CN110702426B - 一种混合动力调车机车节油率计算方法 - Google Patents

一种混合动力调车机车节油率计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合动力调车机车节油率计算方法，包括利用实时监控记录机车全状态数据，得到轮周牵引做功数据；根据不同手柄位下的占比时间和燃油消耗率计算内燃调车机车总燃油消耗量；由轮周牵引做功反算得到混合动力调车机车燃油消耗量；再由内燃和混合动力调车机车燃油消耗量计算节油率。本计算方法通过对现有电传动内燃调车机车的运用数据进行分析，能够评估出在同样工作任务下，换用混合动力调车机车所能达到的节油率，从而可以为用户进行全寿命经济性分析提供数据，进一步对其采购决策和实际操作方式方法的优化提供参考。所需计算数据来源为实时监控数据，可获得性、真实性及稳定性较高。

Description

一种混合动力调车机车节油率计算方法
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，具体涉及一种混合动力调车机车节油率计算方法。
背景技术
目前混合动力调车机车产品因具有节油、减排等诸多优势，在国内外发展迅速。但是对于调车机车的用户来说，其机车使用工况各异，对其所能带来的节油效果和经济性优势暂时无法进行定量分析，影响用户采购决策。
目前对于混合动力调车机车能达到的节油率只能借鉴相似项目经验预估或进行试验方法得到，相关计算方法还处于空白状态，无法快速准确的计算混合动力调车机车节油率，导致无法为进行全寿命经济性分析提供数据，进行影响采购决策和实际操作方式方法的优化。
发明内容
本发明的目的在于一种混合动力调车机车节油率计算方法，通过对客户现有电传动内燃调车机车的运用数据进行分析，能够评估出在同样工作任务下，换用混合动力调车机车所能达到的节油率，从而可以为用户进行全寿命经济性分析提供数据，进一步对其采购决策和实际操作方式方法的优化提供参考。
本发明的技术内容如下：
一种混合动力调车机车节油率计算方法，包括以下步骤：
S1、实时监控记录机车全状态数据，测得轮周牵引做功数据；
S2、根据不同手柄位下燃油消耗量计算内燃调车机车总燃油消耗量V内-总；
S3、由轮周牵引做功反算得到混合动力调车机车燃油消耗量V混-总；
S4、根据以下公式计算节油率β：
Figure BDA0002244235990000021
进一步地，所述轮周牵引做功数据包括轮周牵引功率P牵引，结合时间t，根据以下公式得到机车轮周牵引做功W牵引：
Figure BDA0002244235990000022
进一步地，内燃调车机车油耗主要产生在柴油机工作时间，分为牵引油耗、空转油耗、辅助设备油耗三个部分，三者之和即总油耗，同时也等于柴油机不同手柄位下的油耗之和。因此，通过获取手柄位比例数据，包括不同手柄位占比ξn、不同手柄位功率Pn、手柄位油耗率en、手柄位总数h，根据燃油密度ρ和计算总时间T，由以下公式得到内燃调车机车总燃油消耗量V内-总：
Figure BDA0002244235990000023
进一步地，对于混合动力调车机车来说，主要运用方法为纯动力电池牵引，动力电池电量不足时由柴油机定转速给动力电池充电，所以混合动力调车机车燃油消耗量V混-总产生在柴油机给动力电池充电时间，包括充电油耗和柴油机辅助系统油耗。因此，获取柴油机充电时的输出功率P充、主发电机效率η主发、整流器效率η整流、柴油机充电时的辅助系统功率P柴辅，根据上述数据按照以下公式计算充电油耗占总油耗的比值α为：
Figure BDA0002244235990000031
进一步地，所述充电油耗包括牵引用电所需油耗及机车辅助设备用电所需油耗。获取调车机车工作时平均辅助功率P辅助、变流器效率η变流、动力电池系统的充电效率η充电、动力电池系统的放电效率η放电、牵引电机效率η电机、齿轮效率η齿轮、燃油密度ρ及重混机车充电转速下的柴油机燃油消耗率e充，由以下公式计算混合动力调车机车的计算总油耗：
Figure BDA0002244235990000032
进一步地，计算所需监控数据来源于机车微机系统内的事件记录仪，事件记录仪能够记录机车每个时刻的速度，牵引力，功率，手柄挡位等多项数据。
由于采用了上述方案，本发明弥补了混合动力调车机车的节油率计算的空白，分析出了各数据模块的实际消耗组成，并且将各消耗组成实际细化到了各个实控参数来计算，总体而言具有以下技术效果：
1、数据来源为实际设计参数，实际监控数据，均具有较强的可获得性和真实性；
2、计算结果有较高的准确性，与实测油耗统计数据相比误差较小，能得到使用混合动力调车机车的预期节油率，为经济性评价和采购决策提供依据；
3、避免了分析复杂的调车具体运用工况，直接利用内燃调车机车运用数据，具有较强的可操作性；
4、内燃和混合动力调车机车的关键计算输入均来源于同一份监控数据，进一步消除了数据来源误差，保证了可对比性；
5、该计算方法还可以推广应用到节能减排率计算工作中。
附图说明
附图1为本发明的混合动力调车机车节油率计算方法的流程示意图；
附图2为本发明的电能传输环节流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例：
由图1所示，一种混合动力调车机车节油率计算方法，包括以下步骤：
S1、利用机车微机系统内的事件记录仪实时监控记录机车全状态数据，测得轮周牵引做功数据；
所述轮周牵引做功数据包括轮周牵引功率P牵引，结合时间t，根据以下公式得到机车轮周牵引做功W牵引：
