Kierunki poszukiwań nowych rozwiązań lokomotyw spalinowych

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: ELEKTRYKA z. 109

1989

Eugeniusz KAŁUŻA Oaroslav OPAVA

KIERUNKI POSZUKIWAĆ NOWYCH ROZWIĄZAŃ LOKOMOTYW SPALINOWYCH

Stre sz cz en ie. W artykule przedstawiono związki pomiędzy mocę jednostkową lokomotywy spalinowej a mocami jednostkowymi silnika spalinowego i przekładni elektrycznej, przedstawiono zależność pozwalającą określić moc jednostkową silnika spalinowego lokomotywy liniowej w funkcji jej mocy znamionowej. Dalej wykazano związek po­

między mocę jednostkową a zużyciem paliwa lokomotywy liniowej.

Pożądany wzrost mocy jednostkowej uzyskany na drodze ograniczenia masy lokomotywy zapewnia zmniejszenie zużycia paliwa. W lokomotywach manewrowych i przemysłowych w przeciwieństwie do lokomotyw linio­

wych pożądana jest mała moc jednostkowa. Wynika to z niskich pręd­

kości jazdy i ograniczonych wartości sił przyczepnych rozwijanych przez te lokomotywy. Pomiary obciążeń lokomotyw pracujących na to­

rach stacji rozrządowych oraz torach zakładów przemysłowych po­

twierdziły przedstawione wyniki obliczeń mocy jednostkowych specja­

lizowanych lokomotyw manewrowych i przemysłowych.

1. Wstęp

Minister Komunikacji Oanusz Kamiński na uroczystym spotkaniu z okazji 50-lecia elektryfikacji kolei w Polsce w dniu 15 grudnia 1986 roku po­

wiedział [12] :

"Dąży się do ustabilizowania tempa elektryfikacji na poziomie ok. 500 km linii średnio rocznie. W 1990 roku wykonamy trakcją elektryczną co naj­

mniej 80;0 całej pracy przewozowej. Docelowy zakres elektryfikacji powi­

nien być osiągnięty około 2000 roku. Ten pułap będzie się mieścił w prze­

dziale 16-17 tys. km linii".

2 cytowanej wypowiedzi Ministra Komunikacji wynika jednoznacznie, że po 1990 roku co najwyżej 20^j całej pracy przewozowej PKP realizowane bę­

dzie trakcją spalinową i ewentualnie akumulatorową.

Po 2000 roku, jeżeli zapowiadane tempo elektryfikacji nie zostanie za­

kłócone, jedynie kilkanaście procent pracy przewozowej PKP realizowanej będzie na liniach niezelektryfikowanych o łącznej długości ok. 8 tys. km.

Oak wykazuje dotychczasowa praktyka, linie niezelektryfikowane są zazwy­

czaj gorzej utrzymywane, występuję na nich liczne ograniczenia prędkości.

Praca przewozowa na tych liniach ograniczona będzie do realizacji miejsco­

126 E. Kałuża, 3. Opava

wych przewozów pasażerskich oraz przewozów towarowych pocięgami zb iorczy­

mi o masach nie przekraczających 2000 ton brutto. Pojazdy trakcyjne prze­

znaczone do pracy na liniach niezelektryfikowanych nie będę musiały ce­

chować się wysokimi prędkościami konstrukcyjnymi i wysokimi mocami. P o ­ jazdami tymi będę w pierwszej kolejności lokomotywy spalinowe.

Drugę jdomenę pracy realizowanej przez specjalizowane pojazdy trakcyjne, najczęściej przez spalinowe lokomotywy manewrowe, jest praca manewrowa na stacjach rozrzędowych PKP oraz na stacjach i bocznicach zakładów pr ze my­

słowych. IV wyniku postępujęcej elektryfikacji zarówno torów szlakowych, jak i torów na stacjach rozrzędowych przewiduje się zastosować w eksploa­

tacji elektryczne lokomotywy manewrowe z rozruchem tyrystorowym. Zakres elektryfikacji torów na stacjach rozrzędowych usytuowanych wzdłuż linii zelektryfikowanych jest i będzie ze względów praktycznych i ekonomicznych ograniczony do wybranych grup torów. Wprowadzenie do eksploatacji elek­

trycznych lokomotyw manewrowych nie pozwoli więc na całkowite wycofanie dotychczas eksploatowanych spalinowych lokomotyw manewrowych, natomiast na stacjach rozrzędowych niezelektryfikowanych oraz na bocznicach lokomo­

tywy spalinowe będę pełniły funkcję podstawowę. Podobnie jak na PKP przed­

stawia się sytuacja na kolejach w Czechosłowacji, gdzie zelektryfikowano już przeszło 2 5 % linii kolejowych, a na zelektryfikowanych stacjach roz­

rzędowych od kilkunastu lat pracuję elektryczne lokomotywy manewrowe.

