С.А. РЕБРОВ
РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
НА ДВИЖЕНИЕ ТРОЛЛЕЙБУСОВ
1958
С .А. РЕБРОВ
РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ДВИЖЕНИЕ ТРОЛЛЕЙБУСОВ
Киев
Главиздат министерства культуры УССР Книжная ф-ка «Октябрь»
1958
АННОТАЦИЯ
В книге рассмотрены причины, от которых зависит расход электрической энергии на движение троллейбусов. В связи с этим в начале дано общее понятие о силах сопротивления движению и определены их основные значения.
Далее определен расход электроэнергии на преодоление сил сопротивления движению. При этом учтено, чтд тяговые электродвигатели троллейбусов могут работать в режиме рекуперативного торможения с одновременным возвратом (рекуперацией) электроэнергии в сеть.
Для всех вйдов расхода электроэнергии указаны расчетные данные и приведены значения, полученные при испытаниях, проводимых членами Научно-Технического Общества «Сантехники и городского Хозяйства» на троллейбусных машинах типа МТБ на маршрутах г. Киева.
Книга является практическим пособием для квалифицированных водителей троллейбусов, для инженерно-технических работников, связанных с технической эксплуатацией троллейбусов и может быть полезной при разработке мероприятий по уменьшению расхода электроэнергии на движение троллейбусных машин.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Громадных успехов достигла наша страна в отношении увеличения установленной мощности электростанций и выработки электроэнергии. Развитие электрификации создало все условия для широкого внедрения и развития электротранспорта в городах Советского Союза.
Однако, при значительном росте производства и потребления электроэнергии, борьба за максимальную экономию электроэнергии остается одной из важнейших задач государственного значения.
Постановления Правительства и решения XIX и XX съездов КПСС обязывают в целях наведения должного порядка в электрохозяйстве и усиления борьбы с расточительностью в расходовании электроэнергии сократить потребление энергии на предприятиях, снизить расход электроэнергии на собственные нужды электростанций, пересмотреть нормы расхода на единицу продукции и провести ряд других мероприятий для бережного и правильного расходования электрической энергии.
В связи с этим необходимо отметить, что развитие' троллейбусного движения в городах СССР привело к тому, что троллейбусные хозяйства стали крупными потребителями электроэнергии. Это в свою очередь требует от всех работников троллейбусных хозяйств принять все возможные меры для уменьшения расхода электроэнергии (считая , на 1 км. пробега троллейбусов).
Расход электроэнергии на движение троллейбусов зависит от типа, технического состояния и веса троллейбусов, от условий эксплуатации и в значительной степе
4
ни от квалификации водителей и их умения вести троллейбус с минимальной затратой электрической энергии.
В связи с применением на троллейбусах электродвигателей смешанного возбуждения имеется возможность весьма легко и удобно использовать кинетическую и потенциальную энергию движущегося троллейбуса, применяя рекуперативное торможение с возвратом (рекуперацией) электрической энергии в контактную сеть. Правильное и наиболее полное использование рекуперативного торможения является одним из способов снижения расхода электроэнергии на движение троллейбусов.
Из анализа работы троллейбусных предприятий видно, что внимание к вопросу экономного расходования электроэнергии еще недостаточно. В связи с этим в настоящей работе изложены основные причины, от которых зависит расход электроэнергии на движение троллейбусов.
При рассмотрении вопроса о расходе энергии на движение троллейбусов предварительно сообщаются необходимые сведения о видах сопротивления движению. В данном случае при определении отдельных видов сопротивления движению приведены необходимые расчетные данные.
В связи с тем, что в действительных условиях эксплуатации имеется много причин, от которых зависит величина сопротивления движению и трудно учесть при расчетах все эти причины, приведены также значения сопротивлений движению и расхода энергии на преодоление этих сопротивлений, полученные при практических испытаниях, проведенных на троллейбусных машинах типа МТБ на маршрутах г. Киева.
Таким образом, можно расчетным путем или пользуясь данными, полученными при испытаниях в действительных условиях эксплуатации, для каждого отдельного случая определить расход электроэнергии на движение троллейбусов с учетом расхода электроэнергии на питание вспомогательных цепей троллейбусных машин.
Материалы, приведенные в данной работе, могут быть использованы не только для определения расхода электроэнергии на движение троллейбусов, что имеет большое практическое значение, но и послужить основой для проведения мероприятий по уменьшению расхода энергии на движение троллейбусов. При разработке этих ме
5
роприятий необходимо учитывать особенности каждого троллейбусного хозяйства.
Основным условием снижения расхода энергии на движение троллейбусов является уход за троллейбусными машинами и содержание их в таком техническом состоянии, при котором можно достигнуть наименьшее сопротивление движению. Кроме того, должны быть разработаны организационно-технические мероприятия, направленные на соблюдение водителями таких правил вождения троллейбусов и всем линейным персоналом такой организации движения, при которой можно достигнуть минимальный расход энергии на движение с одновременным обеспечением максимальной безопасности, скорости и регулярности движения.
I. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
I. Единицы измерения расхода электроэнергии, принятые в электротехнике
Перед рассмотрением вопроса о расходе электроэнергии на движение транспорта следует напомнить основные единицы измерения расхода электроэнергии, принятые в электротехнике.
Из электротехники известно, что мощность электрических приборов осветительных ламп, электродвигателей и других аппаратов постоянного тока измеряется в ваттах (вт) или в киловаттах (квт). При этом 1 квт равен 1000 вт.
Мощность потребителей постоянного тока может быть легко определена, если известна величина подведенного напряжения и сила тока, потребляемого из сети — мощность равна напряжению, умноженному на силу тока. Если напряжение выражено в вольтах (в), а сила тока в амперах (а), то умножив одно на другое получим мощность, в вт.
Так, например, если электрическая плитка включена в сеть напряжением 220 в, а сила тока, забираемого из сети равна 2 а, то электрическая мощность, потребляемая такой плиткой, будет 220 • 2 = 440 вт.
Если электродвигатель получает питание от сети напряжением 600 в, и потребляемая сила тока равна 120 а, то потребляемая мощность составляет 600*120 =
70 ППА	72000	70
= 72 000 вт.; или = 72 квт.
7
Зная потребляемую мощность и время включения или работы данного прибора или машины можно определить количество полученной из сети электроэнергии или расход электроэнергии.
Количество потребляемой электроэнергии измеряется в ватт-часах (вт-ч) или в киловатт-часах (квт-ч). При этом 1 квт-ч равен 1000 вт-ч.
Так, например, если электрическая плитка потребляет из сети мощность 440 вт и включена 5 часов, то расход электроэнергии определится следующим образом
440- 5 = 2200 вт-ч; или = 2,2 квт-ч.
Если электродвигатель постоянного тока при среднем потреблении из сети мощности в 72 квт работает без перерыва 2 часа, то расход электроэнергии из сети будет
72 • 2 = 144 квт-ч.
Аналогично можно определить потребляемую мощность и расход электроэнергии для различных других случаев.
Следует отметить, что, говоря о мощности электродвигателей, нас интересует не только мощность потребляемая из сети, но и полезная мощность на его валу, т. е. мощность, отдаваемая электродвигателем.
В данном случае необходимо учесть потери энергии в двигателе. К числу потерь относятся тепловые потери, т. е. потери от выделения тепла в обмотке возбуждения и в обмотке якоря электродвигателя; механические потери от трения в якорных подшипниках, потери от действия вредных индукционных токов, магнитные потери и т. д.
Все указанные потери приводят к тому, что часть мощности, потребляемой электродвигателем из сети, расходуется на потери, что характеризуется, так называемым «коэффициентом полезного действия электродвигателя»
71д=£моо%.
где:т]д — коэффициент полезного действия электродвигателя, в процентах;
Рп — мощность, потребляемая из сети, в квт;
Рв — полезная мощность на валу электродвигателя, в квт.
8
Коэффициент полезного действия электродвигателей при нормальной нагрузке изменяется в пределах от 85 до 95% (в зависимости от типа электродвигателя), а при неполном использовании мощности электродвигателя, коэффициент полезного действия уменьшается.
Зная значение коэффициента полезного действия (соответствующее фактической мощности данного электродвигателя) и потребляемую мощность, можно определить полезную мощность Рв на валу электродвигателя
ГЧ Рп •
Рв =	100 КВТ’
Все сказанное выше относится к электроприборам и электродвигателям постоянного тока. Чго касается установок переменного тока, то при определении их мощности необходимо учитывать не только подведенное напряжение и потребляемую силу тока, но и, так называемый коэффициент мощности (cos
Вопрос определения мощности и расхода электроэнергии для переменного тока в данной работе не рассматриваемся, так как работа имеет целью рассмотреть расход энергии на движение троллейбусов, где применяется постоянный ток.
2. Основные показатели расхода электроэнергии на движение транспорта
При определении расхода электроэнергии на движение электротранспорта интересно не только количество потребляемой из. сети электроэнергии, но и расход электроэнергии на 1 км пройденного пути.
Так, например, если троллейбус за два часа пройдет 40 км и его тяговый электродвигатель будет потреблять из сети среднюю мощность в 30 квт, то расход энергии за это время будет
30 • 2 = 60 квт-ч.
Расход энергии на 1 км пройденного пути или, так называемый, «удельный расход энергии на движение», выраженный в киловатт-часах на машинно-километр (квт-ч/км), определится, если расход энергии разделить на пройденный путь л 60	- с	,
А = -77с = 1,5 квт-ч/км.
4.Г)	’	'
9
Подобным же образом можно определить, что у троллейбуса, движущегося со скоростью 25 км/час при потребляемой мощности в 50 квт, расход энергии за час составит 50 квт-ч. и, так как троллейбус за это время пройдет 25 км, то удельный расход энергии на движение будет
А =	= 2 квт-ч/км.
Zu
В некоторых случаях удельный расход энергии на движение определяется не только на величину пробега (1 км), но учитывается и вес подвижного состава с нагрузкой (на одну тонну веса). Тогда удельный расход энергии выражается в ватт-часах на тонно-километр (вт-ч/ткм).
Так, например, если троллейбус весом 12 т (с пассажирской нагрузкой) потребляет на 1 км пробега 1,8 квт-ч., то удельный расход энергии на тонно-километр составит
1,8-1000	,
—— = 150 вт-ч/ткм.
а =
Рассматривая вопрос о количестве энергии, потребляемой при движении троллейбуса из контактной сети видим, что эта энергия разделяется следующим образом: а. преодоление основного сопротивления движению; б. преодоление добавочного сопротивления подъемов; в. пуски троллейбусов в ход и разгон до установившейся скорости;
г.	преодоление добавочного сопротивления поворотов;
д.	тепловые потери на нагрев пускового реостата;
е.	питание вспомогательных цепей троллейбуса (освещение, отопление, мотор-компрессор и т. д.);
ж.	прочие потери в деталях оборудования троллейбуса.
Кроме того, необходимо учитывать рекуперацию электрической энергии, которая может быть получена: а. при рекуперованном торможении на уклонах;
б. при рекуперованном торможении перед остановками.
Зная потребление энергии из сети и ее рекуперацию, можно определить расход энерги, получаемой при движении троллейбусных машин.
10
3.	Пуск в ход и регулирование скорости движения троллейбусов
При рассмотрении вопроса о расходе электроэнергии на движение троллейбусов необходимо в первую очередь ознакомиться со схемой основной силовой цепи троллейбусов и особенностями пуска в ход, регулирования скорости и управления троллейбусами.
При этом подразумевается, что читатели знают устройство троллейбусной машины и ее основное электрооборудование. Для примера рассмотрим схему прохождения тока в силовой цепи троллейбусов типа МТБ.
Силовая цепь (фиг. 1) состоит из основного электрооборудования, которое служит для движения троллейбуса и для его торможения. К этому оборудованию относятся: тяговый электродвигатель, токоприемники, реостаты, контакторы, автоматический выключатель и др.
Фиг. 1. Схема силовой цепи троллейбусов типа МТБ:
TJ2 — токоприемники; РР(, РР2—радиореакторы; Я—якорь тягового электродвигателя; ОВП—катушки последовательной обмотки возбуждения (4 шт.); ОВН — катушки параллельной обмотки возбуждения (4 шт.) КДП— катушки дополнительных-полюсов (4,шт.); 1, 2, 3, 4, 5—секции пускового реостата; 6, 7, 8, 9— секции шунтового реостата; ЛБИ ЛБ2—линейные контакторы; Pt, Р2, Р,„ Р«, Р6—силовые контакторы; С7, С8, С,—шунтовые контакторы; Б—тормозной контактор; Bi, Ba-контактные пластины реверсора, включаемые при ходе вперед; Ht, Н2, Н3—• контактные пластины реверсора, включаемые при ходе назад; АВ—автоматический выключатель; РМ—катушка максимального .реле; СР—разрядное сопротивление.
Электрооборудование, являющееся частью силовой цепи, имеет следующие обозначения: два токоприемника Ti, Т2; два радиореактора PPi, РР2; якорь тягового электродвигателя Я; последовательная обмотка возбуждения ОВП (четыре катушки); параллельная обмотка
11
возбуждения ОВН (четыре катушки); обмотка возбуждения дополнительных полюсов ОВД (четыре катушки); пусковой реостат 1, 2, 3, 4, 5 (пять секций); шунтовой реостат 6, 7, 8, 9 (четыре секции); два линейных контактора ЛБ1, ЛБ2; пять силовых контакторов Pi, Р2, Рз, Рд, Р5; три шунтовых контактора С7, Се, С9; тормозной контактор Б; автоматический выключатель АВ; катушка максимального реле РМ; разрядное сопротивление СР; пластины реверсора Bi, В2 (включаемые при ходе вперед) и Hi, Н2,Н3 (включаемые при ходе назад).
Порядок включения и выключения контактов показан в таблице на фиг. 2, в которой кружками в клетках обозначены включенные контакторы, а клетки без кружков обозначают, что на данной позиции контроллера соответствующие контакторы выключены.
Конта к торй!	Пуск в ход							Ход				Тормоз		
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	!О	//		//	ш
ЛБ,	О	о	о	О	о	о	о	о	о	о	о			
ЛБг	О	о	о	О										
Pf			о	О										
Pz						о	о							
Рз				О	о		о							
Рь					о	о	о							
Ps								о	о	о	о			
с7		о	о	О	о	о	о	о						о
с&								о	о				о	о.
Сз	о	6	о	о	о	о	о	о	о	о				
												о	о	о
Фиг. 2. Таблица включения контакторов троллейбусов типа МТБ.
Из таблицы включения контакторов видим, что на первой позиции включены контакторы ЛБ1, ЛБ2 и С9 и ток (фиг. 3) проходит от токоприемника Ti через радиореактор PPi, линейный контактор ЛБ1, катушку максимального реле РМ, контакты реверсора Bi и поступает в якорь Я электродвигателя (при ходе вперед). Пройдя обмотку якоря и катушки ОВД дополнительных полю
12
сов, ток возвращается в реверсор В2, проходит через последовательную обмотку возбуждения ОВП, проходит через все секции 1—5 пускового реостата, имеющего сопротивление 3,81 ом, и далее через контактор ЛВ2, автоматический выключатель АВ, радиореактор РР2 и токоприемник Т2 в контактную сеть (на другой провод).
Фиг. 3. Схема прохождения тока в силовой цепи троллейбуса МТБ на первой (пусковой^ позиции.
Таким образом, на первой позиции, вследствие большого сопротивления пускового реостата, включенного в последовательную цепь электродвигателя происходит плавный пуск троллейбуса в ход.
Кроме того, ток проходит по параллельной обмотке возбуждения ОВН, в цепи которой включен только контактор Сэ и три секции 7, 8, 9 шунтового реостата, имеющего сопротивление 299 ом. По цепи параллельной обмотки возбуждения ОВН проходит небольшой ток, который не оказывает существенного влияния на работу электродвигателя и, таким образом, пуск в ход производится за счет магнитного потока, создаваемого последовательной обмоткой возбуждения.
Указанная первая позиция является лишь пусковой или так называемой реостатной позицией и продолжительное движение на этой позиции воспрещается, так как происходит нагрев пускового реостата и в связи с этим дополнительный расход электроэнергии на тепловые потери.
На второй пусковой позиции включается дополнительно контактор С? и остаются включенными контакторы ЛБ1, ЛБ2 и С9.
Порядок прохождения тока в последовательной цепи электродвигателя остается без изменения (как и на первой позиции) и увеличение скорости движения троллейбуса происходит за счет параллельной обмотки возбуж
13
дения, в которой после включения контактора С7 основ-ная сила тока проходит по пути меньшего сопротивления через одну секцию 9 шунтового реостата, имеющую сопротивление 11 ом.
При увеличении тока в параллельной обмотке возбуждения число оборотов электродвигателя увеличивается за счет того, что двигатель начинает работать в большей степени, как электродвигатель параллельного возбуждения, имеющий более жесткую электромеханическую характеристику.
При увеличении скорости вращения якоря электродвигателя соответственно увеличивается скорость движения троллейбуса.
На третьей пусковой позиции остаются включенными все контакторы, которые были включены на второй позиции (ЛБ1, ЛБ2, С7, Сд) и дополнительно включается контактор Рь
При включении контактора Pi основной ток последовательной цепи электродвигателя проходит по пути наименьшего сопротивления через четыре секции 1, 2, 3, 4 пускового реостата и его общее сопротивление уменьшается до 2,34 ом и соответственно увеличивается число оборотов и скорость движения троллейбуса.
Прохождение тока в параллельной обмотке возбуждения ОВН остается без изменения.
На четвертой, пятой, шестой и седьмой позициях контакторы включаются и выключаются таким образом, что сопротивление пускового реостата постепенно уменьшается и соответственно увеличивается скорость движения троллейбуса.
