Тяговый расчет электровоза

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Спрямление профиля пути и его анализ

2. Определение массы состава

3. Проверка массы состава с учетом ограничений

3.1Проверка массы состава по длине приемоотправочных путей станции

3.2 Проверка рассчитанной массы состава на трогании с места на заданном участке

3.3.Проверка массы состава на возможность надежного преодоления встречающегося на участке короткого подъема крутизной больше расчетного с учетом использования кинетической энергии

4. Построение диаграмм удельных равнодействующих сил

5. Определение максимально допустимой скорости движения на заданном участке

6. Определение времени хода поезда по участку методом равномерных скоростей

7. Расход электроэнергии электровозом

8. Технико-экономические расчеты

Список используемой литературы

Введение

Тяговые расчеты - важная составная часть науки о тяге поездов. С помощью тяговых расчетов устанавливают веса составов, скорости и времени следования поездов, определяют размещение тяговых средств на сети железных дорог, рассчитывают себестоимость перевозки и т. д.

К основным нормам для тяговых расчетов относятся: данные для определения сопротивлению движения подвижного состава; силы нажатия тормозных колодок; коэффициент сцепления колес локомотивов и вагонов с рельсами при тяге и торможении; конструкционные и допустимые скорости движения; расчетные значения силы тяги и скорости локомотивов на подъеме; силы тяги при трогании с места; ограничивающие токи и предельные температуры электрических машин тепловозов. Эти нормы зависят от типов подвижного состава, их конструкции и условий эксплуатации.

1. Спрямление профиля пути и его анализ.

Спрямления профиля пути выполняется для повышения точности расчетов и уменьшения их объема. В его основе лежит равенство механических работ, т.е работа на заданном профиле пути должна равняться работе на спрямленном профиле пути. Спрямление профиля пути выполняется чисто теоретически.

Спрямление профиля состоит в замене двух или нескольких смежных элементов продольного профиля пути одним элементом, длина которого равна сумме длин спрямляемых элементов (, , …, ) т.е.

а крутизна вычисляется по формуле:

где , , …, - крутизна элементов спрямляемого участка.

Чтобы расчёты скорости и времени движения поезда по участку были достаточно точными, необходимо выполнить проверку возможности спрямления группы элементов профиля по формуле:

где - длина спрямляемого элемента, м;

- абсолютная величина разности между уклоном спрямлённого участка и уклоном проверяемого элемента, , т.е. .

Проверке по формуле подлежит каждый элемент спрямленной группы. Чем короче элементы спрямленной группы и ближе они по крутизне, тем более вероятно, что проверка их на удовлетворение условию окажется благоприятной.

Кривые на спрямлённом участке заменяются фиктивным подъёмом, крутизна которого определяется по формуле:

где и - длина и радиус кривых в пределах спрямлённого участка, м.

Крутизна спрямлённого участка с учётом фиктивного подъёма от кривой:

Объединять в группы для спрямления следует только близкие по крутизне элементы профиля одного знака. Горизонтальные элементы (площадки) могут включаться в спрямляемые группы как с элементами, имеющими положительный знак крутизны, так и с элементами отрицательной крутизны. Элементы, на которых расположены раздельные пункты, не спрямляются.

Не следует включать в группы элементов, подлежащие спрямлению, расчётный подъём, а также крутой подъём, на котором выполняется проверка возможности преодоления его поездом с учётом накопленной на предшествующих элементах кинетической энергии. Площадки на перегоне между элементами разного знака также нельзя включать в спрямление. Спрямлённый профиль должен сохранить характерные особенности действительного профиля в смысле относительного расположения повышенных и пониженных точек.

Спрямление первой группы элементов профиля.

Спрямление остальных групп производим аналогично, а результаты сводим в табл. 1.

