Выбор и обоснование параметров автоматизированной, адаптируемой к условиям эксплуатации системы учета и анализа расхода топлива маневровыми тепловозами
Скачать 262.15 Kb.
|
ПОПОВ КИРИЛЛ МИХАЙЛОВИЧ ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ, АДАПТИРУЕМОЙ К УСЛОВИЯМ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМЫ УЧЕТА И АНАЛИЗА РАСХОДА ТОПЛИВА МАНЕВРОВЫМИ ТЕПЛОВОЗАМИ Специальность 05.22.07 – Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (ОАО «ВНИИЖТ»)
Защита диссертации состоится «28» июня 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д218.002.01 при Открытом акционерном обществе «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ОАО «ВНИИЖТ») по адресу: 107996, г. Москва, ул. 3-я Мытищинская, 10, зал Учёного совета. С диссертацией можно ознакомиться в научно - технической библиотеке ОАО «ВНИИЖТ». Автореферат разослан «27» _мая_ 2011 г. Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять в адрес института.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. За 6 месяцев 2010 г. суммарный пробег локомотивов в маневровой работе по сети дорог ОАО «РЖД» составил 75,21 млн км. При этом средний по сети удельный расход топлива на маневровую работу был равен 414,5 кг условного топлива на 100 локомотиво-км (лок-км), соответствующие затраты ОАО «РЖД» составили около 4,3 млрд. руб. Действующая в локомотивных депо система учета расхода топлива маневровыми тепловозами имеет ряд недостатков и не исключает несанкционированный отбор топлива. В настоящее время в локомотивных депо железных дорог расход топлива маневровым тепловозом за смену работы определяется машинистом по разности объёмов топлива в начале и конце рабочей смены, определяемых визуально по топливомерам бака локомотива. Замеры выполняются с использованием проградуированных щупов, или линеек, установленных возле мерных стёкол топливомеров. Штатные топливомеры тепловозов одной из наиболее массовых серии – ЧМЭ3 имеют две неконтролируемые зоны по 250 л из-за перемычек между мерными стёклами, что в ряде случаев затрудняет замеры. В условиях эксплуатации замеры топлива часто осложняются из-за загрязнения мерных стёкол и плохой видимости мениска. При определении массы израсходованного за смену топлива используется значение его плотности, измеряемое на складе топлива работниками химической лаборатории два раза в сутки. При этом машинист в период до следующей экипировки использует для расчёта массы топлива значение плотности по данным на дату последней экипировки. В связи с суточными колебаниями температуры, а также из-за влияния подогрева топлива значение его плотности, принятое для расчётов, может значительно отличаться от фактического. С этим связана дополнительная погрешность в определении массы израсходованного топлива. Отметим, что практически не учитывается плотность остатка топлива в баке перед набором. Она может значительно отличаться от плотности топлива, заливаемого в бак, так как плотность дизельного топлива, применяемого на российских железных дорогах, изменяется в широких пределах и зависит от качества перерабатываемой нефти и технологии получения из нее топлива. Первичный учёт расхода топлива тепловозами выполняется в группах учёта локомотивных депо, в которых данные маршрутов машиниста переводятся в электронный вид для последующей их обработки в дорожных информационных системах. Таким образом, до перевода данных в электронный вид, на учет топлива дважды влияет «человеческий фактор». Эффективный контроль за расходованием топлива невозможен без объективного нормирования. Основными измерителями по утверждённым методикам являются расходы топлива на 100 лок-км и на 1 час работы. При этом норма расхода топлива за смену определяется умножением измерителей на выполненную локомотивом работу. Показатели работы при существующей неравномерности загрузки локомотивов по различным сменам и в течение смены существенно отличаются. При этом определение норм и их корректировка для разных видов работы носят во многом приближённый характер от достигнутого. Расхождение норм и реальных расходов топлива на маневровую работу создают условия для того, что только по официальным данным Департамента безопасности за 6 месяцев 2009 года в целом по сети железных дорог было выявлено или пресечено 152 попытки хищения с участием работников железнодорожного транспорта 90 тонн дизельного