Состав исследуют в реальных условиях
Электросекцию ЭД4Э, состоящую из головного и моторного вагонов, построили в 2001 г и в октябре того же года передали для проведения тягово-энергетических испытаний в Научно-испытательный центр ВНИИЖТа (ст. Щербинка).
Предприятие-изготовитель новой электросекции — ОАО «Де-миховский машиностроительный завод» (г Орехово-Зуево). Секция оснащена опытным комплектом электрооборудования, обеспечивающим переключение группировок тяговых двигателей с номинальным напряжением на коллекторе 1500 В разработки и производства АО «Электросила» (г. Санкт-Петербург) при участии холдинговой компании «Ленинец» ОАО «Экспериментальный завод» (г. Санкт-Петербург). Особенности и принципиальная схема ЭД4Э были представлены в журнале «Локомотив» № 7, 2002 г.
На этапе наладки основных узлов и оборудования (октябрь 2001 г. — апрель 2002 г.) секция совершила пробег 2000 км, который показал ее функциональную работоспособность. Но предстояло довести тягово-энергетические показатели до уровня расчетных, что потребовало больших усилий специалистов предприятий-изготовителей.
Цель проведения приемочных испытаний — определение основных тягово-энергетических показателей секции электропоезда, оценка теплового состояния основного силового электрооборудования проверка работоспособности и эффективности его систем и аппаратов в расчетном режиме движения. Кроме того, исследовали действие систем защиты тягового электрооборудования при аварийных и нештатных режимах. При этом режимы рекуперативного торможения обеспечивались специальным инвертором тяговой подстанции экспериментального полигона на Щербинке.
В процессе испытаний использовали разработанную в лаборатории электропоездов ВНИИЖТа автоматизированную измерительную систему (АИС), предназначенную для испытаний электрооборудования подвижного состава. Она состоит из первичных преобразователей (датчиков) измеряемых величин; измерительно вычислительного комплекса; устройств обеспечивающих бесперебойное питание элементов АИС при возможном исчезновении напряжения питающей сети в процессе проведения измерений.
Система обеспечивает квантование сигналов с помощью мер текущего времени и интервалов времени с нормированными характеристиками погрешности, квантованное по времени измерение и фиксацию на цифровых носителях информации. В частности, аппаратура АИС позволяет регистрировать следующие сигналы и величины напряжения и токи в контрольных точках электрических цепей, скорость движения и длину пути, температуру элементов электрооборудования, сигналы системы управления. Кроме того, измерительная система определяет средние и действующие значения, частоты регистрируемых токов и напряжений, а также мощности и другие вычисляемые параметры в реальном времени.
По результатам поколесного взвешивания моторного и головного вагонов секции масса тары электропоезда ЭД4Э основной схемы формирования (2Г+5М+ЗП) составила 516,25 т. При этом массу тары прицепного вагона принимали равной массе тары вагона серийного электропоезда ЭД4. Все показатели электропоезда рассчитывали и измеряли при коэффициенте заполнения 1,5. Это означает, что количество пассажиров в 1,5 раза больше количества сидячих мест. После несложного расчета секцию загрузили балластом. С учетом пассажиров (масса одного — 70 кг) ее масса составила 126.1 т.
Основной объем тягово-энергетических показателей определяли при расчетной загрузке сцепа в расчетном режиме движения (рис. 1) длина перегона — 3 км, путь разгона — 1 5 и продолжительность стоянки — 30 с. Время отстоя через каждые 60 км пробега — 15 мин.
Среди главных факторов успешной эксплуатации поезда в условиях пригородного сообщения — его разгонные и тормозные характеристики. Данный электропоезд имеет семь уставок тока при разгоне и три при торможении В графическом виде ускорения для третьей, пятой и седьмой уставок тока представлены на рис 2, замедления для 2-го и 3-го тормозных положений контроллера машиниста — на рис. 3.
