牵引计算六能耗计算学习教案.pptx

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1、牵引计算牵引计算(j sun)六能耗计算六能耗计算(j sun)第一页，共55页。列车运行能耗计算列车运行能耗计算(j sun)及及节能技术节能技术能耗是一项重要经济指标。能耗取决于机车类型、牵引质量、线路(xinl)纵断面、运行速度、停站时间、机车状态等多种因素，与司机的操纵水平也有很大关系。合理确定能耗消耗量具有经济意义，对促进司机的操纵水平也有积极意义。第1页/共54页第二页，共55页。本章主要本章主要(zhyo)内容内容内燃机车油耗的计算。电力机车(din l j ch)耗电量的计算。节能技术研究第2页/共54页第三页，共55页。1 内燃机车内燃机车(ni rn j ch)燃燃油消耗量

2、的计算油消耗量的计算 区段内的燃油消耗计算公式如下(rxi)：其中：Ey=Ey1+Ey2=y(ey1t)+(ey2t)每万吨公里的燃油消耗量：第3页/共54页第四页，共55页。DF4(货)内燃机车(ni rn j ch)燃油消耗量曲线图第4页/共54页第五页，共55页。DF4B(货)内燃机车(ni rn j ch)燃油消耗量曲线图第5页/共54页第六页，共55页。DF11 内燃机车(ni rn j ch)燃油消耗量曲线图第6页/共54页第七页，共55页。燃油消耗量的线性插燃油消耗量的线性插值法计算值法计算(j sun)第7页/共54页第八页，共55页。燃油消耗量计算燃油消耗量计算燃油消耗量计算

3、燃油消耗量计算(j sun)(j sun)表格式表格式表格式表格式坡段序号运行工况运行速度(km/h)牵引工况惰行和空气制动电阻制动区段燃油消耗量E(kg)v1v2vpty(min)Ey(kg/min)Ey(kg)t0(min)e0(kg/min)E0(kg)tdz(min)Edz(kg/min)E(kg)第8页/共54页第九页，共55页。填表时应注意填表时应注意(zh y)下列几点：下列几点：(1)(1)起起动动(q(q dn)dn)过过程程中中0 010km10kmh h的的单单位位时时间间燃燃油油消消耗耗量量，DF4DF4型型机机车车按按3kg3kgminmin取取算算，DFDF型型按按

4、2.2kg2.2kgminmin取算。取算。(2)(2)牵牵引引运运行行的的单单位位时时间间燃燃油油消消耗耗量量eyey，根根据据运运行行速速度度和手柄位查表或查图取算。和手柄位查表或查图取算。第9页/共54页第十页，共55页。DF4(货)内燃机车(ni rn j ch)燃油消耗量曲线图第10页/共54页第十一页，共55页。DF4(货)型内燃机车(ni rn j ch)牵引计算主要数据表 计算质量P(t)粘着质量P(t)计算粘着系数j最低计算速度jmin(km/h)最大计算牵引力Fjmax(kN)计算动轮直径Dj(mm)计算起动牵引力F q(kN)计算起动阻力q(N/kN)齿轮传动比c最大速度

5、g(km/h)机车全长Lj(m)1350.248+5.9/(75+20v)20.0302.11013401.75.004.5010021.1速度v（km/h）1016.52030405060708090100轮周牵引力F粘着牵引力356.9 347.9手柄位数8 16710670.652.541.734.329.426.522.619.612 308V=7.0/365.0193.3 137.310382.968.757.95043.237.315V=14.0/350.6 279.6 193.3145.2115.896.681.468.256.445.116V=0/401.7347.9302.1

6、 216.8164.8131.5108.992.278.565.253单位基本阻力0(N/kN)2.592.792.943.323.744.194.685.205.766.366.99燃油消耗量(kg/min)手柄位数83.003.003.003.003.003.002.982.952.902.852.80125.235.235.235.235.275.285.275.185.084.894.70157.297.297.297.297.297.287.237.146.806.405.98168.158.248.288.338.348.338.247.977.557.086.52柴油机空转手柄位