Figure BDA0002244235990000051
S2、根据不同手柄位下燃油消耗量计算内燃调车机车总燃油消耗量V内-总；
内燃调车机车油耗主要产生在柴油机工作时间，包括牵引油耗、空转油耗和辅助设备油耗三个部分，三者之和即为总油耗，同时也等于柴油机不同手柄位下的油耗之和。通过获取手柄位比例数据，包括不同手柄位占比ξn、不同手柄位功率Pn、手柄位油耗率en、手柄位总数h，根据燃油密度ρ和计算总时间T，可以得到内燃调车机车油耗V内-总。具体计算公式如下：
Figure BDA0002244235990000052
S3、由轮周牵引做功反算得到混合动力调车机车燃油消耗量V混-总；
混合动力机车的电能传输环节如图2所示，混合动力调车机车燃油消耗量V混-总产生在柴油机给动力电池充电时间，柴油机充电时，一部分能耗在充电时的直流环节用于柴油机辅助系统，例如冷却装置，剩余的才用于动力电池充电，因而包括充电油耗和柴油机辅助系统油耗。
其中充电油耗又分为两部分，一部分用于机车自身辅助设备用电，另一部分用于牵引电机运行，因而充电油耗包括牵引用电所需油耗及机车辅助设备用电所需油耗。牵引用电所需油耗可以由轮周牵引做功进行反推。其中，供电、充放电及做功过程中还涉及各部分转化效率，获取柴油机充电时的输出功率P充、主发电机效率η主发、整流器效率η整流、柴油机充电时的辅助系统功率P柴辅，根据上述数据按照以下公式计算充电油耗占总油耗的比值α为：
Figure BDA0002244235990000061
获取调车机车工作时平均辅助功率P辅助、变流器效率η变流、动力电池系统的充电效率η充电、动力电池系统的放电效率η放电、牵引电机效率η电机、齿轮效率η齿轮、燃油密度ρ及重混机车充电转速下的柴油机燃油消耗率e充，再根据以下公式计算混合动力调车机车燃油消耗量V混-总：
Figure BDA0002244235990000062
S4、由内燃和混合动力调车机车燃油消耗量，根据以下公式计算节油率β：
Figure BDA0002244235990000063
以某型混合动力调车机车为例，统计2个月的编组作业工况实际考核运用数据，在司机一般操作水平下得到平均节油率在35％；通过本计算方法计算得到的理论最佳节油率为37％。其误差主要来源于参数取值误差和司机操作方式。该计算值能够反映混合动力调车所能达到的节油水平。本计算方法通过对现有电传动内燃调车机车的运用数据进行分析，能够评估出在同样工作任务下，换用混合动力调车机车所能达到的节油率，从而可以为用户进行全寿命经济性分析提供数据，进一步对其采购决策和实际操作方式方法的优化提供参考。所需计算数据来源为实时监控数据，可获得性、真实性及稳定性较高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种混合动力调车机车节油率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、实时监控记录机车全状态数据，测得轮周牵引做功数据；
S2、根据不同手柄位下燃油消耗量计算内燃调车机车总燃油消耗量V内-总；
S3、由轮周牵引做功反算得到混合动力调车机车燃油消耗量V混-总；
S4、根据以下公式计算节油率β：
Figure FDA0003063623220000011
具体计算方法是：
获取手柄位比例数据，包括不同手柄位占比ξn、不同手柄位功率Pn、手柄位油耗率en和手柄位总数h，根据燃油密度ρ和计算总时间T，由以下公式得到内燃调车机车总燃油消耗量V内-总：
Figure FDA0003063623220000012
获取柴油机充电时的输出功率P充、主发电机效率η主发、整流器效率η整流、柴油机充电时的辅助系统功率P柴辅，按照以下公式计算充电油耗占混合动力调车机车燃油消耗量的比值α为：
Figure FDA0003063623220000021
获取调车机车工作时平均辅助功率P辅助、变流器效率η变流、动力电池系统的充电效率η充电、动力电池系统的放电效率η放电、牵引电机效率η电机、齿轮效率η齿轮、燃油密度ρ以及重混机车充电转速下的柴油机燃油消耗率e充，由以下公式计算混合动力调车机车的计算混合动力调车机车燃油消耗量：
Figure FDA0003063623220000022
2.根据权利要求1所述的混合动力调车机车节油率计算方法，其特征在于，所述轮周牵引做功数据包括轮周牵引功率P牵引，结合时间t，柴油机工作时间T,根据以下公式得到机车轮周牵引做功W牵引：
Figure FDA0003063623220000023
3.根据权利要求1所述的混合动力调车机车节油率计算方法，其特征在于，所述轮周牵引做功包括牵引油耗、空转油耗及牵引辅助设备油耗之和。
4.根据权利要求1所述的混合动力调车机车节油率计算方法，其特征在于，所述混合动力调车机车燃油消耗量V混-总包括充电油耗和柴油机辅助系统油耗。
5.根据权利要求4所述的混合动力调车机车节油率计算方法，其特征在于，所述充电油耗包括牵引用电所需油耗及机车辅助设备用电所需油耗。
6.根据权利要求5所述的混合动力调车机车节油率计算方法，其特征在于，内燃调车机车和混合动力调车机车的计算输入均来源于同一监控数据源。
7.根据权利要求1-6任一项所述的混合动力调车机车节油率计算方法，其特征在于，计算所需监控数据来源于机车微机系统内的事件记录仪。
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