В табл. 1 представлены сводные данные по тягово-энергетическим показателям опытной электросекции ЭД4Э в расчетном режиме движения в сравнении с аналогичными показателями серийного электропоезда ЭД4, полученными в ходе приемочных испытаний в Научно-испытательном центре ВНИИЖТа в 1997 г. Энергетические показатели приведены для расчетного перегона длиной 3 км при десятивагонной составности поездов.
Как видно из приведенных в табл. 1 данных, удельный расход электроэнергии энергосберегающей схемы электропоезда ЭД4Э в расчетном режиме движения на 8,4 % меньше аналогичного показателя серийного ЭД4 (вместо ожидаемых 20 %).
У секции ЭД4Э худшая по сравнению с ЭД4 характеристика выбега, более высокий коэффициент ослабления поля тяговых двигателей и значительный разброс их характеристик. Масса тары электропоезда ЭД4Э на 3,2 % больше массы тары ЭД4 той же составности. Все это вместе негативно сказывается на тягово-энергетических показателях
Реальные условия эксплуатации электропоездов в пригородных узлах железных дорог России существенно отличаются от условий движения в расчетном режиме Поэтому при сравнении показателей работы составов различных поколений достоверная их оценка по расходу электроэнергии может быть получена лишь с помощью анализа данных в условном эксплуатационном режиме движения Последний, в свою очередь характеризуется соответствующими среднеэксплуатационными длиной перегона, технической и участковой скоростями, пониженным, по сравнению с расчетным, коэффициентом сцепления, а также среднеэксплуатационным значением коэффициента заполнения пассажирами.
Так, по условиям работы электропоездов ЭД2Т, ЭД4 и ЭД4М в депо Перерва, Железнодорожная и имени Ильича Московской дороги средневзвешенные длина перегона в настоящее время составляет 3,86 км, а техническая скорость — 58,4 км/ч. Данные значения были использованы при проведении сравнительных тяговых расчетов электропоездов ЭД4 и ЭД4Э для среднеэксплуата-ционного режима движения в условиях Московской дороги Результаты этих расчетов представлены в табл. 2.
Таким образом, из таблицы следует что удельный расход электроэнергии электропоездом ЭД4Э на 24 5 % меньше, чем серийным ЭД4 в тех же условиях движения.
Исследования аварийных и нестационарных режимов включали оценку функциональной работоспособности систем в переходных режимах; испытания защиты силовых цепей и тяговых двигателей при перегрузках и коротких замыканиях определение эффективности противоюзно-противобоксовочной защиты. При этом пред варительно провели проверку уставок срабатывания БВ.
Особое внимание уделили исследованиям функциональной работоспособности электрооборудования в переходных режимах изменения напряжения на токоприемнике. К таким режимам относятся:
кратковременное (до 400 мс) нарушение контакта токоприемника с контактным проводом (искрение);
полный (до 1,5 с) кратковременный отрыв (отскок) токоприемника от контактного провода с прекращением тягового (тормозного) тока
скачкообразное изменение напряжения на токоприемнике в сторону увеличения или снижения в пределах 1000 В.
В целом испытания опытной электросекции пригородного электропоезда постоянного тока ЭД4Э показали достаточно вы сокую функциональную работоспособность ее электрических систем в штатных, переходных и аварийных режимах работы.
В 2002 г. на Демиховском машиностроительном заводе прошло заседание межведомственной комиссии, которая рассмотрела результаты приемочных испытаний секции
ЭД4Э. Было принято решение учесть выявленные в процессе испытаний недостатки, изготовить десятивагонный электропоезд и организовать экспериментальные рейсы с пассажирами. В начале этого года состав из 10 вагонов прибыл в депо Перерва Московской дороги, где в реальных условиях эксплуатации предстоит уточнить его характеристики в первую очередь, по расходу электроэнергии.
Инженеры
Е.Е. ТЕПЛОВ, Д.Е. КИРЮШИН, А.Ю. БЕЛОКРЫЛИН, Д.М. САМАРЕЦ, А.В. ПОТЕЛЕЩЕНКО,
ВНИИЖТ