топлива на сумму 1,4 млн. руб. Отметим, что снижение удельного расхода топлива на маневровую работу на 1 % приведёт к сокращению расходов на приобретение топлива на 43 млн. руб. В связи с этим, вопросы достоверного учета, анализа, нормирования и контроля расходования топлива маневровыми тепловозами являются актуальными, и одним из важнейших направлений решения проблемы экономии топлива маневровыми тепловозами является автоматизация этих процессов. Целью работы является обоснование и разработка автоматизированной системы учёта и анализа расхода топлива для обеспечения снижения удельного расхода топлива маневровыми тепловозами и исследование её работы и эффективности в эксплуатации. Задачи исследования. В соответствии с целью в диссертации были поставлены и решены следующие задачи: 1. Проанализированы известные системы и технические решения по контролю и учёту расхода топлива маневровыми тепловозами. 2. Определена структура комплексной информационно-аналитической системы – КИАС для измерения, учёта, анализа и контроля за расходованием дизельного топлива маневровыми тепловозами в эксплуатации и сформулированы требования к трём основным структурным составляющим КИАС: подсистеме измерения количества топлива в баке тепловоза – СИТ, бортовой подсистеме регистрации параметров топлива и работы тепловоза – БСР и стационарной подсистеме обработки данных – СПОД. 3. Оценены достаточные точность и периодичность измерения количества топлива в баке тепловоза. 4. Выбран метод измерения количества топлива в баке тепловоза, разработан блок датчиков топливомера и конструктивные решения по его установке на маневровом тепловозе. 5. Определён набор параметров работы тепловоза и его дизель-генераторной установки, замер которых обеспечивает количественное и качественное описание выполняемой маневровым тепловозом работы. 6. Разработана стационарная подсистема, устанавливаемая в депо и обеспечивающая в автоматизированном режиме считывание данных регистрации измеренного расхода топлива маневровыми тепловозами данного депо, анализ и контроль за потреблением топлива на основе разработанных алгоритмов и программного обеспечения. Объектом исследования является комплексная информационно-аналитическая система учёта расхода топлива маневровыми тепловозами. Предметами исследования являются основные составляющие комплексной информационно-аналитической системы (КИАС) учёта расхода топлива маневровыми тепловозами – СИТ, БСР, СПОД. Методы исследования. Анализ известных технических решений проблемы автоматизации измерения расхода топлива маневровыми тепловозами выполнялся с использованием метода экспертных оценок с учётом современных требований и новых технических возможностей. Обработка и выбор основных параметров КИАС основывались на вариантном конструировании и изготовлении вариантов узлов системы и сравнении их показателей на лабораторном стенде и на маневровых тепловозах в эксплуатации. Количественные оценки, настройка и тестирование алгоритмов проведены с помощью современных методов автоматизации измерений и обработки данных. При обработке и анализе экспериментальных данных использовались методы теории вероятности и математической статистики. Научная новизна работы: - Решена задача учёта и факторного анализа расхода топлива маневровыми тепловозами с использованием известных физических закономерностей – емкости трубчатого конденсатора от уровня его заполнения топливом и плотности топлива от диэлектрической проницаемости, а также на основе определённых в работе регрессионных зависимостей фактического расхода топлива тепловозом от расчётных значений. При этом расчётный расход топлива определяется по результатам обработки зарегистрированных на борту тепловоза параметров работы его силового и вспомогательного оборудования; - определены минимально необходимые состав и количество контрольных параметров работы маневрового тепловоза (для тепловоза массовой серии ЧМЭ3 – 8 параметров) и на этой основе разработаны алгоритмы, обеспечивающие автоматизированный расчёт и анализ расхода топлива маневровыми тепловозами с выработкой рекомендаций по сокращению непроизводительных составляющих расхода топлива. Достоверность полученных результатов и выводов подтверждена расчётами, статистическим анализом и положительным опытом эксплуатации разработанной системы в 25 локомотивных депо ОАО «РЖД». Практическая