Анотація до роботи:

Устименко Д.В. Підвищення ефективності тяги поїздів шляхом удосконалення системи рекуперативного гальмування. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.07 – рухомий склад залізниць та тяга поїздів. Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ, 2006.

Дисертація присвячена дослідженням по зменшенню витрат енергії на тягу поїздів в сучасних умовах роботи залізниць України шляхом удосконалення системи рекуперативного гальмування електровозів постійного струму з використанням сучасної мікропроцесорної техніки.

Проаналізовано сучасний стан та умови роботи залізниць України, визначені умови та шлях по зменшенню витрат енергії на тягу поїздів.

Проведено дослідження, з метою забезпечення режиму руху поїзда, при якому гарантовано надійне рекуперативне гальмування на ділянці перед місцем обмеження швидкості при умові дотримання точно графікового часу. Такий режим у роботі позначено терміном – „раціональний”. Встановлено співвідношення між параметрами, що характеризують режими руху, використання якого дозволяє сформувати гальмівну характеристику, яка забезпечує раціональний режим рекуперації, тобто зменшення швидкості легковагових (до 3000 т) поїздів на відносно малих ухилах (до 6) на ділянках перед місцями обмеження швидкості від початкового значення точно до кінцевого виключно за рахунок рекуперативного гальмування при точному дотримані графікового часу руху поїзда. Показано, що діючі системи автоматичного керування рекуперативним гальмуванням не забезпечують раціональний режим рекуперації, з точки зору виконання графікового часу на заданій ділянці. Середня величина відхилення від графікового значення часу складає 7,2%.

Розроблено загальну структуру системи автоматичного керування рекуперативним гальмуванням (САК РГ), з використанням широких можливостей сучасної елементної бази, для реалізації гальмівного процесу по запропонованим характеристикам. Створена математична модель для дослідження динамічних процесів в розробленій системі.

Проведено аналіз перехідних процесів в розробленій САК РГ, що викликаються збуреннями, які властиві нормальним експлуатаційним режимам. Дана оцінка стійкості розробленої системи.

Наведені рекомендації по практичному застосуванню результатів роботи та показана техніко-економічна ефективність їх використання.

У результаті проведених теоретичних і практичних досліджень розроблені рекомендації по підвищенню ефективності використання рекуперативного гальмування в сучасних умовах, що є важливою науково-технічною задачею, розв'язання якої сприяє підвищенню ефективності роботи електрорухомого складу залізниць в цілому. Основні наукові результати, висновки і практичні рекомендації дисертаційної роботи полягають в наступному:

1. У сучасних умовах роботи залізниць України, коли середня вага поїзда складає близько 1500 т, а середня вага вантажного поїзда близько 3000 т об’єктивно виникає збільшення імовірності можливості зменшення швидкості перед місцями її обмеження виключно за рахунок рекуперативного гальмування.

2. У цих умовах актуальними є дослідження, з метою забезпечення режиму руху поїзда при якому гарантовано надійне рекуперативне гальмування із заданим зменшенням швидкості на ділянці перед місцем обмеження швидкості при умові точного дотримання графікового часу. Такий режим у роботі позначено терміном – „раціональний”.

3. Встановлено співвідношення між параметрами, що характеризують режим руху, використання якого дозволяє сформувати гальмівну характеристику, яка забезпечує раціональний режим рекуперації, тобто зменшення швидкості легковагових (до 3000 т) поїздів на відносно малих ухилах (до 6) на ділянках перед місцями обмеження швидкості від початкового значення точно до кінцевого виключно за рахунок рекуперативного гальмування при точному дотримані графікового часу руху поїзда [7].

4. Показано, що діючі системи автоматичного керування рекуперативним гальмуванням не забезпечують раціональний режим рекуперації, з точки зору виконання графікового часу на заданій ділянці. Середня величина відхилення від графікового значення часу складає 7,2%.

5. Раціональний режим рекуперативного гальмування гарантовано можливо реалізувати для поїздів з масою складу т на ухилах із значенням .

6. Для реалізації раціонального режиму рекуперації сповільнення повинно бути постійним на всій ділянці гальмування.

7. Розроблена структура системи автоматичного керування рекуперативним гальмуванням, що забезпечує виконання раціонального режиму рекуперативного гальмування поїзда [2, 6].

