Рациональные режимы вождения поездов


Условия работы локомотива при вождении поездов характеризуются непрерывным изменением силы тяги и скорости движения, к этому также добавляются колебания напряжения контактной сети, участки пути с недостаточным сцеплением. При этом мощность локомотива зависит от многих обстоятельств, она меняется в зависимости от реализуемой скорости, выбранного соединения и ступени ослабления поля возбуждения, уровня напряжения в контактной сети. Эти обстоятельства позволяют реализовать весьма разнообразные режимы управления тяговым подвижным составом, зачастую отличающихся от принятых при тяговых расчетах и указанные в режимных картах.

Важную роль в выборе режимов движения играет график движения поездов, поскольку он должен предусматривать наилучшие условия пропуска поездов по участкам. Правильное диспетчерское руководство движением поездов, недопущение обгона и скрещения поездов на станциях, расположенных на неблагоприятном профиле, сокращение числа скрещений, своевременное информирование локомотивных бригад об условиях пропуска поездов, ликвидация задержек их у закрытых сигналов - необходимые условия для выработки рациональных режимов вождения поездов и высокоэффективного использования локомотивов. Опять же, к сожалению - составление графика и организация движения это прерогатива службы движения, которая имеет весьма поверхностные знания о работе локомотива и не заинтересованных в снижении расхода топливно-энергетических ресурсов.

Для различных условий эксплуатации рациональные режимы вождения поездов имеют существенные особенности. Это не позволяет рекомендовать один режим ведения поезда как оптимальный для всех практически возможных условий движения по участку, поскольку даже на одном и том же участке эти условия часто меняются. Кроме того, характеристики электрических машин и конкретных локомотивов в зависимости от их технического состояния могут в определенных пределах отличаться от соответствующих паспортных данных.

Все это создает трудности при разработке и практическом использовании рациональных режимов вождения поездов. Однако опыт показывает, что даже при наличии режимных карт и реализации рекомендуемых режимов вождения поездов, технически обоснованных для некоторых средних эксплуатационных условий, фактический расход электроэнергии и топлива у различных машинистов на одних и тех же участках разный, отклонения могут быть как в большую, так и в меньшую сторону от установленной нормы (до 10 %).

Передовые, хорошо подготовленные технически и понимающие основы работы локомотива, тяги и движения поезда машинисты учитывают конкретные эксплуатационные условия, быстро принимают правильные решения, корректируют рекомендации режимных карт и добиваются значительной экономии электроэнергии или топлива. Рациональный по расходу топливно-энергетических ресурсов режим ведения поезда должен предусматривать и оптимальное использование мощности локомотива по условиям нагрева тягового электрооборудования, сцепления колес с рельсами на лимитирующих подъемах участка. Обычно режимы ведения поезда, рациональные по условиям использования мощности локомотивов на лимитирующих подъемах, не противоречат режимам, рациональным по расходу электроэнергии или топлива.

Большое влияние на расход энергоресурсов оказывает техническое состояние тепловозов, которые могут иметь значительные расхождения характеристик топливной экономичности, мощности, а также тяговых характеристик, вследствие низкого качества ремонта и технического обслуживания, изменения состояния в межремонтный период, а также рассогласования звеньев системы управления дизель-генераторов. Поэтому непременным условием экономного расходования дизельного топлива при тепловозной тяге являются высококачественные реостатные испытания после планового ремонта с регулированием топливной аппаратуры, электрических аппаратов и машин в соответствии с действующими требованиями.

Значительный резерв экономии электроэнергии заключен в применении рекуперативного торможения поездов. Как показывают расчеты и опытные поездки, а также подтверждает практика работы железных дорог, расширение полигона применения рекуперации электроэнергии дает большое снижение ее расхода. Даже на участках с равнинным профилем пути он существенно снижается. Значительный эффект может быть достигнут благодаря применению рекуперации электроэнергии на электропоездах пригородного движения.

Рациональный режим ведения поезда разрабатывают для заданного времени хода по перегонам. Эта очень сложная задача должна решаться на основе кривой изменения скорости, полученной в результате тяговых расчетов и соответствующей заданному времени хода. Формирование рационального режима сводится к совершенствованию первоначального режима, т.е. внесению в него изменений, направленных на сокращение расхода электроэнергии или топлива при сохранении заданного времени хода.