2. Kierunki rozwoju liniowych lokomotyw spalinowych

2.1. Moce jednostkowe lokomotyw liniowych

Do poczętku lat piędziesiętych w lokomotywach spalinowych instalowano, po wprowadzeniu ulepszeń konstrukcyjnych, silniki okrętowe (np. silniki łodzi podwodnych) lub wolnobieżne silniki stacjonarne. Układy napędowe tych lokomotyw złożone z silnika spalinowego i przekładni elektrycznej cechowały się wysokę masę. Lokomotywy spalinowe swoimi parametrami trak­

cyjnymi nie stanowiły konkurencji dla lokomotyw parowych. W wyniku poczy­

nionego postępu w dziedzinie konstrukcji i technologii wysokoprężnych silników spalinowych na przełomie lat pięćdziesiętych i sześćdziesiętych uzyskano zasadniczy wzrost mocy jednostkowej silników oraz wydłużenie okresu pracy między naprawami.

Moce znamionowe silników osięgaję obecnie 5 M W przy mocy jednostkowej przekraczajęcej 250 kw/t i mocy uzyskiwanej z Jednego cylindra ponad 250 k W [8].

Moce jednostkowe wysokoprężnych silników spalinowych produkowanych po 1950 roku oraz moce uzyskiwane z jednego cylindra tych silników prze d­

stawiono na rys. 1.

Na osi y uwidacznia się wpły w wa rtości średniego ciśnienia użytecz­

nego i pojemności cylindra na moc uzyskiwana z 1 cylindra, a na osi x

Kierunki poszukiwań nowych rozwięzań.. 127

r i

'-c y lin d e r i

200

WD 100 9 / 3 5 0 /

( z s e i o

12 V9 5 6 T812

P c M 8 S 5 *

/ 7 6 0 / ( Ć K V )

' D R

KSS 2 3 0 DR 9 /1 2 5 0 /

0 4 9

* 9 /1 0 0 0 /

« LVA 2 4 ( z s m

f n o o / ^

(SU 12£2)

* 2 0 A 2320 / t w o / (FIAT)

/1500/

*(*TU) ASO V20-240

/(350/

cS.A .C .H .)

N a pier Dettic 0 /15 0 0 /

ta o.

140 4»/75

<28

(O :o) 5 0 4 1 - /100C (ZSKl

1 3 Xt2V 2401

9 /ttO O /

X ) (&CD)

1/

?) ae

Paxmcm (Vale H 5 0 0 / (V L B p jta n ia

(W .Brytania) n ta )

ifP f4 -2 0 0

• /1500/

( CH. OF c ATiAtam0

5 0 m ts o 200 250 300

- ■ ■ — [IM/łJ

Rys. 1. Moce jednostkowe silników spalinowych Fig. 1. Unit powers of internal combustion engines

widać wpływ wzrostu znamionowej prędkości obrotowej silnika na jego moc z n a m i o n a w ę .

Moc jednostkowe silników spalinowych określa się z zależności:

Pd - 5 ; M ' ( 1 ^

g d z i e :

PD - moc znamionowa silnika spalinowego Diesla w kW, nip - masa silnika w stanie suchym w t.

Miernikiem nowoczesności liniowej lokomotywy spalinowej jest między in­

nymi jej noc jednostkowa.

Pl = [*“»/*]•

g d z i e :

Bij - masa służbowa lokomotywy w t.

Moce jednostkowe wybranych lokomotyw spalinowych wyprodukowanych po 1950 roku w funkcji mocy znamionowej silnika spalinowego naniesiono na rys. 2.

128 E. Kałuża, 3. Opava

30

[kW/łl

pt mpn pa Oía P

=W5

8 8 0 0 0 0 0 (SMcr) o T43S.O - gsd)

_ » 5 7 0

° (00)

3 8 6 3 0 0 0

'(SMCF)

O t2500 (MB) H$r T4*AC* l ' ¿‘(SMcr)

. c c 70000,

•(sien

„ r e p75 a l a )

- - f r 77075

<«CT)

0 (0 0 0 C C 70000 (S3 «*¡"5 rfPTO

° * *<3*»

.

BP 130 'co«

T466J

° OSO) BmO/6

(SOSO t í 600

■ ° < a s A ) -

*CUM)

o p r z e k ła d n ia f ir q d s t a ł y - p r ą d s i a t y m p r z e k ł a d n i a p r g d p r z e m ie n n y - p r ą d s t a t y w p r z e k ł a d n i a p r p d u p r z e m i e n n e g o o p r z e k ł a d n i a h y d r o d y n a m i c z n a

( M W J

Rys. 2. Moce jednostkowe lokomotyw spalinowych w zależności od mocy z n a­

mionowych silników spalinowych

Fig. 2. Unit powers of diesel locomotives versus rated powers of internai combustion engines

Wartość mocy jednostkowej lokomotywy liniowej charakteryzuje wy korzy­

stanie materiałów użytych do budowy lokomotywy, w tym silnika spalinowego, przekładni, wózków i urzędzeń pomocniczych lokomotywy.

|Moc Jednostkowa lokomotywy zwięzana jest z mocę jednostkowa silnika spalinowego na3tępujęcę z a l e ż n o ś c i ę :

PL ' £d pD' (3)

pod warunkiem ż e :

Pe pE ^ £d p d' (4)

pnpG H 1

P G + PM* (5)

gdzie :

Po

motywy ,

Pe c m E'/,|nL ” stosunek masy przekładni (elektrycznej lub hydraulicznej) do masy służbowej lokomotywy.

