авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Выбор и обоснование параметров автоматизированной, адаптируемой к условиям эксплуатации системы учета и анализа расхода топлива маневровыми тепловозами

-- [ Страница 2 ] --

Наличие на тепловозе бортовой системы измерения не позволяет полностью автоматизировать учет топлива, поскольку не исключает «человеческий фактор» при снятии показаний с индикатора или дисплея системы, а также при последующем переводе данных маршрута машиниста в электронный вид. В связи с этим необходимо данные измерений на борту зарегистрировать в автоматическом режиме и затем передать для последующей автоматизированной расшифровки в стационарную подсистему обработки данных (СПОД). СПОД должна обеспечивать надёжную реализацию функций определения: расхода топлива в каждой смене машиниста, набора топлива при экипировках, возможного несанкционированного расхода, не связанного с режимом работы тепловоза.

Структурная схема предложенного в данной работе способа автоматизации учета расхода топлива маневровым тепловозом приведена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема автоматизированной системы учёта и анализа расхода топлива маневровыми тепловозами

При объёмно-массовом методе погрешность измерения количества топлива в баке складывается из погрешностей измерения уровня и плотности топлива, а также погрешности градуировки топливного бака. При создании Автоматизированной системы, с учетом достигнутого уровня развития измерительной техники, возможность снижения погрешности измерения уровня топлива в баке была оценена на уровне 2 мм – в два раза точнее, чем при штатной системе измерения. Для баков тепловозов ЧМЭ3 и ТЭМ2 это соответствует объёму 12 и 14 л соответственно. Точность измерения плотности топлива была принята по показателям известных плотномеров широкого применения, обеспечивающих погрешность измерения 3-4 кг/м3. Расчётная абсолютная погрешность определения массы топлива в баке при этом не превышает 25 кг, что в большинстве случаев позволит определить возможный перерасход топлива, связанный с ухудшения теплотехнического состояния тепловоза и несанкционированным сливом топлива.

Важным моментом является периодичность определения датчиками параметров топлива. Поскольку полный учет топлива включает определение его набора при экипировке, необходимо правильно и своевременно зафиксировать количество топлива до и после набора. Эти замеры для максимальной точности должны производиться во время стоянки тепловоза. В таком случае требуется либо ввод признака начала экипировки, либо как можно более частое считывание показаний топливных датчиков, т.к. набор топлива может начаться, прерваться и закончится в любой момент времени, после которого тепловоз может быть сразу переставлен для освобождения экипировочной позиции.

Таким образом, периодичность измерения топлива определяется с учётом максимального темпа изменения объёма V и соответственно уровня h топлива в баке при наборе топлива, а также заданной погрешности измерения уровня [h].

Учитывая зависимость объёма от уровня V=V(h), получим для скорости изменения объёма от времени t:

(1)

Полагая, что dV/dh = c1, л/мм – крутизна градуировочной характеристики бака, и dV/dt = c, л/с – константа, определяемая производительностью насоса, подающего топливо в бак тепловоза, после преобразований получим:

(2)

Переходя от дифференциалов dt, dh к соответствующим конечным приращениям t, h и принимая h = [h], получим выражение для определения максимально допустимого интервала времени ti между замерами уровня топлива:

(3)

Минимальное значение отношения (с1/с) достигается при максимальном темпе налива и минимальной крутизне тарировочной характеристики бака (в зоне наименьшего сечения). При крайних значениях: с = 6,17 л/с – наиболее производительный насос пункта экипировки, с1 = 3,85 л/мм – бак тепловоза ЧМЭ3т при уровне заполнения h > 500 мм, [h] = 2 мм получаем дискретность времени измерения уровня топлива – 1,25 с, или после округления до ближайшего целого – 1 с.

Известно, что любая автоматизированная система не является абсолютно надежной, поэтому машинист должен иметь возможность в случае нереальных показаний системы о расходе топлива за рабочую смену обоснованно зафиксировать этот факт. В связи с этим должна иметься возможность контроля показаний системы штатными топливомерами, т.е. по объёму топлива. В то же время, из-за изменения плотности топлива в баке тепловоза в довольно широких пределах, связанного как с изменением его температуры, так и сорта, достоверный учет топлива возможен только в единицах массы. Поэтому показания системы о количестве топлива в баке должны формироваться в единицах массы и объёма.

Принципиально важным является объективный контроль расхода топлива тепловозом за смену работы машиниста. Наиболее эффективно он может выполняться путём сравнения фактического расхода с расчётным значением. На этой основе определяется экономия или перерасход топлива за смену.