Анализируя профиль пути, выявляем:

- расчетный подъём , м;

-максимальный подъем , м;

-максимальный спуск , м;

Заданный профиль	Спрямление пути	Проверка	Спрямление кривых	Спрям. путь
№ элемента	Станции	i, ‰	l, м	R, м	Sкр, м											№ элемента
1	А	0	800					800	0						0	1
2		-3,8	500			-1900	-5190	1200	-4,3	0,5	>				-4,3	2
3		-4,7	700			-3290				0,4	>
4	iс	-9.8	3300					3300	-9.8						-9.8	3
5		0	700					700	0						0	4
6	iпmax	13.5	1800					1800	13.5						13.5	5
7		0	300
8		-2.7	2000	1300	325
9		-5.3	400	1000	250
10	Bп	0	700					1700	0						0	9
11		0	1000
12		4,5	1000			4500	5640	1600	3,5	1	>				3.5	10
13		1,9	600			1140				1,6	>
14	ip	9,6	4800					4800	9,6						9,6
15		6,8	800	1200	600	5440 9100	14540	2200	6,6	0,2 0,1	> >	2	2	0.6	7.2	11
16		6,5	1400
17		0	700					700	0						0	12
18		-4.2	1500			-6300	-10590	2600	-4.1	0.1	>	0.25	0.25	0.13	-4	13
19		-3.9	1100	1000	250	-4200				0.2	>
20	B	0	900					900	0						0	14

2. Определение массы состава

Масса состава - один из важнейших показателей работы железнодорожного транспорта. Увеличение массы составов позволяет повысить провозную способность железнодорожных линий, уменьшить расход топлива и электрической энергии, снизить себестоимость перевозок. Поэтому массу грузового состава определяют исходя из полного исследования тяговых и мощностных качеств локомотива.

Для выбранного расчётного подъёма массу состава в тоннах вычисляют по формуле:

где - расчётная сила тяги локомотива, кгс;

- расчётная масса локомотива, т;

- основное удельное сопротивление локомотива, кгс/т;

- основное удельное сопротивление состава, кгс/т;

- крутизна расчётного подъёма, .

Величины и определяют для расчётной скорости локомотива .

Основное удельное сопротивление локомотива, кгс/т:

Основное удельное сопротивление состава в кгс/т определяют по формуле:

,

где , , - соответственно доли 4-, 6- и 8-осных вагонов в составе по массе;

- основное удельное сопротивление 4-осных груженых вагонов:

при подшипниках скольжения

при роликовых подшипниках

- основное удельное сопротивление 6-осных груженых вагонов:

- основное удельное сопротивление 8-осных груженых вагонов:

Здесь , - средняя нагрузка от оси на рельсы в т/ось 4- и 8-осного вагона:

; ;

где - масса брутто 4-осного вагона, т;

, - доли 4-осных вагонов на подшипниках скольжения и качения.

кгс; т;;

кгс/т;

, , , ,

т/ось;

т/ось;

т/ось;

кгс/т;

кгс/т;

кгс/т;

кгс/т;

0,84(0,97*1,1+0,03*1,4)+0,05*1,3+0,11*1,1=1,1

По полученным результатам вычисляем массу состава:

т;

Принимаем массу состава т.



3. Проверки массы состава с учётом ограничений

3.1 Проверка массы состава по длине приемоотправочных путей станции

Чтобы выполнить проверку массы состава по длине приемоотправочных путей, необходимо определить число вагонов в составе, длину поезда и сопоставить эту длину с заданной длиной приемоотправочных путей станций.

Проверка возможности установки поезда на приемоотправочных путях выполняется по соотношению:

где - длина приемоотправочных путей, м;

- длинна поезда, м.

м,

где - длинна локомотива, м; (53м)

- длинна состава, м;

10 - запас длины на неточность установки поезда, м.

где - количество соответственно 4,6,8-осных вагонов.

Число вагонов в составе грузового поезда:

;;

Полученное число вагонов следует округлить до целого числа.

ваг (округляем до 53);

ваг; (округляем до 2)

ваг (округляем до 3)

Рассчитаем массу состава с учетом целого числа вагонов

Полученную массу состава с учетом целого числа вагонов округляем согласно ПТР до 50 тонн.

Следовательно, полученная масса состава равна 4450 тонн.

Вычислим длину состава

м;

Вычислим длину поезда

м.

Сравним полученные результаты

м м



Вывод: Длина поезда меньше длины приемоотправочных путей станций заданного участка, следовательно, данный поезд полностью поместится на станции, т.е массу состава уменьшать не надо

3.2 Проверка рассчитанной массы состава на трогании с места на заданном участке

Для данной проверки необходимо выполнение следующего условия:

i_тр<i_max

где - сила тяги локомотива при трогании состава с места, кгс;

- удельное сопротивление поезда при трогании с места (на площадке), кгс/т;

- крутизна наиболее трудного элемента на раздельных пунктах (станциях) заданного участка (в сторону движения);

i_max - максимальный подъем на заданном профиле пути.

