Bulletin of scientific research results Bulletin of scientific research results Бюллетень результатов научных исследований 2223-9987 51369 10.20295/2223-9987-2022-2-75-91 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем Energetic Efficiency Rise of “Yermak” Family Freight Electric Locomotives by Modernization Approach During Plant Repairs Повышение энергетической эффективности грузовых электровозов семейства «Ермак» путем модернизации при заводском ремонте Мустафин Адель Шамильевич Mustafin Adel' Shamil'evich Ростовский государственный университет путей сообщения Россия Rostov State Transport University Russian Federation 23 06 2022 23 06 2022 2022 2 75 91 23 06 2022 https://itt-pgups.ru/en/nauka/article/51369/view

Цель: Целью настоящего исследования является разработка технических решений по модернизации грузовых электровозов семейства «Ермак» в ходе заводского ремонта, направленных на повышение энергетической эффективности в режиме тяги. Методы: Для решения поставленной задачи применены методы следующих научных дисциплин: теории электрических цепей; динамики твердого тела; статистической обработки больших массивов экспериментальных данных; моделирования теплового режима ТЭД; программно-аппаратного моделирования для исследования работы ТЭД в штатном и энергоэффективном режимах (на основе программного пакета SimInTech отечественной разработки). Результаты: Разработан комплекс научно обоснованных технических решений по модернизации многодвигательного тягового привода грузовых электровозов семейства «Ермак» в ходе заводского ремонта, направленных на повышение энергетической эффективности. В результате будет достигнуто сокращение удельного расхода электроэнергии в режиме тяги с обеспечением надежности и работоспособности коллекторных тяговых двигателей. Практическая значимость заключается в получении значительного экономического эффекта за счет сокращения потребления электроэнергии на тягу. Установлено, что степень использования установленной мощности грузовых электровозов на линии Лихая — Крымская (профиль I-II и III типа) является неудовлетворительной: в штатном режиме работы тягового электропривода она составляет около 0,22 — для поездов массой 6300 т и 0,12 — для поездов массой 1750 т. За счет применения алгоритма ДАУ расчетным путем доказана возможность существенного повышения энергетической эффективности электровозов. Оценка экономической эффективности составляет 4,78 млн руб. на один электровоз (180 оборотов локомотива в год, при уровне цен 5 руб/кВт · ч).

Purpose: The present research purpose is the development of technical solutions on freight electric locomotives of “Yermak” family in the course of plant repairs aimed to energetic efficiency rise in a traction mode. Methods: To settle the stated task we applied methods of the following scientific disciplines: electric circuit theory, solid body dynamics, statistical processing of experimental data big arrays; thermal mode TED modeling; programming-apparatus modeling for research of TED work in regular and energy-effective modes (in program package SimInTech basis of domestic creation). Results: We’ve developed scientifically substantiated technical solutions on modernization of multi-motor traction drive of “Yermak” family freight electric locomotives in the course of plant repairs, aimed to energetic effectiveness rise. As a result, there will be achieved the cut of electric energy specific consumption in a traction mode with provision of collector traction motor reliability and working efficiency. Practical importance: Obtaining great economical effect at the expense of cut of energy consumption for a traction. It’s been established that the degree of the use of established capacity of freight electric locomotives on Likhaya-Krimskaya line (profile of 1st-2nd and 3rd type) is unsatisfactory: in traction motor regular working mode, it’s about 0.22 — for trains of 6300 tone mass and 0.12 — for ones with 1750 tone mass. At the expense of DAU algorithm use, by calculating, it’s been proved the possibility of electric locomotive energetic efficiency rise. Economic efficiency is 4.78 million Russian rubles per 1 electric locomotive (180 turns of locomotive per year at price level of 5 R rubles/kW·h.).