Следует особо отметить, что указанные позиции от первой до седьмой включительно служат только для пуска троллейбуса в ход.
Продолжительное движение на пусковых (реостатных) позициях категорически воспрещается во избежание перегрева пускового реостата и увеличения расхода электроэнергии, теряемой на нагрев секций пускового реостата.
На восьмой позиции включены контакторы ЛБ1, Р5, С7, С8 и С9 (фиг. 4).
При этом в последовательной цепи электродвигателя ток проходит, минуя все секции пускового реостата от
14
токоприемника Ti, через радиореактор PPi, линейный конатктор ЛБ1, катушку РМ, контакты реверсора Bi, обмотку якоря Я, катушки ОВД, контакты реверсора Вг, катушки ОВП, контактор Р5, автоматический выключатель АВ, радиореактор РР2 и токоприемник Т2.
В цепь параллельной обмотки возбуждения ОВН, хотя и включается контактор Се, но основной ток продолжает проходить через контактор С? и сила тока в этой цепи не изменяется.
Фиг. 4. Схема прохождения тока в силовой цепи троллейбуса МТБ на восьмой (ходовой) позиции.
При этом электродвигатель работает без добавочного сопротивления в последовательной цепи, при полном магнитном потоке параллельной обмотки возбуждения, число оборотов якоря увеличивается и соответственно увеличивается скорость движения троллейбуса.
Восьмая позиция в отличие от предыдущих является рабочей (ходовой), и на этой позиции разрешается движение троллейбуса без опасности перегрева пускового реостата. Однако, при продолжительном движении на восьмой позиции может наблюдаться перегрев параллельной обмотки возбуждения тягового электродвигателя.
На девятой позиции выключается контактор С? и ток последовательной цепи электродвигателя продолжает проходить (как и на восьмой позиции) через контактор Р5 (пусковой реостат выключен).
Сопротивление шунтового реостата, включенного в цепь параллельной обмотки возбуждения ОВН увеличивается до 94 ом (так как ток проходит через две секции 8 и 9 реостата) и сила тока в этой цепи уменьшается. При этом число оборотов электродвигателя и скорость движения троллейбуса увеличиваются.
15
На десятой позиции выключается контактор Cs и, таким образом, на этой позиции включены контакторы ЛБ1, Р5 и С9.
Сопротивление последовательной цепи электродвигателя не изменяется, а в цепь параллельной обмотки возбуждения включается дополнительно секция 7 шунтового реостата. Общее сопротивление включенных секций шунтового реостата увеличивается до 299 ом, сила тока и магнитный поток параллельной обмотки возбуждения уменьшаются и скорость движения троллейбуса увеличивается.
На одиннадцатой позиции выключается контактор Сд (фиг. 5).
Фиг. 5. Схема прохождения тока в силовой цепи троллейбуса МТБ на одиннадцатой (ходовой) позиции.
Таким образом на этой позиции включены только контакторы ЛБ1 и Р5. В цепь параллельной обмотки возбуждения ОВН включается секция 6 шунтового реостата, имеющая сопротивление в 1040 ом и общее его сопротивление при этом равно 1339 ом.
Ток в цепи параллельной обмотки возбуждения очень мал и электродвигатель почти полностью работает как электродвигатель последовательного возбуждения (сериесный режим работы) и скорость движения троллейбуса увеличивается.
Одиннадцатая позиция является наиболее выгодной для движения с точки зрения уменьшения расхода электроэнергии на движение и нагрева катушек параллельной обмотки возбуждения.
На основании изложенного следует сделать вывод о том, что при пуске троллейбуса в ход следует как можно меньше времени задерживать правую педаль на пуско
16
вых позициях. При пуске в ход на горизонтальных участках дороги и на малых подъемах на каждой позиции следует делать выдержку времени менее 1 сек. и лишь на крутых подъемах выдержка времени на каждой позиции может быть увеличина до 2-х сек.
При выключении правой педали и при повторном ее включении во время движения следует производить включение быстро без задержки на отдельных позициях контроллера до той позиции, которая соответствует имеющейся скорости движения троллейбуса.
Во всех случаях следует делать как можно меньше повторных пусков, так как каждый пуск троллейбуса в ход увеличивает расход электроэнергии на нагрев пускового реостата.
При отпускании (выключении) правой педали шунтовые контакторы переключаются в обратном порядке в соответствии с таблицей (фиг. 2).
Переключение же силовых контакторов изменяется таким образом, что от 11-й до 1-й позиции все время остаются включенными контакторы ЛБ1 и Рб, а контакторы ЛБ2, Pi, Р2, Рз и Р4 не включаются.
Такая система переключения контакторов при отпускании педали принята для того, чтобы на реостатных позициях (от 7-й до первой) не включался пусковой реостат (для уменьшения потерь на нагрев реостата).
Эксплуатация троллейбусов типа МТБ на протяжении ряда лет показала, что они имеют некоторые недостатки. В связи с этим была разработана новая конструкция троллейбуса типа ТБУ-1. В новом троллейбусе установлен более мощный дяговый электродвигатель, габаритные размеры троллейбуса ТБУ-1 несколько больше размеров троллейбуса типа МТБ.
На троллейбусах типа ТБУ-1 имеется 13 контакторов, которые включаются таким образом, что в начале нажатия правой педали имеется две подготовительных предпусковых позиции. На этих позициях электродвигатель развивает настолько малый вращающий момент, что троллейбус не трогается с места, а лишь уничтожается свободный ход (люфт) силовой передачи и дальнейший пуск троллейбуса происходит без динамических ударов в отдельных узлах и деталях силовой передачи.
2 — 223
17
Далее имеется 14 позиций—девять пусковых (реостатных) и пять ходовых. Отличительной чертой этих троллейбусов является то, что питание цепи управления осуществляется от аккумуляторной батареи и на э|тих троллейбусах применяется полуавтоматическая система пуска в ход тягового электродвигателя посредством специального пружинящего привода и реле ускорения.
Эта система действует таким образом, что если водитель нажмет на правую пусковую педаль без выдержки, то включение контроллера будет зависеть от реле ускорения и переход на каждую последующую позицию будет совершаться автоматически лишь после того когда сила тока тягового электродвигателя будет такой, при которой реле ускорения даст возможность контроллеру переключиться на следующую позицию.
Такая система дает возможность получить более плавный пуск троллейбуса в ход и уменьшить расход электроэнергии на пусковых (реостатных) позициях контроллера.
Электрическое торможение троллейбусов
На троллейбусах кроме механического тормоза, действующего от ручного привода (рычага) и воздушного тормоза можно применять еще электрическое торможение— электродинамическое (реостатное) и рекуперативное.
а.	Электродинамическое (реостатное) торможение
Действие электродинамического тормоза основано на свойстве электродвигателя постоянного тока изменять режим,работы с тягового на генераторный. При генераторном режиме якорь тягового электродвигателя вращается за счет приложенной к нему механической (кинетической) энергии движущегося троллейбуса или за счет силы тяжести при движении троллейбуса по уклону. Так как якорь вращается в магнитном поле, то в его обмотке появляется электродвижущая сила, механическая энергия преобразуется в электрическую и используется для торможения (часть энергии расходуется на нагрев реостата и электродвигателя).
18
При электродинамическом торможении троллейбуса параллельная обмотка возбуждения тягового электродвигателя получает питание от контактной еети и в ее цепь включается шунтовой реостат для регулирования силы тока. Обмотка якоря отключается от контактной сети и вместе с обмоткой возбуждения дополнительных полюсов и последовательной обмотки возбуждения замыкается на пусковой реостат.
При вращении якоря в магнитном поле, создаваемом обмоткой возбуждения, в его обмотке образуется электродвижущая сила и за счёт разности потенциалов (напряжения) на щетках якоря образуется ток, который имеет обратное направление по сравнению с тяговым режимом.
Вследствие изменения направления тока в обмотке якоря вместо вращающего момента создается тормозной момент и происходит торможение якоря в магнитном поле полюсов и соответственно с этим торможение троллейбуса.
Так как при электродинамическом торможении цепь якоря замыкается через пусковой реостат служащий для получения плавного торможения, этот способ торможения часто называют — реостатным тормозом. Для приведения в действие реостатного тормоза служит левая ножная педаль.
Говоря о схеме прохождения тока при реостатном торможении следует отметить, что, например, на троллейбусах типа МТБ имеется три позиции реостатного торможения.
При нажатии левой педали на первую позицию реостатного тормоза включается только тормозной контактор Б (фиг. 6).
Фиг. 6. Схема прохождения тока в силовой цепи троллейбуса МТБ на первой позиции электродинамического (реостатного) торможения.
2*
19
В обмотке якоря Я за счет остаточного магнитизма полюсов образуется электрический ток обратного на-направления (по сравнению с тяговым режимом), проходящий от якоря Я через контакторы реверсора Bi, тормозной контактор Б, пусковой реостат, последовательную обмотку возбуждения ОВП, контакторы реверсора Вг, обмотку ОВД и возвращается в якорь.
В связи с тем, что параллельная обмотка возбуждения ОВН выключена, торможения якоря не происходит и, таким образом, первая позиция является лишь подготовительной.
На второй позиции реостатного торможения кроме контактора Б включается еще контактор Се.
На этой позиции прохождение тока в последовательной цепи электродвигателя остается таким же, как и на первой позиции. Благодаря включению контактора Се ток поступает в цепь параллельной обмотки возбуждения ОВН последовательно с двумя секциями 8 и 9 шунтового реостата.
Взаимодействие магнитных полюсов и якоря создает торможение якоря и в соответствии с этим скорость движения троллейбуса уменьшается.
На третьей позиции реостатного торможения включается дополнительно контактор С? и, таким образом, оказываются включенными контакторы Б, Се и С7. При этом в цепи параллельной обмотки возбуждения ОВН остается включенной только одна секция 9 шунтового реостата, сила тока в ОВН увеличивается и соответственно с этим возрастает тормозное усилие и скорость движения троллейбуса уменьшается.
Действие реостатного тормоза возможно только во время движения троллейбуса, когда якорь электродвигателя вращается. Поэтому после остановки троллейбуса следует отпустить левую педаль и затормозить троллейбус ручным приводом тормоза. Выключать левую педаль необходимо потому, что даже после остановки троллейбуса ток продолжает проходить по катушкам параллельной обмотки возбуждения электродвигателя, что приводит к перегреву этих катушек.
На троллейбусах типа ТБУ-1 реостатный тормоз имеет тот же принцип действия. На этих троллейбусах пер
20
вая позиция является подготовительной и торможение происходит лишь на 2-й и 3-й позициях.
б.	Рекуперативное торможение
Рекуперативное торможение, также как и реостатное, происходит при генераторном режиме работы тягового электродвигателя. Получаемая при этом электрическая энергия используется для торможения и частично возвращается в контактную сеть.
Основным условием рекуперативного торможения является то, что противоэлектродвижущая сила электродвигателя, индуктирующая в обмотке якоря, должна быть больше напряжения контактной сети.
При рекуперативном торможении изменяется направление тока в последовательной цепи электродвигателя, а так как направление тока в параллельной обмотке возбуждения ОВН не изменяется, то происходит затормаживание якоря с одновременным торможением троллейбуса. В данном случае электродвигатель работает как генератор со встречным включением обмоток, у которого магнитный поток последовательной обмотки вычитается из магнитного потока параллельной обмотки возбуждения и суммарный магнитный поток определяется, как разность этих двух потоков.
Для рекуперативного торможения следует выключать по позициям правую ножную педаль. При быстром выключении правой педали рекуперативный тормоз не действует. Правильное и полное использование рекуперативного торможения имеет большое значение с точки зрения экономии электрической энергии, расходуемой на движение троллейбусов.
Недостатком рекуперативного тормоза является то, что, например, на троллейбусах МТБ он действует только при скорости движения более 20—22 км/час, так как при меньшей скорости движения противоэлектродвижущая сила, создаваемая в якоре электродвигателя (работающего в генераторном режиме), меньше напряжения контактной сети и рекуперативным тормозом нельзя тормозить до полной остановки, а лишь до скорости движения не менее 20—22 км/час.
21
Говоря о схеме прохождения тока в силовой цепи троллейбусов типа МТБ, следует отметить следующее.
При переключении правой педали с 11-й на 10-ю позицию (фиг. 7) включается контактор Сэ и вследствие увеличения силы тока в параллельной обмотке возбуждения соответственно увеличивается электродвижущая сила на обмотке якоря и напряжение на якоре становится выше напряжения контактной сети.
Фиг. 7. Схема прохождения тока в силовой цепи троллейбуса МТБ при рекуперативном торможении (на 10-й позиции).
Ток от якоря электродвигателя поступает через контакты реверсора Bi, катушку максимального реле РМ, линейный контактор ЛБ1, радиореактор PPi и через токоприемник Ti в контактную сеть (на провод +). Далее ток через другие троллейбусные машины, курсирующие на линии (и иные потребители тока) переходит на другой провод (—) контактной сети, токоприемник Т2, радиореактор РР2, автоматический выключатель АВ, контактор Р5, обмотку возбуждения ОВП, контакты реверсора Вг и через катушки ОВД возвращается на якорь.
По параллельной обмотке возбуждения ток проходит в том же направлении, как и при тяговом режиме, но так как изменилось направление тока в последовательной цепи электродвигателя, то вместо вращающего момента создается тормозной момент и пройсходит рекуперативное торможение троллейбуса.
На 9-й и 8-й позициях включаются контакторы Сэ и С7, сопротивление шунтового реостата уменьшается, сила тока ;в параллельной обмотке увеличивается, усиливается рекуперативное торможение, а скорость движения троллейбуса уменьшается.
Таким образом, при правильном и наиболее целесообразном применении рекуперативного торможения можно ттолучить некоторую экономию энергии за счет воз
22
врата (рекуперации) электрической энергии в контактную сеть. Эта энергия может быть использована для движения других троллейбусных машин.
Более подробно этот вопрос будет рассмотрен при определении расхода электроэнергии на преодоление отдельных видов сопротивления движению.
II. СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ
I.	Общая характеристика сил сопротивления движению
На движущийся троллейбус действует сила тяги, передаваемая от тягового электродвигателя на задние ведущие колеса, сила тяжести и другие силы, которые преодолевают действующие на троллейбус силы сопротивления движению и приводят его в движение. Сопротивление движению возникает в результате взаимодействия колес троллейбуса с дорогой, трения в деталях оборудования, наличия подъемов, сопротивления воздушной среды и т. д.
Сопротивления движению подразделяются на действующие постоянно при движении троллейбуса и на добавочные сопротивления, действующие периодически лишь на отдельных участках дороги.
Постоянным является основное сопротивление движению Wo , которое создается от трения в деталях оборудования троллейбуса, от качения и скольжения колес по дороге, сопротивления воздуха, трения в рессорном подвешивании, от потерь в тяговом электродвигателе и прочих потерь, имеющих место при движении троллейбуса с постоянной скоростью на прямом горизонтальном участке дороги.
К основному сопротивлению движения Wo могут прибавляться или вычитаться из него следующие добавочные сопротивления движению:
а)	сопротивление подъемов Wn , являющееся дополнительным сопротивлением лишь при движении на подъем, когда троллейбус должен преодолевать не только основное сопротивление движению, но и действующую на него силу тяжести. При движении на подъем сопротивление подъема суммируется с основным сопротивлением движению, а при движении по уклону вычитается из него.
23
б)	Сопротивление ветра WB, являющееся периодически действующим. При встречном ветре оно создает добавочное сопротивление движению и прибавляется к основному сопротивлению, а при попутном ветре способствует движению и вычитается из основного сопротивления движению.
в)	Сопротивление поворотов WK, возникающих при поворотах троллейбуса в связи с дополнительным трением колес о дорожное покрытие, потерь в рулевом управлении и в прочих ходовых частях и механизмах троллейбуса. Это сопротивление возникает только на поворотах, действует периодически и суммируется с основным сопротивлением движению.
г)	Временные сопротивления Wa, зависящие от атмосферных условий и являющиеся периодически действующими в зависимости от состояния погоды (снег, гололед, грязь) и прочих эксплуатационных условий (плохое состояние дорожного покрытия, задержки движения и др.).
Все указанные сопротивления измеряются обычно в кг и составляют, так называемое, статическое сопротивление движению Wc, которое согласно принятым обозначениям может быть выражено следующим уравнением
Wc = Wo ± Wn ± Wb + WK + Wa кг.
Кроме статического сопротивления движению различают еще, так называемое, динамическое сопротивление движению WH, возникающее от действия сил инерции, которые должны быть преодолены при пуске троллейбуса в ход и при увеличении его скорости движения. В данном случае динамическое сопротивление складывается с основным сопротивлением движению..
При торможении и при уменьшении скорости движения инерционные массы способствуют движению троллейбуса и в этом случае динамическое сопротивление вычитается из основного сопротивления движению.
Таким образом полное сопротивление движению определяется следующим образом
Г = Wc ± Wh кг.
Более удобной является величина удельного сопротивления движению отнесенного к единице веса, троллей
24
буса и выраженного в килограммах на одну тонну веса (кг/т).
Следовательно, удельное сопротивление движению
W	,
W = -----ут- кг/тл
От + Он 7
где: W — полное сопротивление движению, в кг;
w — удельное сопротивление движению, в кг/т;
GT—собственный вес троллейбуса (тара), в т;
QH — вес нагрузки троллейбуса, в т.