8. В розробленій структурній схемі системи автоматичного керування передбачено спеціальний блок, який дозволяє забезпечити та контролювати потрібний інтервал часу входження в режим рекуперативного гальмування з метою запобігання суттєвих кидків гальмівного струму [8].

9. Рекомендується системи автоматичного керування будувати на сучасних однокристальних швидкодіючих мікроконтролерах. Це значно підвищить надійність цих систем, зменшить масо-габаритні показники електрообладнання, а властива цим мікроконтролерам можливість перепрограмування спрощує процес змін у системі керування [5].

10. Розроблена математична модель для дослідження перехідних процесів, з допомогою якої встановлено, що при використанні розробленої системи керування стрибкоподібне зменшення напруги в контактній мережі на 300-400 В включно, що відповідає експлуатаційним умовам, призводить до стрибків струму в силових колах, значення яких не перевищує подвійного струму до зміни напруги; час входження електровозу в режим рекуперативного гальмування повинен бути не менше 2…2,5 с; при відключені режиму рекуперативного гальмування, струм в обмотках збудження спадає до нуля за 35 мс при встановленій системі гасіння поля.

11. Запропонована методика і з допомогою розробленої математичної моделі проведена оцінка стійкості розробленої системи автоматичного керування. Дослідження показали, що система керування має дванадцять станів кожен з яких відповідає умовам стійкості згідно критерію Рауса-Гурвиця, тому система в цілому є стійкою.

12. В сучасних умовах роботи залізниць України впровадження раціонального режиму рекуперативного гальмування з точки зору економії енергії дуже актуально. Так тільки по Придніпровській залізниці можна отримати економію близько 0,71 млн кВтгод, що складає 116,44 тис. грн за рік.

Основні положення та результати дисертації опубліковані у таких працях:

1. Дубинец Л.В., Маренич О.Л., Момот А.И., Муха А.М., Корепанова Л.В., Устименко Д.В. Повышение эффективности рекуперации на спусках. // Гірнича електромеханіка та автоматика. Наук.-техн. зб. НГУ. Дніпропетровськ, Вип. 70, 2003. – С.124–129.

2. Дубинец Л.В., Устименко Д.В. Система автоматического регулирования тормозной силы, обеспечивающая рациональные значения энергии рекуперации электровозов постоянного тока. // Вісник КДПУ. Наукові праці КДПУ. Кременчук, Вип. 2(25), 2004. – С.12–15.

3. Устименко Д.В. Влияние формы характеристики рекуперативного торможения на величину отдаваемой в сеть энергии. // Вісник КДПУ. Наукові праці КДПУ. Кременчук, Вип. 2(19), 2003. – С.128–130.

4. Устименко Д.В. Рациональные режимы рекуперации электровозов. // Гірнича електромеханіка та автоматика. Наук.-техн. зб. НГУ. Дніпропетровськ, Вип. 71, 2004. – С.113–121.

5. Устименко Д.В. Применение микроконтроллеров в схемах электроподвижного состава. // Вісник НТУ “ХПІ”. Наук.-техн. зб. Тематичний випуск: Проблеми удосконалення електричних машин і апаратів. Теорія і практика. Харків, №11, 2003. – С.126–128.

6. Устименко Д.В. Система автоматического регулирования тормозной силы при рекуперации электровозов постоянного тока, выполненная на современной элементной базе. // Транспорт. Дніпропетровськ, Вип. 4, 2004. – С.51–55.

7. Устименко Д.В. Раціональна траєкторія руху поїзда при рекуперативному гальмуванні. // Гірнича електромеханіка та автоматика. Наук.-техн. зб. НГУ. Дніпропетровськ, Вип. 74, 2005. – С.98–102.

8. Устименко Д.В. Деклараційний патент на винахід. Пристрій автоматичного керування рекуперативним гальмуванням електрорухомого складу постійного струму. Патент України №70566А. МПК 7 В60L7/10, B60L7/22, B60L15/20. Заяв. 09.12.2003р. Опубл. 15.10.2004р. Бюл. №10.

Особистий внесок автора у роботах, опублікованих у співавторстві

Всі публікації, крім [1, 2], без співавторів.

У публікації [1] здобувачу належить чисельна оцінка ефективності безступінчастого способу регулювання гальмівного зусилля на електровозі ВЛ8, а в [2] – розробка функціональної схеми САК РГ для електровозів постійного струму і вивід аналітичного виразу гальмівної характеристики в відповідності з вибраною формою, а також дослідження перехідних режимів.