7、数 ns0，1234567891011燃油消耗量 e0(kg/min)0.350.380.410.460.520.580.640.700.770.840.92手柄位数 ns1213141516燃油消耗量 e0(kg/min)1.011.101.201.341.48第11页/共54页第十二页，共55页。填表时应注意填表时应注意(zh y)下列几点：下列几点：(1)(1)起起动动过过程程中中0 010km10kmh h的的单单位位时时间间燃燃油油消消耗耗量量，DF4DF4型型机机车车按按3kg3kgminmin取取算算，DFDF型型按按2.2kg2.2kgminmin取算。取算。(2)(2)牵牵

8、引引 运运 行行 的的 单单 位位 时时 间间 燃燃 油油 消消 耗耗 量量 eyey，根根 据据(gnj)(gnj)运行速度和手柄位查表或查图取算。运行速度和手柄位查表或查图取算。(3)(3)惰惰行行、空空气气制制动动的的单单位位时时间间燃燃油油消消耗耗量量e0e0按按柴柴油机空转第油机空转第0 0，1 1手柄位取算。手柄位取算。第12页/共54页第十三页，共55页。DF4(货)型内燃机车牵引(qinyn)计算主要数据表 计算质量P(t)粘着质量P(t)计算粘着系数j最低计算速度jmin(km/h)最大计算牵引力Fjmax(kN)计算动轮直径Dj(mm)计算起动牵引力F q(kN)计算起动阻

9、力q(N/kN)齿轮传动比c最大速度g(km/h)机车全长Lj(m)1350.248+5.9/(75+20v)20.0302.11013401.75.004.5010021.1速度v（km/h）1016.52030405060708090100轮周牵引力F粘着牵引力356.9 347.9手柄位数8 16710670.652.541.734.329.426.522.619.612 308V=7.0/365.0193.3 137.310382.968.757.95043.237.315V=14.0/350.6 279.6 193.3145.2115.896.681.468.256.445.116V

10、=0/401.7347.9302.1 216.8164.8131.5108.992.278.565.253单位基本阻力0(N/kN)2.592.792.943.323.744.194.685.205.766.366.99燃油消耗量(kg/min)手柄位数83.003.003.003.003.003.002.982.952.902.852.80125.235.235.235.235.275.285.275.185.084.894.70157.297.297.297.297.297.287.237.146.806.405.98168.158.248.288.338.348.338.247.977.

11、557.086.52柴油机空转手柄位数 ns0,1234567891011燃油消耗量 e0(kg/min)0.350.380.410.460.520.580.640.700.770.840.92手柄位数 ns1213141516燃油消耗量 e0(kg/min)1.011.101.201.341.48第13页/共54页第十四页，共55页。填表时应注意填表时应注意(zh y)下列几点：下列几点：(1)(1)起起动动过过程程中中0 010km10kmh h的的单单位位时时间间燃燃油油消消耗耗量量，DF4DF4型型机机车车按按3kg3kgminmin取取算算，DFDF型型按按2.2kg2.2kgmin

12、min取算。取算。(2)(2)牵牵引引运运行行的的单单位位时时间间燃燃油油消消耗耗量量eyey，根根据据运行速度和手柄位查表或查图取算。运行速度和手柄位查表或查图取算。(3)(3)惰惰行行、空空气气制制动动的的单单位位时时间间燃燃油油消消耗耗量量e0e0按柴油机空转第按柴油机空转第0 0，1 1手柄位取算。手柄位取算。(4)(4)机机车车在在高高原原地地区区、高高温温(gown)(gown)地地区区采采用用修修正正后后的的牵牵引引力力FxFx时时，单单位位时时间间燃燃油油消消耗耗量量eyey也应当按相应的系数也应当按相应的系数hehe和和pepe进行修正。进行修正。第14页/共54页第十五页，

13、共55页。内燃机车耗油量随空气温度的修正内燃机车耗油量随空气温度的修正内燃机车耗油量随空气温度的修正内燃机车耗油量随空气温度的修正(xizhng)(xizhng)系数系数系数系数he he 周围空气温度th()303234363840DF1.0000.9780.9750.9710.9680.964DF4(货、客)1.0000.9850.9580.9300.9040.877DF4B(货、客)1.0000.9750.9490.9240.8980.875DF4C(货)1.0001.0001.0001.0000.9830.896DF8及DF111.0000.9940.9640.9340.9040.87