Kierunek poszukiwań nowych rozwiązań.. 129

jło = (nL-mD -BiE )/mL - stosunek masy konstrukcji pudła i podwozia loko-

Na podstawie analizy rozwiązań konstrukcyjnych większej liczby loko­

motyw spalinowych różnych producentów wyznaczono następujące wartości ws p ó ł c z y n n i k ó w :

Dla nowoczesnych silników spalinowych instalowanych w lokomotywach o mocach mieszczących się w granicach od 1 do 5 MW możne wyznaczyć następującą zależność pomiędzy mocą jednostkową silnika i jego mocą zna­

mionową :

Przekładnie elektryczne lokomotyw spalinowych w pierwszym etapie roz­

woju składały się z prądnicy i silników trakcyjnych prądu stałego. W w y ­ niku wprowadzenia do eksploatacji dlód krzemowych można było w połowie lat sześćdziesiątych zastosować nowy typ przekładni prąd przemienny - prąd stały, w której klasyczne silniki trakcyjne prądu stałego zasilane są po­

przez prostownik krzenfowy z prądnicy prądu przemiennego. Od szeregu lat pojawiają się w eksploatacji coraz częściej lokomotywy spalinowe z prze­

kładnią prądu przemiennego, złożoną z prądnicy prądu przemiennego, pro­

stownika, przetwornicy częstotliwości oraz klatkowych 3-fazowych silników asynchronicznych. Ze stosowaniem przekładni elektrycznej typu prąd stały - prąd stały związanych Jest szereg ograniczeń. Są nimi:

a) dopuszczalne gabaryty prądnicy głównej prądu stałego wynikające z ogra­

niczonych wymiarów przedziału maszynowego lokomotywy;

b) dopuszczalna moc prądnicy głównej prądu stałego ograniczona Jest za­

leżnością:

motywy wraz z urządzeniami pomocniczymi, paliwem, olejem, wodą i piaskiem do masy służbowej loko­

motywy ,

- moc jednostkowa przekładni, dla przekładni elek­

trycznej obowiązuje zależność (5),

PG ' fV mG P M ”

ptYmh

- moc jednostkowa generatora trakcyjnego.

- moc jednostkowa silników trakcyjnych.

f>o

JiD = 0,134-0,17

I

pD = 92 + 0,0275 PQ [kW/t] . (6)

,6

(7)

130 E. Kałuża, 3. Opava

g d z i e :

n_ - znamionowa prędkość obrotowa prądnicy w obr/min.

V? I

Zależność (7) stawia wymóg polegający na konieczności obniżenia z n am io­

nowej prędkości obrotowej prądnicy ze wzrostem jej mocy;

c) dopuszczalna masa przekładni elektrycznej, a więc prądnicy głównej i silników trakcyjnych.

Czynnikiem decydującym o mocy jednostkowej prądnicy głównej pQ i sil­

ników trakcyjnych pM jest zakres regulacji mocy przekładni elektrycznej określony współczynnikiem ky

gdzie:

v - maksymalna prędkość lokomotywy, przy której wykorzystywana jest pełna moc silnika spalinowego,

v c “ P r ?c|kość ciągła lokomotywy.

n, * 10CD obr/min

-1 5 0 0 O br/m in nt - 750 o b r /m in

n, - WOO obr/min

- 750 o o r /m n

Po

Hi

p r ą d n i c a p r ą d u s t a ł e g o

n , «■ 1500 o b r /m in

_______p r ą d n i c a d l a p r z e k ł a d n i p r ą d p r z e m ie n n y - p r ą d s t a ł y ---p r ą d n i c a d l a p r z e k ł a d n i p r ą d u p r z e m i e n e g o _______s i l n i k t r a k c y j n y

- — Ot‘100 oOr/trun

* 750 aor/m tr H, -1500 obr/min 400

Rys. 3. Moce Jednostkowo prądnic głównych p^ i si lników trakcyjnych p M Fig. 3. Unit powers of the pG main alternators and the p M traction

engines

Kierunki poszukiwań nowych rozwięzań. 131

Na rys. 3 przedstawiono zależności pomiędzy mocami jednostkowymi pręd- nic głównych i silników trakcyjnych a współczynnikiem zakresu regulacji mocy ky .