Полное удельное сопротивление движению, выраженное в кг/т можно представить соответственно в следующем виде:
W = Wc ± W„ = Wo ± Wn ± WB + Wk + Wa ± WH Кг/т,
где: w — полное удельное сопротивление движению;
wc—удельное статическое сопротивление движению;
w„ — удельное динамическое сопротивление движению;
w0 — основное удельное сопротивление движению;.
wB — удельное сопротивление ветра;
wn — удельное сопротивление подъемов (или уклонов);
wK — удельное сопротивление поворотов;
wa —временные удельные сопротивления движению.
Теоретическое определение отдельных сопротивлений движению довольно сложно и при этом не всегда возможно учесть все особенности движения троллейбусов. В связи с этим для определения сопротивления движению приходится большей частью пользоваться значениями полученными опытным путем при испытаниях, проведенных в действительных эксплуатационных условиях.
Физическая природа и величина отдельных видов сопротивления движению рассмотрены и определены далее с учетом особенностей, возникающих при движении троллейбусов.
2.	Основное сопротивление движению с учетом сопротивления воздушной среды
Основное сопротивление движению можно подразделить на внутреннее и внешнее сопротивление.
25
Внутреннее сопротивление движению в механизмах и ходовой части троллейбуса имеет сравнительно малую величину и возникает в результате потерь при передаче тягового усилия от электродвигателя на ведущие колеса и в ходовых частях троллейбуса. Кроме того, причиной внутреннего сопротивления движению являются колебания кузова и рамы шасси троллейбуса на рессорах, в результате чего между листами рессор и в деталях рессорного подвешивания возникает трение, что и является причиной потерь. Трение в деталях тормозной системы также может создавать дополнительное сопротивление движению.
Наиболее значительную величину представляет внешнее сопротивление, возникающее при деформации колесных покрышек и дороги. Это сопротивление зависит от эластичности материала и упругого состояния камеры и покрышки, а также от твердости, гладкости и упругости дорожного покрытия. В действительных условиях движения иногда имеет место некоторая остаточная деформация дорожного покрытия, увеличивающая сопротивление движению при размягченном в летнее время асфальте или при движении по дороге, покрытой снегом.
При движении троллейбуса имеет также место сопротивление от трения (скольжения) колес по поверхности дороги и внутреннее сопротивление трущихся деталей и механизмов самого троллейбуса.
Как показывают наблюдения, все эти сопротивления зависят от скорости движения и ряда других причин, которые трудно учесть с достаточной точностью и определить сопротивление движению аналитическим путем довольно сложно. Практические исследования и испытания показывают, что основное сопротивление движению (без учета сопротивления воздушной среды) равно коэффициенту тяги wT и, кроме того, величине bV, зависящей от скорости движения.
а.	Основное сопротивление движению
В общем случае основное удельное сопротивление движению (без сопротивления воздуха) может быть выражено уравнением
Wo = Кд (wT + bV) кг/т,
26
где: V — скорость движения троллейбуса, в км/час;
b — коэффициент, зависящий от типа и состояния троллейбусных машин;
Кд — коэффициент, зависящий от типа и состояния дорожного покрытия;
wT — коэффициент тяги, в кг/т.
Обычно, практическое определение сопротивления движению заключается в том, что определяется зависимость основного сопротивления от скорости движения.
На основании испытаний, проведенных автором, на троллейбусах типа МТБ в условиях г. Киева, средний удельный коэффициент тяги для троллейбусных машин, находящихся в хорошем техническом состоянии и движущихся по асфальту с нагрузкой и без нагрузки, можно соответственно считать
wT = 13,3 — 14,5 кг/т.
ГГри этом коэффициент b имеет сравнительно малую величину
b = 0,10 — 0,12.
Таким образом, основное удельное сопротивление движению (без учета сопротивления воздуха) может быть выражено уравнением:
для троллейбусов без нагрузки
w;= Кд (14,5 + 0,12V) кг/т,	(2)
для троллейбусов с нагрузкой
wj, = Кд (13,3 + 0,10V) кг/т.	(3)
На основании полученных уравнений можно определить значения основного удельного сопротивления движению в кг/т в зависимости от скорости движения, выраженной в км/час.
Что касается коэффициента дорожного покрытия Кд , то последний зависит от типа, технического и эксплуатационного состояния дорожного покрытия и изменяется относительно в широких пределах.
27
Тип и состояние дорожного покрытия	Коэфф. Кд фактический	Коэфф. Кд расчетный
Цементный бетон (чистый) ....	0,90—1,00	0,95
Асфальт в холодном состоянии . .	0,95—1,05	1,00
Асфальт в жаркую погоду ....	1,05—1,25	1,15
Брусчатая мостовая (чистая) . . .	1,15—1,25	1,20
Булыжная мостовая (чистая) . . .	1,30—1,50	1,40
Мостовая, покрытая льдом ....	1,30—1,90	1,60
Мостовая, покрытая тонким слоем снега 		1,60—2,00	1,80
Мостовая, покрытая толстым слоем снега 		2,00—2,50	2,25
Как видно из приведенных выше данных, при движении троллейбуса по нагретому асфальту, основное сопротивление движению может увеличиться на 25%, что объясняется большей деформацией дорожного покрытия и прилипанием частиц покрышки к дороге. Сопротивление движению увеличивается также весьма значительно (в 1,6—2,5 раза) при движении по дороге, покрытой снегом, что свидетельствует о необходимости хорошего ухода за дорогой в зимнее время для экономии электрической энергии, расходуемой на движение троллейбусов.
Говоря об основном сопротивлении движению, необходимо учесть еще добавочные сопротивления, возникающие от преодоления препятствий при движении по неровной дороге.
Практика показывает, что влияние этих сопротивлений невелико, если препятствия имеют случайный характер и небольшие размеры.
Характерным в этом отношении является движение по булыжной мостовой, которую можно рассматривать как непрерывное чередование препятствий в виде выпуклостей и впадин дороги, благодаря чему основное удельное сопротивление движению увеличивается, что характеризуется тем, что для булыжной мостовой коэффициент дорожного покрытия Кд = 1,3—1,5, что свидетельствует о том, что основное сопротивление движению при этом получается на 30—50% больше, чем при движении троллейбуса по асфальту.
28
б.	Сопротивление воздушной среды
В простейшем виде сопротивление воздушной среды можно представить как перемещение массы воздуха, вытесняемого движущимся троллейбусом и относительное перемещение частиц воздуха, вызывающее внутреннее трение, что в свою очередь также создает сопротивление движению.
В действительности при движении воздуха в нем происходит относильное перемещение слоев и частиц воздуха с некоторым внутренним трением. Это отражается также и на части воздуха прилегающего к вытесненному объему. В результате этого в движении участвует значительно больший объем воздуха.
Чтобы представить себе это рассмотрим потоки воздуха, образуемые вокруг движущегося тела (фиг. 8).
Фиг. 8. Схема обтекания воздухом движущихся тел различной формы.
Впереди движущегося тела происходит сжатие воздуха (конус сжатия), а позади образуется разрежение воздуха Д конус разрежения). Образование конусов сжатия и разрежения происходит вследствие того, что движуееся тело, рассекая воздух, частицы которого имеют некоторую инерцию, своей лобовой частью сначала сжимает, а затем уже разрежает воздушную среду. Наличие конуса разрежения создает за движущимся телом завих
29
рение воздуха и сюда устремляется воздух со стороны.
Кроме того слой воздуха, примыкающий непосредственно к боковой поверхности движущегося тела также увлекается вперед за счет трения и в результате этого некоторые слои воздуха движутся с относительной скоростью между собой. На сжатие воздуха перед его рассеканием и на покрытие потерь на трение между движущимися слоями воздуха и отдельными его частицами при завихрении затрачивается некоторая работа на преодоление сопротивления воздуха.
Из фиг. 8 видно, что форма движущегося тела имеет существенное значение с точки зрения сопротивления воздуха. Обтекаемость тела, как показывают опыты, зависит не только от его геометрической формы, но и от состояния (степени гладкости) поверхности. Исследования показывают, что наивыгоднейшей является форма падающей капли (фиг. 8, в), имеющей наибольшую обтекаемость, а наибольшее сопротивление имеют плоские поверхности (фиг. 8, а) с незакругленными углами. Форма тела с закругленными углами (фиг. 8, б) имеет меньшее сопротивление воздушной среды. Вытянутая и заостренная задняя часть тела еще в большей степени улучшает его обтекаемость и, следовательно, уменьшает сопротивление воздуха.
Действительная величина сопротивления воздушной среды может быть определена исходя из следующего выражения, пригодного в условиях движения транспорта
Wh = КоБлУ2 кг,	J4)
где: Ко — коэффициент обтекаемости, зависящий от формы движущегося тела и его состояния;
Бл — лобовая поверхность троллейбуса, в м2;
V — скорость движения троллейбуса, в км/час.
Из сравнения наружных очертаний различных видов транспорта (фиг. 9) видно, что идеальная форма кузова, с точки зрения обтекаемости, невозможна хотя бы потому, что для соблюдения пропорциональности в размерах необходимо построить кузов весьма большой длины и, кроме того, идеальной обтекаемости мешает нижняя часть кузова, которая является причиной значительных завихрений воздуха между кузовом (полом) и
30
поверхностью дороги, что усугубляется еще наличием вращающихся колес. Наиболее подходящей к современным очертаниям троллейбуса является форма, изображенная на фиг. 9, в.
Фиг. 9 .Формы кузовов различной обтекаемости.
Ниже приведены удельные значения коэффициента обтекаемости Ко , отнесенные к единице (1 м2) лобовой поверхности для скорости движения, выраженной в км/час для различной формы кузова.
Форма кузова
Коэф, обтекаемости Ко
Фиг. 9,а. Прямоугольная с незакругленными углами . . . .
Фиг. 9,6. Прямоугольная с закругленными углами . . . .
Фиг. 9,в. Прямоугольная закругленная со скошенными торцевыми частями . . . .
Фиг. 9,г. Полуобтекаемая (легковые автомашины) .....................
Фиг. 9,д. Обтекаемая (гоночные автомашины) .......................
0,0052-0,0060
0,0046-0,0052
0,0040-0,0046
0,0028-0,0040
0,0016-0,0026
31
При преодолении сопротивления воздушной среды следует учитывать не только сопротивление неподвижной воздушной среды, которое является частью основного сопротивления движению, но и сопротивление ветра. При определении сопротивления ветра следует принимать во внимание его скорость и направление.
При учете влияния ветра в расчетах следует принимать относительную скорость ветра и движущегося троллейбуса
Vc = V ± VB км/час,
где: V — скорость движения троллейбуса, в км/час;
Vb — скорость ветра, в км/час.
В данном случае знак плюс принимается при встречном ветре, а знак минус — при попутном. Для бокового ветра скорость Vc принимается
VC=V± Vb cos р, где р — угол между направлением ветра и троллейбусом.
В. городских условиях сила ветра редко достигает таких больших значений, с которыми необходимо считаться. При движении же троллейбусов за городом на открытой местности величина сопротивления воздуха может достигать значений, которые необходимо учитывать при расчетах.
Для расчетов при троллейбусной тяге можно принимать коэффициент обтекаемости Ко =0,004 кг/м2. Считая, что лобовая поверхность троллейбуса составляет
s4 = 2,5 • 2,4 = 6 м2, получаем сопротивление воздушной среды
WH = Ко Sji V2 = 0,004 • 6 V2 = 0,024 V2 кг.
Для удобства расчетов следует принимать удельные значения сопротивления воздушной среды, выраженного в кг/т.
Так, например, удельное сопротивление воздуха для троллейбуса без нагрузки (при G =9 т )
wH =	V2 = 0,0026 V2 кг/т, (5)
32
а для троллейбуса с нагрузкой (при G = 12 т)
W„	V2 = 0,0020 V2 кг/т. (6)
В общем случае можно считать удельное сопротивление воздушной среды для троллейбуса движущегося со средней нагрузкой
wH = 0,0023 V2 кг/т.	(7)
Пользуясь последними уравнениями можно определить удельное значение сопротивления воздуха для различной скорости движения троллейбуса и построить кривые удельного сопротивления воздушной среды (фиг. 10) для троллейбуса движущегося без нагрузки (кривая 1) и с полной нагрузкой (кривая 2). Средняя пунктирная кривая построена для троллейбуса движущегося со средней нагрузкой.
Скорость дбижения б км/час
Фиг. 10. Удельное сопротивление воздушной среды для троллейбусных машин: /—для троллейбуса без нагрузки, 2—для троллейбуса с полной нагрузкой.
Следует отметить, что при построении кривых на фиг. 10 было условно принято^ что движение троллейбуса происходит в неподвижной воздушной среде, а так как это сопротивление является частью основного сопротивления движению, то его следует прибавить к полученным ранее значениям основного удельного сопротивления дви
3-223
33
жению и тогда вместо уравнений 2 и 3 (см. стр. 27) получим:
. , Основное удельное сопротивление движению троллейбуса без нагрузки
Wo = Кд (14,5 + 0,12 V) + 0,0026 V2 кг/т. (8)
Основное удельное сопротивление движению троллейбуса с нагрузкой
Wo = Кд (13,3+0,10 V) + 0,002 V2 кг/т. (9)
На основании уравнений 8 и 9 определяем значения основного удельного сопротивления движению троллейбуса (табл. 1) и строим кривые (фиг. И) основного
Таблица 1
Основное удельное сопротивление движению троллейбусов в кг/т (при движении по асфальту)
Вид нагрузки	Скорость движения троллейбуса (км/час)					
	10	20	30	40	50	60
Без нагрузки 		16,0	17,9	20,4	23,5	27,1	31,1
Со средней нагрузкой . .	15,2	17,0	19,3	22,0	25,2	28,6
С полной нагрузкой . .	14,4	'16,1	18,1	20,5	23,3	26,5
удельного сопротивления движению троллейбуса по асфальту без нагрузки (кривая 1) и с полной нагрузкой (кривая 2).
Из уравнений 8 и 9 основного удельного сопротивления движению видно, что они могут быть представлены упрощенным уравнением следующего вида:
w0 = wT + bV + eV2 кг/т.	(10)
Это уравнение показывает, что выражаемая им зависимость может быть представлена графически (фиг. 12) постоянной слагающей wT , переменной слагающей в виде линейной зависимости от скорости bV и квадратичной зависимости eV2 . Верхняя кривая на фиг. 12 представляет собой величину основного удельного сопро-
34
тивления движению w0 с учетом сопротивления неподвижной воздушной среды.
Фиг. 11. Основное удельное сопротивление движению троллейбусов (при движении по асфальту).
В практических расчетах обычно не разделяют основное сопротивление движению и сопротивление воздуха, так как это весьма затруднительно, а определяют сопротивление движению на прямом горизонтальном пути, пользуясь для этого уравнением вида (10), основные величины для которого определяются опытным путем.
Уравнения 8 и 9 основного удельного сопротивления движению для троллейбусов различного веса могут быть представлены обобщенной формулой удельного сопротивления движению для троллейбусов любого веса. Учи-3»	35
тывая, что величины, входящие в эти уравнения, пропорциональны общему весу троллейбуса О и, принимая значения wT обратно пропорциональными VG (по данным проф. А. В. Лебедева), а величину коэффициента b при скорости V в первой степени, обратной пропорциональной полному весу троллейбуса G можно получить формулу, которая выведена на основании испыта-
Фиг. 12. Основное удельное сопротивление движению троллейбусов.
ний, проведенных в Ленинграде на троллейбусах ЯТБ-1 (для движения по асфальту):
wo = (8,2 +	+ ( 0,06 +	) V + (0,0031 +
0,0107 \, „	,
— Q— I V2 кг/т.
(И)
В связи с тем, что из всех значений, входящих в это уравнение наименьшую зависимость от веса имеет коэффициент скоростного приращения сопротивления воздушной среды (третий член уравнения), то уравнение 11 может быть представлено в более простом виде
w0 = ( 8,2 +	+ ( 0,06 + V+ 0,0042 V2 кг/т. (12)
36
Последние испытания, проведенные автором в г. Киеве на троллейбусах МТБ, дают несколько меньшее значение сопротивления движению троллейбусов и в соответствии с этим можно уравнения 8 и 9 привести к виду последнего уравнения и для троллейбусов МТБ можно рекомендовать следующее уравнение основного удельного сопротивления движению троллейбуса с учетом сопротивления воздуха и коэффициента дорожного покрытия w0 =Кд (5,8 + Д-) + (о,04 + V + 0,0023 V2 кг/т.(13)
На основании приведенных данных о значениях основного удельного сопротивления движению и с учетом коэффициента дорожного покрытия Кд можно для троллейбуса типа МТБ (при средней пассажирской нагрузке) в зависимости от скорости движения принимать следующие значения основного удельного сопротивления движению в кг/т (табл. 2).
Таблица 2 Основное удельное сопротивление движению троллейбусов типа МТБ (в кг/т)						
Тип и состояние дороги	Скорость движения в вм/час					
	10	20	30	40	50	60
Асфальт 		15,2	17,0	19,3	22,0	25,3	28,8
Брусчатая мостовая . .	18,2	20,4	23,2	26,4	30,4	34,6
Булыжная мостовая . .	21,3	23,8	27,0	30,8	35,4	40,2
Дорога, покрытая льдом	24,4	27,2	30,7	35,2	40,5	-45,0
Дорога, покрытая тонким слоем снега 		28,1	31,6	35,7	40,7	46,8	51,8
Дорога, покрытая толстым слоем снега ....	31,9	35,7	40,2	46,2	53,0	64,5
Из приведенной таблицы видим что величина основного удельного сопротивления изменяется в широких пределах (в данном случае от 15,2 до 64,5 кг/т). Состояние дороги весьма влияет на величину сопротивления движению и в соответствии с этим и на расход энергии на движение троллейбусных машин.
На основании данных о значениях основного удельного сопротивления движению строим кривые (фиг. 13) зависимости основного удельного сопротивления движе
37
нию троллейбусов типа МТБ от скорости движения при движении троллейбусов по различной дороге.
