Тяговые расчеты при электрической и тепловозной тяге

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тяговые расчеты при электрической и тепловозной тяге

железный дорога электрический локомотив



Введение

При разработке проекта новой или реконструкции существующей железной дороги решают ряд задач: находят наилучшее положение трассы и наилучшее очертание продольного профиля, выбирают тип локомотива и массу грузового поезда, назначают пути увеличения провозной способности железной дороги. Для правильного решения поставленных задач применяют тяговые расчеты - методы определения параметров проектирования: массы состава, времени движения, скорости движения, затрат энергии и других.



1. Основные понятия и допущения в тяговых расчетах

1.1 Основные понятия

1) Поезд принимается за материальную точку с массой (P+Q), т, приложенной в середине состава.

2) Силы считаются положительными, если совпадают с направлением движения поезда.

Рисунок 1 - Модель поезда и силы, действующие на него

P - масса локомотива, т; Q - масса состава, т; (P+Q)g - вес поезда, кН; W - сила сопротивления движению поезда, Н; B - тормозная сила, Н; F - сила тяги, Н

3) Полными называют силы, приложенные к поезду в целом и обозначаются большими буквами, Н/кН.

В зависимости от того, какие силы действуют на поезд, различают 3 режима движения поезда:

1) Режим тяги:

R = F - W,

где R - равнодействующая сила, Н.

2) Режим холостого хода:

R = -W.

3) Режим торможения:

R = - (W+B).

В зависимости от знака равнодействующей силы поезд может двигаться либо с постоянной скоростью (R=0), ускоренно (R>0), замедленно (R<0).

1.2 Определение удельных сил сопротивления движению поезда

Удельная сила сопротивления движению поезда щ определяется по формуле:

щ = щ₀ + щ_д,

где щ₀ - основное удельное сопротивление, Н/кН;

щ_д - дополнительное удельное сопротивление, Н/кН.

Основное удельное сопротивление присутствует всегда и обусловлено трением в подшипниках, трением качения, трением скольжения. Дополнительное удельное сопротивление обусловлено сопротивлением движению поезда на уклон, в кривых участках пути, от встречного и бокового ветра, от низких температур и может быть вычислено по формуле:

щ_д = щ_i + щ_{R +} щ_t + щ_b,



где щ_i - дополнительное сопротивление движению поезда на уклон, H/кН;

щ_R - дополнительное сопротивление движению поезда в кривых участках пути, H/кН;

щ_t - дополнительное сопротивление движению поезда вызванное температурными изменениями, H/кН;

щ_b - дополнительное сопротивление движению поезда от встречного и бокового ветра, H/кН.

Основное удельное сопротивление вычисляется по формуле:

щ₀ = ,

где - основное удельное сопротивление движению локомотива в составе, H/кН;

- основное удельное сопротивление движению вагонов в составе, H/кН.

Основное удельное сопротивление движению локомотива вычисляется по формуле:

= А₁ + В₁v + C₁v ²,

где v - скорость движения поезда, км/ч;

А₁, В₁, C₁ - числовые коэффициенты, зависящие от типа локомотива и типа верхнего строения пути.

Основное удельное сопротивление движению вагонов вычисляется по формуле:

= щ_о4 в₄ + щ_о6 в₆,



где щ_о4 и щ_о6 - основное удельное сопротивление движению соответственно четырех- и шестиосных вагонов, Н/кН;

в₄ , в₆ - доля по массе соответственно четырех- и шестиосных вагонов.

Доля по массе четырех- и шестиосных вагонов находится по формулам:

в₄ = ;

в₄ = ,

где и - доля четырех- и шестиосных вагонов по количеству в составе;

- масса четырех- и шестиосного вагонов в брутто, т.

Основное удельное сопротивление движению четырех- и шестиосных вагонов вычисляется по формулам:

щ_о4 = a₄ + ;

щ_о6 = a₆ + ,

где а₄, а₆, b₄, b₆, c₄, c₆, d₄, d₆ - числовые коэффициенты, зависящие от типа ВСП, осевой нагрузки, типа вагонов, типа подшипников;

и - осевая нагрузка в четырех- и шестиосных вагонах, т/ось.

Осевая нагрузка в четырех- и шестиосных вагонах вычисляется по формулам:

= ; )

= ;



где - масса четырех- и шестиосного вагонов в брутто, т.

Масса четырех- и шестиосного вагонов в брутто вычисляется по формулам:

q_бр4 = q_тары4 + б q_гр4;

q_бр6 = q_тары6 + б q_гр6,

где q_тары4 и q_тары6 - масса тары четырех- и шестиосного вагонов, т;

q_гр4 и q_гр6 - грузоподъемность четырех- и шестиосного вагонов, т;

б - коэффициент использования подъемной силы вагонов.

Произведем расчет по приведенным выше формулам для электровоза ВЛ-23 и тепловоза ТЭ-3. Масса тары вагонов принимается равной:

q_тары4 = 23 т;

q_тары6 = 32 т;

q_гр4 = 63 т;

q_гр6 = 100 т.

По формулам (15) и (16) определим массу вагонов в брутто:

q_бр4 = 23+0,87·63 = 77,81 т;

q_бр6 = 32 + 0,87·100 = 119 т.

По формулам (13) и (14) определим осевую нагрузку в вагонах:

= = 19,45 т;

= = 19,83 т.



По формулам (11), (12) и данным из ПТР определим основное удельное сопротивление движению четырех- и шестиосных вагонов:

щ_о4 = 0,7 + = 0,8542 + 0,00463v + 0,000103v²;

щ_о6 = 0,7 + = 1,1034 + 0,00403 v + 0,000101 v².