2.2. Zależności pomiędzy mocą jednostkowa lokomotywy spalinowej a zużyciem paliwa

Wprowadzenie do eksploatacji lokomotyw liniowych o wysokiej mocy jed­

nostkowej przyczynia się do ograniczenia zużycia paliw płynnych. Ograni­

czenie zużycia paliwa więżę się z ograniczeniem straty mocy na sprzęgu lokomotywy A P S prz

A P sprz ' pk - Psprz' (g )

g d z i e :

P k - moc na obwodzie kół napędowych lokomotywy.

Psprz ” lnoc * ierzona na sprzęgu lokomotywy.

Stratę mocy na sprzęgu lokomotywy można wyznaczyć z zależności:

(w' + w. + wi + f j )m. v

A P sP rz " — ---

S M

g d z i e :

w^ - jednostkowe zasadnicze opory ruchu lokomotywy w daN/t, w^ » 0,98 i - opory wzniesień w daN/t,

Wj = opory łuków daN/t,

= 100 k^a - jednostkowa siła dynamiczna w daN/t, k^ - współczynnik mas wirujęcych,

a - przyspieszenie rozruchu w m/s , 2 m, - masa lokomotywy w t,

v - prędkość lokomotywy w km/h.

Straty mocy na sprzęgu lokomotywy sę proporcjonalne do masy lokomotywy a tym samym odwrotnie proporcjonalne do jednostkowej mocy lokomototywy.

Straty t>e sę zwięzane szczególnie z pokonywaniem wzniesień oraz przyspie­

szaniem prędkości lokomotywy. Powyższe czynniki będę występowały w czasie pracy spalinowych lokomotyw liniowych stosunkowo często, bowiem trakcję spalinowę będę obsługiwane trasy drugorzędne, na których występuję liczne ograniczenia prędkości, z czym więżę się konieczność realizacji przyspie­

szeń.

132 £. Kałuża, 3. Opava

Dla zobrazowania zależności pomiędzy mocę jednostkowę lokomotywy a zu­

życiem paliwa i stratę mocy na sprzęgu lokomotywy przedstawiono wyniki ob­

liczeń ww. wielkości, przyjmujęc następujęGe założenia:

Parametry jazdy: w'j = 0 , i = 6 % 0, = 5 d a N / t , v = 60 km/h.

Jednostkowe zasadnicze opory ruchu lokomotywy prowadzęcej skład wa go­

nów obliczono z z a l e ż n o ś c i :

* ’o = 3 '5 + § 7 fI Ó )2 [daN/t]. ( U )

Zużycie paliwa zwięzane ze stratę mocy na sprzęgu lokomotywy

A 3 p " J f ^ . p r * [X9/h]. (12).

Różnica w zużyciu paliwa zwięzanego ze stratę mocy na sprzęgu dla lokomo­

tyw LI i L2

A C A j p ) = A D p (L2) - A D p (Ll) [kg/h]. (13)

Różnica strat mocy na sprzęgach dla lokomotyw LI i L2

A ( A P sprz> ' A P s p r z ( L 2> - A P s p r z ( L 1 > M - (14)

' Podstawiajęc przyjęte dane do wzorów (10-14), otrzymano następujęce w y n i ­ ki:

A C & P s p r z ) “ 90 kW, A C A D p ) = 20,8 kg/h.

3. Kierunki rozwoju manewrowych i przemysłowych lokomotyw spalinowych

3.1. Moce jednostkowe lokomotyw manewrowych i przemysłowych

IV odróżnieniu od lokomotyw liniowych, lokomotywy manewrowe i przemy­

słowe powinny charakteryzować się małę mocę jednostkowa. Wynika to:

- z niskich prędkości jazdy lokomotyw na torach stacji rozrzędowych PKP oraz torach zakładów przemysłowych,

- z realizowania rozruchu składu manewrowego z ograniczonymi przyspiesze­

niami,

- z hamowania składu manewrowego sarnę lokomotywę.

Prawidłowo zaprojektowana lokomotywa manewrowa lub przemysłowa [ll]

powinna umożliwiać wykorzystanie pełnej mocy silnika spalinowego przy jaź­

dzie z najczęściej realizowanymi prędkościami v a , rozwijajęc siłę na ob-

Kierunki poszukiwań nowych rozwiązań.. 133

Rys. 4. Charakterystyka trakcyjna lo­

komotywy spalinowej

Fig. 4. Traction characteristic of a diesel locomotive

wodzie kół napędnych równą sile przyczepności F A . Ola F ad max =

= Fad 1 vmin = v a n,oc na ob- wodzie kół napędnych będzie rów­

na :

F max min V . F ,v ad a

360 360 H , í15 )

a moc silnika spalinowego

P,

^ - Pp^?przekł [kw], (16)

gdzie :

Fmax ' - ekstremalne wartości sił i prędkości, w granicach których wykorzystana jest pełna moc silnika spali­

nowego (rys. 4) w daN i km/h,

V P D - stosunek mocy pobieranej przez urządzenia pomocni­

cze lokomotywy do mocy znamionowej silnika spalino­

wego,

’iprzekł = ^ G ^ M ^ Z “ sprawność przekładni, dla przekładni elektrycznej to iloczyn sprawności prądnicy głównej, silników trakcyjnych i przekładni zębatej łęczęcej wał sil­

nika trakcyjnego z osię zestawu kołowego.

