Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Целью тяговых расчетов является изучение сил, действующих на поезд, законов его движения, методов определения скоростей движения, времени хода и других показателей, влияющих на оценку и выбор проектного решения.

Для того чтобы правильно выполнить эти расчеты и другие задачи проектирования необходимо располагать аналитическими методами, позволяющими определить массу поезда, при известном продольном профиле и заданном локомотиве, скорости движения и время хода поезда расход электрической энергии при электрической тяге. Все эти методы объединяются общим названием «Тяговые расчеты», которые базируются на общих положениях науки о тяге поездов.

Специфика тяговых расчётов состоит в том, что в них основное внимание уделяется тем вопросам, от которых зависит выбор проектного решения и его качества.

Тяговые расчёты основаны на законах механики и экспериментальных испытаниях вагонов и локомотивов.

В тяговых расчётах, как правило, применяют упрощённую модель поезда, рассматривая его как материальную точку, расположенную в середине поезда, масса которой равна массе поезда.

1. Силы, действующие на поезд и правило знаков

поезд грузовой профиль тормозной

При принятой модели поезда в расчётах применяем силы, которые оказывают влияние на перемещение центра тяжести поезда, и составляющие этих сил, линия действия которых совпадает с линией действия возможного перемещения поезда по рельсовой колее.

Силы на сцепках между вагонами и силы взаимодействия между отдельными частями вагонов в расчётах не учитывают.

На поезд действуют следующие силы:

1. Сила тяги.

2. Силы сопротивления движению (зависят от типа подвижного состава, скорости движения, уклона, по которому идёт поезд, наличия кривой в месте расположения поезда и величины отрицательной температуры).

3. Силы торможения.

В зависимости от того, какие регулируемые силы использует машинист можно различить режимы:

* Режим тяги - двигатели локомотива включены.

* Режим холостого хода - торможение не осуществляется, и поезд движется под действием силы тяжести или по инерции.

* Режим торможения - тормозная система включена, двигатели локомотива выключены.

Правило знаков:

* Силы, направление действия которых совпадает с направлением движения, принимаются - «положительными»;

* Силы, направленные против движения - «отрицательными».

При таком правиле знаков сила тяги F_к имеет знак «+», а тормозная сила В_т «-». Сила сопротивления W тоже отрицательна, хотя при движении поезда на спуске становится «+», так как она способствует движению поезда.

Силы, отнесенные к какой-то единице подвижного состава, называются полными. Такие силы принято обозначать большими буквами. Сила, отнесённая к одной тонне собственного веса поезда, называется удельной силой. Такие силы обозначаются малыми буквами.

Для перехода от полной силы к удельной необходимо значение полной силы разделить на вес подвижного состава, к которому относится эта полная сила.

Для поезда, вес которого состоит из веса вагонов Q и веса локомотива P получают:

Удельная сила тяги: f_к=; (1.1)

Удельное сопротивление: щ=; (1.2)

Удельная тормозная сила: b_т=. (1.3)

Расчётные значения сил не всегда могут быть определены строго теоретически. В тяговых расчётах широко применяет эмпирические методы определения сил, основанные на специальных испытаниях подвижного состава.

Основные формулы и материалы нормативного характера для тяговых расчётов регламентируются «Правилами тяговых расчётов для поездной работы», которые периодически корректируется с учётом технического прогресса железных дорог Российской Федерации.

2. Определение основного удельного сопротивления состава

Поезд состоит двух групп вагонов:

* четырёхосные грузовые вагоны массой q_т.4 = 21 т и грузоподъемностью q_гр.4 = 70 т при коэффициенте использования грузоподъёмности вагона б₄ = 0,85 и количественном содержании в поезде ₄ = 88%.

* восьмиосные грузовые вагоны массой q_т.8 = 45 т и грузоподъемностью тары q_гр.8 = 125 т при коэффициенте использования грузоподъёмности б₈ =0,92 и количественном содержании в поезде ₈ = 12%.