 грузовой электровоз переменного тока тяговая система энергетическая эффективность электромеханические процессы потери мощности компьютерное моделирование freight alternating current electric locomotive traction system energetic efficiency electromechanical processes capacity losses computer modeling

Электровозы 2ЭС5С и 3ЭС5С: асинхронная тяга под флагом России // Техника железных дорог, 2020, № 1(49). - С. 10-13 Elektrovozy 2ES5S i 3ES5S: asinhronnaya tyaga pod flagom Rossii // Tehnika zheleznyh dorog, 2020, № 1(49). - S. 10-13 Способ управления энергетической эффективностью локомотива при работе с неполной нагрузкой / А.А. Андрющенко, А.А. Зарифьян, Ю.А. Орлов, К.П. Солтус // Патент RU 2617857; приоритет от 15.09.2015 - Бюллетень № 13 - Опубликовано 28.04.2017. Sposob upravleniya energeticheskoy effektivnost'yu lokomotiva pri rabote s nepolnoy nagruzkoy / A.A. Andryuschenko, A.A. Zarif'yan, Yu.A. Orlov, K.P. Soltus // Patent RU 2617857; prioritet ot 15.09.2015 - Byulleten' № 13 - Opublikovano 28.04.2017. Гапанович, В.А. Энергосбережение на железнодорожном транспорте / В.А. Гапанович, В.Д. Авилов, Б.А. Аржанников [и др.]; под ред. В.А. Гапановича. - М.: Изд. дом МИСиС, 2012. - 620 с. . Gapanovich, V.A. Energosberezhenie na zheleznodorozhnom transporte / V.A. Ga-panovich, V.D. Avilov, B.A. Arzhannikov [i dr.]; pod red. V.A. Gapanovicha. - M.: Izd. dom MISiS, 2012. - 620 s. . Пыров, А.Е. Современные системы управления электровозами / Железнодорожный транспорт. - 2005. - № 2. - С. 64-66. . Pyrov, A.E. Sovremennye sistemy upravleniya elektrovozami / Zheleznodo-rozhnyy transport. - 2005. - № 2. - S. 64-66. . Бабич, В.М. Повышение энергетической эффективности электровозов / Омская гос. акад. путей сообщения, 1995. - 112 с. Babich, V.M. Povyshenie energeticheskoy effektivnosti elektrovozov / Omskaya gos. akad. putey soobscheniya, 1995. - 112 s. Заручейский, А.В. Анализ научных подходов к повышению эффективности использования грузовых электровозов / А.В. Заручейский, Р.В. Мурзин, В.А. Кучумов, Н.Б. Никифорова // Бюллетень Объединенного ученого совета ОАО «РЖД». - 2014. - №1 - С. 37-41. . Zarucheyskiy, A.V. Analiz nauchnyh podhodov k povysheniyu effektivnosti ispol'zovaniya gruzovyh elektrovozov / A.V. Zarucheyskiy, R.V. Murzin, V.A. Kuchumov, N.B. Nikiforova // Byulleten' Ob'edinennogo uchenogo soveta OAO «RZhD». - 2014. - №1 - S. 37-41. . Никончук, И.Н. К вопросу повышения эксплуатационной энергетической эффективности работы восьмиосных пассажирских электровозов постоянного тока // Вестник ВНИИЖТ. 2020. Т. 79. № 6. С. 373 - 382.. Nikonchuk, I.N. K voprosu povysheniya ekspluatacionnoy energeticheskoy ef-fektivnosti raboty vos'miosnyh passazhirskih elektrovozov postoyannogo toka // Vestnik VNIIZhT. 2020. T. 79. № 6. S. 373 - 382.. Зарифьян, А. А. Анализ использования мощности грузовых электровозов и возможность сокращения энергопотребления за счет модернизации при заводском ремонте / А. А. Зарифьян, А. Ш. Мустафин // Вестник РГУПС. - 2021. - № 1(81). - С. 20-29. - DOI 10.46973/0201-727X_2021_1_20. . Zarif'yan, A. A. Analiz ispol'zovaniya moschnosti gruzovyh elektrovozov i vozmozhnost' sokrascheniya energopotrebleniya za schet modernizacii pri zavodskom re-monte / A. A. Zarif'yan, A. Sh. Mustafin // Vestnik RGUPS. - 2021. - № 1(81). - S. 20-29. - DOI 10.46973/0201-727X_2021_1_20. . Бурков, А. Т. Электроника и преобразовательная техника. - Т. 2: Электронная преобразовательная техника. М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2015. - 307 с. . Burkov, A. T. Elektronika i preobrazovatel'naya tehnika. - T. 2: Elektronnaya preobrazovatel'naya tehnika. M.: FGBOU «Uchebno-metodicheskiy centr po obrazovaniyu na zheleznodorozhnom transporte», 2015. - 307 s. . Зарифьян, А. А. Изучение электромеханических процессов в коллекторном тяговом двигателе с учетом потерь / А.