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

Во второй главе сформулированы основные требования к автоматизированной системе учёта расхода топлива маневровыми тепловозами. Для полного учёта расхода топлива маневровыми тепловозами автоматизированная система должна обеспечивать непрерывную фиксацию количества топлива в баке тепловоза, включая все поступления (набор топлива при экипировке) и расход в эксплуатации, а также в периоды горячего простоя и т.д. Это требует их непрерывной работы и соответственно предъявляет высо- кие требования к надёжности систем. 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 Δt, Δh 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) б) 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 ºС, а также для двух сортов топлива, имеющих значения плотности 832 и 841 кг/м3 при температуре 20 ºС. 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(ωi) – мощность на привод вспомогательных агрегатов в i-й момент времени, Вт; ωi – частота вращения коленчатого вала в i-й момент времени, мин-1; ∆ti – шаг изменения времени регистрации параметров, с; ηГ – 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.

Похожие:

	О функционировании единой государственной автоматизированной информационной системы учета Утвердить прилагаемые Правила функционирования единой государственной автоматизированной информационной системы учета объема производства...		О проведении опытной эксплуатации государственной автоматизированной системы правовой статистики В целях обеспечения поэтапного создания государственной автоматизированной системы правовой статистики, руководствуясь п. 1 ст. 17...
	Техническое задание на выполнение работ по разработке автоматизированной... Разработка и внедрение автоматизированной системы учета нарушений работы Московского метрополитена должно производиться на автоматизированных...		Программный комплекс "Расчет нормативов удельного расхода топлива... Расход тепловой энергии на подогрев мазута в мазутоподогревателях или расходных емкостях 78
	Руководство по эксплуатации прау. 466159. 004 Рэ ...		О проведении контрольных замеров расхода топлива
	Реферат Настоящий отчет был разработан в рамках выполнения научно-исследовательской... Целью выполнения работ является разработка Концепции единой автоматизированной системы персонального учета населения Кемеровской...		Р. Ф. Фазылов Приложение №17 Учет, контроль за устранением отказов в работе технических средств и анализ их надежности осуществляется с использованием Комплексной...
	Правила учета и хранения дизельного топлива и моторных масел при... В любой отрасли экономики существует необходимость строгого учета всех затрат предприятия, в том числе транспортных расходов, включая...		Правила учета и хранения дизельного топлива и моторных масел при... В любой отрасли экономики существует необходимость строгого учета всех затрат предприятия, в том числе транспортных расходов, включая...