Определение полного веса вагона брутто:

q₄ = q_т.4 q_гр.4 • б₄ (2.1)

q₈ = q_т.8 q_гр.8 • б₈ (2.2)

где q₄, q₈ - полный вес вагонов брутто для четырёх и восьмиосных вагонов,

q_гр.4, q_гр.8 - грузоподъёмность вагонов,

б₄, б₈ - коэффициент использования грузоподъёмности,

q_т.4, q_т.8 - вес тары.

q₄=21+70*0,85=80,5 т.

q₈=45+125*0,92=160 т.

Соотношение вагонов по весу в поезде для каждой категории вагонов:

₄ (2.3)

₈ (2.4)

где ₄ и ₈ - соотношение вагонов по весу в поезде,

₄ и ₈ - соотношение вагонов по количеству, %,

₄

₈

Проверка: ₄ + ₈ =0,79 + 021=1; (2.5)

Расчёт осевой нагрузки:

Осевая нагрузка - масса, приходящая на ось колёсной пары.

	(2.6), (2.7)

где q₀₄, q₀₈ - нагрузка на ось соответствующих вагонов,

m - количество осей вагона.

Определение основного удельного сопротивления движению вагонов.

Для определения основного сопротивления вагонов применяются формулы

ПТР, стр. 4, формула 3 ПТР, стр. 5, формула 5	»04 , (2.8) »08 , (2.9) , (2.10)

где ^»₀₄, ^»₀₈ - основное сопротивление вагонов,

н - скорость поезда (км/ч),

в₄ и в₈ - соотношение вагонов по весу в поезде,

Подставляя свои данные в формулы, получим следующее значение удельного сопротивления движению вагонного состава, при расчётно минимальной скорости в 46,7 км/ч: щ₀=1,345 (кгс/т).

Определение основного удельного сопротивления

движению локомотива.

Из ПТР, табл. 5, выбираем учётную массу локомотива в максимальном состоянии для локомотива ВЛ-11 (две секции): P = 184 т.

Из ПТР, табл. 15, выбираем максимальную конструктивную скорость V_max = 100 (км/ч) для локомотива ВЛ-11 (две секции).

Из ПТР, таб. 16, выбираем расчётное значение силы тяги и расчётно минимальной скорости для локомотива ВЛ-11 (две секции): V_p = 46,7 (км/ч), F_кр. = 46000 (кгс).

Из ПТР, п. 1.2.3 (формула 13), подбираем основное удельное сопротивления для локомотива ВЛ-11 (две секции):

'_o (2.11)

'_o

Из ПТР, п. 1.2.3 (формула 14), выбираем основное удельное сопротивления для локомотива в режиме холостого хода:

'_0Х (2.12)

'_0Х

Определив удельные силы сопротивления движению вагонного состава, локомотива в режиме тяги и холостого хода, можем определить их полные силы (табл. 1, столбики 2, 4, 5 и 6, 7 соответственно).

Столбцы 6, 7 считаем по формулам:

W₀' =Р·₀', (2.13)

W_0Х' =Р·_0X'. (2.14)

где W₀' и W_0Х' - полное сопротивления движению локомотива в режиме тяги и на холостом ходу,

P - масса локомотива (т),

'_o и '_oх - удельное основное сопротивление движению локомотива в режиме тяги и холостого хода соответственно.

3. Расчёт веса грузового состава и длины поезда

поезд грузовой профиль тормозной

Масса состава поезда (Q) определяют исходя из условий полного использования мощности и тяговых качеств локомотива.

При движении поезда его скорость и кинетическая энергия постоянно изменяется в зависимости от профиля пути. Исключения составляют места с протяжёнными подъёмами, спусками и нулевыми уклонами, на которых скорость поезда спустя некоторое время после входа на данный участок становится постоянной.

Масса состава, рассчитанная по нормам настоящих правил, должна быть проверена в опытных поездках.