ценность работы. Основные результаты, полученные в настоящей работе, реализованы во внедряемой с 2004 г. в системе ОАО «РЖД» автоматизированной системе учёта и контроля расхода топлива маневровыми тепловозами – РПРТ (регистратор параметров работы тепловоза). По состоянию на 2009 г. система РПРТ установлена и эксплуатируется более чем на 900 тепловозах ЧМЭ3 всех индексов в локомотивных депо Московской, Горьковской, Северной, Юго-Восточной и Северо-Кавказской железных дорог. Эксплуатация локомотивов, оборудованных такими системами, обеспечила реальную возможность экономии удельного расхода дизельного топлива благодаря эффективному контролю его расхода. Результаты, выносимые на защиту: - обоснованность технических решений, применённых при разработке автоматизированной системы учёта и анализа расхода топлива маневровыми тепловозами; - способ определения расчётного расхода топлива маневровым тепловозом за смену работы машиниста на основе выбранных параметров работы тепловоза, измеряемых в процессе его работы и регистрируемых в бортовом регистраторе с последующей передачей данных для расшифровки; - алгоритмы обработки данных регистрации в стационарной подсистеме и основные принципы анализа расхода топлива маневровыми тепловозами с разработкой рекомендаций по сокращению его непроизводительной составляющей. Апробация работы. Материалы диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на научно-технических советах отделения «Тяга поездов, экономия топливно-энергетических ресурсов и компьютерная оптимизация перевозочной деятельности железных дорог» ОАО ВНИИЖТ, на технических совещаниях в Управлении планирования и нормирования материально-технических ресурсов ОАО «РЖД», ЗАО ОЦВ, «АВП-Технология» в период 2004-2011 гг. Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы, в том числе в ведущих рецензируемых научных изданиях, определённых ВАК Минобрнауки – 2, оформлены: 1 патент на изобретение, 1 патент на полезную модель и 1 патент на программу для ЭВМ. Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав основного содержания, заключения, списка литературы в составе 85 наименований. Диссертация изложена на 126 страницах основного текста, содержит 58 рисунков, 15 таблиц, и 13 приложений на 17 страницах. Общий объём работы – 186 страниц. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение отражает актуальность темы, проведён анализ состояния вопроса, изложены научная новизна и практическая ценность работы, а также направление выбранных исследований. Рассмотрена структура работы. Первая глава посвящена критическому анализу развития и совершенствования систем и технических средств учёта расхода топлива тепловозами. Отмечается существенный вклад в изучение вопросов контроля, учёта и анализа расхода топлива тепловозами таких ученых, как А.П. Третьяков, В.Н. Балабин, Л.А. Мугинштейн, Е.Е. Коссов, А.В. Грищенко, Г.А. Фофанов, А.И. Молчанов, И.Л. Поварков, А.Н. Головаш, В.М. Бочаров, С.М. Кузнецов, В.З. Какоткин, В.В. Грачев, Ф.Ю. Базилевский, Л.С. Назаров, Л.А. Ежевская, И.П. Гордеев, А.Е. Ермаков, О.П. Ермакова, Б.В. Карелин, В.В. Черников, А.Л. Донской, И.В. Назаров и других. Системы учёта расхода топлива по принципу определения этой величины можно разделить на три основные группы: - системы косвенного определения расхода топлива тепловозом; - системы непосредственного измерения расхода топлива дизелем с использованием расходомеров; - системы определения расхода топлива по разнице его количества в баке тепловоза в разные интервалы времени. Прибор первой группы был предложен учеными МИИТа д.т.н. А.П. Третьяковым и М.Г. Маханько, к.т.н. Пупыниным В.Н. и Жуковым В.И. в 1972 г. Измерение расхода топлива было предложено проводить на основе показаний выхода рейки топливного насоса высокого давления (ТНВД) и частоты вращения коленчатого вала дизеля. В процессе испытаний на тепловозе ТЭМ2-2366, после тарировки прибора, была достигнута высокая точность измерения (~ ±1 %), а за счёт установленного контроля за расходом была достигнута существенная экономия топлива. Сложность использования устройства связана с возможным несоответствием между нормативной и фактической цикловыми подачами ТНВД, в том числе и с учётом их технического состояния. Различные варианты систем учета расхода топлива на борту с использованием расходомеров были предложены д.т.н. Балабиным В.