Скорость движения б км/час
Фиг. 13^ Основное удельное сопротивление движению троллейбусов (со средней пассажирской нагрузкой) при движении по различной дороге: /—движение по асфальту; 2—по брусчатой мостовой, о—по булыжной мостовой; 4—по обледенелой дороге; 5—по дороге, покрытой тонким слоем снега; б—по дороге, покрытой толстым слоем снега.
38
Зная удельные значения основного сопротивления можем определить полное основное сопротивление движению. Так, например, при движении троллейбуса весом 12 т по асфальту основное сопротивление движению будет
при скорости 10 км/час .... 15,2 X 12 = 182,4 кг
20
30
40
50
. 17,0X 12 = 204,0 кг . 19,3 X 12 = 231,6 кг . 22,0 X 12 = 264,0 кг . 25,3 X 12= 303,6 кг
Аналогично можно определить основное сопротивление движению для троллейбусных машин различного веса при движении в различных условиях эксплуатации.
3. Сопротивление подъемов и поворотов
Кроме основного сопротивления движению, которое действует постоянно при движении троллейбуса, возникают еще некоторые дополнительные сопротивления движению, зависящие от продольного профиля пути, т. е. от крутизны и протяженности подъемов и уклднов и от расположения троллейбусной линии в плане, т. е. от наличия поворотов, их радиуса и протяженности.
Первый вид дополнительного сопротивления движению называется сопротивлением подъемов, а второй — сопротивлением. поворотов.
а.	Сопротивление подъемов
При движении троллейбуса на подъем, его тяговый электродвигатель должен развивать дополнительную силу тяги для преодоления силы тяжести. Работа, выполняемая при этом, зависит от веса троллейбуса, крутизны и длины подъема.
Сопротивление подъема в условиях городского движения может достигать значительной величины, так как некоторые города имеют сильно пересеченный рельеф местности со значительным числом подъемов, имеющих большое протяжение.
39
Величина подъема может быть выражена в процентах или в тысячных. В электрической тяге принято величину подъемов выражать в тысячных через i %0 • Если троллейбус (или иной вид транспорта) двигаясь на подъем от точки А до точки Б (фиг. 14) поднимается на высоту h метров, то для определения величины подъема в тысячных надо определить отношение высоты h к длине 1 метров (по горизонтальной линии) и умножить на 1000
i = 1000 4-7оо-	(14)
Фиг. 14. Схема сил, действующих на троллейбусе, при его движении на подъем.
В данном случае, если высота точки А над какой-либо точкой на местности (обычно принимается высота над уровнем моря), составляет 1^ = 125 м, а для точки Б высота h2=155 м, то
h =h2 — hj = 155— 125 = 30 м.
Если при этом длина 1=1500 м, то очевидно, что
i= 1000-^ = 20 %0.
Аналогично можно определить любую величину подъемов и уклонов. Для характеристики дороги или пути служит так называемый продольный профиль (фиг. 15).
40
Фиг. 15. Продольный профиль дороги.
На продольном профиле указывается продольный разрез дороги, причем для лучшей наглядности вертикальный масштаб берется значительно больший, чем продольный (горизонтальный).
Для каждой точки продольного профиля (А, Б, В, Г и т. д.) обозначена высота отметки данной точки над уровнем моря (125, 125, 140, 142, 155 и т. д.), а в нижней части указаны длины отдельных элементов продольного профиля (250, 300, 200, 250 и т. д.). Эти значения проставлены под горизонтальной чертой, показывающей горизонтальные участки пути (№№ 1 и 5), или под наклонной чертой, показывающей подъемы J№№ 2, 3 и 4) или уклоны (№ 6), считая при этом левую сторону началом продольного профиля.
Величины подъемов или уклонов отдельных элементов профиля, изображенного на фиг. 15, вычисленные на основании приведенных ранее соображений, приведены в таблице 3.
При составлении этой таблицы в графу 2 и 3 заносится высота отметок точек излома профиля, после чего определяется разность высот этих отметок, которая проставляется в графу 4. Зная длину отдельных участков (Ьрафа 5), можно высчитать величину подъемов (графа 6) или уклонов (графа 7).
Так, например, для участка № 4 от точки Г до Д определяем
1Гд = 1000 Ьд ~hr = 1000 1552~142 = 52 °/00 и т.д.
41
Таблица 3
Характеристика продольного профиля
№№ участков	Высота отметок		Разность высот h—h2—hx	Длина участков 'п	Профиль пути	
	. h,	h2			подъем +i7w	уклон -17„
1	2	3	4	5	6	7
1	125	125	0	. 250		
2	125	110	+ 15	300	50	-
3	110	142	+2	200	10	-
4	112	155	+13	250	52	-
5х	155	155	0	250	-	-
6	155	135	-20	450	-	44,4
В некоторых случаях неудобно иметь дело с большим числом отдельных коротких участков продольного профиля с различными подъмами или уклонами, так как это затрудняет расчеты. Для этой цели можно произвести спрямление профиля, т. е. заменить несколько коротких участков с разными величинами подъемов одним более длинным, имеющим некоторое эквивалентное (равноценное) значение.
Так, например, между точками Б и Д три участка (№№ 2, 3 и 4) можно заменить одним участком, для которого величина эквивалентного подъема определится как
1БД = 1000 )2 +13 +и = 1000 300 + 200 + 250 = 40 °/00.
Соответственно для участков 5 и 6 можно определить величину уклона для всего участка от точки Д до Ж
1дж = 1000 hf5 7i-hj- = 1000	= -28,6°/00.
Следует отметить, что можно спрямлять лишь соседние участки, направленные только в сторону подъема или в сторону уклона и в связи с этим, например, нельзя спрямлять профиль на участке от точки Г до Ж, так как такое спрямление даст неправильное представление о действительном продольном профиле и приведет к ошибкам при выполнении различных расчетов (при определении мощности тягового двигателя, расход электроэнергии на движение и т. д.).
42
Для определения сопротивления подъема принимаем, что вес троллейбуса G (фиг. 14) приложен в его центре тяжести _(в точке Т). Разложим вес Q на две состав-ляющие. Одна составляющая Y направлена перпендикулярно к поверхности дороги и создает только давление на дорогу, вторая составляющая Wn направлена параллельно поверхности дороги в сторону противоположную движению троллейбуса и представляет собой дополнительное сопротивление подъема, которое складывается с основным сопротивлением движению,. Для преодоления сопротивления подъема Wn необходимо приложить силу тяги Fn , которая должна быть численно равна величине Wn и противоположна по направлению
Fn = Wn кг.
Из физики известно, что работа, затрачиваемая для подъема какого либо тела весом G кг на высоту h мг может быть определена из выражения
Ah = Gh кгм.
Зная усилие Fn и пройденный путь L от точки А до Б, можно написать
Ah = Fn L = Gh кгм.
Пройденный при этом путь от точки А до Б определится как
Зная, что Fn = Wn , и на основании двух последних выражений получаем
Wn —-— = Gh кгм.
" cos а
Считая вес троллейбуса G в тоннах и для принятой нами размерности в кг получим
Wn = 1000 Ohicosg кг.	(15)
Так как в условиях движения городского транспорта величина уклона не составляет более 7°, то величина cos а близка к единице и без особой погрешности можно написать
43
Wn=1000 G-f-кг.
Последняя величина представляет собой сопротивление подъема, а величина подъема характеризуется отно-h шением —, выраженным в тысячных.
Так как согласно принятым ранее обозначениям величина подъемна h должна быть отнесена к 1 км пройденного пути, то выражая эти величины в метрах получаем
Wn= lOOOG-^o кг.
Зная, что величина уклона в тысячных выражается через i, находим, что в данном случае h = i и тогда
Wn - 1000-^-= Gi кг.	(16)
Отсюда удельное сопротивление подъема, выраженное в кг на единицу веса (одну тонну) проллейбуса, равно
Wn =-Q- = -Q- = i кг/т.	(17)
На основании этого можно сделать вывод, что удельное сопротивление подъема равно величине подъема в тысячных.
Таким образом, если троллейбус весом 12 т движется на подъем в 25%О, то сопротивление подъема составляет
12X25 = 300 кг.
Из этого примера видим, что добавочное сопротивление подъема в 25%о почти равно основному сопротивлению движению троллейбуса при скорости 50 км/час (300 и 303,6 кг).
Следует иметь в виду, что если при движении на подъем его сопротивление противодействует движению и складывается с основным сопротивлением движению, то при движении по уклону (вниз) эта же сила способствует движению и вычитается из основного сопротивления движению.
44
Таким образом необходимо различать знак сопротивления подъемов и уклонов полагая, что
wn = ± i кг/т.
Если величина уклона больше основного удельного сопротивления движению ( i > w0 ), то при движении вниз по уклону (с выключенным электродвигателем и без торможения) движение будет равномерно-ускоренным. Такой уклон в электрической тяге принято называть вредным уклоном.
Если величина уклона меньше основного удельного сопротивления движению ( i < Wo ), то при движении по уклону (при тех же условиях) будет происходить замедление. .Такой уклон принято называть безвредным уклоном.
При равенстве величины уклона и основного удельного сопротивления движению (I ==-• Wo ) происходит движение с постоянной скоростью и такой уклон называется уклоном равного сопротивления.
б.	Сопротивление поворотов
При движении троллейбуса на повороте создается дополнительное сопротивление WK , что особенно заметно при малых радиусах поворотов. Это сопротивление всегда складывается с- основным сопротивлением движению. В данном случае, кроме сопротивления, возникающего от трения колес по поверхности дороги, имеют место еще потери на трение в деталях заднего моста, так как происходит дополнительное вращение частей дифференциала для получения различного числа оборотов задних правых и левых колес и возникают центробежные силы, которые создают дополнительный прогиб рессор и соответствующие потери в рессорном подвешивании. Кроме того, появляется дополнительное сопротивление в деталях рулевого управления.
Рассмотрим условия поворота троллейбуса (фиг. 16), из которых видно, что каждое колесо троллейбуса, двигаясь по кривой (путь А—Б), изменяет свое положение относительно дороги, поворачиваясь на угол £ от своего первоначального положения, до поворота. Этот угол равен тому же углу S , на который поворачивается трол
45
лейбус относительно центра О и каждое колесо троллейбуса совершает сложное движение — качение с вращением вокруг оси ОА и одновременный поворот на угол 5.
Движение на кривой можйо расчленить на качение с поступательным движением в прямом направлении и поворот колеса на угол В и при этом будет происходить трение покрышки по дороге всей площадью опорной поверхности.
Фиг. 16. Схема поворота троллейбуса
Исследования, проведенные на троллейбусах в действительных условиях эксплуатации, показали, что удельное сопротивление поворотов зависит от некоторого коэффициента Кк и радиуса поворота Rn и может быть определено из выражения
WK =4^ КГ/Т.	(18)
Кп
Коэффициент К к легче всего определить опытным путем. Для этой цели следует определить общее сопротивление движению на повороте и из полученной величины вычесть основное сопротивление движению (при тех же эксплуатационных условиях).
На основании опытов, произведенных на троллейбусах типа МТБ при движении по асфальту и исходя из выражения )18), получены значения коэффициента Кк = Rn wK для поворотов различного радиуса
46
При	Rn	=	25	м;	WK =	2,65	кг/т;	Кк	= 2,65	•	25 =	64,5
При	Rn	=	75	м;	WK =	0,82	кг/т;	Кк	= 0,82	•	75 =	62,0
При	Rn	=	100	м;	Wk =	0,60	кг/т;	Кк	= 0,60	•	100 =	60,0
При	Rn	=	150	м;	Wk =	0,41	кг/т;	Кк	= 0,41	•	150 =	61,5
Среднее значение указанных коэффициентов составляет К к = 62. Тогда формула для определения удельного сопротивления поворота примет вид
Wk =	= кг/т.	(19)
Кп
Учитывая, что сопротивление поворотов зависит еще от типа и состояния дорожного покрытия, следует вводить в полученное уравнение коэфициент дорожного покрытия. Однако, этот коэффициент имеет иное значение, чем было указано ранее при определении основного удельного сопротивления движению. Таким образом, уравнение (19) ‘может применяться лишь для условий поворота по асфальту.
На основании полученных опытных данных и урав-
Фиг. 17. Удельное сопротивление поворотов.
тивления поворота в зависимости от радиуса поворота (при движении по асфальту). Построенная кривая показывает, что с увеличением радиуса поворота — сопротивление поворота уменьшается.
47
На основании полученных опытных данных можно считать, что для троллейбуса МТБ весом 12 т при движении по асфальту сопротивление поворота имеет следующие значения (табл. 4).
Таблица 4
Сопротивление поворотов
Вид сопротивления движению	Радиус поворота в метрах					
	25	50	75	100	150	200
Удельное сопротивление поворота в кг/т ....	2,5	1,2	0,83	0,62	0,41.	0,31
Сопротивление поворота в кг 		30,0	14,4	9,96	7,44	4,92	3,72
Приведенные данные свидетельствуют о том, что сопротивление поворотов для троллейбусных машин очень мало. Это происходит от того, что имеющийся на троллейбусе дифференциал дает возможность задним колесам вращаться на повороте с различной скоростью, что значительно уменьшает добавочное сопротивление поворота.	?
Учитывая, что на троллейбусных маршрутах преобладают повороты с радиусом более 100 м и так как повороты составляют обычно менее 10% от общего протяжения сети, то расход энергии на преодоление добавочного сопротивления поворотов представляет собой очень малую величину, которую в практических расчетах можно не учитывать. Это' тем более справедливо, что значительную часть поворотов троллейбусы проходят за счет выбега и происходит лишь дополнительное включение на повороте, которое учитывается отдельно, как пуск в ход или как разгон троллейбуса. *
- Временное сопротивление движению
Временные сопротивления движению, зависящие от атмосферных условий, погоды и состояния дороги, определялись опытным путем.
Наличие временных сопротивлений и их величины частично видны из табл. 2, где значения основного сопротивления движению приведены для различного типа и состояния дороги.
48
Так, например, указано сопротивление для мостовой, покрытой льдом. В данном случае основное сопротивление движению увеличивается примерно на 50—70% по сравнению с сопротивлением при движении по асфальту.
При движении по мостовой, покрытой тонким слоем снега, сопротивление движению увеличивается на 70 — 90%, а при движении по мостовой, покрытой толстым слоем снега, увеличивается в 2—2,5 раза по сравнению с основным сопротивлением движению по асфальту.
Аналогично можно определить временное сопротивление для других условий эксплуатации.
4. Общее статическое сопротивление движению
Отдельные элементы статического сопротивления движению уже были рассмотрены ранее и согласно принятым обозначениям статическое сопротивление движению (без учета сопротивления ветра) может быть представлено следующим уравнением:
Wc = Wo ± Wn + WK кг.
Первый член этого уравнения — основное сопротивление движению Wo зависит в основном от скорости движения троллейбуса, второй член Wn зависит от профиля пути, а последний член WK —от расположения троллейбусной линии в плане.
Так как ранее уже определены значения отдельных видов статического сопротивления движению, можно общее статическое сопротивление движению (на основании уравнений 8, 9, 17 и 19) выразить уравнением:
для троллейбусов без нагрузки
wc = Кд (14,5 4- 0,12V) + 0,0026 V2 ± 1 + кг/т, (20)
для троллейбусов с нагрузкой
АО
w’c = Кд (13,3 + 0,1 v).+ 0,002 V2 + 1 + кг/т. (21)
Или в общем случае для троллейбусов различного веса
WC = Кд [(5,8 + -^) + (о,04 + V 1А У G/ \ u /
, . , 62	,
± 1 + g- кг/т.
+ 0,0023 V2 +
(22)
4—223
49
При определении сопротивления движению по приведенным уравнениям следует брать фактическое значение подъемов или уклонов и радиусов поворота для участка дороги, имеющего определенный профиль пути.
Для получения средних значений для участка, имеющего различный профиль и повороты различного радиуса, следует пользоваться приведенными значениями подъемов и радиусов поворотов, отнесенными ко всей длине пути.
5. Динамическое сопротивление движению
При пуске троллейбуса в ход и при увеличении его скорости движения возникает добавочное динамическое сопротивление движению, которое необходимо преодолеть для получения некоторой кинетической энергии, зависящей от массы и скорости движущегося троллейбуса.
Из механики известно, что для движения с ускорением необходимо приложить к троллейбусу силу тяги F, которая должна преодолеть статическое сопротивление движению Wc и инерцию поступательно движущихся и вращающихся частей троллейбуса. Инерция масс троллейбуса, движущихся поступательно в общем виде, равна произведению массы троллейбуса М на величину ускорения а, выраженного в м/сек2. Как известно, масса троллейбуса
М = -’ g
где: G— полный вес троллейбуса, в т;
g= 9,81 —ускорение силы тяжести, в м/сек2.
Сохраняя принятую ранее размерность можно написать
М=1000— g м/сек2
Представляя ускорение троллейбуса, как результат приложения к нему силы, являющейся разностью между действующей при этом силой тяги и сопротивления движению, считаем, что эта разность F — Wc = Fy производит ускорение троллейбуса. В электрической тяге эту разность принято называть ускоряющим усилием, которое может быть представлено уравнением 50
F —Wc=Ma.	(23)
Отсюда можно определить силу тяги, которая должна быть приложена к ведущим колесам при пуске троллейбуса в ход с ускорением а м/сек2
F = Wc+Ma.	(24)
Последнее выражение учитывает лишь поступательное движение троллейбуса. В связи с тем, что троллейбус имеет еще вращающиеся массы, которые также обладают инерцией вращательного движения (колеса, якорь тягового электродвигателя, силовая передача и др.), то кроме указанного выше ускоряющего усилия необходимо еще развить добавочное ускоряющее усилие для ускорения вращающихся масс.