Руководящий уклон - это максимальный уклон на нашем участке железной дороги. Руководящий уклон - это подъём, при движении по которому скорость поезда постоянна и равна расчётно-минимальной скорости для данного локомотива. Подъём осуществляется одиночной тягой. Вес состава в этом случае определяется по формуле (ПТР, стр. 22, формула 76):

(3.1)

где F_кр - расчётная сила тяги,

P - расчётная масса локомотива,

i_р - руководящий уклон,

₀' - удельное сопротивление локомотива при V_р = 46,7 км/ч,

₀'' - удельное сопротивление вагонов при V_р = 46,7 км/ч.

Вычисляем количество 4-х и 8-иосных вагонов в поезде по формулам:

_, (3.2) (3.3)

Округляем значение n₄ и n₈ до целых таким образом, чтобы вес состава, вычисленный по этим значениям отличался не более, чем на 50 т от значения веса состава по формуле (3.1)

При n₄ = 41 и n₈ = 6, вес состава вычисляется по формуле:

Q' = n₄·q_.4 + n₈·q_.8, (3.4)

Q' = 41·80,5 + 6·160 =4260,5 т.

4260,5-4233=27,61<50 т.

Рассчитанная по формуле (3.1) масса грузового состава проверяется на трогание с места на остановочных пунктах по формуле (ПТР, стр. 24, формула 79):

Q_тр> Q_, (3.5)

где F_ктр - сила тяги локомотива при трогании с места;

i_тр - уклон, при котором происходит трогание поезда с места (принимаем i_тр=0, поезд трогается с прямого участка);

Р - вес локомотива (184 т);

_тр - дополнительное удельное сопротивление состава при трогании с места:

(3.6)

Подставим найденное значение _тр в формулу (3.5) и найдем Q_тр

Окончательно принимаем массу вагонного состава равную 4260,5 т.

Определив массу вагонного состава, можем определить удельные силы сопротивления движению поезда в режиме тяги и в режиме холостого хода, а так же силу тяги с учётом сил сопротивления (таблица 1, столбики 3,8,9,10,11,13,14 соответственно).

Сделаем проверку веса состава по размещению в пределах полезной длины приемоотправочных путей:

L_п L_поп., (3.9)

где L_п - длина поезда,

L_поп - длина приемоотправочных путей.

Длина поезда вычисляется по формуле:

(3.10)

где 10 м - допуск на установку поезда,

l₄ =14, l₈=20 - длина 4-х и 8-иосных вагонов (ПТР, стр. 25, табл. 12);

L_лок - длина локомотива (L_лок. = 33 м., ПТР, стр. 25, табл. 12),

n₄ и n₈ - количество четырёхосных и восьмиосных вагонов в поезде.

L_п = 41·14 + 6·20 + 33 + 10 = 737 м.

Стандартные длины приемоотправочных путей составляют 850 м., 1050 м., 1250 м. исходя из получившейся длины состава, принимаем 850 м.

4. Построение диаграмм удельных равнодействующих сил (или диаграмм ускоряющих и замедляющих усилий)

Диаграммы удельных равнодействующих сил (или диаграммы ускоряющих и замедляющих усилий) - зависимости равнодействующей силы от скорости движения поезда по площадке, т.е. сопротивление от кривой и от уклона не зависит от скорости, поэтому учитывается отдельно.

Заполняем столбец 12 табл. 1 значениями силы тяги ограниченной по сцеплению (ПТР, стр. 99, «Характеристики электровозов и поездов»), затем столбец 13 табл. 1 значениями удельной силы тяги, которая вычисляется по формуле:

кг/т, (4.1)

где Fk и k - полная и удельная сила тяги соответственно,

P и Q - вес локомотива и грузового состава.

Заполняем столбец 14 табл. 1 значениями разности между удельной силы тяги и силы сопротивления, т.е.: K - 0.

Заполняем столбец 16 табл. 1 значениями коэффициента трения колодки о колесо, который вычисляется по формуле (ПТР, стр. 11, формула 59):

 (4.2)

где V - скорость движения поезда.

Расчетным тормозным коэффициентом поезда р является отношение суммы тормозных расчетных сил нажатия всех тормозных колодок поезда к массе поезда:

(4.3)

где ?КР - сумма расчётных сил нажатия на тормозные оси поезда (тс),

Q - масса состава, электро-, дизель-поезда (т),

P - масса локомотива (т).