Здесь - удельное сопротивление при трогании с места соответственно для 4-, 6-, 8-осных вагонов на подшипниках качения и на подшипниках скольжения. Для вагонов на подшипниках качения

Для вагонов на подшипниках скольжения

В этих формулах - нагрузка от оси на рельсы для данной группы вагонов.

т/ось; т/ось; т/ось;

кгс/т;

кгс/т;

кгс/т

кгс/т

кгс/т;

Вывод: Локомотив серии 2ТЭ116 обеспечивает взятие с места состава массой т, на подъемах крутизной включительно, что больше скоростного , следовательно

3.3 Проверка массы состава на возможность надёжного преодоления встречающегося на участке короткого подъёма крутизной больше расчётного с учётом использования кинетической энергии, накопленной на предшествующих «лёгких» элементах профиля

Проверка выполняется аналитическим способом. При этом используют расчётное соотношение:

м;

где - путь, проходимый поездом с учётом кинетической энергии, м;

- скорость в начале проверяемого подъёма;

- скорость в конце проверяемого подъёма (принимаем равной );

Удельную силу в пределах выбранного интервала изменения скоростей принимают равной удельной силе при средней скорости интервала, т.е. в формулу

кгс/т,

подставляются значения , и , определённые по среднему значению скорости рассматриваемого интервала,

;

Значение силы тяги для средней скорости определяют по тяговой характеристике заданного локомотива;

Для того же среднего значения скорости определяют основное удельное сопротивление локомотива, основное удельное сопротивление состава .

Полученное расстояние должно быть больше или равно длине проверяемого подъёма

;

км/ч;

км/ч;

км/ч;

;

кгс/т;

кгс/т;

кгс/т;

кгс/т;

кгс/т;

кгс/т;

Значение определяем из тяговой характеристики тепловоза 2ТЭ116 (см. рис 1)

кгс/т;

м;

м > м.

Вывод: Локомотив серии 2ТЭ116 с составом массой т, надежно преодолевает подъем крутизной с учетом кинетической энергии.



4. Построение диаграмм удельных равнодействующих сил

Для построения диаграмм предварительно составляется таблица для трёх режимов ведения поезда по прямому горизонтальному участку:

а) для режима тяги ;

б) для режима холостого хода ;

в) для режимов торможения:

- при служебном регулировочном торможении ;

- при экстренном торможении .

Таблица удельных равнодействующих сил, заполняется для скоростей от 0 до конструкционной через 10 км/ч; кроме того, следует вносить величины скоростей, соответствующих характерным точкам тяговой характеристики заданного локомотива: скорость выхода на автоматическую характеристику, расчётную скорость.

Далее в таблицу заносятся величины силы тяги локомотива для указанных скоростей. Значение силы тяги определяются по расчётной тяговой характеристике заданного локомотива. Скорости км/ч (момент трогания поезда с места) соответствует значение силы тяги .

Основное удельное сопротивление локомотива при движении под током , основное удельное сопротивление состава для занесённых в расчётную таблицу скоростей определяется по тем же формулам что и выше.

Основное удельное сопротивление локомотива на холостом ходу для разных значений скорости определяется по формуле:

Основное удельное сопротивление всего поезда (при следовании его по прямому горизонтальному пути) при движении локомотива на холостом ходу подсчитывают по формуле:

где - расчётная масса локомотива, т;

- масса состава, т.

Величины , , и определяются указанным путём для скоростей, начиная с 10 км/ч и выше. Значения этих величин при (в момент трогания поезда с места) принимаются, соответственно, такими же, как при км/ч.

Удельные тормозные силы поезда в кгс/т вычисляют по формуле:

где - расчётный коэффициент трения колодок о колесо при чугунных колодках

- расчётный тормозной коэффициент состава в тс/т

где - суммарное тормозное нажатие, тс;

- число соответственно осей 4- и 8-осных вагонов состава: , ;

- расчётные силы нажатия тормозных колодок на ось 4- и 8-осного вагона (при чугунных колодках тс/ось).

Удельная замедляющая сила, действующая на поезд на режиме торможения, в кгс/т;

- при служебном регулировочном торможении ;

- при экстренном торможении .