Siłę przyczepną Fad lokomotywy, której wszystkie osie są osiami na- pędnymi (mL = nac|)« wyznaczamy z zależności:

Fad - ^L^ad 981 <YPacJknk R [daN], (17)

250 + 1,55 R

500 + 1,1 R ' (13)

dla R <. 500 m ,

gdzie :

m L - masa lokomotyw w t.

Pad ” współczynnik przyczepności lokomotywy z szynami na prostym po- ziojmymiodcinku toru przy grupowym napędzie osi zestawów koło­

wych (kn = 1) w N/N,

^ad “ współczynnik przyczepności lokomotywy w drN/t,

k n - poprawka uwzględniająca zmniejszenie współczynnika pr zy cz ep no­

ści w zależności od rozwiązania układu napędowego lokomotywy M -

k ■ 1 - dla napędu grupowego, np. k o r b o w od ow eg o,

kn = 0,8-r0,93 - dla innych rodzajów napędu zestawów kołowych przy znacznym odciążeniu się osi ze stawów kołowych kn = 0,7,

k_. - poprawka uwzględniajęca zmniejszenie współczynnika przyczepno- ści na łuku,

R - promień łuku w m.

Podstawiając wzory (15) i (17) do (15) oraz dzieląc obie strony równa­

nia przez masę lokomotywy, otrzymamy wzór wyznaczający moc jednostkową lokomotywy w funkcji prędkości minimalnej, przy której można'wykorzystać moc znamionową silnika spalinowego

PD n 931 ^ a d knk Rv a v a fad r f

^ - p L - sfioii -"i5p ) v ~ kT - 3 6 0 d - p p % rzekł L / J • i 1 9 -

iVe wzorze (19) można przyjęć dla lokomotyw spalinowo-elektrycznych:

- współczynnik sprawności przekładni elektrycznej lokomotywy o mocy z n a­

mionowej nie przekraczającej kilkuset kW, pracującej przy prądzie maksy­

malnym:

V z e k ł = = ° ‘88 • ° - 05 * ° ' 96 " ° ' 7 1 3 '

- stosunek mocy pobieranej przez urządzenia pomocnicze lokomotywy do mocy znamionowej silnika spalinowego nie przekraczającej kilkuset kW

P p - O . “ .

- współczynnik przyczepności obliczony według wzoru zalecanego przez Cen­

tralny Ośrodek Gadań i Rozwoju Techniki Kolejnictwa dla lokomotyw prac u­

jących na torach PKP i bocznicach zakładów przemysłowych:

134 _________ ______________________ E. Kałuża. O. Opava

* . d - ¡77S3T ♦ ° ' 161 M . (2 0)

Kierunki poszukiwań nowych rozwiązań.. 135

- współczynnik przyczepności przyjęty dla lokomotyw pracujących na torach zakładów hutniczych [ll]

f ad “ 981 ? a d kn kR = 147 daNA *

Wyniki obliczeń mocy jednostkowych oraz ich odwrotności dla trzech różnych przykładów zastosowań lokomotyw zestawiono w tabeli 1.

Tabela 1 Przykłady obliczeń mocy jednostkowych lokomotyw manewrowych

Lp. Rodzaj lokomotywy Va kn kR ^aid f ad PL ^{i o}3/p l

km/h - - N/N daN/t kW/t kg/kw

1 Uniwersalna lokomotywa

manewrowa 8 0,88) 1 0,292 253 8,8 114

2 Lokomotywa manewrowa przeznaczona do pracy w rejonie górki roz­

rządowej

5 0,88' 0,82 Q,3 212 4,6 217

3 Lokomotywa przemysłowa przeznaczona do pracy na torach zakładów hutniczych

5 1 1 0,15 147 3,2 313

i

Większość produkowanych i eksploatowanych lokomotyw manewrowych i prze­

mysłowych ma cechy lokomotyw manewrowych uniwersalnych, dysponujęcych wy- sokę mocą jednostkowę oraz wysokę prędkością maksymalną. Parametry trak­

cyjne oraz moce jednostkowe wybranych typów lokomotyw manewrowych i prze­

mysłowych przedstawiono w tabeli 2.

