Diesel locomotive efficiency and reliability improvement as a result of power unit load control system modernisation

• Autorzy: Babeł M. , Szkoda M.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2016.1.6

Warianty tytułu

PL

Poprawa efektywności i niezawodności lokomotyw spalinowych w wyniku modernizacji układu sterowania obciążeniem zespołu napędowego

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The article presents an idea of modernisation of a diesel locomotive power unit load control using SM31 locomotive. In the proposed solution an electronic rotations and power governor of a8C22W diesel engine is applied, developed in cooperation with Lokel (the Czech Republic) and Newag S.A. (Poland), in which a new optimal operational characteristic is realized in the locomotive. This characteristic was selected following optimization calculations using a mathematical model mapping the real conditions of the motor-generator work in a diesel engine. Test stand experimental investigations together with an over three-year supervised observation of the locomotive equipped with the electronic governor have proved its correct and reliable operation. Based on the data collected in supervised observation the efficiency of the proposed solution has been assessed, supported by an LCC (Life Cycle Cost) analysis.

PL

W artykule przedstawiono koncepcję modernizacji układu sterowania obciążeniem zespołu napędowego lokomotywy spalinowej na przykładzie lokomotywy serii SM31. Proponowane rozwiązanie polega na zastosowaniu elektronicznego regulatora obrotów i mocy silnika wysokoprężnego a8C22W, opracowanego w wyniku wspólnych prac autorów z firmą Lokel (Czechy) i Newag S.A. (Polska), realizującego na lokomotywie nową, optymalną charakterystykę eksploatacyjną. Charakterystyka ta została wybrana w wyniku obliczeń optymalizacyjnych z wykorzystaniem opracowanego modelu matematycznego odwzorowującego rzeczywiste warunki pracy zespołu silnik-prądnica na lokomotywie spalinowej. Badania stanowiskowe oraz ponad trzyletnia eksploatacja obserwowana lokomotywy z zamontowanym regulatorem elektronicznym wykazały poprawne i niezawodne jego działanie. Bazując na danych zgromadzonych podczas eksploatacji obserwowanej, przeprowadzono ocenę efektywności proponowanego rozwiązania w oparciu o analizę LCC (Life Cycle Cost).

Słowa kluczowe

EN

reliability; operation; modernisation of locomotives; LCC analysis

PL

niezawodność; eksploatacja; modernizacja lokomotyw; analiza LCC

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 18, no. 1
• Strony: 38--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 63 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Babeł M.

• Cracow University of Technology Faculty of Mechanical Engineering Institute of Rail Vehicles

autor

Szkoda M.

• Cracow University of Technology Faculty of Mechanical Engineering Institute of Rail Vehicles ul. Jana Pawla II 37, 31-864 Krakow, Poland