Снизить расход топливно-энергетических ресурсов можно уменьшением потерь кинетической энергии и потерь энергии при ее преобразовании. Значительное снижение можно получить при пониженной скорости движения и при увеличении времени хода по перегонам; однако, как правило, это неприемлемо, поскольку влечет за собой сокращение пропускной способности участка. Уменьшить потери кинетической энергии можно, снижая среднюю скорость движения поезда и скорость входа его на уклоны с «вредными» спусками, а также снизив неравномерность скорости движения и скорость начала применения тормозов поезда.

Уменьшение неравномерности скорости движения дает заметный эффект в экономии электроэнергии и топлива на равнинных участках пути и на участках с равномерным уклоном, а также с относительно редкими остановками поездов. При изменении режима для выравнивания скорости следует учитывать значение КПД локомотива, чтобы длительное следование на заданной скорости происходило при оптимальных параметрах.

Потери энергии в тормозах поезда пропорциональны длине «вредных» спусков или квадрату скорости начала торможения. Для уменьшения этих потерь следует в пределах возможного снижать скорость поезда при входе его на уклоны с «вредными» спусками. Это достигается увеличением времени движения локомотива на выбеге с выключенными тяговыми двигателями перед такими уклонами или торможениями. Допустимость таких снижений скорости движения определяется возможностью ее повышения на другой части перегона для обеспечения заданного времени хода поезда, а целесообразность - разницей между экономией энергии или топлива благодаря снижению потерь в тормозах и увеличением их расхода за счет движения с повышенной скоростью на некоторой части перегона или участка.

Пуск и разгон характеризуются значительными потерями энергии в пусковом реостате на ЭПС постоянного тока и работой при пониженном КПД на ЭПС переменного тока. Чтобы сократить потери электроэнергии в пусковом реостате, следует реализовать максимально-возможное ускорение поезда, для чего необходимо увеличивать среднее значение пускового тока электровоза и применять ослабление возбуждения тяговых двигателей электровозов постоянного тока.

Составными элементами рациональных режимов вождения поездов являются: использование максимальной возможной силы тяги, реализация высоких значений коэффициента сцепления и рациональное использование запасов кинетической энергии для преодоления подъемов, правильный выбор скорости начала торможения, умелое регулирование силы тяги с применением ослабления возбуждения тяговых двигателей при оптимальном температурном режиме обмоток электрических машин и дизеля.


Влияние режима ведения поезда на нагрев обмоток двигателей.

Современные тяговые двигатели имеют высокую стойкость изоляции к перегреву, но тем не менее, в связи с постоянным увеличением веса поезда ухудшаются режимы работы двигателей и во многих случаях резерва по данному параметру практически нет. Для того чтобы не допустить превышения температуры обмоток электрических машин, необходимо ограничивать время протекания тока в зависимости от его значения, особенно следует контролировать следование с токами превышающими часовой ток. Именно при протекании токов данной величины происходит перегрев ТЭД.

Подъемы значительной крутизны, но небольшой протяженности поезд преодолевает за сравнительно небольшое время, и электрические машины не успевают нагреться до максимальной допустимой температуры, хотя токи при этом могут превышать номинальные. Если же подъем затяжной, то продолжительное движение с большими нагрузками вполне может вызвать нагрев обмоток электрических машин выше допустимого. В таких случаях, чтобы уменьшить нагрузку и температуру нагрева обмоток электрических машин, переходят на более низкие ступени ослабления возбуждения (ОП2 вместо ОПЗ, 0П1 вместо ОП2), а также полное или нормальное возбуждение.

На участках, где действует ограничение по сцеплению, и возникают ограничения по нагреву электрических машин, эффективным является максимальное использование кинетической энергии поезда. Это позволяет уменьшить ток в начале подъема и в тоже время сократить время следования в подъем с большими токами, что снижает интенсивность нагрева электрических машин в процессе движения по подъему.

Особенно важно иметь большую скорость перед подъемом, расположенным после «вредного» спуска. Например, увеличение скорости с 80 до 100 км/ч в месте перехода с «вредного» спуска на подъем крутизной 8 %о позволяет проследовать 1,3 - 1,4 км подъема в режиме выбега, либо с пониженными токами.

При следовании поезда по «вредному» спуску к затяжному подъему, где возможен перегрев тяговых двигателей, не следует применять рекуперативное (реостатное) торможение с большими токами до конца спуска, поскольку это также ведет к излишнему нагреву ТЭД. В данном случае более эффективно последние 2-3 минуты следования по спуску провести в режиме выбега, это позволит во-первых охладить двигатели, а во-вторых накопить кинетическую энергию.