Stosowanie lokomotyw manewrowych uniwersalnych do wszystkich prac w y ­ konywanych na torach stacji rozrzędowych i bocznicach przemysłowych jest wygodne, ponieważ rozwięzanie takie wyklucza możliwość wystąpienia defi­

cytu mocy, siły pociągowej lub dopuszczalnej prędkości. Należy jednak pa­

miętać, że całkowite koszty eksploatacji lokomotywy manewrowej uniwersal­

nej obejmujące koszty paliwa, amortyzację oraz koszty utrzymania i napraw są znacznie wyższe od kosztów eksploatacji lokomotywy specjalizowanej ce­

chującej się niskimi parametrami mocy jednostkowej oraz prędkości maksy­

malnej. Kierując specjalizowane lokomotywy manewrowe i przemysłowe do określonych rejonów pracy, np. w rejon górki rozrządowej stacji lub do przewozów gorących na terenie huty, można wykluczyć możliwość wystąpienia deficytu mocy lub prędkości, ponieważ regulaminy stacyjne oraz przepisy ruchu znacznie ograniczają dopuszczalne prędkości jazdy w wyżej wymienio­

nych rejonach pracy. Wyniki pomiarów obciążeń lokomotyw manewrowych i przemysłowych w pełni potwierdzają powyższą tezę.

Zestawienieparametrówznamionowychi mocyjednostkowychwybranychlokomotywmanewrowych

136 £« Kałuża, 3. Opava

cm

(0 -Q©

CL

\H kg/kW 126 136 sC

K>

tH 115 140 106 78,6 108 147 137 241 163 91 CL-J 7,96 0

m

7,46 CM

N CO

1 9,45 12,7 9,24 08*9 7,28 4,14 6,14 0‘ TT

XCO

LLE Z 24520 35280 18150 27220 24720 O oo

oCM 19620 22560

LLO

"O

11460 17850 12950

__ __

OCM

Or-ł 12650 15450

>O km/h 12,5 12,8 11,8 12,5 12,8 15

O

15,8

V max km/h 90 O

CD 80 06 40/(80) 80 35 40 24 _____________ 50 75

•o<0 -H

rM 0)

-X O

3 BÓB^.o 0 .

^ O O

- oo

- O CD

- O

ca C'C' 0 0 - O

co

* o

CD - O co - o

co

CO ^{" b}

" a

o CO

0 0

,9,9

- O 0

- O CD

OO

- o

0 E-J

74,0 120 74 114 84 63,5 ^CO CM

O

■sj-

0

h*

0 56 72 on

a

Q . 589 883 552 994 009 009 570 850 2x260 335 232 442 883

Przekład. elektr. elektr. elektr. elektr. _L.

*->

© r—ł ©

•

U -itr

»“ł©

©

c>

■DO

*DL.

-C> hydrodyn hydrodyn elektr. ■W$- O s

L.4-»

ri©

© U ri©

©

producent Fablok Fablok CKD ĆKO Q

>oX.

O

>o

Orenst ein K Orenstein K RFN Francja Francja Alsthom Francja Alsthom Francja

Seria typ SH42 SM31

tn ri

COin

f- T669.0,1 T419.0 T457.0 HC700N Z co oo g y Vanguard

OLL

¿(ii O CEM-FG

Rodzaj lokomotywy Manewrowauniwers. Manewrowauniwers. Manewrowauniwers. Manewrowauniwers. Przemysłowa

(DL.

©g

•H

C3

! L.2

C©

z(0 Przemysł.-hutnicz. Przemysł.-hutnicz. Przemysł.-hutnicz. Przemysłowa Przemysłowa rM©

:>•

E0 N Ł- a1 i_3

©c z© Manewr.-przemysł.

Lp. rl CVI fO in 0 N CO 0> O

11 12 ro

TÍ

Kierunki poszukiwań nowych rozwiązań.. 137

3.2. Analiza wyników pomiarów obciążeń lokomotyw manewrowych i przemysłowych

A. Pomiary obciążeń lokomotyw manewrowych na stacji Tarnowskie Góry

Najwięcej pomiarów obciężeń lokomotyw manewrowych przeprowadzono na stacji Tarnowskie Góry. Gest to stacja węzłowa, równiowa, położona na li­

nii magistralnej Sląsk-Porty Morskie, posiada połączenia z Dyrekcję Okrę­

gową Kolei Państwowych Północną i Zachodnią oraz szereg połączeń ze s t a­

cjami Sl. DOKP. Stacja posiada 4 górki rozrządowe oraz grupę torów, gdzie rozrząd dokonywany jest sposobem odrzutowym. Kolejne pomiary wiązano z pracę lokomotywy na poszczególnych pozycjach nastawnika jazdy, notując:

pozycję nastawnika, czas pracy na danej pozycji, prędkość jazdy, maksy­

malny prąd prądnicy głównej przy położeniu nastawnika jazdy na danym po­

łożeniu oraz napięcie prądnicy głównej.

Pomiary wykonywano na lokomotywach serii S M 42 i SM 31 rozrządzających składy wa gonów o masach mieszczących się w granicach od 1100 t do 2500 t.

W rejonach, gdzie rozrządzano ciężkie składy wagonów, pracowały z re­

guły lokomotywy S M 31. Wybrane parametry obciążeń lokomotyw na stacji Tarnowskie Góry zestawiono w tabeli 3.