Из ПТР, стр. 13, таблица 3 выбираем расчетную силу нажатия на ось для грузовых вагонов, оборудованных чугунными колодками при груженом режиме:

Кр = 7 тоннось

Вычислим тормозной коэффициент р по следующей формуле:

(4.4)

Расчетный тормозной коэффициент - это показатель, характеризующий степень оснащённости поезда тормозными средствами. Расчетный тормозной коэффициент показывает, какое тормозное усилие, приходится на единицу веса состава.

Для того чтобы определить расчетный тормозной коэффициент, необходимо знать:

* гт(i) - количество тормозных вагонов каждой категории в поезде;

* mi - количество тормозных осей в вагоне;

* Kp(i) - расчетное нажатие на одну тормозную ось;

Значение р подставляем в столбец 15 табл. 1 и для всех значений скорости оно будет постоянное.

Определение тормозной силы локомотива B_T (ПТР, стр. 11, формуле 55);

BT = 1000 K_k (4.5)

Если расчетный коэффициент трения не зависит от силы нажатия (так принимается при расчете тормозной силы по методу приведения), его можно вынести за знак суммирования:

BT = 1000_kрK_р (4.6)

Переходя к удельной тормозной силе, получим:

(4.7)

Тормозные силы служат для уменьшения скорости движения поезда до его полной остановки или до заданной скорости. На затяжных спусках используется регулировочное торможение, при помощи которого поддерживается заданная скорость.

Столбец 17 табл. 1 значения удельной тормозной силы в режиме экстренного торможения.

Столбец 18 табл. 1 значения удельной тормозной силы в режиме служебного торможения.

При построении диаграммы удельных равнодействующих сил принято откладывать влево от начала координат положительные удельные равнодействующие силы, то есть такие, которые направлены по ходу движения поезда, а вправо - отрицательные.

Диаграмма при i = 0 обычно располагаются большей своей частью слева от оси скорости. С увеличением скорости значения равнодействующей уменьшаются, так как сила тяги становится меньше, а основное сопротивление возрастает. При некоторой скорости сила тяги становится равной сопротивлению движения поезда, а равнодействующая сила - нулю. При больших по сравнению с этой скоростях равнодействующая в режиме тяги становится отрицательной, то есть направленной против движения поезда.

Диаграммы и всегда располагаются справа от оси скорости, так как эти удельные силы отрицательны, то есть, направлены против движения поезда.

Диаграммы удельных равнодействующих сил позволяют определить величину и знак равнодействующей при любой скорости и любом режиме движения на площадке или при любом уклоне.

При движении по уклону в режиме тяги удельная равнодействующая сила равна , где общее удельное сопротивление движению включает дополнительное удельное сопротивление от уклона , численно равное крутизне уклона:

(4.8)

Следовательно, при любой скорости и режиме движения удельная равнодействующая сила на уклоне отличается от удельной равнодействующей силы для случая движения по площадке на величину, численно равную крутизне уклона.

Таким образом, диаграммами удельных равнодействующих сил можно пользоваться для условий движения по любому уклону. Для этого необходимо перевести начало координат диаграммы влево (в случае подъёма) или вправо (в случае спуска) на число единиц удельной равнодействующей силы, равное числу тысячных подъёма или спуска.

Таблица 1.

5. Спрямление профиля пути

Для учёта влияния кривых и уклонов пути на сопротивление движению поезда при расчёте массы состава, определении скорости движения и времени хода поезда необходимо спрямлять продольный профиль пути и план пути. При этом кривые в плане пути заменять фиктивными подъёмами в пределах спрямлённых элементов.

Спрямлять разрешается только близкие по значению уклона элементы профиля одного знака. Элементы профиля на раздельных пунктах с прилегающими элементами профиля перегонов не спрямляются.

Проверка возможности спрямления производится для каждого элемента действительного профиля, входящего в спрямляемый участок по формуле (ПТР, стр. 27, формула 84):

(5.3)

где - длина любого элемента действительного профиля пути, входящего в спрямлённый элемент (м);

- абсолютная разность между уклоном спрямлённого элемента и действительным уклоном отдельного (проверяемого) элемента (‰).