Эффективность использования кинетической энергии для преодоления подъема при ограничении массы поезда по нагреву машин подтверждается тем, что чем выше скорость подхода поезда к подъему, тем меньше время движения по нему и меньше величина протекающих токов, а следовательно, меньше темп нагрева и максимальная температура обмоток электрических машин локомотивов. Данное утверждение легко подтверждается тяговыми расчетами.

Для ЭПС постоянного тока особое внимание следует уделять режимам ведения при пониженном напряжении на токоприемнике. В таких случаях на участках, где норма массы поездов ограничена по нагреву тяговых двигателей, возможно превышение допустимой температуры их обмоток, так как пониженное напряжение приводит к снижению скорости и увеличению времени движения под током, Кроме того, понижение напряжения приводит к уменьшению частоты вращения якоря двигателя вентилятора, что влечет за собой ухудшение охлаждения тяговых двигателей. В подобных случаях машинисты, чтобы увеличить скорость движения, применяют более глубокое ослабление возбуждения, а это в свою очередь приводит к увеличению силы тяги только за счет увеличения тока якоря и как следствие к ещё более интенсивному нагреву его обмоток. В условиях ухудшения вентиляции это может привести к превышениям допустимой температуры обмоток и разрушению и старению изоляции. Поэтому на участках, где масса поезда ограничена по нагреву обмоток тяговых двигателей, при пониженном напряжении на токоприемнике ослабление возбуждения следует использовать с осторожностью.


Некоторые требования к управлению тормозами.

Правильное управление тормозами является важной составной частью рациональных режимов вождения поездов, залогом безопасности движения и экономного расходования топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов. Это особенно важно при регулировочных торможениях, потому что снижение скорости из-за неопытности локомотивной бригады больше, чем это требуется, связано с завышенными потерями энергии и расходами топлива и электроэнергии на восстановление скорости и нагона опозданий. Малоопытные машинисты не только применяют автотормоза раньше чем это необходимо, но и запаздывают с отпуском тормозов, а это увеличивает расход энергии на восстановление скорости и последующем нагоне опоздания, а в некоторых случаях данные действия становится причиной остановки поезда. Необходимо помнить, что последующие взятие поезда с места и разгон также связаны с дополнительным расходом топливно-энергетических ресурсов. Аналогичная ситуация может возникнуть при нерасчетливом торможении перед запрещающим сигналом, что приводит к остановке, а затем к подтягиванию поезда к светофору. С другой стороны, позднее применение тормозов в надежде на открытие сигнала может привести к его проезду и катастрофе и в данных случаях эффективно и безопасно остановиться перед светофором помогает только опыт машиниста.

При движении на выбеге, регулировочных и остановочных торможениях поезда часть кинетической энергии теряется. Потери в тормозах при движении по «вредным» спускам можно уменьшить, если выходить к началу таких спусков с минимальной возможной скоростью, а далее осуществлять движение на выбеге до максимальной разрешенной скорости, после чего производить регулировочные торможения до окончания «вредного» спуска с расчетом достижения максимальной скорости в конце спуска при полностью отпущенных тормозах.

Потери кинетической энергии при применении тормозов для снижения скорости и остановки поезда также зависят от режима ведения поезда; они тем больше, чем выше скорость начала торможения. В связи с этим при необходимости остановки поезда необходимо предварительно снижать скорость, используя рекуперативное торможение, либо снижать скорость заблаговременным выключением тягового режима из расчета замедления при следовании в режиме выбега.

Ещё один аспект который также следует иметь в виду машинистам при использовании пневматических тормозов - то, что взятие поезда с места при неполностью отпущенных тормозах значительно увеличивает силу сопротивления движению, осложняется процесс трогания, увеличиваются токовые нагрузки и расход топливно-энергетических ресурсов.

Применение пневматических тормозов сопровождается большими ограничениями, несоблюдение которых может привести к серьёзным последствиям. Так, применение повторных торможений без должной зарядки запасных резервуаров и рабочих камер может привести к истощению тормозов, т.е. к тому, что тормозная система становится неэффективной, а поезд фактически неуправляемым. Также при использовании пневматических тормозов в составе поезда могут возникнуть опасные реакции, в случае если локомотивная бригада не выдерживает время, необходимое для распространения тормозной и отпускной волны. При пневматических тормозах в случае завышения давления в тормозной магистрали выше установленной нормы (перезарядка) и последующего применения полного служебного или экстренного торможения возможно заклинивание колесных пар из-за сверхнормативного превышения давления в ТЦ.

На главную