14、8第15页/共54页第十六页，共55页。内燃机车内燃机车内燃机车内燃机车(ni rn j ch)(ni rn j ch)耗油量随海拔高度的修正系数耗油量随海拔高度的修正系数耗油量随海拔高度的修正系数耗油量随海拔高度的修正系数pe pe 海拔Hm5001000150020002500300035004000大气压力Ph kPa95.2389.6484.3279.4074.6170.2265.9761.85DF1.0001.0000.9120.8860.861-DF4(货、客)1.0000.9330.8550.7800.7070.6380.5690.503DF4B(货、客)45GP802-A增压器

15、1.0000.9680.915-ZN310增压器0.9180.8580.7980.7400.6750.615第16页/共54页第十七页，共55页。2 电力机车电力机车(din l j ch)电能消耗量的计算电能消耗量的计算 电力机车耗电量Q通常按牵引运行耗电量Qy(包括自用电量)和惰行、制动及停站时的自用电量Q0以及出入段及途中调车作业耗电量三部分(b fen)分别进行计算。即 QQy+Q0+Qt 电力机车耗电量按“有功电流”计算 第17页/共54页第十八页，共55页。SS1 电力机车有功(yu n)电流曲线图第18页/共54页第十九页，共55页。SS3 电力机车有功(yu n)电流曲线图第1

16、9页/共54页第二十页，共55页。6K型电力机车有功(yu n)电流曲线图第20页/共54页第二十一页，共55页。电力机车电力机车(din l j ch)电能消耗量的计算电能消耗量的计算(1)牵引运行时的耗电量 分为(fn wi)最高负荷牵引运行耗电量Qy1和部分负荷牵引运行耗电量Qy2QyQy1+Qy2(kWh)(kWh)第21页/共54页第二十二页，共55页。(2)惰行、制动、停站的自用电量(3)出入段及途中调车作业耗电量1)出入段作业每小时100kW;2)途中调车作业每小时250kW。货运电力机车(din l j ch)每万吨公里的耗电量q按下式计算 (kWh(104tkm)第22页/共

17、54页第二十三页，共55页。利用牵引力计算利用牵引力计算(j sun)牵引牵引能耗能耗公式：公式：E=F V E=F Vt/t/-机电机电(jdin)(jdin)效率效率 第23页/共54页第二十四页，共55页。节能研究的目的是：在既有约束的情况下节能研究的目的是：在既有约束的情况下(运行时分、加减速度、工况转换时间运行时分、加减速度、工况转换时间)充分充分利用列车动能，减少牵引能耗。主要体现在利用列车动能，减少牵引能耗。主要体现在列车达到或接近限速时如何选择惰行时机列车达到或接近限速时如何选择惰行时机(shj)(shj)。在再生制动条件下，还要考虑到制动能量的在再生制动条件下，还要考虑到制动

18、能量的反馈回收。反馈回收。节能模拟问题主要是惰行点的选择问题。节能模拟问题主要是惰行点的选择问题。3 列车节能技术(jsh)与相关研究第24页/共54页第二十五页，共55页。英国英国(yn u)的研究的研究影响能耗的主要因素有：影响能耗的主要因素有：列车重量。列车重量。当其他条件不变时，能耗与列车重量间存当其他条件不变时，能耗与列车重量间存在线性关系，一般可用单位吨公里的能耗来描述。在线性关系，一般可用单位吨公里的能耗来描述。图定速度。图定速度。包括站间距、运行时分、平均速度等；包括站间距、运行时分、平均速度等；电机特性。牵引电机特性。牵引(qinyn)(qinyn)与制动。与制动。惰行点及其