Для определения инерции вращающихся масс троллейбуса необходимо знать геометрические размеры, вес и скорость вращения отдельных вращающихся частей, определить их инерционную массу и затем получить суммарное значение инерции вращающихся масс.
Обычно для учета влияния инерционных масс вводится так называемый «коэффициент инерции вращающихся масс» —- Ки, который характеризует увеличение поступательно движущихся масс троллейбуса с учетом инерции вращающихся масс, что необходимо для определения так называемой, приведенной массы Мп троллейбуса
Мп=МКи.
Тогда полная инерционная масса (приведенная) троллейбуса с учетом инерции вращающихся частей может быть выражена ^уравнением
(-25)
Это выражение входит в общее уравнение движения троллейбуса, которое может быть для периода пуска в ход с ускорением а м/сек2 представлено следующим
образом:	F = Wc + W„ = Wc + Мп a.	(26)
или	1000 кн	(27)
4*		SI
Коэффициент инерции вращающихся масс для двухосных одноэтажных троллейбусов может быть с достаточной для практических расчетов точностью принят
Ки = 1,18 —1,22.
При среднем значении этого коэффициента Км=1.2 можем получить
F = Wc + 1,29811000 Ga = Wc + 122,3 Qa кг. (28)
Последнее выражение позволяет судить о том, какая должна быть приложена удельная сила тяги f (на единицу веса троллейбуса в одну тонну) во время пуска в ход с ускорением м/сек2
F
f = -?r- = Wc + 122,3 а кг/т. (J	1	’	'
(29)
Кроме того, можно определить удельное ускоряющее усилие для пуска троллейбуса в ход с ускорением а м/сек2
fy = f — wc = 122,3 а кг/т.	(30)
Динамическое сопротивление возникает также при торможении троллейбуса (вычитается из основного сопротивления движению) и при изменении скорости движения.
Работа, затраченная на пуск троллейбуса в ход с учетом веса троллейбуса, инерции вращающихся масс и скорости, до которой происходит разгон троллейбуса, может быть определена расчетным путем. Однако, для определения расхода энергии на пуски в ход необходимо учитывать еще потерю энергии на нагрев пусковых реостатов, что зависит от ряда причин.
В связи с этим опытным путем был определен расход энергии на пуски в ход с разделением расхода энергии на преодоление основного сопротивления движению, нагрев пускового реостата и непосредственно на пуск в ход.
Это будет разобрано при рассмотрении вопроса о потреблении энергии из сети на пуски троллейбусов в ход.
52
III. РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ПРЕОДОЛЕНИЕ ОСНОВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ
1.	Удельный расход энергии в зависимости от скорости движения
Основное сопротивление движению, при движении троллейбуса с постоянной скоростью на прямом горизонтальном участке дороги определяется по уравнениям 8 или 9.
Следует отметить, что электроэнергия, потребляемая из сети и затрачиваемая на преодоление основного сопротивления движению, не может быть возвращена в сеть при рекуперативном торможении и таким образом эта энергия является одновременно и расходом энергии на преодоление основного сопротивления движению.
Для определения расхода энергии на преодоление основного сопротивления движению следует значение удельного сопротивления движению перевести из механических единиц (кгм/ткм) в электрические (вт-ч/ткм), а также учесть потери энергии в тяговом электродвигателе; и в силовой передаче.
Для этого следует значение основного удельного сопротивления движению умножить на некоторую величину и _	Ю00. g
3600-	’
где: £ — 9,81 — ускорение силы тяжести, в м/сек2;
— кпд тягового электродвигателя (^д =0,81—
‘	0,89);
т]п— кпд силовой передачи (т]п =0,84—0,88).
Общее значение кпд троллейбуса в обычных практических расчетах можно считать равным
=^д • ^п = 0,71, тогда
tz _ 1000 • 9,81 _о од	ZQ14
Кэ — 3600 • 0,71 “	Vя'
Пользуясь значениями табл. 1 и умножая их на величину Кэ, можно определить удельный расход электроэнергии на преодоление основного сопротивления движению троллейбуса по сухому чистому асфальту (табл. 5).
53
Таблица 5
Удельный расход энергии на преодоление основного сопротивления движению (в вт-ч/ткм)
Характер нагрузки	Скорость движения в км/час					
	10	20	30	40	50	60
Без нагрузки ....	61,6	68,8	78,4	90,3	104,5	119,0
Со средней нагрузкой	58,5	65,3	74,0	84,5	97,0	110,0
С полной нагрузкой	55,4	61,8	69,6	78,7	89,5	101,0
Фиг. 18. График удельного расхода энергии на преодоление основного сопротивления движению: 1—для троллейбуса без нагрузки; 2—для троллейбуса с полной нагрузкой; 5—для троллейбуса со средней нагрузкой.
На основании данных табл. 5 строим график (фиг. 18) удельного расхода электроэнергии на преодоление основного сопротивления движению (при движении троллейбусов МТБ по чистому сухому асфальту). На этом графике в горизонтальном направлении отложена ско
54
рость движения (в км/час), а по вертикали — удельный расход энергии в вт-ч/ткм.
В данном случае кривая 1 построена для троллейбус са, движущегося, без нагрузки, кривая 2 для троллейбуса с полной нагрузкой, а кривая 3 для троллейбуса со средней пассажирской нагрузкой.
2.	Удельный расход энергии в зависимости от типа и состояния дороги
Зная удельный расход энергии при движении троллейбуса по асфальту можем с учетом коэффициента дорожного покрытия Кд и по данным табл. 2 определить удельный расход энергии на преодоление основного сопротивления движению в зависимости от скорости, типа и состояния дороги для троллейбуса МТБ, движущегося со средней пассажирской нагрузкой (табл. 6).
Таблица 6
Удельный расход энергии на преодоление основного сопротивления движению (в вт-ч/ткм)
Тип и состояние дороги	Скорость движения в км/час					
	10	20	30	40	50	60
Асфальт			58,5	65,3	74,0	84.5	97,0	110,0
Брусчатая мостовая	69,8	78,3	83,8	101,0	116.0	133,0
Булыжная мостовая	82,0	91,3	103,5	118.0	136.0	154,0
Дорога покрытая льдом	93,8	104,0	118,0	135,0	155,0	172,5
Дорога, покрытая тонким слоем снега 		108,0	121,0	137,0	156,5	179,0	199,0
Дорога, покрытая толстым слоем снега . . .	122,6	127,0	155,0	177,0	203,0	248,0
3.	Расход энергии на преодоление основного сопротивления движению для троллейбуса с нагрузкой
Зная значения удельного расхода энергии можно определить расход энергии на преодоление основного сопротивления движению для троллейбусов различного веса. Для этого надо величину удельного расхода энергии умножить на вес троллейбуса в тоннах.
Так, например, если троллейбус весом 12 т движется по асфальту со скоростью 60 км/час, то расход энергии
55
на преодоление основного сопротивления движению определится так:
100X13=1300 вт-ч/км или 1,3 квт-ч/км.
Для других значений скорости и веса троллейбуса можно определить расход энергии на преодоление основного сопротивления движению пользуясь уравнением
л ^3 * 3,84 • w0 ।
A° =----jow—L квт-ч/км,	(32)
где: G — полный вес троллейбуса, в т;
w0— основное удельное сопротивление движению, в кг/т.
В данном случае величина w0 удельного сопротивления движению учитывает состояние дорожного покрытия, что характеризуется коэффициентом Кд изменяющимся в пределах от 0,9 до 2,5.
Данные о расходе энергии на преодоление основного сопротивления движению для троллейбуса весом 11,5 т (со средней нагрузкой) приведены в таблице 7.
Таблица 7
Расход энергии на преодоление основного сопротивления движению троллейбуса типа МТБ весом 11,5 т (в квт-ч/км)
Тип и состояние дороги	Скорость движения в км/час					
	10	20	30	40	50	60
Асфальт	,	0,67	0,75	0,85	0,97	1,13	1,26
Брусчатая мостовая	0,80	0,90	0,02	1,16	1,34	1,53
Булыжная мостовая	0,94	1,05	1,19	1,36	1,56	1,77
Дорога, покрытая льдом	1,08	1,20	1,36	1,55	1,78	1,88
Дорога, покрыта тонким слоем снега . . .	1,24	1,39	1,57	1,86	2,05	2,28
Дорога, покрытая толстым слоем снега . * ,	1,40	1,57	1,78	2,03	2,34	2,85
На основании данных, приведенных в табл. 7, строим график (фиг. 19) расхода энергии на преодоление .основного сопротивления движению. На этом графике по горизонтальной линии показана скорость движения в км/час, а по вертикали — расход энергии на преодоление сопротивления движению в квт-ч/км. Кривые построены для случаев движения по различной дороге.
56
В данном случае нижняя кривая 1 построена для движения по асфальту. По этой кривой видим, что, на-
СПорос mb дбижения б /хм/час
Фиг. 19. График расхода энергии на преодоление основного сопротивления движению по различной дороге:
1—движение по асфальту; 2—по брусчатой мостовой; 3—по булыжной мостовой; 4—по обледенелой дороге;
5—по дороге, покрытой тонким слоем снега; 6—по дороге, покрытой толстым слоем снега.
ход энергии равен 0,75 квт-ч/км, а при движении по мостовой, покрытой тонким слоем снега (кривая 5)—со скоростью 40 км/час (точка Б), расход энергии увеличивается до 1,8 квт-ч/км и т. д.
IV. РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ПРЕОДОЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ
1. Потребление энергии из сети на пуски в ход и разгон троллейбусов
Для определения потребления электроэнергии на пуск в ход и разгон троллейбуса весом G т до установившейся скорости Vy (км/час) необходимо знать приведенную массу троллейбуса, которая уже была определена ранее (уравнение 25) следующим образом
57
М» = 1000К.
Подставляя значение g =9,81 м/сек2 и принимая среднее значение коэффициента инерции Ки =1,2 получаем
Мп = 0,1223 G т.	(33)
Тогда потребление энергии на один пуск исходя из Мп-Vv
значения живой силы -------которую должен
приобрести троллейбус во время пуска и разгона до скорости Vy с учетом коэффициента Кэ =3,84 и коэффициента 3,6 для перевода км/час в м/сек определится уравнением
. _ мп • vy ’ К’ _ 0,1223 • 3,84 с v2 _
Ау —	2 • 3,62	2 • 3,62 • 0,71 u ’ Vy
= 0,018 • Q • VyBT-ч.	(34)
Или удельное потребление энергии при одном пуске на один км будет
ау = 0,018 • Vy вт-ч/ткм.
Пользуясь приведенным уравнением (34) можно определить удельное потребление энергии на один пуск троллейбуса в ход с учетом потерь энергий в тяговом электродвигателе и передаче, но без учета потерь энергии на нагрев пускового реостата (табл. 8).
Таблица 8
Удельное потребление энергии на один пуск и разгон троллейбуса без учета потерь энергии на нагрев пускового реостата
Наименование данных	Скорость, до которой происходит пуск троллейбуса в ход (в км/час)					
	10	20	30	40	50	60
Удельное потребление энергии на один пуск и разгон (в вт-ч/ткм )\	1,8	7,2	16,2	28,8	45,0	64,3
58
Однако, эти значения при определении фактического потребления энергии на пуски в ход не дают правильных результатов, так как имеются еще потери энергии на нагрев пускового реостата. Эти потери энергии зависят от времени пуска и скорости, до которой производится пуск и разгон троллейбуса. Из теории электрической тяги известно, что при однодвигательном пуске в ход потери энергии составляют примерно 45% от энергии, потребляемой из контактной сети (при электродвигателях последовательного возбуждения).
В связи с тем, что на троллейбусах установлены электродвигатели смешанного возбуждения, эта величина имеет иное значение, так как в данном случае имеются потери энергии в реостате только до выхода на естественную характеристику двигателя (на реостатных позициях), а дальнейший разгон троллейбуса происходит путем ослабления поля параллельной обмотки возбуждения тягового электродвигателя без потерь энергии в пусковом реостате.
В связи с этим автором были проведены испытания, при которых определено количество электроэнергии, потребляемой из контактной сети за время пуска в ход и разгона троллейбуса до различной скорости движения. Сопоставляя эти значения с данными, приведенными в табл. 8, определяем отдельно потери энергии на нагрев пускового реостата, что характеризуется таблицей 9.
Таблица 9
Удельное потребление энергии из сети на один пуск и разгон троллейбуса с учетом потерь энергии на нагрев пускового реостата
Наименование данных	Скорость, до которой происходит пуск троллейбуса в ход в км/час					
	10	20	30	40	50	60
Общее удельное потребление энергии на один пуск троллейбуса в вт-ч/ткм	4,3	14,0	27,4	43,1	62,8	89,4
Удельное	потребление энергии на один пуск троллейбуса в вт-ч/ткм (по табл. 8)			1,8	7,2	16,2	28,8	46,0	84,8
59
Продолжение таблицы 9
Наименование данных		Скорость, до которой происходит пуск троллейбуса в ход в км/час.					
		10	20	30	40	50	'60
Потери энергии на нагрев пускового реостата	в вт-ч/ткм	2,5	6,8	11,2	14,3	16,8	23,6
	в процентах	58,1	48,6	40,8	33,2	26,7	26,3
В общем случае удельное потребление энергии на пуски троллейбусов в ход и разгон при средней длине перегона L км и при наличии еще п случайных пусков на один км пути может быть определено следующим образом.
ау = 0,018 • Vy (Кр вт-ч/ткм. (35)
Или обозначая через N общее число пусков на один км пути получим
ау = 0,018 • Vy • N • Кр вт-ч/ткм. (36)
где; Кр — потери энергии на нагрев пускового реостата (определяемые по табл. 9), в процентах.
На основании приведенных данных построен график (фиг. 20) удельного потребления энергии на пуски троллейбусов в ход в зависимости от скорости, до которой происходит разгон троллейбуса и с учетом потерь энергии на нагрев пускового реостата.
На этом графике в нижней части пунктирной линией 2 показаны потери энергии на нагрев пускового реостата, сплошной тонкой линией 1 показано удельное потребление энергии на пуски в ход, а сплошной жирной линией 3 показано общее потребление энергии из сети на пуски в ход и разгон троллейбусов.
Сопоставляя значения таблиц 5 и 9, а также графиков на фиг. 19 и 20 видим, что потребление энергии на пуски в ход может значительно превышать расход энергии на преодоление основного сопротивления движению.
60
Так, например, при 2-х пусках на 1 км до скорости 40 км/час потребление энергии на пуски в ход составляет 86,2 вт-ч/ткм, а расход энергии на преодоление основного сопротивления движению при этой скорости равен 88,9 вт-ч/ткм; при 3-х пусках на 1 км пути удельное потребление энергии на пуски в ход увеличивается до 129,3 вт-ч/ткм и, таким образом, уже значительно превосходит удельный расход энергии на преодоление основного сопротивления движению.
Фиг. 20. График удельного потребления энергии на пуск троллейбуса в ход с учетом потерь энергии на нагрев пускового реостата.
Количество электроэнергии, потребляемой из сети и затрачиваемое на пуски троллейбуса в ход, характеризуется таблицей 10.
Из этой таблицы видно, что при средней длине перегона 0,5 км, т. е. при 2-х пусках на 1 км. пути и при отсутствии добавочных (вынужденных) пусков потребление энергии на пуск в ход до скорости 40 км/час для троллейбуса со средней нагрузкой составляет около 1 квт-ч и уже равно расходу электроэнергии на преодоление основного сопротивления движению.
61
Таким образом при каждом пуске троллейбуса в ход до скорости 40—45 км/час потребляется примерно 0,5 квт-ч электроэнергии. Принимая, например, что тариф за электроэнергию установлен в 20 коп. за 1 квт-ч получаем, что стоимость каждого пуска троллейбуса в ход составляет примерно 10 коп.
Таблица 10
Потребление энергии из сети на один пуск троллейбуса с учетом потерь энергии на нагрев пускового реостата (в квт-ч/маш)
Характер нагрузки	Общий вес тонн	Скорость до которой происходит пуск троллейбуса в ход в км/час					
		10	20	30	40	50	60
Без нагрузки ....	9,0	0,038	0,126	0,246	0,388	0,565	0,796
Со средней нагрузкой	11,5	0,049	0,161	0,316	0,495	0,720	1,013
С полной нагрузкой	14,0	0,068	0,196	0,384	0,600	0,880	1,235
При определении расхода электроэнергии на пуски троллейбуса в ход нельзя полностью учитывать приведенные выше данные о потреблении энергии из сети так как при выключении тягового электродвигателя на некотором расстоянии до остановки происходит движение троллейбуса по инерции (выбег) и, таким образом, энергия, затраченная на пуск в ход, частично используется на движение по инерции и этим самым уменьшается расход энергии на преодоление основного сопротивления движению.
Правильно используя выбег водитель может значительно сократить расход электроэнергии на движение троллейбуса. Кроме того, используя инерцию движущегося троллейбуса и применяя рекуперативное торможение, можно преобразовывать часть механической (кинетической) энергии в электрическую и возвращать ее в контактную сеть. Это в свою очередь также может значительно снизить расход энергии на движение троллейбусов.
Учитывая, что каждое включение двигателя и пуск троллейбуса в ход требует определенного количества энергии водитель обязан избегать лишних остановок и повторных пусков в ход. Если во время движения водитель выключает двигатель и троллейбус продолжает дви
62
жение по инерции, то при повторном включении двигателя не следует делать выдержку по позициям, а включать педаль управления быстро без выдержки на ту позицию, которая соответствует имеющейся скорости движения. При таком быстром включении можно значительно уменьшить потери энергии на нагрев пускового реостата.