Bibliografia

• 1. Augustine N R. Is Life Cycle Cost Costing Lives? Armed Forces Journal International 1978: 110-115.
• 2. Bååthe O. Life Cycle Management for the A/C JAS 39 Gripen. 11-th Logistics Congress Society of Logistics Engineers, Stockholm 1995.
• 3. Babeł M. Podstawy teoretyczne i metodologia wyboru zakresów oraz technologii modernizacji lokomotyw spalinowych w oparciu o kryterium kosztów cyklu istnienia. Rozprawa habilitacyjna. Instytut Naukowo-Badawczy Transportu Kolejowego, Moskwa, 2015.
• 4. Babeł M. Warunki pracy, charakterystyka eksploatacyjna a niezawodność doładowanych trakcyjnych silników spalinowych. Trakcja i wagony 1990; 9: 163-165.
• 5. Babeł M. Zwiększenie efektywności pracy trakcyjnych silników wysokoprężnych a8C22 na drodze dopasowania charakterystyk obciążenia do warunków eksploatacji. Rozprawa doktorska. Moskiewski Instytut Inżynierów Transportu (MIIT), Moskwa, 1989.
• 6. Babeł M, Kossov Е Е. Zwiększenie efektywności pracy lokomotyw spalinowych w eksploatacji na drodze optymalizacji warunków pracy silnika wysokoprężnego z wykorzystaniem elektronicznego regulatora obrotów i mocy. Materiały I Sympozjum Naukowego: Automatyzacja pracy silników wysokoprężnych, Poznań 1992: 69-78.
• 7. Babeł M, Szkoda M. Poprawa efektywności i niezawodności lokomotyw serii SM31 w wyniku modernizacji układu regulacji mocy. XXI Konferencja Naukowa POJAZDY SZYNOWE 2014, Wojanów, 26-28 maja 2014.
• 8. Barringer H P, Weber D P. Life Cycle Cost Tutorial. 5-th International Conference on Process Plant Reliability, TX: Gulf Publishing Company, 1996.
• 9. Barringer H P. A Life Cycle Cost Summary. International Conference of Maintenance Societies, Perth, Australia 2003: 20-23
• 10. Bianchi G M, Falfari S, Parotto M, Osbat G. Advanced modeling of common rail injector dynamics and comparison with experiments. SAE paper 2003-01-0006.
• 11. Володин А И. Моделирование на ЭВМ работы тепловозных дизелей. Транспорт, Москва, 1985.
• 12. Borghagen L, Brinkhagen L. LCC-procurement at the Swedish State Railways. Reliability and Maintainability Symposium 1984. Proceedings Annual IEEE, 1984: 349-358.
• 13. Chłopek Z. Badania zużycia energii przez samochód elektryczny w warunkach symulujących jazdę w mieście. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2013; 15(1): 75-82.
• 14. Chłopek Z, Piaseczny L. Uwagi o modelowaniu w badaniach naukowych. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2001; 4(11): 47-57.
• 15. Chłopek Z. Modelowanie procesów emisji spalin w warunkach eksploatacji trakcyjnej silników spalinowych. Prace Naukowe Seria Mechanika" z. 173. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 1999.
• 16. CILECCTA: Sustainability within the Construction Sector, Life Cycle Costing and Assessment. CILECCTA project EU 7-th Framework Programme FP7/2007-2013, grant no. 229061, 2013. (www.cileccta.com)
• 17. Coe C K. Life Cycle Costing by State Governments. Public Administration Review 1981; 41: 564-69, http://dx.doi.org/10.2307/976268.
• 18. Department of Sport and Recreation, Government of Western Australia: Life Cycle Cost Guidelines Sport and Recreation Facilities, 2005.
• 19. DoD Guide for Achieving Reliability, Availability and Maintainability. USA Department of Defense, Washington, 2005.
• 20. Dokumentacja Systemu Utrzymania lokomotywy spalinowej serii SM31 typu 411D. PKP Cargo S.A., 2011.
• 21. Durairaj S K, Ong S K, Nee A Y C, Tan R B H. Evaluation of Life Cycle Cost Analysis Methodologies. Corporate Environmental Strategy 2002; 9(1): 30-39, http://dx.doi.org/10.1016/S1066-7938(01)00141-5.
• 22. EN 50126 Railway applications. The specification and demonstration of Reliability, Availability, Maintainability and Safety (RAMS).
• 23. Fabrycky Wolter J, Blanchard B S. Life-Cycle Cost and Economic Analysis. Prentice Hall, Englewood Cliffs NJ, 1991.
• 24. Garcıa Marquez F P, Lewis R W, Tobias A M, Roberts C. Life cycle costs for railway condition monitoring. Transportation Research Part E: Logistics and Transportation Review 2008; 44(6): 1175-1187, http://dx.doi.org/10.1016/j.tre.2007.12.003.
• 25. Guzzella L, Onder Ch. Introduction to modeling and control of internal combustion engine systems. Springer Verlag. 2nd ed., 2010.
• 26. Hebda M, Janicki D. Trwałość i niezawodność samochodów w eksploatacji. Warszawa: WKiŁ, 1977.
• 27. Herder P M, van Luijk J A, Bruijnooge J. Industrial application of RAM modeling development and implementation of a RAM simulation model for the Lexan plant at GE Industrial, Plastics. Reliability Engineering & System Safety 2008; 93(4): 501-508.
• 28. Hokstad P. Life Cycle Cost Analysis in Railway Systems. SINTEF Safety and Reliability, 1998.
• 29. Jackson Y, Tabbagh P, Gibson P, Seglie E. The new Department of Defense (DoD) guide for achieving and assessing RAM. Reliability and Maintainability Symposium 2005. Proceedings Annual IEEE, 2005: 1-7.
• 30. Kawauchi Y, Rausand M. Life Cycle Cost (LCC) analysis in oil and chemical process industries. Norwegian University of Science and Technology 1999.
• 31. Kossov E E, Babeł M. Zagadnienia modelowania eksploatacyjnych warunków pracy trakcyjnych silników spalinowych. Silniki spalinowe 1988; 2: 27-31.
• 32. Kоссов Е Е, Нестрахов А С, Аникиев И П, Бычков Д А. Микропроцессорная система регулирования дизель - генератора. Локомотив 2002; 12: 14-15.