Пример расчета для скорости км/ч

кгс/т

кгс

кгс/т

кгс/т

кгс/т

кгс/т

кгс/т

кгс

кгс

кгс

кгс/т

кгс/т

кгс

кгс

кгс/т

тс/т

кгс/т

кгс/т

кгс/т

Все результаты вычислений вносим в табл.2. По данным этой таблицы следует построить по расчётным точкам диаграмму удельных равнодействующих сил для режима тяги , режима холостого хода , режима служебного торможения и режима экстренного торможения .

Таблица 2

Таблица удельных равнодействующих (ускоряющих и замедляющих) сил локомотив 2ТЭ116; масса состава Q=4450 т

V, км/ч	Режим тяги	Режим холостого хода	Режим торможения
	Fк,кгс	w0', кгс/т		w0”, кгс/т					wx, кгс				цкр
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
0	81300	2,03	560	0,97	4318	4878	76422	16.17	2,55	702	5020	1.06	0,198	79,20	40,66	80,26
10	68020	2,03	560	0,97	4318	4878	63142	13,36	2,55	702	5020	1,06	0,198	79,20	40,66	80,26
20	59715	2,22	613	1,06	4736	5349	54366	11,50	2,76	762	5498	1,16	0,162	64,80	33,56	65,96
30	41670	2,47	682	1,19	5276	5958	35712	7,56	3,05	840	6117	1,29	0,140	56,00	29,29	57,29
40	32000	2,78	767	1,33	5939	6706	25294	5,35	3,40	938	6878	1,46	0,126	50,40	26,66	51,86
50	25680	3,15	869	1,51	6725	7594	18086	3,83	3,83	1056	7780	1,65	0,116	46,40	24,85	48,05
60	21310	3,58	988	1,72	7633	8621	12689	2,68	4,32	1192	8825	1,87	0,108	43,20	23,47	45,07
70	18340	4,07	1123	1,95	8664	9787	8553	1,81	4,89	1348	10012	2,12	0,102	40,80	22,52	42,92
80	16100	4,62	1275	2,21	9817	11092	5008	1,06	5,52	1524	11340	2,40	0,097	38,80	21,80	41,20
90	14340	5,23	1443	2,49	11093	12536	1804	0,38	6,23	1718	12811	2,71	0,093	37,20	21,31	39,91
100	12900	5,90	1628	2,81	12491	14120	-1220	-0,26	7,00	1932	14423	3,05	0,090	36,00	21,05	39,05
24,2	50600	2,32	640	1,11	4948	5588	45012	9,52
19,5	60800	2,21	610	1,06	4712	5322	55478	11,74

5. Определение максимально допустимой скорости движения поездов на заданном участке

Решение этого вопроса диктуется обеспечением безопасности движения поездов. Задача решается на наиболее крутом спуске графоаналитическим способом.

Полный (расчётный) тормозной путь

где - путь подготовки тормозов к действию;

- действительный тормозной путь;

По данным расчётной таблицы удельных равнодействующих сил строим по точкам графическую зависимость удельных замедляющих сил при экстренном торможении от скорости , а рядом, справа, устанавливаем в соответствующих масштабах систему координат (рис. 2.). Оси скоростей в обеих системах координат должны быть параллельны, а оси удельных сил и пути должны лежать на одной прямой.

Решаем тормозную задачу следующим образом. От точки О вправо на оси откладываем значение полного тормозного пути, который следует принимать равным 1200 м.

На кривой отмечаем точки, соответствующие средним значениям скоростей выбранного скоростного интервала 10 км/ч. Через эти точки из точки М на оси , соответствующей крутизне самого крутого спуска участка (полюс построения), проводим лучи.

Построение кривой начинаем из точки соответствующей концу тормозного пути, так как нам известно конечное значение скорости при торможении, равное нулю. Из этой точки проводим (с помощью линейки и угольника) перпендикуляр к первому лучу до конца первого интервала, т. е. в пределах от 0 до 10 км/ч. Из последней точки проводим перпендикуляр ко второму лучу до конца второго скоростного интервала от 10 до 20 км/ч и т. д. Начало каждого последующего отрезка совпадает с концом предыдущего.