Все это свидетельствует о необходимости соблюдать правильный режим движения без лишних пусков троллейбусов в ход, так как все добавочные пуски приводят к значительному перерасходу электроэнергий на движение троллейбусов и повышают себестоимость эксплуатации.
Достаточно сказать, что производя 4—5 лишних пусков на 1 км. пути водитель троллейбуса примерно в два раза увеличивает расход электроэнергии на движение троллейбусов.
2. Рекуперация энергии при торможении и экономия энергии при выбеге
Если во время движения троллейбуса применить рекуперативное торможение, то как показываем характеристика тягового электродвигателя типа ДК-202 (фиг. 21) рекуперативное торможение возможно лишь до скорости не менее 22 км/час (точка А).
Таким образом, получаем, что при рекуперативном торможении троллейбуса весом G т, движущегося со скоростью Vy км/час до минимальной скорости рекуперативного торможения Vp км/час может быть рекуперирована кинетическая энергия (живая сила)
М (V3 — V3)
Б = ПЦ6: Р •Кр^-Т),,	(37)
где: Мп — приведенная масса троллейбуса, которая уже была определена ранее, как Мп — 0,1223От;
Kq = 2,72 — коэффициент для перевода из механических единиц в электрические; _
= 0,68 — кпд тягового электродвигателя (в генераторном режиме) и силовой передачи;
3,62 — коэффициент для перевода км/час в м/сек.
Тогда рекуперация э!цергии при одном торможении троллейбуса определяется следующим образом:
63
* ___ 0,1223-2,72-0,68	/v2 V2 А____
Ар “	2^6* U tVy P7 —
= 0,0088-G(V2 — V2) вт-ч.
Или удельная рекуперация энергии при одном торможении на 1 км пути будет
ар = 0,0088 (— V2) вт-ч/ткм.	(38)
Фиг. 21. Тяговые характеристики электродвигателя типа ДК-202.
Так, например, при торможении троллейбуса весом 11 т от скорости Vy =40 км/час до Vp =22 км/час рекуперация энергии за одно торможение составляет
Ар = 0,0088-11 (402—222) = 107,8 вт-ч.
Пользуясь приведенным уравнением 38 можно определить удельную рекуперацию энергии при одном торможении троллейбуса в зависимости от начальной скорости рекуперативного торможения (табл. 11). Сопоставляя полученные данные о рекуперации энергии с
64
данными о потреблении энергии на пуски в ход (из табл. 9) определяем процент рекуперируемой энергии, что показано в нижней строке табл. 11.
Таблица 11
Удельная рекуперация энергии при торможении троллейбуса до скорости 22 км/час
Начальная скорость рекуперативного торможения (в км/час)
Наименование данных	25	г			1 45	50	60 1 1	
		30	; 35	40			
Удельная рекуперация энергии при одном торможении (в вт-ч/ткм) 		1,2	3,7	6,5	9,8	13,5	17,7	27,4
Удельное потребление энергии на один пуск и разгон троллейбуса (в вт-ч/ткм)	20,6	27,4	34,9	43,1	52,6	62,8	89,4
Процент рекуперации . .	5,8	13,5	18,6	22,6	25,6	28,5	30,4
Из приведенной таблицы видно, что применяя рекуперативное тормфжение можно значительную часть энергии, затраченной на пуск в ход, возвратить в контактную сеть при рекуперативном торможении перед остановкой. Так, например, применяя рекуперативное торможение от скорости 50 км/час рекуперация энергии составляет 28,5%, а при торможении от скорости 40 км/час рекуперация энергии составляет 22,6% от энергии, затраченной на пуск троллейбуса в ход (с учетом потери энергии на нагрев пускового реостата), что имеет большое значение с точки зрения экономии энергии, расходуемой на движение троллейбуса.
На основании данных, приведенных в таблице 11, построены кривые (фиг. 22) удельного потребления энергии на пуски в ход (кривая 1) и удельной рекуперации энергии при торможении перед остановками (кривая 2). Расход энергии на пуски в ход с учетом ее рекуперации перед остановкой представлен кривой 3.
Количество энергии, которое может быть возвращено в контактную сеть при рекуперативном торможении перед остановками, характеризуется табл. 12.
Кроме того, необходимо учесть экономию энергии, которая получается при использовании выбега, так как во время выбега прекращается расход энергии на преодоление основного сопротивления движению.
5-223
65
Считая, что рекуперативное торможение снижает скорость движения до 22—24 км/час и лишь после этого на-
фиг* 22. График расхода энергии на пуск троллейбуса в ход с учетом ее рекуперации при торможении.
Таблица 12
Возврат энергии в сеть при одном рекуперативном торможении троллейбуса перед остановкой до скорости 22 км/час (в квт-ч/маш)
Характер нагрузки	Общий вес тонн	Начальная скорость рекуперативного торможения в км/час						
		25	30 !	35	40	45	50	60
Без' нагрузки . .	9,0	0,011	0,033	0,059	0,088	0121	0,159	0,246
Со средней нагрузкой	11,5	0,014	0,043	0,075	0,112	0155	0,204	0,315
С полной нагрузкой	14,0	0,017	0,052	0,091	0,137	0189	0,248	0,384 ।
можением определяем экономию энергии, получаемую при каждом торможении троллейбуса перед остановкой.
66
Исследования показали, что эта экономия составляет:
для	троллейбуса	весом	9т....	0,031	квт-ч.
„	,	,	11,5 т. . . .	0,040	квт-ч.
,	„	„	14,0 т. . . .	0,049	квт-ч.
При меньшей скорости движения в начале выбега эта экономия энергии соответственно уменьшается.
3. Расход энергии на пуски троллейбусов в ход с учетом ее рекуперации и экономии от использования выбега
Зная потребление энергии на пуск в ход (табл. 10), возврат энергии при рекуперативном торможении (табл. 12) и экономию энергии, получаемую при использовании выбега, можно определить расход энергии на пуск в ход с учетом рекуперации энергии и использования выбега (табл. 13).
Таблица 13
Расход энергии на пуск троллейбуса в ход с учетом рекуперации -энергии при торможении и выбега перед остановкой (в квт-ч/маш)	'
Характер нагрузки
Без нагрузки . .
Со средней нагрузкой
С полной нагрузкой
Общий вес тонн	Скорость, до которой происходит пуск троллейбуса в ход в км/час					
	10	20	30	40	50	60
40	0,025	0,096	0,182	0,269	0,375	0,519
11,5	0,029	0,124	0,233	0,343	0,476	0,658
14,0	0,044	0,156	0,283	0,414	0,583	0,802
По данным, приведенным в табл. 13, строим график (фиг. 23) расхода энергии на пуски троллейбусов в ход. График построен для троллейбуса весом 11,5 т (со средней нагрузкой) для одного, двух, трех и четырех пусков на 1 км пути (число пусков указано цифрами на графике с правой стороны). При построении этого графика на горизонтальной линии показана скорость движения в км/час, а по вертикали расход энергии на пуски в ход в квт-ч/км.
5*	67
4. Наивыгоднейший режим движения ароллейбусов с максимальным использованием выбега и рекуперативного торможения
Говоря о наивыгоднейшем режиме вождения троллейбусов необходимо учесть, что увеличение процента
Фиг. 23. График расхода энергии на пуски троллейбуса (весом 11,5 т) в ход с учетом рекуперации энергии и использования выбега.
рекуперируемой энерги не всегда способствует уменьшению удельного и общего расхода энергии на движение. Можно, увлекаясь процентом рекуперации держать ходовую педаль включенной до последнего момента начала торможения, затем применяя рекуперативный тормоз получить высокий процент рекуперации, но вместе с тем и большой расход энергии.
Для пояснения указанного положения следует рассмотреть возможные режимы вождения троллейбусов. Произведя испытания на одном и том же участку дороги исходим из условия, что процесс пуска в ход и установившаяся скорость движения, во всех случаях одинаковы, что характеризуется участками АА и абв на всех кривых тока и скорости, представленных на фиг. 24.
В первом случае ( фиг. 24, а) не применяется вообще рекуперативное торможение, и после выключения электродвигателя в точке В происходит выбег на участке вг и затем реостатно-воздушное торможение (на участке гд). При таком режиме расход энергии сравнительно неболь-
68
Реостатно-бездушное торможение
Ш Потребление энергии ^^Расход энергии ни ос^ Ъ^Рекуператиьное j на пуск б ход	^^нобноесопротибление \^гтюрмажение
Фиг. 24. Графики расхода энергии на движение в зависимости от степени использования выбега и рекуперативного торможения.
шой, но вместе с тем столь продолжительный выбег увеличивает время пробега данного перегона и снижает эксплуатационную скорость движения.
Во втором случае (фиг. 24,6) можно удлинив время движения с установившейся скоростью до точки В', затем выключив электродвигатель и почти не использовав выбег производить реостатно-воздушное торможение до точки д. При этом режиме за счет увеличения расхода энергии (на площадь ГВВ' Г7) несколько уменьшается время пробега и соответственно увеличивается скорость движения.
В этих двух случаях следует выбрать наиболее выгодный режим с точки зрения расхода энергии и скорости движения.
В третьем случае (фиг. 24,в) после движения с установившейся скоростью до точки в, электродвигатель выключается в точке В' и применяется рекуперативное торможение (площадь Г'ДЕ). В данном случае, хотя и было применено рекуперативное торможение, но имеет место больший расход энергии, чем в первом случае (так как площадь Г'ДЕ менее площади ГВВТ') при незначительном выигрыше в скорости.
В четвертом случае (фиг. 24,г) электродвигатель выключается в промежуточной точке В, затем применяется рекуперативное торможение и после некоторого выбега производится реостатно-воздушное торможение до полной остановки. В последнем случае получен минимальный расход энергии и средняя скорость движения.
Таким образом, только правильное сочетание всех способов торможения и выбега может обеспечить наивыгоднейший со всех точек зрения режим движения. Во всяком случае, производя перед каждой остановкой троллейбуса рекуперативное торможение до его пограничной скорости, затем применяя выбег и последующее реостатно-воздушное торможение, можно в максимальной степени использовать энергию движущегося троллейбуса. При этом общая экономия и возврат энергии в сеть могут составить до 25% от энергии, затрачиваемой на пуск троллейбуса в ход при одновременном уменьшении потерь на нагрев реостата, износа деталей тормозной системы и расхода сжатого воздуха на торможение.
Следует заметить, что у тяговых электродвигателей типа ДК-202, установленных на троллейбусах МТБ, по
70
граничная скорость Vp =22 км/час, определяемая точкой А (фиг. 21) сравнительно велика, что весьма снижает возможную величину рекуперации энергии при торможении перед остановками и на уклонах.
В связи с этим весьма желательным является применение на троллейбусах тяговых электродвигателей с меньшей пограничной скоростью рекуперативного торможения, что имеет большое практическое значение с точки зрения повышения эффективности рекуперативного торможения и соответственно с этим уменьшения расхода энергии на движение троллейбусов. Предварительные ориентировочные расчеты показывают, что снижение пограничной скорости рекуперативного торможения до 10—12 км/час (вместо 22—24 км/час) может в 1,5 — 2 раза повысить эффективность рекуперативного торможения.
V. РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ПРЕОДОЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОДЪЕМОВ
1.	Потребление энергии из сети на преодоление сопротивления подъемов
При движении на подъем требуется затрачивать добавочную энергию на преодоление сопротивления подъема (силы тяжести троллейбуса).
Ранее нами уже было определено, что удельное сопротивление подъема wn равно величине подъема 1 в тысячных
Wn = 1 кг/т.
Зная удельное сопротивление подъема и пользуясь переводным коэффициентом Кэ =3,84, полученным ранее, определяем удельное потребление энергии из сети на преодоление сопротивления подъема с учетом потерь энергии в тяговом электродвигателе и в передаче
а'п = 3,84 i вт-ч/ткм.	(39)
Для любого значения подъема и веса троллейбуса потребление энергии на преодоление сопротивления подъема может быть определено из уравнения.
л G-3,84-i	,	/ лг\\
Ап = --т000 квт-ч/км.	(40)
71
Потребление энергии из сети на преодоление сопротивления подъемов может быть выражено таблицей 14 для троллейбусных машин, движущихся с различной нагрузкой на подъем до 60%0.
Таблица 14
Потребление энергии на преодоление сопротивления подъема (в квт-ч/км)
Характер нагрузки	Общий вес тонн	Величина подъема в тысячных					
		10	20	30	40	50	60
Без нагрузки ....	9,0	0,34	0,68	1,02	1,36	1,70	2,06
Со средней нагрузкой	11,5	0,44	0,88	1,32	1,76	2,20	2,64
С полной нагрузкой	14,0	0,54	1,08	1,62	2,16	2,70	3,24
Из приведенной таблицы видно, что потребление энергии на преодоление сопротивления подъема имеет сравнительно большое значение. Так, например, при движении троллейбуса со средней нагрузкой на подъем ЗО°/оо потребление энергии на преодоление сопротивления подъема составляет 1,32 квт-ч/км, что превышает расход энергии при движении троллейбуса на горизонтальном участке дороги со скоростью 50 км/час, так как в последнем случае расход энергии составляет лишь 1,15 квт-ч/км (см. табл. 7). При движении троллейбуса на подъем 60 % о потребление энергии на преодоление сопротивления подъема примерно в два раза превышает расход энергии на преодоление основного сопротивления движению.
Указанные значения потребления энергии правильны для расчетов контактной сети, когда необходимо знать потребление энергии из сети во время движения троллейбуса на подъем. Что касается расчетов, связанных с определением расхдда энергии на движение, то необходимо учитывать, что троллейбус поднявшись на подъем обязательно движется потом по этому же (или по равноценному) подъему в обратном направлении и т. о. полученное значение удельного потребления энергии на преодоление сопротивления подъема следует рассматривать для движения в двух направлениях.
Кроме того, необходимо учитывать, что при движении троллейбуса по уклону — уклон уменьшает потребление 72
энергии на преодоление основного сопротивления движению, а на крутых уклонах можно, кроме того, получить возврат энергии в сеть применяя рекуперативное торможение.
Вопрос о рекуперации энергии и об экономии энергии на уклонах будет рассмотрен отдельно.
2.	Рекуперации энергии при рекуперативном торможении на уклонах
Рассматривая вопрос о рекуперации энергии при движении троллейбусов на уклонах необходимо напомнить о том, что в данном случае это зависит от соотношения величины уклона и основного сопротивления движению, о чем уже было указано.
Если троллейбус движется по уклону равного сопротивления, когда величина уклона равна величине основного удельного сопротивления движению, то рекуперация возможна лишь за счет кинетической энергии движущегося троллейбуса, а не за счет силы тяжести, так как на таком уклоне при выключении тягового электродвигателя происходит движение с постоянной скоростью и наличие уклона не создает условий для действия рекуперативного тормоза.
При движении по безвредному уклону, когда величина уклона меньше величины основного удельного сопротивления движению, замедляющее усилие создается без применения рекуперативного торможения и для поддержания постоянной скорости движения тяговый электродвигатель троллейбуса должен развивать некоторую силу тяги. Однако, сила тока, потребляемая из сети, будет при этом меньше, чем при движении на горизонтальном участке и наличие силы тяжести уменьшает основное удельное сопротивление движению на величину уклона в тысячных, но эта энергия не может быть рекуперирована.
При движении по вредному уклону, когда величина уклона больше основного удельного сопротивления движению — на каждую тонну веса троллейбуса создается ускоряющее усилие fy = i — w0 и в контактную сеть может быть возвращена энергия
ay=Kp(i — w0)7]r	(41)
73
где: Кр — коэффициент для перевода работы из кгм/ткм в вт-ч/ткм
тг _9,81 ♦ 1000 _ q 79
3600
— коэффициент полезного действия электродвигателя, работающего в генераторном режиме с учетом потерь энергии в силовой передаче. В практических расчетах можно считать
=0,68.
Тогда рекуперация энергии, при движении по вредному уклону может быть определена следующим образом:
ау = 2,72-0,68 (i— w0) = 1,84 (i — w0) вт-ч/ткм. (42)
Пользуясь уравнением 42 можно определить удельную рекуперацию энергии при движении троллейбуса на вредных уклонах, считая при этом, что троллейбус движется по уклону со скоростью 22—25 км/час и, так как основное удельное сопротивление- движению при этом равно 18 кг/т, то вредным уклоном следует считать лишь уклон более 18%о-
Исходя из указанного определены значения удельной рекуперации энергии при движении троллейбусов по уклонам, что приведено в таблице 15. В этой же таблице даны значения удельного потребления энергии на преодоление сопротивления подъемов. Сопоставляя эти значения определен процент рекуперации энергии.
Таблица 15
Удельное потребление энергии на преодоление сопротивления подъема и удельная рекуперация энергии при движении троллейбусов по уклону
Наименование данных	Величина подъема в тысячных					
	10	20	30	40	50	60
Удельное потребление энергии на преодоление сопротивления подъема, в вт-ч/ткм . .	38,4	76,8	115,2	153,6	191,0	240,4
Удельная рекуперация энергии при движении по уклону, в вт-ч/ткм 			3,7	22,1	40,5	58,9	77,3
Процент рекуперации энергии	-	4,8	19,3	26,4	30,8	32,3
74
В данном случае рекуперация энергии составляет значительный процент от энергии, потребляемой из сети на преодоление сопротивления подъема. Так, например, при рекуперативном торможении на уклоне 60 % о рекуперация энергии составляет 32,3%, а на уклоне 5О°/оо — 30,8%, что имеет большое значение с точки зрения экономии энергии, расходуемой на движение троллейбусов.