А. Зарифьян, А.III. Мустафин // Вестник РГУПС. - № 3. - 2021. - С. 81-89. - DOI 10.46973/0201-727Х 2021 3 81. Zarif'yan, A. A. Izuchenie elektromehanicheskih processov v kollektornom tyagovom dvigatele s uchetom poter' / A.A. Zarif'yan, A.III. Mustafin // Vestnik RGUPS. - № 3. - 2021. - S. 81-89. - DOI 10.46973/0201-727H 2021 3 81. Алексеев, А.Е. Тяговые электродвигатели. - М.: Трансжелдориздат МПС, 1951. - 484 с. Alekseev, A.E. Tyagovye elektrodvigateli. - M.: Transzheldorizdat MPS, 1951. - 484 s. Ягуп, В.Г., Краснов, А.А. Математическое моделирование электропривода электровоза 2ЭЛ5 в режиме тяги // Збірник наукових праць Українського державного університету залізничного транспорту, 2017, вип. 170. - С. 20 - 31. Yagup, V.G., Krasnov, A.A. Matematicheskoe modelirovanie elektroprivoda elektrovoza 2EL5 v rezhime tyagi // Zbіrnik naukovih prac' Ukraїns'kogo derzhavnogo unіversitetu zalіznichnogo transportu, 2017, vip. 170. - S. 20 - 31. Литовченко, В.В., Кокорин, Д.В., Назаров, Д.В. Математическая модель коллекторного тягового электродвигателя. // Электротехника, 2014, № 8. - С. 22 - 29. Litovchenko, V.V., Kokorin, D.V., Nazarov, D.V. Matematicheskaya model' kollektornogo tyagovogo elektrodvigatelya. // Elektrotehnika, 2014, № 8. - S. 22 - 29. Зарифьян, А.А. Моделирование теплового режима тягового электрооборудования электровозов при наличии регулируемой принудительной вентиляции / А.А. Зарифьян, В.В. Михайлов, А.Ш. Мустафин, Н.Р. Тептиков // Электроника и электрооборудование транспорта, 2019, №3. - с. 17-21. Zarif'yan, A.A. Modelirovanie teplovogo rezhima tyagovogo elektrooborudovaniya elektrovozov pri nalichii reguliruemoy prinuditel'noy ventilyacii / A.A. Zarif'yan, V.V. Mihaylov, A.Sh. Mustafin, N.R. Teptikov // Elektronika i elektrooborudovanie transporta, 2019, №3. - s. 17-21. Устройство токосъёма для электрической машины / Ю.А. Евдокимов, Н.К. Мышкин, В.Г. Козубенко, В.М. Коротков // А.с. СССР SU 1403150. Приоритет от 24.02.1986. https://patents.su/1988/page/846 Ustroystvo tokos'ema dlya elektricheskoy mashiny / Yu.A. Evdokimov, N.K. Myshkin, V.G. Kozubenko, V.M. Korotkov // A.s. SSSR SU 1403150. Prioritet ot 24.02.1986. https://patents.su/1988/page/846 Устройство токосъёма для электрической машины / Колесников В.И., Соломин В.А., Чернявская Н.А. // Патент РФ RU 2178225/ Приоритет от 20.01.1999. https://yandex.ru/patents/doc/RU2178225C2_20020110 Ustroystvo tokos'ema dlya elektricheskoy mashiny / Kolesnikov V.I., Solomin V.A., Chernyavskaya N.A. // Patent RF RU 2178225/ Prioritet ot 20.01.1999. https://yandex.ru/patents/doc/RU2178225C2_20020110 Зарифьян, А.А. Программно-аппаратное моделирование электромеханических процессов в тяговом приводе электровоза при поосном регулировании силы тяги / А.А. Зарифьян, А.Ш. Мустафин, Т.З. Талахадзе // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. - 2020. - № 4(53). - С. 48-52. Zarif'yan, A.A. Programmno-apparatnoe modelirovanie elektromehanicheskih processov v tyagovom privode elektrovoza pri poosnom regulirovanii sily tyagi / A.A. Zarif'yan, A.Sh. Mustafin, T.Z. Talahadze // Trudy Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putey soobscheniya. - 2020. - № 4(53). - S. 48-52.