Tabela 3 Wybrane parametry pracy lokomotyw na stacji Tarnowskie Góry

R e j o n y p r a c y A/B C/D P/B B/OB GSL

Seria lokomotywy S M 42 S M 31 SM 42 SM 31 SM 42 Względny czas wykorzystania

stopnia mocy n i n-1 0 % 0 % 9%

515 i 589 kW

6,8%

765 kW 0 %

Względny czas wykorzystania mocy w przedziale od P . do

147 kW1 ^ 3

88% ' 76% 58%. 61% 82%

średnia moc dobowa s i l n i k a ^ 93 kW 147 kW 161 kw 231 kVV 100 kw średnia moc dobowa silnika

z uwzględnieniem czasów postoju 58 kW 75 kW 72 kW 79 kW ^{in CO}

1 ^Bez uwzględnienia czasów postoju lokomotywy.

138 E. Kałuża, 3. Opava

B. Pomiary obciążeń lokomotyw przemysłowych na terenie Huty Katowice

Pomiary wykonano na lokomotywach serii SM 42 realizujących następujące rodzaje pracy:

Lok. Nr 1 - przewozy gorące na trasie hala lejnicza - hala strippera, Lok. Nr 2 - przewozy gorące na trasie hala strippera - hala walcowni -

hala osprzętu,

Lok. Nr 3 - przewozy gorące na trasie hala osprzętu - hala wlewnic, Lok. Nr 4 - obsługa wywrotnicy koksu,

Lok. Nr 7 - obsługa wywrotnicy koksu.

Wyniki pomiarów obciążeń lokomotyw zestawiono w tabeli 4.

Uwaga I Na 4 pozycji jazdy silnik lokomotywy rozwija moc do 147 kW i p r a­

cuje z prędkością obrotową n równą prędkości obrotowej biegu jałowego.

Tabela 4 Wyniki pomiarów obciążeń wybranych lokomotyw pracujących

na terenie Huty Katowice

Numer lokomotywy 1 2 3 4; 7

Maksymalna prędkość

lokomotywy (km/h) 3 5 6 8

Najwyższa pozycja nastawnika

.

Maksymalny prąd obciążenia

prądnicy głównej (a) 1100 850 1000 1100

Masa składu manewrowego (t) do 1329 do 933 do 537 do 1000' Stosunek przebiegu luzen

do przebiegu całkowitego 0,63 0,75 0,57 0,50

C. Analiza wyników pomiarów

Wyniki pomiarów wskazują jednoznacznie, że lokomotywy pracujące na sta­

cji rozrządowej Tarnowskie Góry ze składami wagonów o masie od 1100 do 2300 t w trzech rejonach pracy (A/S, C/D, G3L) nie pracowały z pełną mocą silnika spalinowego, a 80‘j czasu pracy moc silnika nie przekraczała 147 k'.V. Lokomotywy pracujące na terenie Huty Katowice przy przewozach go­

rących (lokomotywy nr 1, 2 i 3) nie przekraczały prędkości 6 km/h i mocy 147 kiV odpowiadającej 4 pozycji nastawnika jazdy w lokomotywie S M 42.

Uzyskane wyniki pomiarów potwierdzają prawidłowość wyników obliczeń wy ma­

ganych wartości mocy Jednostkowych specjalizowanych lokomotyw manewrowych i przemysłowych. Wartości mocy jednostkowych tych lokomotyw winny być znacznie niższe od mocy jednostkowych lokomotyw S M 42 i SM 31 (tabela 2).

Kierunki poszukiwań nowych rozwiązań. 139

W zależności od rejonu czas pracy silników spalinowych badanych lokomotyw na biegu jałowym mieścił się w granicach od 50 do 80% całkowitego czasu pracy lokomotywy.

Podsumowanie

Dalszy rozwój lokomotyw spalinowych powinien obejmować nie tylko wpro­

wadzenie nowych rodzajów przekładni lub wprowadzenie sterowania cyfrowego zapewniających uzyskanie korzystniejszych charakterystyk i parametrów eksploatacyjnych, lecz także powinien obejmować wprowadzanie szersżej gamy lokomotyw specjalizowanych. Lokomotywy te powinny różnić się między sobą w mniejszym stopniu wyposażeniem w zespoły prądotwórcze i silniki trakcyjne, a w większym stopniu masą służbową lokomotywy, liczbą osi oraz przełożeniem przekładni zębatej łączącej silnik trakcyjny z osią napędną. W lokomotywach liniowych stosowanie wysokich mocy jednostkowych zapewnia ograniczenie zużycia paliwa. W lokomotywach manewrowych specjali­

zowanych niskie moce jednostkowe zapewnię nie tylko ograniczenie zużycia paliwa, lecz także ograniczą pozostałe koszty eksploatacyjne, co wynika z niszych kosztów amortyzacji i napraw silnika o małej mocy. Możliwość ograniczenia zużycia paliwa przez lokomotywy manewrowe wyposażone w sil­

niki spalinowe o małej mocy wiąże się z długotrwałą pracą tych lokomotyw na biegu jałowym decydującym w tym wypadku o całkowitym zużyciu paliwa.

