездах расходуется 50-80 % затраченной электрической энергии, а в грузовых -30-70 %, следует на равнинных участках и на участках с небольшой крутизной придерживаться постоянной скорости движения.

Многие машинисты при вождении пассажирских поездов пользуются таблицами для определения постоянной наименьшей скорости движения исходя из дейст*

Таблица 14

- сопротивление движению без тока, кгс/тс

| 1,691 ¹,991 2,331 2,72) 3,141 3,621 4,15| 4,711 5,32) 5,97

а>о - сопротивления движению под током, кгс/тс

| 1,39| 1,60| 1,861 2,171 2,511 2,91) 3,Зо| 3,83| 4,36) 4,93

вующего расписания поездов, чтобы не нагонять впереди идущий поезд и не задерживать поезда, идущие вслед.

Так, специалисты депо Ленинград-Пассажирский-Московский Октябрьской дороги предлагают составлять таблицу для электропоездов ЭР2 (табл. 14), в которой для наименьших скоростей движения подсчитано время хода по перегону при разной его длине с интервалом 0,2 км по эмпирической формуле

где 5 - длина перегона, км;

- путь разгона, км;

Ят - путь служебного торможения, км;

?'т1п - наименьшая скорость движения по перегону, км/ч;

(_р - время разгона до заданной скорости, мин;

- время торможения, мин.

Зная длину перегона (расстояние между остановочными платформами) и время хода по нему, можно определить постоянную наименьшую скорость движения электропоезда.

Для вождения пассажирских поездов электровозами ЧС2 можно пользоваться табл. 15.

При движении поездов по спускам небольшой крутизны необходимо осуществлять режим вождения на

Таблица 15

Длина перегона, км

Скорость движения, км/ч, в зависимости от времени, необходимого для проследования участка

низких ходовых позициях главного контроллера. Поезд в этом случае будет идти натянутым, что уменьшит поперечные колебания вагонов. При этом необходимо учитывать, чтобы скорость, движения на спуске не превышала установленной и чтобы не применялись необоснованные торможения, т. е. запасенная кинетическая энергия поезда не гасилась в тормозах.