• 33. Коссов E E, Сухопаров С И. Оптимизация режимов работы тепловозных дизель-генераторов. Труды ВНИИЖТ. Интекст. Москва 1999.
• 34. Lamar W E. Review and Assessment of System Cost Reduction Activities. Proceedings NATO AGARD Conference on Design to Cost and Life Cycle Cost, 12-22 May, 1980.
• 35. Lynch J P, Karlaftis M G, Sinha K C, Fricker J D. The Indiana Public Transportation Management System. Report No. CE-TRA-95-1, Purdue University, 1995.
• 36. Ma H, Xu H M, Wang J H. Real-time control oriented HCCI engine cycle-to-cycle dynamic modelling. International Journal of Automation and Computing 2011; 8(3): 317-325, http://dx.doi.org/10.1007/s11633-011-0587-z.
• 37. Manzini R, Regattieri A, Pham H, Ferrari E. Maintenance for Industrial Systems. Springer, 2010.
• 38. Martorell S, Villanueva J F, Carlos S, Nebot Y, Sanchez A, Pitarch J L, Serradell V. RAMS+C informed decision-making with application to multi-objective optimization of technical specifications and maintenance using genetic algorithms. Reliability Engineering & System Safety 2005; 87(1): 65-75, http://dx.doi.org/10.1016/j.ress.2004.04.009.
• 39. MIL-HDBK-259 Military Handbook, Life Cycle Cost in Navy Acquisitions. Global Engineering Documents 1983.
• 40. MIL-HDBK-276-1 Military Handbook, Life Cycle Cost Model for Defense Material Systems, Data Collection Workbook. Global Engineering Documents 1984.
• 41. MIL-HDBK-276-2 Military Handbook, Life Cycle cost Model for Defense Material Systems Operating Instructions. Global Engineering Documents 1984.
• 42. Navarro-Galera A, Ortúzar-Maturana R I, Mu-oz-Leiva F. The application of life cycle costing in evaluating military investments: An empirical study at an international scale. Defence and Peace Economics 2011; 22(5): 509-543, http://dx.doi.org/10.1080/10242694.2010.508573.
• 43. NCHRP: Bridge Life-Cycle Cost Analysis. Report No 483. Washington DC: Transportation Research Board of the National Academies, 2003.
• 44. O'Connor P. Practical Reliability Engineering. John Wiley & Sons Ltd., 2010.
• 45. Obwieszczenie Ministra Środowiska z dnia 11 sierpnia 2014 r. w sprawie wysokości stawek opłat za korzystanie ze środowiska na rok 2015. Monitor Polski, 18.09.2014 r., poz. 790.
• 46. Parra C, Crespo A, Kristjanpoller F, Viveros P. Stochastic model of reliability for use in the evaluation of the economic impact of a failure using life cycle cost analysis. Case studies on the rail freight and oil industries. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part O: Journal of Risk and Reliability 2012; 226(4): 392-405.
• 47. PN-EN 60300-3-3 Zarządzanie niezawodnością. Przewodnik zastosowań - Szacowanie kosztu cyklu życia.
• 48. PN-EN 61703 Wyrażenia matematyczne dotyczące nieuszkadzalności, gotowości, obsługiwalności i zapewnienia środków obsługi.
• 49. Reiger A J. Solar Energy: The Market Realities. Real Estate Review 1979; 8: 49-52.
• 50. Senthil Kumaran D, Ong S K. Environmental life cycle cost analysis of products. Environmental Management and Health 2001; 12(3): 260-267, http://dx.doi.org/10.1108/09566160110392335.
• 51. Sharma R K, Kumar D, Kumar P. Performance modeling in critical engineering systems using RAM analysis. Reliability Engineering & System Safety 2008; 93(6): 891-897, http://dx.doi.org/10.1016/j.ress.2007.03.039.
• 52. Sherif Y S, Kolarik W J. Life cycle costing: concept and practice. Omega 1981; 9(3): 287-296, http://dx.doi.org/10.1016/0305-0483(81)90035-9.
• 53. Smith D J. Reliability, Maintainability and Risk: Practical Methods for Engineers. Butterworth-Heinemann, 2011.
• 54. Strategia odnowy parku lokomotyw w przedsiębiorstwie PKP LHS Sp. z o. o. Projekt nr M8/599/2007. Politechnika Krakowska Instytut Pojazdów Szynowych, Kraków, 2007.
• 55. Studium techniczno-ekonomiczne odnowy parku pojazdów trakcyjnych eksploatowanych przez PKP CARGO S.A. Projekt nr M8/631/2006. Politechnika Krakowska Instytut Pojazdów Szynowych, Kraków, 2006.
• 56. Szkoda M, Babeł M, Коssov Е Е. Анализ стоимости жизненного цикла (LCC) при оценке эффективности подвижного состава. Вестник ВНИИЖТ 2013; 6: 55-59.
• 57. Szkoda M. Assessment of Reliability, Availability and Maintainability of Rail Gauge Change Systems. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2014; 16(3): 422-432.
• 58. Szkoda M. Ocena efektywności ekonomicznej środków transportu szynowego z zastosowaniem analizy LCC. TTS Technika Transportu Szynowego 2012; 11-12: 64-69.
• 59. ten Wolde M, Ghobbar A A. Optimizing inspection intervals - Reliability and availability in terms of a cost model: A case study on railway carriers. Reliability Engineering & System Safety 2013; 114: 137-147, http://dx.doi.org/10.1016/j.ress.2012.12.013.
• 60. Watson N. Transient performance simulation and analysis of turbocharged diesel engines. No 810338. SAE Technical Paper 1981: 1-19.
• 61. Wendeker M, Godula A. Research on variability in control parameters for spark ignition engines in real-life operation. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2002; 16(4): 12-23.
• 62. Zellbeck H, Woschni G. Rechnerische Untersuchung des dynamischen Betriebs-verhaltens aufgeladener Dieselmotor. MTZ 1983; 3: 81-86.
• 63. Zoeteman A. Asset maintenance management: state of the art in the European railways. International Journal of Critical Infrastructures 2006; 2(2/3): 171-186.