Для определения величины расчётного расхода необходимо знать количество выполненной тепловозом работы. Учитывая то, что для маневровой работы характерна часто изменяющаяся масса поезда, малые пробеги с каждым сцепом вагонов, а также то, что при роспуске с горки масса поезда во время движения изменяется, определение работы «на колесе» практически затруднительно. В связи с этим параметры работы целесообразно фиксировать по показателям наиболее значимого элемента энергетической цепи тепловоза, по которому можно непрерывно отслеживать затраты энергии на работу тяговых электродвигателей тепловоза (ТЭД). Так как на существующих маневровых тепловозах вся вырабатываемая тяговым генератором (ТГ) электрическая энергия расходуется на питание ТЭД, допустимо обойтись измерением тока и напряжения ТГ, что сводит затраты при оборудовании тепловозов системами измерения параметров работы к минимуму. Поскольку от дизеля, кроме ТГ, приводятся в действие вспомогательные агрегаты, требуется фиксация режимов их работы, что позволяет определять затраты энергии на их привод.

В эксплуатации возможна работа дизеля на режиме холостого хода как при нулевой позиции контроллера, так и при более высоких позициях – для прогрева дизеля в зимний период, откачки тормозной магистрали поезда. Таким образом, для полного контроля расхода топлива маневровым тепловозом, дополнительно требуется регистрация на борту сигнала о работе дизеля на холостом ходу при различных позициях контроллера машиниста. Отметим, что расход топлива на холостом ходу для каждой позиции контроллера определяется частотой вращения коленчатого вала на этой позиции. При отклонении частоты от нормативной, расход топлива будет отличаться от нормативного значения.

Довольно характерным режимом в эксплуатации тепловозов является горячий простой. Поскольку расход топлива при этом определяется температурой атмосферного воздуха, необходимо для контроля расхода топли-

ва, данный параметр регистрировать на борту.

Таким образом, на основе комплекса выбранных для анализа расхода топлива параметров, определяется набор необходимых датчиков: тока тягового генератора, напряжения тягового генератора, частоты вращения коленчатого вала дизеля, позиции контроллера машиниста, работы вспомогательных механизмов тепловоза, пути и скорости, температуры атмосферного воздуха.

Для привязки расхода топлива и параметров работы тепловоза ко времени необходимо также наличие энергонезависимого счётчика времени.

В третьей главе рассмотрены методы измерения количества жидкости в резервуаре. Показано, что потенциально приемлемыми методами для использования в автоматизированной системе контроля и учёта расхода топлива маневровыми тепловозами, являются гидростатический манометрический, акустический ультразвуковой и ёмкостной. При определении преимуществ и недостатков этих методов были проведены лабораторные испытания.

Для предварительных испытаний разных типов датчиков автором работы был спроектирован и с участием автора изготовлен специальный стенд, позволяющий при установке различных по конструкции датчиков обеспечивать изменение уровня топлива в них в диапазоне, соответствующем высоте баков маневровых тепловозов с фиксацией уровня на заданной отметке (рис. 2, а).

Для испытаний на лабораторном стенде, учитывая выбранные методы измерения и наиболее приемлемые характеристики по погрешности и диапазону температур, были отобраны ёмкостной топливомер СИТ9-3, предназначенный для авиации и выпускаемый ОАО «Техприбор», а также преобразователи избыточного давления ЗОНД производства НПП «ГИДРОГАЗПРИБОР".

По результатам испытаний были получены опытные точки зависимостей расчётных уровней, определённых по сигналам датчиков, и уровней топлива в баке, определённых контрольным прибором. С помощью метода наименьших квадратов определены коэффициенты уравнений линейной регрессии указанных зависимостей.

а)

Рис. 2. Лабораторный стенд (а) и датчики топливомера ДТК21-1 (б)

Характеристики сигналов 3-х испытанных датчиков ЗОНД при изменении уровня топлива в баке на стенде были нестабильными. Отклонения расчётных уровней топлива, определённых по сигналам датчиков ЗОНД значительно отличались от значений, установленных по контрольному прибору. Учитывая это обстоятельство, дальнейшие испытания датчиков ЗОНД были прекращены.