Однако, эти значения могут быть получены лишь в том случае, если троллейбус движется по уклону со скоростью не менее 22 км/час и указанные выше значения рекуперации энергии были получены лишь при испытаниях, которые производились на маршрутах г. Киева в данных условиях.
В действительных условиях эксплуатации, исходя из требований безопасности движения, обычно скорость движения на уклонах весьма ограничивается, а при этом рекуперации энергии почти не получается.
Если применить на троллейбусах тяговые электродвигатели (и прочее электрооборудование), допускающие рекуперативное торможение при скорости движения 10— 15 км/час (что вполне возможно), то можно было бы применять рекуперативное торможение на всех уклонах и получить еще ббльший процент рекуперируемой энергии.
Если разрешить движение по уклонам со скоростью 25 км/час (что, по мнению автора, вполне допустимо при хорошем состоянии дороги), то при существующем в настоящее* время электрооборудовании можно на троллейбусах МТБ получить указанный выше процент реко-перируемой энергии.
Так как на троллейбусах МТБ рекуперативное торможение на уклонах фактически не применяется, можно учитывать только экономию энергии, которая получается при движении троллейбуса по уклону в связи с тем, что на малых уклонах уменьшается расход энергии на преодоление основного сопротивления движению, а на крутых уклонах вообще не будет расхода энергии на преодоление основного сопротивления движению.
Считая, что троллейбус движется на уклонах со скоростью 15 км/час и основное удельное сопротивление движению составляет при этом 16 кг/т (по табл. 1) и переводя механические единицы в электрические (умно
75
жая на 2,72) определяем, что экономия энергии при этом будет 43,5 вт-ч/ткм.
При этом исходим из того, что на крутых уклонах экономия не увеличивается, так как троллейбус движется по уклону с постоянной скоростью, а возможная экономия энергии поглощается тормозами (без рекуперативного торможения).
3.	Расход энергии на преодоление сопротивления подъемов с учетом движения в 2-х направлениях
Зная потребление энергии из сети на преодоление сопротивления подъема, учитывая экономию энергии при движении по уклону и, принимая во внимание движение в 2-х направлениях, определяем расход энергии на преодоление сопротивления подъема (без учета возможной рекуперации энергии при рекуперативном торможении на уклонах).
Тогда, например, при движении по асфальту троллейбуса весом 11,5 т на подъем в ЗО%о расход энергии на преодоление сопротивления подъема может быть определен следующим образом:
Потребление энергии на преодоление добавочного сопротивления подъема (по табл. 14)	.........................1,32 квт-ч/км;
Экономия энергии при движении по
уклону (4^’500У'5)................ ...	0,50	»
Потребление энергии на преодоление сопротивления подъема при движении в двух направлениях (1,32—0,50)	. . 0,82	»
Расход энергии на преодоление со-
/ °’82 \	Л Л 1
противления подъема I——I •	0,41	»
. Аналогично можно определить расход энергии в квт-ч/км на преодоление сопротивления подъема различной величины, что характеризуется таблицей 16, где показан расход энергии с учетом экономии энергии, получаемой при движении троллейбуса по тому же подъему в обратном направлении.
На основании данных, приведенных в табл. 16, можно построить график (фиг. 25) расхода энергии на преодоление сопротивления подъемов с учетом движения в двух
76
Таблица 16
Расход энергии на преодоление сопротивления подъема с учетом движения в двух направлениях (в квт-ч/км)
Характер нагрузки	Общий вес тонн	Величина подъема в тысячных					
		10	20	30	40	50	60
Без нагрузки 		9,0	0,05	0,14	0,31	0,48	0,65	0,83
Со средней нагрузкой	11,5	0,07	0,19	0,41	0,63	0,85	1,07
С полной нагрузкой . .	14,0	0,09	0,24	0,51	0,78	1,05	1,32
направлениях (но без учета возможной рекуперации энергии). Этот график построен для случая движения троллейбуса без нагрузки весом 9,0 т (кривая 1); для троллейбуса со средней нагрузкой весом 11,5 т (кривая 2); и для троллейбуса с полной нагрузкой весом 14,0 т (кривая 3).
Фиг. 25. График расхода, энергии на преодоление сопротивления подъема с учетом движения в двух направлениях (без учета возможной рекуперации энергии ’ при рекуперативном торможении на уклоне).
Зная потребление энергии на преодоление сил сопротивления движению и располагая данными о рекуперации энергии и возможной экономии энергии, можно определить расход энергии на движение троллейбусов при различных условиях эксплуатации.
77
VI. РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ПИТАНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ТРОЛЛЕЙБУСОВ
Кроме расхода электроэнергии на преодоление сил сопротивления движению, энергия расходуется еще на питание вспомогательного электрооборудования троллейбусных машин: освещение, на работу мотор-компрес-сора, отопление и питание аппаратуры управления.
1.	Расход энергии на освещение троллейбусов
Для освещения троллейбусной машины типа МТБ применяются лампы по 60 вт. Всего имеется 15 ламп.
Таким образом мощность потребления из сети на освещение составляет
п 60-15 пп
Ро = Лобо- = °’9 квт-
Принимая для средних условий продолжительность движения каждой троллейбусной машины Тд = 17 час. и среднее время включения ламп Тв = 8 часов, получаем, что в среднем на 1 час движения троллейбуса расход электроэнергии на освещение составляет:
Рп -Т 0,9-8
Ao = -V-- = -ТГ~ = °’425 квт“ч-
Считая эксплуатационную скорость движения V9 — = 14 км/час, получаем удельный расход энергии на освещение (на 1 км. движения)
Ао 0,425
а0 = - у—- = ~Т~4~ = 0’03 квт-ч/км.
Такой расход энергии на освещение можно принять в среднем за год для эксплуатации троллейбусов в средних климатических условиях.
Фактический расход энергии на освещение зависит от времени года и, например, для киевских условий может быть определен следующим образом (в квт-ч/км):
январь . . . .	. 0,045	ИЮЛЬ .	.	.	. . 0,015
февраль . . .	. 0,040	август .	. . 0,015
март ....	. 0,035	сентябрь	. . 0,020
апрель . . .	. 0,030	октябрь	. . 0,030
май ....	. 0,025	ноябрь	. . 0,040
июнь ....	. 0,020	декабрь	. . 0,050
78
В данном случае расход энергии на освещение в среднем за год составляет 0,03 квт-ч/км.
2.	Расход энергии на работу мотор-компрессора
Мотор-компрессор при своей работе потребляет из сети среднюю мощность Рк = 1,6 квт.
Считая, что мотор-компрессор работает 18% общего времени движения троллейбуса (по фактическим данным), получаем, что средняя мощность мотора компрессора при его непрерывной работе составила бы
г/ п 18	1,6 -18 п оп
Рк ' Рк100 — 100 — 9,29 квт>
При эксплуатационной скорости движения V9 = 14 км/час получаем удельный расход энергии на работу мотор-компрессора
Р* 0,29
ак = — = -14 =0,02 квт-ч/км.
Такой удельный расход энергии на работу мотор-компрессора был фактически получен при испытаниях, проведенных на маршрутах г. Киева. В других городах могут быть получены несколько иные значения, так как продолжительность работы мотор-компрессора и частота его включения зависят от условий работы воздушного привода тормоза, что в свою очередь зависит от профиля пути, расстояния между остановками и от других условий эксплуатации троллейбусов.
3.	Расход энергии на отопление троллейбусов
Для отопления троллейбусов типа МТБ применяется 6 печей по 0,5 квт. Таким образом, установленная мощность печей составляет Рп =6-0,5 = 3 квт.
Считая отопительный сезон 4 месяца в год (для условий г. Киева) и учитывая, что печи включаются лишь в наиболее холодное время дня, можем принимать следующее количество часов включения печей по месяцам: ноябрь...........45 часов;	январь...........195 часов
декабрь..........180 „	февраль..........150 „
Таким образом, общее время включения печей за год составляет 570 часов. Учитывая, что мощность печей составляет 3 квт, получаем расход энергии на отопление
79
на одну троллейбусную машину в год 570 X 3 = 1710 квт-ч.
При средней продолжительности движения Тд = 17 час. и при эксплуатационной скорости движения V3 = = 14 км/час. определяем, что среднегодовой удельный расход энергии на отопление составляет
1710 п пп , а" = 365Л7Л4 = 0’02 КВТ^Ч/КМ.
Указанный среднегодовой расход энергии на отопление фактически распределяется по месяцам следующим образом:
ноябрь .... 0,02 квт-ч/км;	январь.......0,09 квт-ч/км
декабрь .... 0,08	„	февраль......0,06
В данном случае значения расхода энергии несколько округлены в сторону повышения с учетом расхода энергии на нагрев стеклообогревателей.
Потребление энергии на питание аппаратуры управления настолько мало, что его можно в практических расчетах не учитывать.
Следует отметить, что указанные значения расхода энергии на питание вспомогательного электрооборудования троллейбусов весьма ориентировочны, так как все это зависит от местных условий, к числу которых относятся — профиль пути и условия эксплуатации, климатические условия и ряд других причин, которые необходимо учитывать при практических расчетах.
Для средних условий можно считать расход энергии на питание вспомогательного электрооборудования троллейбусов от 0,06 до 0,08 квт-ч/км.
В городах, где не требуется отопление троллейбусов, расход энергии на питание вспомогательного электрооборудования будет составлять от 0,04 до 0,06 квт-ч/км.
VII. ОБЩИЙ РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
НА ДВИЖЕНИЕ ТРОЛЛЕЙБУСОВ И ПИТАНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
1.	Расход энергии на движение троллейбусов
Зная все виды потребления энергии, возможную рекуперацию и экономию энергии от использования выбега можно определить суммарный расход энергии на дви
80
жение и питание вспомогательного электрооборудования.
Как было ранее указано, потребление энергии из сети на преодоление основного движения, на нагрев пусковых реостатов и на питание вспомогательного электрооборудования является одновременно и расходом энергии так как эта энергия не может быть рекуперирована.
При определении расхода энергии на пуски в ход и на преодоление сопротивления подъемов, следует отдельно учитывать потребление энергии и ее рекуперацию. Беря разность этих значений, можно определить расход энергии.
Так, например, зная, что троллейбус весом 11,5 т (со средней нагрузкой) движется по асфальту на подъем в 20 % о со скоростью 30 км/час и расстояние между остановками составляет 0,5 км (2 пуска на I км пути), определяем отдельные составляющие расхода энергии:
а)	Преодоление основного сопротивления движению для скорости 30 км/час (по табл. 7):
а0 = 0,850 квт-ч/км.
б)	Расход энергии на пуски в ход определяем с учетом ее рекуперации при торможении до скорости 22 км/час и экономии энергии при использовании выбега.
Определяем (по табл. 10) потребление энергии на пуски в ход при двух пусках на I км пути до скорости 30 км/час:
ау = 0,316 • 2 = 0,632 квт-ч/км.
Рекуперация энергии при двух торможениях от скорости 30 км/час до скорости 22 км/час (по табл. 12) составляет
ар = 0,043 • 2 = 0,086 квт-ч/км.
Кроме того, следует учесть экономию энергии от использования выбега (см. стр. 67), которая в данном случае определится следующим образом:
аэ =0,040-2 = 0,080 квт-ч/км.
Таким образом, рекуперация энергии и ее экономия от использования выбега определяется, как сумма двух последних величин
ав = ар + аэ = 0;086 + 0,080 -= 0,166 квт-ч/км.
81
Тогда расход энергии на пуски в ход будет следующий:
аи = ау — ав = 0,632 — 0,166 =0,466 квт-ч/км.
Это же значение можно получить по табл. 13:
аи = 0,233 • 2 = 0,466 квт-ч/км.
в)	Расход энергии на преодоление сопротивления подъема при движении в двух направлениях без учета возможной рекуперации энергии, но с учетом экономии при движении по уклону определяем следующим образом:
Потребление энергии на преодоление сопротивления подъема (по табл. 14) с учетом движения в двух на-/0,88 \
правлениях 1“2~1	....................0,44 квт-ч/км.
Экономия энергии (см. стр. 76) при движении по уклону с учетом движения в двух направлениях / 43,5 .11,5 \	Л
(—1000-2 —)	....................... 0,25 квт-ч/км.
Расход энергии на преодоление сопротивления подъема с учетом ее экономии при движении по уклону и с учетом движения в двух направлениях
(0,44—0,25)............................ 0,19	квт-ч/км.
Это значение соответствует данным табл. 16, где для троллейбуса весом 11,5 т для подъема в 20 тыс. также указана величина расхода энергии ап=0,19 квт-ч/км.
В данном случае общий расход энергии на движение определится следующим образом:
ад = а0 + аи + ап = 0,850 + 0,466 + 0,190 = = 1,506 квт-ч/км.
Несколько округляя это значение, можем считать, что расход энергии на движение равен
ад = 1,51 квт-ч/км.
2.	Расход энергии на питание вспомогательного электрооборудования троллейбусов
На основании изложенного выше в п. VI среднегодовой расход энергии на питание вспомогательного электрооборудования (для условий эксплуатации троллейбусов типа МТБ в г. Киеве) может быть принят следующим:
82
освещение троллейбуса . • . . . . 0,03 квт-ч/км
работа мотор-компрессора.........0,02
отопление и стеклообогрев .... 0,02
Итого ав = 0,07 квт-ч км
Этот расход энергии имеет сезонный характер и может быть определен по месяцам следующим образом (в квт-ч/км):
Месяцы	мотор-компрессор	освещение	отопление	Итого
Январь 	 Февраль	 Март	 Апрель-	• Май	 Июнь		 Июль	 Август 	 Сентябрь	 Октябрь	 Ноябрь 	 Декабрь 	 В среднем за год . .	0,020 ' 0,020 । 0,020 0,020 0,020 0,020 0,020 0,020 0,020 0,020 0,020 .. _0,020 0,020	0,045 0,040 0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 0,015 0,020 0,030 0,040 0,050 0,030	0,090 ! 0,060 0,020 0,080 0,020	। 0,155 I 0,120 0,055 0,050 0,045 0,040 0,035 0,035 0,040 1 0,050 i 0,080 0,150 ; 0,070
Расход энергии на питание Вспомогательного электрооборудования характеризуется графиком, представленные на фиг. 26. В нижней части графика показан
Расход энергии по месяцам
Фиг. 26. График удельного расхода энергии на питание вспомогательного электрооборудования троллейбусов.
'расход энергии на работу мотор-компрессора, выше — ^расход энергии на освещение. В верхней части показан расход энергии на отопление. Таким образом, верх
13
няя кривая показывает общий удельный расход энергии на питание вспомогательного электрооборудования в в квт-ч/км по месяцам.
3.	Общий расход энергии троллейбусными машинами в различных условиях эксплуатации
Зная общий расход энергии на преодоление сил сопротивления движению и на питание вспомогательного электрооборудования можем определить общий расход энергии.
Расход энергии на движение для приведенных выше условий может быть представлен графически (фиг. 27,а), где в горизонтальном направлении отложена величина подъема в тысячных, а по вертикали — расход энергии на движение с учетом ее рекуперации и экономии при использовании выбега.
В нижней части графика показан расход энергии на преодоление основного сопротивления движению, который в данном случае составляет 0,85 квт-ч/км. Выше показан расход энергии на преодоление сопротивления подъема, который увеличивается по мере увеличения подъема и на подъеме в 60%о составляет 1,07 квт-ч/км (по табл. 16 — с учетом движения в двух направлениях).
В верхней части графика показан расход энергии на пуски в ход, который в данном случае составляет 0,233 квт-ч/км (по табл. 13). Цифры на этих кривых (с правой стороны) показывают число пусков на 1 км пути.
Для характеристики общего баланса энергии, получаемого при движении троллейбусов (для приведенных выше условий эксплуатации) приводим табл. 17, в которой показаны все составляющие потребления, возврата, экономии и расхода энергии постоянного тока (на токоприемнике).
Аналогично произведен расчет (табл. 18) для того же троллейбусного маршрута, но для большей средней ходовой скорости движения (40 км/час вместо 30 км/час) и для этих условий так же построен график расхода энергии (фиг. 27, б).
Следует отметить, что приведенные выше данные не могут быть одинаковы для всех маршрутов и городов с различными климатическими и эксплуатационными особенностями.
84
В каждом отдельном случае необходимо призводить расчет с учетом местных условий движения и, кроме того, производить практическую проверку для определения фактического расхода энергии на движение, когда при минимальном расходе энергии будет обеспечена максимальная безопасность, скорость и регулярность движения.
Методика определения фактического расхода энергии может быть различной в зависимости от местных условий и имеющегося в наличии оборудования и измерительных приборов.