Уклон спрямлённого участка определяется по формуле (ПТР, стр. 27, формула 86):

(5.1)

где i_n - уклон каждого из элементов профиля, входящих в спрямляемый участок ‰;

l_n - длина каждого из элементов профиля, входящих в спрямляемый участок, м

l_c - длина спрямляемого элемента, м.

Крутизну спрямлённого участка в плане пути при наличии кривых в пределах этого элемента, определять по формуле (ПТР, стр. 27, формула 88):

(5.2)

где- центральный угол данной кривой в пределах спрямляемого элемента, град.

Приведённый уклон будет равен

(5.4)

Получившийся вариант спрямления представлен в таблице 2.

Таблица 2. Спрямление профиля пути

N	L ЭЛ, м	iЭЛ	iСПР	LСПР.	Уб	iЭКВ	ik
		туда	обратно	туда	обратно				туда	обратно
1	4	2	3	6	7	5	8	9	10	11
1	700	1,00	-1,00	1,00	-1,00	700	0,0000	0,00	1,00	-1,00
2	600	-4,00	4,00	-4,00	4,00	600	15,5423	0,32	-3,68	4,32
3	600	1,00	-1,00	1,00	-1,00	600	9,5438	0,19	1,19	-0,81
4	600	5,00	-5,00	6,08	-6,08	1300	26,4500	0,25	6,33	-5,83
5	700	7,00	-7,00
6	1800	9,00	-9,00	9,00	-9,00	1800	0,0000	0,00	9,00	-9,00
7	3000	8,30	-8,30	8,30	-8,30	3000	155,3200	0,63	8,93	-7,67
8	1500	9,00	-9,00	9,00	-9,00	1500	0,0000	0,00	9,00	-9,00
9	300	1,00	-1,00	1,00	-1,00	300	9,4533	0,38	1,38	-0,62
10	400	-5,00	5,00	-6,00	6,00	800	39,5311	0,60	-5,40	6,60
11	400	-7,00	7,00
12	400	1,00	-1,00	1,00	-1,00	400	22,5500	0,69	1,69	-0,31
13	700	-6,00	6,00	-6,00	6,00	700	40,0615	0,70	-5,30	6,70
14	800	4,00	-4,00	4,00	-4,00	800	21,3130	0,33	4,33	-3,67
15	800	-2,00	2,00	-2,00	2,00	800	7,1030	0,11	-1,89	2,11
16	700	0,00	0,00	0,00	0,00	700	0,0000	0,00	0,00	0,00
У	14000

6. Решение тормозной задачи

При расчётах тормозных путей поездов полный тормозной путь SТ, проходимый от начала торможения до остановки, определяется как сумма подготовительного пути SП и действительного пути торможения SД. Подготовительный путь подсчитывается по формуле:

(6.1)

где VН - скорость поезда в начальный момент торможения (км/ч);

tП - время подготовки тормозов к действию (секунды).

Так как число осей поезда N =41·4+6·8=212 > 200, то время подготовки автотормозов к действию определяется по формуле (ПТР, стр. 18, формула 69):

(6.2)

Тормозной путь SП при i_C > 6 ‰ равен SТ =1200 м.

Подставляя в формулу (6.2) значения iC равные - iP, 0 и +iP получаем три значения времени соответственно:

Для каждого времени соответственно получаем длину подготовительного пути:

Результаты решения тормозной задачи учитываются при построении графика скорости движения поезда для того, чтобы не превысить скорости, допускаемой по тормозам.

Список литературы

1. Правила Тяговых Расчётов для поездной работы, М., «Транспорт», 1985.

2. Справочник по тяговым расчётам. Астахов П.Н., Гребенюк П.Т., Скворцова А.И. «Транспорт», 1973.

3. Изыскания и проектирование железных дорог: Учебник для вузов ж.-д трансп.; А.В. Горинов, И.И. Кантор - М.: Транспорт, 1979.

Размещено на Allbest.ru