Полученные на стенде характеристики ёмкостных датчиков были достаточно линейны, при наполнении и сливе практически совпадали. Максимальное отклонение сигнала от испытуемых датчиков по уровню от показаний контрольного прибора составило 2,5 мм, с учётом погрешности контрольного прибора на уровне 0,5 мм. В связи с высокой точностью определения плотности при фиксированной температуре (2 кг/м3 или 0,25 %), была проведена проверка измерения плотности при нагреве топлива с последующим остыванием в диапазоне температур от +11 до +38 С, а также для двух сортов топлива, имеющих значения плотности 832 и 841 кг/м3 при температуре 20 С. Максимальное отклонение измеренного СИТ значения плотности от значения по контрольному прибору составило 4,5 кг/м3, или 0,54 % с учётом погрешности контрольного прибора 0,5 кг/м3, или 0,06 %.

Исходя из требований минимизации времени оборудования тепловоза и объёма дополнительных работ, для тепловоза ЧМЭ3, с участием автора работы, был разработан вариант установки датчиков снаружи бака с креплением их к штатному топливомеру. При такой установке датчики максимально удалены друг от друга, а находящийся рядом штатный топливомер позволяет производить грубую оценку работоспособности датчика при сравнении показаний по уровню, установка датчика может быть произведена без опорожнения бака. C учётом выбранного способа установки датчика и необходимой зоны измерения были разработаны эскизы и технические требования (ТТ) к датчику топлива с привязкой к месту его установки на баках маневровых тепловозов ЧМЭ3 и ЧМЭ3т. На основе данных ТТ предприятием ОАО «Техприбор» при участии автора работы была разработана конструкторская документация и изготовлена опытная партия адаптированных для установки на тепловозы ЧМЭ3 ёмкостных датчиков ДТК21-1 (рис. 2, б).

После изготовления партии из 28 датчиков ДТК21-1 для оборудования ими группы тепловозов, были проведены лабораторные испытания по определению погрешности измерения уровня топлива, которые позволили сделать вывод о необходимости организации входного контроля для всех датчиков перед их установкой на тепловоз.

В четвертой главе описана система сбора и обработки данных о расходе топлива тепловозом. Разработка стационарной подсистемы обработки данных - СПОД, алгоритмов обработки данных и программного обеспечения выполнена под руководством и при участии автора работы. СПОД устанавливается в локомотивном депо и совместно с бортовыми регистраторами обеспечивает решение задач контроля и учёта расхода топлива для каждого прикреплённого

к системе маневрового тепловоза.

Разработанные алгоритмы работы стационарной подсистемы обработки данных регистрации позволяют расшифровывать и анализировать исходные файлы регистрации – ФР с выводом результатов в виде графиков и таблиц по всему ФР и с разбивкой по сменам работы машинистов. Так расчётный расход топлива ВР за смену определяется как сумма расходов на режимах холостого хода – ВР_XX и нагрузки – ВР_Н дизеля:

(4)

Расчётный расход топлива на холостом ходу ВР_XX, кг определяется как:

(5)

где Bчp – часовой расход топлива на холостом ходу по нормативной характеристике дизеля для позиции контроллера – р, кг/ч;

tххр – зарегистрированное время работы дизеля на холостом ходу при позиции контроллера – р, ч.

Расчётный расход топлива на режимах нагрузки ВР_Н, кг определяется на основе уравнения баланса энергии на коленчатом валу дизеля, выработанной при расходе топлива за время работы в этом режиме – tН, с:

(6)

где РВСП(i) – мощность на привод вспомогательных агрегатов в i-й момент времени, Вт;

i – частота вращения коленчатого вала в i-й момент времени, мин-1;

ti – шаг изменения времени регистрации параметров, с;

Г – средний КПД тягового генератора;

Iгi – ток тягового генератора в i-й момент времени, А;

Uгi – напряжение генератора в i-й момент времени, В;

Q – низшая теплота сгорания дизельного топлива, Дж/кг;

f(PE) – эффективный КПД дизеля при реализации средней эффективной мощности дизеля РЕ, определяемой из выражения:

(7)

Результаты расшифровки используются персоналом разных подразделений депо для целей контроля и анализа расхода топлива. Например, теплотехник может выявлять участки работы или станции, с наибольшим изменением удельного расхода топлива по отношению к предыдущему периоду. В зависимости от изменения зарегистрированных показателей работы (пробег, соотношение нагрузки и холостого хода и др.), принимается решение о корректировке нормы или о проверке наличия несанкционированного расхода топлива. Машинист – инструктор на основе отчётов по колонне и по каждому машинисту контролирует проценты перерасхода или экономии топлива этими машинистами. При перерасходе определяется, является ли он случайным или происходит систематически. Эти данные позволяют планировать и организовывать эффективное обучение. Заместитель начальника депо по эксплуатации по данным расшифровки контролирует степень загрузки каждого тепловоза и выявляет тепловозы, имеющие наименьшую степень загрузки по отношению к средней по парку. В случае принятии решения о перераспределении парка по участкам обслуживания, имеется возможность по данным регистрации и анализа расхода топлива оценивать эффективность таких мероприятий.