Н. и к.т.н. Какоткиным В.З. (МИИТ), к.т.н. Черниковым В.В (РГУПС), а также специалистами ОАО «Арзамасский приборостроительный завод». Системы испытывались на тепловозах и обеспечивали высокую точность определения объёмного расхода топлива на уровне эталонных метрологических средств. Из-за отсутствия аппаратно-программных комплексов обработки данных измерений и контроля количества топлива в баке подобные системы не позволяли решать важную для эксплуатации задачу по определению расхода топлива не по назначению. Одним из первых в создании систем учёта расхода топлива третьей группы был Центр внедрения новой техники и технологий «Транспорт», ныне ОАО НИИТКД. В 1998 г. опытным образцом системы «БОРТ» был оборудован тепловоз ЧМЭ3-5298, с 2003 г. началось серийное внедрение таких систем на маневровых тепловозах. В системе «БОРТ» измеряется ряд параметров, определяющих расход топлива тепловозом, а также его техническое состояние. Эти параметры регистрируются на электронную карточку. Важным достоинством системы является контроль наличия «подтоварной» воды, объём которой, по данным разработчиков, может быть значительным. Можно отметить, что до недавнего времени в системе отсутствовал датчик для измерения плотности топлива. В 1997 г. работа по совершенствованию и автоматизации системы учета расхода топлива маневровыми тепловозами была начата во ВНИИЖТ к.т.н. А.И. Молчановым и к.т.н. И.Л. Поварковым под руководством д.т.н. Л.А. Мугинштейна. В 2000 г. при непосредственном участии автора работы была начата разработка Автоматизированной системы контроля, учета, анализа и нормирования расхода топлива маневровыми тепловозами на основе микропроцессорной системы регистрации. Контроль расхода топлива за смену работы машиниста основывался на сравнении фактического расхода, определенного по датчикам, установленным на баке и расчетного расхода, определённого по зарегистрированным параметрам работы. По результатам этих разработок, с 2004 г. ЗАО «ОЦВ», «АВП-Технология» было начато серийное внедрение регистратора параметров работы тепловоза – РПРТ. Для измерения количества топлива в баках были использованы ёмкостные датчики, позволяющие помимо уровня, измерять плотность топлива. Входящее в состав РПРТ рабочее место обработки данных регистрации позволило получать необходимые отчетные формы по учету и анализу расхода топлива маневровыми тепловозами. С 2004 г. учеными ПГУПС д.т.н. Грищенко А.В. и к.т.н. Грачевым В.В. была начата разработка перспективной Системы непрерывного удалённого контроля параметров работы локомотива АСК ВИС. Внедрение данной системы, включающей гидростатические датчики топлива в баке, вычислительный блок со встроенным источником питания и модуль передачи данных по GPRS, было начато в ОАО «РЖД» с 2008 г. Среди особенностей этой системы следует отметить зависимость точности измерения от конфигурации бака тепловоза и необходимость трудоёмкой операции тарировки топливных датчиков на баке по массе. Проведенный анализ подтверждает обоснованность и перспективность целей и задач исследования и позволяет сделать вывод о том, что существенным положительным отличием системы РПРТ от других является возможность учёта плотности топлива в баке при непрерывном режиме её измерения. |
Похожие:
 | Утвердить прилагаемые Правила функционирования единой государственной автоматизированной информационной системы учета объема производства... |  | В целях обеспечения поэтапного создания государственной автоматизированной системы правовой статистики, руководствуясь п. 1 ст. 17... |
| Разработка и внедрение автоматизированной системы учета нарушений работы Московского метрополитена должно производиться на автоматизированных... | | Расход тепловой энергии на подогрев мазута в мазутоподогревателях или расходных емкостях 78 |
| ... | | |
| Целью выполнения работ является разработка Концепции единой автоматизированной системы персонального учета населения Кемеровской... | | Учет, контроль за устранением отказов в работе технических средств и анализ их надежности осуществляется с использованием Комплексной... |
| В любой отрасли экономики существует необходимость строгого учета всех затрат предприятия, в том числе транспортных расходов, включая... | | В любой отрасли экономики существует необходимость строгого учета всех затрат предприятия, в том числе транспортных расходов, включая... |