19、控制策略。惰行点及其控制策略。在站间运行时采用惰行被认为在站间运行时采用惰行被认为是最有效的节能措施。惰行的运用一般与运行时是最有效的节能措施。惰行的运用一般与运行时分大小有关。分大小有关。第25页/共54页第二十六页，共55页。澳大利亚澳大利亚(o d l y)的研究的研究减少能耗的方法主要包括(boku)：减少列车重量；用足运行时分，即减少列车等待，尽量采用惰行操纵方式；使用较大牵引力；采用尽可能多的驱动轴来获得初始起动加速度；在尽可能大的速度范围内维持牵引力；使用较高的制动率。第26页/共54页第二十七页，共55页。曲线对能耗曲线对能耗(nn ho)的影响的影响不同曲线半径(bnjng)

20、的列车能耗曲线图 第27页/共54页第二十八页，共55页。坡道坡道(p do)对能耗的影响对能耗的影响 上坡道不同(b tn)坡度的列车能耗曲线图 第28页/共54页第二十九页，共55页。限速对能耗限速对能耗(nn ho)的影响的影响不同(b tn)限速下的列车能耗曲线图 第29页/共54页第三十页，共55页。能耗能耗(nn ho)与列车重量及限速与列车重量及限速的关系的关系站间距(jin j)为1km时的能耗曲线图 第30页/共54页第三十一页，共55页。站间距(km)限速(km/h)列车重量(t)100125150175200140能耗(kWh)2.63.23.94.35.2时间(s)98

21、10010010210350能耗(kWh)3.64.55.56.36.9时间(s)808182848560能耗(kWh)4.96.27.28.59.9时间(s)686971737470能耗(kWh)6.57.89.510.912.9时间(s)6062646667240能耗(kWh)3.64.25.16.16.8时间(s)19419619619819850能耗(kWh)4.75.77.08.09.3时间(s)15615615815916160能耗(kWh)6.27.59.110.412.1时间(s)13013213313513670能耗(kWh)7.69.611.313.215.1时间(s)11

22、3115117119120能耗与列车能耗与列车(lich)重量及限速的关系重量及限速的关系第31页/共54页第三十二页，共55页。节能坡：线路纵断面形式是凹形纵断面，采用(ciyng)节能坡可以达到降低列车运行能耗的目的。AB节能(ji nn)坡对能耗的影响 第32页/共54页第三十三页，共55页。节能坡对能耗节能坡对能耗(nn ho)(nn ho)的影响的影响设置站间距分别为1km、2km、3km，节能坡坡长为200m、坡度为40，列车从一个(y)车站静止起动，运行至另一个(y)车站停车。站间距(jin j)1km，有、无节能坡模拟运行速度-距离图 第33页/共54页第三十四页，共55页。计

23、算结果计算结果站间距1km2km3km计算结果能耗(kWh)时间(s)能耗(kWh)时间(s)能耗(kWh)时间(s)无节能坡(限速50km/h)5.5837.01588.4237有节能坡(限速50km/h)1.81053.11884.6265有节能坡(限速55km/h)2.5893.81615.5228有节能坡(限速60km/h)3.3795.11428.4237第34页/共54页第三十五页，共55页。线路(xinl)纵断面形式的确定第35页/共54页第三十六页，共55页。方案时分能耗总能耗（度）节能比(%)节约费用（万元）1131.68/135.1 64.6/80.6 145.1 2131

24、.61/134.98 42.5/65.4 107.9 25.64 6029 3131.65/134.9 31.1/57.6 88.7 38.87 9140 两站标高不变，只改变纵断面的设计(shj)，三个方案运行时分差别不大，达到了相同的运行效果，在这3公里多 的区间能耗费用节省了2540%，30年累计节省费用约一亿元。计算结果第36页/共54页第三十七页，共55页。节能节能(ji nn)操纵规则研究操纵规则研究 加速过程按最大牵引力计算；加速过程按最大牵引力计算；停车制动按最大制动来计算；停车制动按最大制动来计算；除了除了(ch le)(ch le)停车制动外，避免采用空气制动；停车制动外，