В пятой главе приведены данные о комплексе испытаний системы на тепловозах в эксплуатации и о внедрении системы на железных дорогах. Проверка чувствительности системы при измерении количества топлива в баке тепловоза показала, что эта величина составляет около 7 л, что соответствует 1 мм высоты бака. Погрешность определения плотности топлива в баке составила 3,4 кг/м3, или 0,42 % при абсолютной величине плотности 806 кг/м3. Эти величины хорошо согласуются с результатами лабораторных испытаний датчиков.

При определении объёма топлива в баке по измеренному датчиками уровню было предложено использовать градуировочную характеристику, полученную путём линейной интерполяции заводской характеристики штатного топливомера тепловоза ЧМЭ3. При сравнении на 3-х разных тепловозах ЧМЭ3 приращений объёмов топлива, определённых по такой характеристике и по высокоточному счётчику топливораздаточной колонки, отмечено практическое совпадение сравниваемых величин. При этом значение приведённой погрешности не превысило 0,37 %, что позволило при оборудовании тепловозов бортовыми системами учёта расхода топлива в большинстве случаев отказаться от затратной и трудоёмкой градуировки топливных баков.

Регистрация данных при рядовой эксплуатации тепловоза ЧМЭ3-2614, оборудованного опытным образцом системы, проводилась в период с 26.08.2003 по 20.04.2004 г. При этом тепловоз использовался на разных участках и на разных видах работ: на манёврах на станциях Москва-Казанская, Сокольники, на МЛРЗ, на горочной, вывозной и смешанной.

Данные по испытаниям отражают достаточно широкий диапазон изменения эксплуатационных нагрузок маневрового тепловоза. Так, пробег за смену при среднем значении 45,3 км, изменялся от 16,8 до 216 км. Среднее значение выработанной дизель-генератором электроэнергии составило около 265 кВтч, минимальное – 79 кВтч и максимальное – 623 кВтч. Относительное время работы дизеля на холостом ходу изменялось от 53 до 88 % при среднем значении 70,3 %. Под нагрузкой дизель работал от 8 до 47 % времени при среднем значении 25 %. Оставшееся время приходилось на простой с остановленным дизелем.

Суммарный расход топлива по данным маршрутов машиниста и по датчикам топлива составил соответственно 18269 и 17419 кг. То есть за счёт повышения точности учёта топлива было выявлено 850 кг. Отличие средних значений фактического и расчётного расходов топлива, составивших соответственно 189 и 164 кг, свидетельствует о завышенных расходных характеристиках тепловоза ЧМЭ3-2614 по сравнению с паспортными. Это в среднем приводит к перерасходу 25 кг топлива за смену.

Рабочие смены, в которых отмечен слив топлива, наглядно отражает график зависимости фактических расходов топлива по датчикам – ВФ от расчётных величин – ВР (рис. 3). Для основной части рабочих смен прослеживается чёткая регрессионная зависимость между фактом и расчётом. В среднем разброс точек относительно линии регрессии составляет ± 40 - 50 кг. В то же время в сменах со сливами топлива отклонение составляет от 100 до 350 кг, что хорошо видно на графике. Суммарный слив топлива в 8 рабочих сменах составил величину около 1200 кг, или 6,9 % от общего расхода по датчикам в 99 рабочих сменах.

Рис. 3. Зависимость расхода топлива, определённого по датчикам, от расчётной величины в сменах работы машинистов

Эксплуатационные испытания опытного образца Регистратора параметров работы тепловоза – РПРТ на тепловозе ЧМЭ3-2614 показали, что его технические характеристики и параметры соответствуют требованиям к автоматизированной системе учёта и анализа расхода топлива. Проверки работоспособности топливно-измерительной подсистемы на неподвижном тепловозе при остановленном дизеле, а также при его работе на холостом ходу и под нагрузкой показали стабильность выходных сигналов об уровне и плотности топлива в баке, отсутствие автоколебаний при измерении параметров топлива. На основе этих итоговых испытаний было принято решение о тиражировании системы.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.