Дизель-поезда
Моделирование гибридной конфигурации дизель-поездов Повышение энергетической эффективности дизельного привода с сопутствующим снижением расхода топлива и объема вредных выбросов является важной задачей, стоящей перед железнодорожной отраслью. В последние годы заметно повысилась интенсивность научных исследований, направленных на поиск путей оптимизации энергоэффективности традиционных систем дизель-гидравлического или гидромеханического привода, в том числе путем гибридизации. Рассмотрение энергетического баланса движущегося дизельпоезда показывает, что наибольшие резервы по альтернативному использованию энергии связаны с процессами торможения и отдачи мощности дизельным двигателем в режиме разгона. С одной стороны, в целях получения дополнительной полезной энергии на дизель-поездах может использоваться рекуперативное торможение в сочетании с накопителями энергии, которые в процессе торможения накапливают энергию, а затем снова отдают ее при разгоне. Такое решение положено в основу классического гибридного подвижного состава.
С другой стороны, многообещающим способом повышения эффективности дизельного двигателя является регенерация определенной части энергии отработавших газов. Как известно, лишь одна треть содержащейся в дизельном топливе энергии превращается в полезную механическую работу, в то время как еще одна треть отводится с охлаждающей водой или отработавшими газами. Для того чтобы выявить резервы экономии топлива за счет рекуперации тормозной энергии и регенерации энергии отработавших газов, на кафедре рельсового подвижного состава Технического университета Дрездена при поддержке компании
Рис. 1. Пример двухсекционного дизель-поезда, послужившего базой для моделирования
Voith Turbo была разработана комплексная модель дизель-поезда с гидравлической передачей (рис. 1), укомплектованная гибридной системой передачи мощности. Эта модель позволяет исследовать обе эти системы как по отдельности, так и в комбинации друг с другом.
Модель поезда Математическое моделирование проводилось в программной среде LMS Imagine. Lab AMESim. Входившие в состав программного обеспечения библиотеки моделей содержали в себе элементы из различных областей физики (механики, электротехники, гидравлики, термодинамики и т. д.), которые пользователь мог комбинировать друг с другом, модернизируя таким образом модель, а также добавляя новые свойства. Речь идет о так называемом 1‑d-моделировании системы, глубина моделирования в котором может изменяться в широком диапазоне. Этот метод отвечает требованиям построения модели динамики движения и отображения связанных с этим потоков энергии, так как основные модели могут простым образом дополняться частными. Разработанная модель дизельного вагона объединяет в себе физико-математическое отображение дизель-гидравлической передачи, систем управления ею и каскадного регулирования динамики движения, а также сил сопротивления движению. Каскадное регулирование включает в себя контроль за соблюдением ограничений скорости движения, остановок, продолжительности стоянок, условий движения на выбеге перед снижением скорости и последующей
52 ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 6