На тот же график следует нанести зависимость подготовительного тормозного пути от скорости

м

где - скорость в начале торможения, км/ч;

- время подготовки тормозов к действию, с;

это время для автотормозов грузового типа равно:

- для составов длиной более 300 осей.

Здесь - крутизна уклона, для которого решается тормозная задача;

- удельная тормозная сила при начальной скорости торможения .

Число осей в составе ;

Построение зависимости подготовительного тормозного пути от скорости производим по двум точкам, для чего подсчитываем значения при и при .

Графическую зависимость между и строим в тех же выбранных масштабах. Точка пересечения кривой и зависимости - определяет максимально допустимую скорость движения поезда на наиболее крутом спуске участка при данном расчётном тормозном пути .

с;

м;

Далее графоаналитическим способом определяем и рис. 2.

м;

м,

км/ч.

5

6. Определение времени хода поезда по участку методом равномерных скоростей

В курсовой работе время хода поезда по участку будем определять способом равномерных скоростей. Этот способ основан на предположении о равномерном движении поезда по каждому элементу профиля. При этом скорость равномерного движения на каждом элементе спрямлённого профиля определяем по диаграмме удельных равнодействующих сил для режима тяги рис. 3.

Время хода поезда по участку определяется по формуле:

где - время на разгон и замедление, мин.

Весь расчет сводим в таблицу 5

Таблица 3 Расчёт времени хода способом равномерных скоростей

№ эл.	Длина элементов s, км	Крутизна уклона i, ‰		, мин/км	, мин	, мин
1	0,9	0	100	0,6	0,54	2(ст. А)
2	3,3	-3,7	70,5	0,85	2,808
3	1,0	0	100	0,6	0,6
4	3,8	8,7	42	1,43	8,286
5	1,6	4,17	66	0,91	1,454
6	0,8	0	100	0,6	0,48
7	0,7	0	100	0,6	0,42
8	1,7	-1,62	80,5	0,75	1,267
9	0,8	0	100	0,6	0,48
10	0,8	0	100	0,6	0,48
11	1,7	4,7	64	0,9375	1,593
12	0,7	0	100	0,6	0,42	1(ст. В)

Без остановки

мин

С остановкой мин

Техническая скорость по участку в км/ч:

без остановки

км/ч

с остановкой

км/ч

км/ч

Вывод: остановка на промежуточной станции позволяет увеличить техническую скорость движения поезда на .

7. Расход электроэнергии электровозом

Полный расход энергии электровозом за поездку складывается из расхода электроэнергии на тягу поезда и собственные нужды

Расход электроэнергии на тягу поезда определяется из выражения для электровозов переменного тока:

, кВтч, где

В - напряжение в контактной сети переменного тока;

- время работы электровоза в режиме тяги (80% от общего времени работы электровоза), мин;

- среднее значение активного тока, потребляемого электровозом, А.

Расход электроэнергии электровозом на собственные нужды определяется из выражения:

, кВтч, где

- средний расход электроэнергии на собственные нужды электровоза кВтч/мин;(8.71)

- полное время работы электровоза на участке, мин.

Удельный расход электроэнергии определяется по формуле:

, Втч/Ткмбр

С остановкой:

кВтч

кВтч

кВтч

Втч/Ткмбр

Без остановки:

кВтч

кВтч

кВтч

Втч/Ткмбр



8. Технико-экономические расчеты

Стоимость дополнительных затрат ресурсов с учетом остановки на промежуточной станции.

, где

- стоимость 1 кВтч электроэнергии



Вывод

Остановка на промежуточной станции позволяет увеличить техническую скорость движения поезда на , но дополнительные затраты денежных средств составят руб/поезд.



Список использованной литературы:

1. Методическое указание к курсовой работе по дисциплине «Тяга поездов»/С.М. Шапшал, А.С. Шапшал, А.В. Донченко; Рост. Гос. Ун-т путей сообщения. Ростов н/Д, 2001 ,54.

2. Справочник по тяговым расчетам. Астахов П.Н., Гребенюк П.Т., Скворцова А.И. Транспорт, 1973, с. 1-256.

3. Методическое указание к курсовой работе по теории локомотивной тяги/ С.Я. Айзинбуд, С.М. Шапшал, Н.И. Дейнега, А.С. Шапшал; Рост. ин-т инж. ж. д. трансп.. Ростов н/Д, 1993 ,24.