25、避免采用空气制动；在约束条件下协调采用匀速及惰行策略。在约束条件下协调采用匀速及惰行策略。计算速度：列车在不同路段不能低于计算速度牵引，它对惰行时间长计算速度：列车在不同路段不能低于计算速度牵引，它对惰行时间长度的确定有重要影响；度的确定有重要影响；限制速度：主要限制牵引方式持续的时间；限制速度：主要限制牵引方式持续的时间；列车运行时分：它也是限制惰行采用的主要约束。列车运行时分：它也是限制惰行采用的主要约束。第37页/共54页第三十八页，共55页。惰行点的选择惰行点的选择(xunz)(xunz)限制条件：计算速度的限制 运行(ynxng)时分的限制第38页/共54页第三十九页，共55页。典型

26、过渡典型过渡(gud)段的节能算法段的节能算法 上坡(shn p)的运行状态 第39页/共54页第四十页，共55页。典型过渡段的节能典型过渡段的节能(ji nn)算算法法 下坡(xi p)的运行状态 第40页/共54页第四十一页，共55页。典型过渡典型过渡(gud)段的节能算法段的节能算法 上下坡组合时列车的运行(ynxng)状态 第41页/共54页第四十二页，共55页。节能算法节能算法(sun f)的实施的实施 列车节能运行方式(fngsh)工况转换示意图 第42页/共54页第四十三页，共55页。算例算例(3)(2)(1)(1)节时策略(2)目标(mbio)速度为60km/h(3)目标(mb

27、io)速度为50km/h 第43页/共54页第四十四页，共55页。运营运营(ynyng)费支出费支出统计统计车次能耗(度)定额1定额2定额3定额4定额5定额6定额7定额8定额19合计(元)节时 1382 101716045715.28.43.50.646.5718节能601371101311045415.58.63.60.647.5662节能5011739129838816.89.33.90.751.4589第44页/共54页第四十五页，共55页。列车节能相关列车节能相关(xinggun)研究研究地铁(dti)列车惰行控制 牵引惰行制动列车限速速度，m/s距离，m匀速运行站间列车运行模式(ms

28、h)示意图第45页/共54页第四十六页，共55页。节能仿真节能仿真(fn zhn)(fn zhn)运行过程运行过程图示图示列车节能(ji nn)运行过程 最高运行(ynxng)速度最低运行速度第46页/共54页第四十七页，共55页。案例案例(n l)线路名称车站数线路长度(m)线路限速(km/h)广州地铁202246580列车名称动车组列车重量(t)构造速度(km/h)地1次四动两拖15080地3次三动三拖28080线路(xinl)数据 速度空间(km/h)最大加速度(m/s2)最大减速度(m/s2)60800.831列车(lich)数据 模拟参数设置 第47页/共54页第四十八页，共55页。

29、列车运行速度(sd)-距离曲线 第48页/共54页第四十九页，共55页。节能节能(ji nn)运行比较图运行比较图新港东-磨碟沙区间节能运行(ynxng)比较图 第49页/共54页第五十页，共55页。新港东新港东-磨碟沙区磨碟沙区(sh q)间坡间坡道数据道数据 编号起点(m)长度(m)坡度()11290360321650250-331900400-23.44230028030525803703第50页/共54页第五十一页，共55页。广州地铁广州地铁广州地铁广州地铁(dti)(dti)线路节能运行结果统计线路节能运行结果统计线路节能运行结果统计线路节能运行结果统计表表表表距离(m)地1次地3次

30、原方案 节能方案原方案 节能方案时间(s)能耗(kWh)时间(s)能耗(kWh)时间(s)能耗(kWh)时间(s)能耗(kWh)224651548263.421567223.861559477.731567414.81对于地1次列车，采用节能方案(fng n)时，全线运行时间比原方案(fng n)多19s；全线能耗比原方案(fng n)减少39.56 kWh，节能15.0%；对于地3次列车，采用节能方案(fng n)时，全线运行时间比原方案(fng n)多8s；全线能耗比原方案(fng n)减少62.92 kWh，节能13.2%。第51页/共54页第五十二页，共55页。小结小结(xioji)内燃机车油耗的计算内燃机车油耗的计算(j sun)(j sun)。电力机车耗电量的计算电力机车耗电量的计算(j sun)(j sun)。节能技术研究节能技术研究第52页/共54页第五十三页，共55页。谢谢大家！第53页/共54页第五十四页，共55页。感谢您的观看(gunkn)！第54页/共54页第五十五页，共55页。