Zużycie paliwa przez silnik pracujący przy biegu jałowym jest bowiem w przybliżeniu proporcjonalne do jego mocy znamionowej,

LITERATURA

[ 1] Gronowicz D.: Eksploatacyjne badania identyfikujące pracę lokomotyw spalinowych. Pojazdy szynowe 1/1969.

[2] Gronowicz 3. : Analiza czynników wpływających na obniżenie zużycia p a ­ liwa w procesie eksploatacji lokomotyw spalinowych.

[3J

[żl Kałuża E.: Zbiór zadań i ćwiczeń projektowych z trakcji elektrycznej.

Skrypt uczelniany Nr 1066 Politechnika śląska, Gliwice 1982, wyd. II.

[5] Kałuża E.: Zastosowanie napędów hybrydowych w pojazdach trakcyjnych.

Referaty I Sympozjum Katowice - Oaszowiec 1977 "Transport kolejowy".

Organizatorzy Instytut Transportu i Komunikacji Politechniki ólę- skiej i Dział Sieci i Zasilania DRKP Katowice.

[&J Kałuża E . : Analiza celowości wprowadzenia do eksploatacji lokomotyw sieciowo-spalinowych. Zeszyty Naukowe Politechniki śląskiej Elektryka z. 78, Gliwice 1982.

[7I Muller G.: Motorove lokomotivy pro hutni prümysl Strojirenstvii.

NTL Praha Sv. 29 Ć 11 1979.

[8l Opava 3.: Vyvoj a perspektiva raotorovvch lokomotiv s elektrickym prenosem vykonu. Sbornik konference CSVTS Motorove lokomotivy, Karlovy Vary 1982. D&m techniky Plzeń.

140 E. K a ł u ż a . 3. Opava

f9"| Opava 0.: Problematika volby vozebni soustavy v zavodove doprave.

Sbornik prednasek ze setninare c vV-51 Hove prvky posunovacich lokomo- tiv ĆSDa zavodove dopravy, UK DZ Praha 1903.

[ l o j Pohl 0. : Inforniace o iriovaci v oboru motorovych lokomotiv. Zbiór re-

reratów jak w fo],

[ill Szelest P . A . : Sowremionnyje promyszlennyje teplowozy. Transport, f-ioskwa 1978.

[12] Trakcja i wagony. WKiŁ, Warszawa 1987.

R e c e n z e n t : Doc. dr inż. Dózef Furman

Wpłynęło do Redakcji 15 stycznia 1938 r.

HAIIPA3JIEHHH HOHCKOB HOBHX PEIHEHHi! TEIUI0B030B

P e 3 k> m e

B c r a i b e npeaciaBJieH H oiHomeHHH Mexfly y^eJibHOjl uoiąHOCTb» ie n .io B 0 3 a h y^ejibHofl M0!HH0CTb» ¿tBHraTeJiH BHyipeHHoro cropaHHH z sjieK ipazecK oS n e p e - A aaeił.

IJpzBeAeHa 3aBzcaM ocTb, KOTopas p a3 p em a ei onpeA enaTb yAezbHysj uomHOCTb ABHrareJia BHyTpeHHoro cro p a H z a jiOKOMOTHBa a n a jizHeiSzofi pafioTH b iyHKitzz ee HOMZHaJIbHOft MOąHOCTH.

H aJiee, npeACTaBJiezo oxHomeHze ue&xy yaejibHoit MonHOCTbB z pacxoAOH to n jizB a Temi0B03a ajih nzHe8H02 p a f io m . HeaaTeJibHoe noBtcueHHe yAezbHoa u o q H o cia noJiyqeHHoe nyxeM o rp aH zzeH za Maoca jioKouoTHBa, ofiecnezzB aeT yueHbffleBze pacxo.ua TonnzBa.

B uaHeBpoBbcc a npoMbmuieHHHx jioKOMOTzBax ¡can npoxzB opeaze no oiHomeHzio TeiuioB03OB a a z 4HHe0HO0 p a 6 o m T peSyeTca HeSozbmoa yxezbHOii m o h h o o th . 3 t o BUTexaei H3He6ojibmo2 cxopocT a A saxeH aa a orpaHzaeEHHx 3HaaeaaK c a a pa3BZBaeMux 3Tzmz 4 okomotkbaMa.

Il3Meaaa aarp y 3 K a aokomothbob pa6oTam ąax Ha copTapoBoaHnx C Tanaaax a xejiesHOAoposHux n y m x npoMbnuieHHHx npeA npzzT za, noiBepxAaioT npeA C iaB zea- Hue pe3yjibTaTn pacaeTOB yAejibHHX MoąHOCTeB cneiiaa4H3apoBaHHHX MaHeBpoBHx a npoMtmiAeHHhix aokomothbob.