85
Таблица 17
Общий баланс расхода энергии на движение и питание вспомогательного электрооборудования троллейбусов
(при скорости движения 30 км/час)
Виды потребления, экономии и рекуперации энергии	Потребление Экономия		Рекуперация	Расход	Расход, 1 энергии в процентах
	энергии в		i квт-1	ч/км	
Основное сопротивление движению	0,850		-	0>850	53,8
Пуск в ход и торможения . . . .	0,632	0,080	0,086	0-466	29,6
Сопротивление подъемов . . .	0,440	0,250	-	0.190	12,0
Итого на движение . . .	1,922	0,330	0,086	1,506	95,4
Освещение 		0,030			0,030	2,0
Работа мотор-компрессора	0,020	-	-	0,020	1,3
Отопление 		0,020	-	-	0,020	
Итого на вспомогатель-					
ноеэл. обрудование . . .	0,070	-	-	0,070	• 4,6
Всего на токоприемнике (посто-ян. тока) 		1,992	0,330 0,086		1,576	100,0
В процентах 		100,0	16,51	4,3	79,2	-
,	Таблица 18
Общий баланс расхода энергии на движение и питание вспомогательного электрооборудования троллейбусов
(для скорости движения 40 км/час)
Виды потребления, экономии и рекуперации энергии	Потребление	Экономия 1 _	Рекуперация	Расход	Расход энергии в процентах
	эне	ргии в	i квт-ч/	'км	
Основное сопротивление дви-	0,970			0,970	50,6
жению	......		-	-		
Пуски в ход и торможение	0,990	0,080	0,224	0,686	35,8
Сопротивление подъемов .	0,440	0,250	-	0,190	10,0
Итого на движение . . . . |	2,400	0,330	0,224|	1,8461	96,4
86
Продолжение таблицы 17
Виды потребления, экономии и реконструкции энергии 	1	Потребление	Экономия	Рекуперация	Расход	Расход энергии в процентах
	1 энергии в кат-ч/км				
Питание вспомогательного электрооборудования . . . .	0,070	-	-	0,070	3,6
Всего на токоприемнике '(постоянного тока)		2,470	0,330	0,224	1,916	100,0
В процентах 		| 100,0	13,4	9,1	77,5	-
Ниже приведены основные данные об испытаниях, которые производились на маршрутах г. Киева и показаны некоторые значения фактического расхода энергии, полученные в отдельных случаях.
VIII. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАКТИЧЕСКОГО РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ДВИЖЕНИЕ ТРОЛЛЕЙБУСОВ ТИПА МТБ
НА МАРШРУТАХ г. КИЕВА
1.	Цель проводимых испытаний и их общая характеристика
Испытания, проведенные за последние годы в г. Киеве, представляют значительный интерес в связи с тем, что продольный профиль троллейбусных маршрутов отличается большим разнообразием и наличием затяжных подъемов величиной до 60 тысячных. Такое разнообразие профиля позволяет определить расход энергии с учетом ее рекуперации для самых различных условий эксплуатации, дать анализ факторов, от которых зависит расход энергии, и определить условия при которых можно получить наименьший удельный и общий расход энергии при одновременном достижении максимальной безопасности, скорости и регулярности движения.
Испытания проводились в нормальных условиях эксплуатации с пассажирами и имели своей целью установить следующее:
87
а)	Количество энергии потребляемой из сети на преодоление отдельных сопротивлений движению.
б)	Возврат энергии в сеть при рекуперативном тор-шожении и экономию энергии от использования выбега и при движении по уклонам.
в)	Общий и удельный расход энергии на движение с разделением его по отдельным составляющим.
г)	Проверки работы электрооборудования, особенности применения рекуперативного торможения, условия наиболее выгодного и безопасного вождения троллейбусных машин и т. д.
До начала испытаний на троллейбусной машине устанавливался счетчик квт-часов и переносной щит с измерительными приборами.
Установленный счетчик показывал лишь расход энергий по перегонам (так как имел цену деления 0,1 квт-ч).
Испытания производились двумя способами — с самопишущими приборами и с обычной измерительной аппаратурой. В первом случае были применены приборы со шкалами для записи на движущихся лентах кривых тока, напряжения и скорости. Для записи скорости применялся небольшой генератор постоянного тока с постоянным независимым возбуждением с приводом якоря генератора от якоря тягового электродвигателя троллей-* буса. Сила тока параллельной обмотки возбуждения двигателя учитывалась обычным стрелочным прибором.
В связи с тем, что не всегда представлялась возможность пользоваться самопишущими приборами (и не везде имеется такая возможность) испытания производились также путем непосредственной записи приборов, включенных в силовую цепь троллейбуса.
В последнем случае был применен переносный щит с обычными измерительными приборами. На этом щите установлены следующие приборы:
1.	Вольтметр, который показывает напряжение сети.
2.	Скоростемер, который получает питание от низковольтного генератора и показывает скорость движения в км/час.
3.	Амперметр цепи мотор-компрессора.
4.	Вольтметр, который показывает падение напряжения на якоре тягового электродвигателя.
5.	Амперметр с пределами измерений 300—0—300 а (с нулем посредине шкалы) с шунтом 45 вм. Этот
88
амперметр показывает силу тока последовательной цепи тягового электродвигателя и дает возможность фиксировать отдельно тяговый и рекуперативный режимы.
6.	Амперметр цепи освещения.
Запись показаний основных приборов производилась через 5 сек. Такая частота замеров вполне возможна и обеспечивает достаточную точность регуляторов исследований.
Можо отметить, что после обработки полученных данных и после сравнения их с показаниями счетчика установлено, что ошибка в измерениях не превышает ±3%. Более редкая запись показаний приборов (через 10 сек.) значительно искажает точность полученных данных, так как возможны выпадения отдельных пиковых значений, которые влияют на окончательные результаты при подсчетах. Более частая запись (через 2—3 сек.) оказалась весьма утомительной и значительно усложнила обработку результатов наблюдений.
До начала испытаний была произведена обработка продольного профиля маршрутов, что необходимо было для удобства цельнейших подсчетов. Обработка профилей производилась по перегонам между остановками.
Кроме того, до проведения испытаний был заготовлен специальный журнал наблюдений, который заключал в себе все необходимые первичные данные для дальнейших расчетов, которые производились в этом же журнале. Форму журнала приводим ниже:
ТАБЛИЦА НАБЛЮДЕНИЙ
при испытании троллейбуса типа МТБ на маршруте №------------
Длина маршрута----км; Машина №; Пробег машины------------км
„-----“----------------------1958 г.
Температура от----до---; Состояние дорожного покрытия-------
Испытание №------ Таблица №---------------
п. п.	о S л о	я	Скорость км/час	иль	о я IT*	Сила тока ампер		Мощность квт		5 S	6 ' Я
№№ 1	сз £ О, 2	Время сек.		Проф тыс.	Hanpi ние в	+ I	—I	+ Р	— Р	О и * СХ ST О о н га х и бн СО Я	Напо. ние
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11 ’	12
	1	1									
89
При проведении испытаний заполнялись графы 1, 3 (по перегонам) 4, 6, 7 или 8 и 12, а остальные значения определялись при дальнейшей обработке полученных первичных показаний. При этом некоторые данные определялись по каждой горизонтальной строке, а некоторые лишь по перегонам.
В результате проведенных испытаний были построены графики напряжения, тока и скорости. Один из таких графиков представлен на фиг. 28 и 29 для 2-го маршрута г. Киева. Первый график построен для четного направления движения, а второй для нечетного.
В нижней части графика показан продольный спрямленный профиль маршрута. В горизонтальном направлении указывается длина маршрута, а по вертикали — профиль. Кроме того, показаны отметки продольного профиля (в м.), величины уклонов (в тыс.), длина отдельных элементов продольного профиля (в м.) и места остановок.
В верхней части каждого графика показаны значения тока (в а), потребляемого из сети (выше горизонтальной оси) и возвращаемого в сеть при рекуперативном торможении (ниже горизонтальной оси). Выше кривой тока нанесена кривая напряжения. Кроме того, на каждом графике показана скорость движения в км/час.
2. Фактический расход энергии троллейбусными машинами, полученный при испытаниях
Расход энергии, который получен при испытаниях на различных маршрутах, весьма отличается в зависимости от продольного профиля пути и условий эксплуатации на каждом маршруте.
Для характеристики каждого маршрута были составлены таблицы продольного профиля (по образцу, показанному на стр. 42) и составлена общая . характеристика продольного профиля. Из такой характеристики видно, что маршрут № 2 имеет максимальный подъем 59%о. На этом маршруте имеется (в направлении от центра города) один затяжной подъем до 54 % о длиной около 500 м и затяжной уклон от 35 до 59 % о длиной около 1 км.
90
Сила 'note д алг.
Фиг. 28. График напряжения, тока и скорости, полученный при испытании троллейбусов типа МТБ на 2-м маршруте г. Киева (для четного направления движения).
Скоростй дбиженьР. 6 нм/час
Фиг. 29. График напряжения, тока и скорости, полученный при испытании троллейбусов типа МТБ на 2-м маршруте г. Киева (для нечетного направления).
На остальном протяжении этого маршрута также имеются подъемы до 40 % о и почти нет горизонтальных участков. Общая длина подъемов и уклонов равна 9610 м, что составляет 97,5% общей длины маршрута.
Данные испытаний по отдельным оборотам для каждого маршрута (по перегонам) фиксировались в «сводных таблицах наблюдений» и далее по нескольким оборотам составлялась «итоговая таблица» для каждого маршрута. В результате проведенных испытаний для маршрута № 2 получены данные, которые приведены в табл. 19.
Таблица 19
Потребление, рекуперация и расход энергии при эксплуатации троллейбусов типа МТС на маршруте № 2
Наименование данных	। Единица измерения	Средние значения
Потребление энергии из сети . .	квт — ч	13,9
Рекуперация энергии . •			0,5
Расход энергии на движение . .		13,4
Процент рекуперации 		проценты	3,6
Удельный расход энергии на движе-		
ние 		квт — ч/км	1,7
„	„	„ на тонно —		
км 		вт — ч/ткм	145,0
Эксплуатационная скорость ....	км/час	13,3
Средняя ходовая скорость . . .	км/час	17,5
Следует отметить, что эти данные правильны лишь для каких-то определенных условий движения в'определенное время года (в данном случае летом).
Для получения более точных данных следует такие испытания проводить на протяжении всего года. Это даст возможность определить расход энергии по месяцам и более точно учитывать расход электроэнергии.
При некоторых расчетах необходимо учитывать, что все приведенные выше данные о расходе энергии на движение и на питание вспомогательного электрооборудования троллейбусов учитывают расход энергии постоянного тока на токоприемнике троллейбусной машины.
Для определения расхода электроэнергии постоянного тока, но на шинах тяговой подстанции необходимо учесть еще потери энергии в сетях, составляющие примерно 5% от указанного выше расхода энергии на токоприемнике.
93
Тогда, если расход энергии на токоприемнике троллейбуса составляет А квт-ч/км, то расход энергии постоянного тока на шинах тяговой подстанции соответственно будет
Ап. ст. = А-1,05 квт-ч/км.
В некоторых случаях необходимо знать расход энергии переменного тока, т. е. со стороны высоковольтной линии, подающей электроэнергию на тяговую подстанцию. Для этого необходимо учесть потери энергии на самой тяговой подстанции с учетом коэффициента полезного действия понижающих трансформаторов, ртутных выпрямителей и прочих потерь энергии. В общем случае можно считать, что потери на тяговой подстанции со ставляют в среднем 7% от расхода энергии постоянного тока (не считая расхода энергии на питание собственных нужд тяговой подстанции).
Тогда расход энергии переменного тока Ап. т. может быть определен следующим образом
Ап. т. Ап. ст.-1,07 квт-ч/км.
Или зная расход энергии постоянного тока на токоприемнике А квт-ч/км можно определить расход энергии переменного тока
Ап. т. = А-1,05-1,07 = А-1,12 квт-ч/км.
Приведенные значения о потерях энергии в тяговых сетях и на тяговых подстанциях могут быть правильными лишь для каких-то определенных местных^условий. В каждом отдельном случае необходимо учитывать фактические данные о потерях энергии и о кпд отдельных участков и агрегатов тяговой сети и тяговой подстанции и в соответствии с этим определять общий или удельный расход энергии переменного тока на движение троллейбусов.
3. Фактический расход энергии троллейбусными машинами по месяцам
Для определения среднегодового расхода электроэнергии производились испытания на протяжении всего года.
После испытаний, проведенных на протяжении года, был определен расход энергии на движение и на пита
94
ние вспомогательного электрооборудования по месяцам и составлены «паспорта троллейбусных маршрутов», в которых показаны основные эксплуатационно-технические показатели работы троллейбусных машин.
Таблица 20
ПАСПОРТ
троллейбусного маршрута № 2
Площадь Сталина — Вокзал
Длина маршрута 3,72 км
Количество I в четном направлении—6 | Средняя длина остановок | в нечетном направлении—5	| перегона—570 м
Основные эксплуатационные показатели для троллейбусов типа МТБ, работающих по графику в нормальных условиях эксплуатации:
Время движения мин-сек.	Направление		За оборот	Скорость—км/час
	четное	нечетное		
Полное Сообщения Ходовое	17-00 15-00 12-50	16-00 15-00 12-30	33-00 30-00 25-20	Эксплуатационная 13,5 Сообщения	14,9 Ходовая	17,6
Удельный расход электроэнергии постоянного тока в квт-ч/км (на токоприемнике)
Виды расхода энергии	По месяцам на 1 км пути											
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Тяга и компр. Освещение Отопление	1,86 0,05 0,09	1,83 0,04 0,06	1,81 0,30	1,74 0,03	1,72 0,02	1,69 0,02	1,67 0,01	1,67 0,02	1,69 0,02	,73 ,03	1,78 0,04 0,02	1,84 0,05 0,08
Всего	2,Оо|1,9з|1,81|1,77				1,741,71		1,вв|1,б9		1,71	1,76	1,84|1,97.	
Удельный расход энергии постоянного тока (в среднем за год)
Единица измерения	Тяга и компрессор	Освещение	Отопление	Всего
квт — ч/км	1,75	0,03	0,02	1,80
вт — ч/ткм	145,8	2,5	1,7	150,0
95
В данном случае (табл. 20) показан образец паспор-та для троллейбусного маршрута № 2. В паспорте показано время и скорость движения в двух направлениях, удельный расход энергии на движение и на тонно-километр с разделением расхода энергии на тягу и компрессор, освещение и отопление.
Фиг. 30. График общего расхода энергии, потребляемой троллейбусными машинами (по месяцам в квт-ч/км).
На основании этих паспортных данных построен график (фиг. 30) расхода энергии по месяцам. На этом графике в нижней части показан расход энергии на тягу и компрессор, выше показан расход энергии на освещение, а в верхней части на отопление.
В данном случае верхняя кривая показывает суммарный удельный расход энергии в квт-ч/км.
.Для этого маршрута определен средний удельный расход энергии за год на движение и питание вспомогательного электрооборудования в 1,8 квт-ч/км или 150 вт-ч/ткм.
Аналогичные испытания были проведены на всех троллейбусных маршрутах, составлены графики и паспорта для каждого маршрута. Все эти материалы в данной работе не приводятся.
96
Таким образом, зная условия, от которых зависит расход энергии на движение, можно в каждом отдельном случае определить наивыгоднейший режим движения и разработать организационные и технические мероприятия по „экономии электроэнергии на движение троллейбусов.
содержание
Предисловие	.4
I. Основные показатели расхода электроэнергии
1.	Единицы измерения расхода электроэнергии, принятые в электротехнике........................................  .	7
2.	Основные показатели расхода электроэнергии на движение транспорта . ... •...........................................9
3.	Пуск в ход и регулирование скорости движения	троллейбусов	11
4.	Электрическое торможение троллейбусов................18
а.	Электродинамическое (реостатное) торможение	...	18
б.	Рекуперативное торможение	 21
11.	Силы сопротивления движению
1.	Общая характеристика сил сопротивления движению ... 23
2.	Основное сопротивление движению с учетом сопротивления воздушной среды............................................25
а.	Основное сопротивление движению.......................26
б.	Сопротивление	воздушной	среды .......................29
3.	Сопротивление подъемов и поворотов........................39
а.	Сопротивление	подъемов	..........................39
б.	Сопротивление	поворотов	 .........................45
4.	Общее статическое сопротивление движению..................49
5.	Динамическое сопротивление движению	......... 50
III.	Расход электроэнергии на преодоление основного сопротивления движению
1.	Удельный расход энергии в зависимости от скорости движения 53
2.	Удельный расход энергии в зависимости от типа и состояния дороги ...............................•.....................55
3.	Расход энергии на преодоление основного сопротивления движению для троллейбуса с нагрузкой .........................-55
98
IV.	Расход электроэнергии на преодоление динамического сопротивления движению
1.	Потребление энергии из сети на пуски в ход и разгон троллейбусов .............................................  57
2.	Рекуперация энергии при торможении и экономия энергии при выбеге......................................................63
3.	Расход энергии на пуски троллейбусов в ход с учетом ее рекуперации и экономии от использования выбега..................67
4.	Наивыгоднейший режим движения троллейбусов с максимальным использованием выбега и рекуперативного торможения 68
V.	Расход электроэнергии на преодоление сопротивления подъемов
1.	Потребление энергии из сети на преодоление сопротивления подъемов ...................................................71
2.	Рекуперация энергии при рекуперативном торможении на уклонах ....................................................73
3.	Расход энергии на преодоление сопротивления подъемов с учетом движения в 2-х направлениях..........................76
VI.	Расход электроэнергии на питание вспомогательного электрооборудования троллейбусов
1.	Расход энергии на освещение троллейбусов ...... 78
2.	Расход энергии на работу мотор-компрессора ..... 79
3.	Расход энергии на отопление троллейбусов .	... 79
VII. Общий расход электроэнергии на движение троллейбусов и питание вспомогательного электрооборудования
1.	Расход энергии на движение троллейбусов .................80
2.	Расход энергии на питание вспомогательного электрооборудования троллейбусов ........................................ 82
3.	Общий расход энергии троллейбусными машинами в различных условиях эксплуатации ................................. 84
VIII. Определение фактического расхода электроэнергии на движение троллейбусов типа МТБ на маршрутах г. Киева
1.	Цель проводимых испытаний и их о£щая характеристика . 87
2.	Фактический расход энергии троллейбусными машинами, полученный при испытаниях.....................................90
3.	Фактический расход энергии троллейбусными машинами по месяцам ....................................................94
99
БФ 17602.________Объем 674 печати, листов.______Зак. 223—1500.
Книжная ф-ка „Октябрь* Главиздата Министерства культуры УССР, Киев, Артема, 23.