Долю по массе четырех- и шестиосных вагонов определим по формулам (9) и (10):

в₄ = = 0,72 ;

в₆ = = 0,28.

Проверка:

в₄ + в₆ = 1;

0,72 + 0,28 = 1 - верно.

Тогда по формуле (8) определяем основное удельное сопротивление движению вагонов:

= (0,8542+0,00463v+0,000103v²)·0,72+(1,1034+0,00403v+0,000101v²)· 0,28 =0,92395 + 0,00446v + 0,000103v². (17)

Основное удельное сопротивление движению локомотива определяем по ПТР:

= 1,9 + 0,008 v + 0,00025 v².



2. Построение расчетной тяговой характеристики локомотивов

Расчетная тяговая характеристика - это зависимость силы тяги локомотива от скорости при различных режимах обеспечения движения поезда, при этом значение силы тяги может быть ограничено. На рисунках 2 и 3 представлены расчетные тяговые характеристики соответственно локомотива ВЛ-23 и тепловоза ТЭ-3.



3. Определение массы состава и длины поезда

Масса состава определяется из условия установившегося равномерного движения с расчетной скоростью на затяжном подъеме с руководящим уклоном.

Расчетная скорость v_r - это скорость длительного движения поезда на руководящем подъеме, при котором не происходит перегрева двигателя.

В соответствии с третьим законом Ньютона составим уравнение равномерного движения поезда:

F_k - W = 0.

В свою очередь:

W = W' + W'';

W' = Pg( + i_p),

где i_p - руководящий уклон, ‰.

W'' = Qg( + i_p).

Подставив W' и W'' в формулу (1) и выразив из нее Q, получим:

Q = .

Полученная масса Q является теоретической. Для определения практического значения массы состава Q_пр используем формулу:



Q_пр = n₄q_бр4 + n₆q_бр6,

где n₄ и n₆ - количество соответственно четырех- и шестиосных вагонов в составе.

Они определяются по формулам:

n₄ = в₄;

n₆ = в₆.

Проверкой значения Q_пр является условие:

|Q_пр - Q| < 50 т.

Длина поезда l_п вычисляется по формуле:

l_п = n₄l₄ + n₆l₆ + l_л + 10 м,

где l₄ и l₆ - длины соответственно четырех- и шестиосных вагонов, м;

l_л - длина локомотива, м.

В соответствие с полученной длиной поезда принимаем полезную длину приемоотправочных путей либо 850 м, либо 1050 м.

Масса состава нетто Q_нетто определяется по формуле:

Q_нетто = Q_пр - (n₄q_тары4 + n₆q_тары6).

Проверкой найденного значения Q_нетто является равенство:



Определим по приведенным выше формулам массу состава и длину поезда с электровозом ВЛ-23.

Определим и по формулам (18) и (17) для руководящей скорости v_р = = 43,3 км/ч.

= 1,9+0,008v+0,00025v² = 1,9+0,008·43,3+0,00025·43,3² = 2,715 Н/кН;

= 0,92395+0,00446v+0,000103v² = 0,92395+0,00446·43,3+0,000103·43,3² =1,309 Н/кН.

По формуле (23) определим массу состава поезда:

Q = = 3589,83 т.

По формулам (25) и (26) определим количество соответственно четырех- и шестиосных вагонов в составе:

n₄ = (3589,83/77,81)·0,72=33,22;

n₆ = (3589,83/119)·0,28=8,45. Количество вагонов в составе принимаем равным n₄ = 33 и n₆ = 9. Полученную практическую массу состава будем называть массой состава.

Практическое значение массы состава определим по формуле (24):

Q_пр = 33·77,81 + 9·119 = 3638,73 т.

Проверим условие (27):



|Q_пр - Q| = |3638,73 - 3589,83| = 48,9 т < 50 т - верно.

Определим длину поезда по формуле (28):

l_п = 33·14,41 + 9·16,4 + 17 + 10 = 650,13 м. Длину приемоотправочных путей примем равной 850 метров.

Массу состава нетто определим по формуле (29):

Q_нетто = 3638,73 - (33·23+9·32) = 2591,73 т.

Проверим найденную массу равенством (30):

= = 0,712.

Определим по приведенным выше формулам массу состава и длину поезда с тепловозом ТЭ-3.

Определим и по формулам (18) и (17) для руководящей скорости v_р = = 20,5 км/ч

= 1,9+0,008v+0,00025v² = 1,9+0,008·20,5+0,00025·20,5² = 2,169 Н/кН;

= 0,92395+0,00446v+0,000103v² = 0,92395+0,00446·20,5+0,000103·20,5² = = 1,059 км/ч.

По формуле (23) определим массу состава поезда:

Q = = 4174,67 т.

По формулам (25) и (26) определим количество соответственно четырех- и шестиосных вагонов в составе:



n₄ = (4174,67/77,81)·0,72=38,63;

n₆ = (4174,67/119)·0,28=9,82. Количество вагонов в составе принимаем равным n₄ = 39, n₆ = 10.

Практическое значение массы состава определим по формуле (24):

Q_пр = 39·77,81 + 10·119 = 4224,59 т.

Проверим условие (27):

|Q_пр - Q| = |4224,59 -4174,67| =49,92 т < 50 т.

Полученную практическую массу состава будем называть массой состава.

Определим длину поезда по формуле (28):

l_п = 39·14,41 + 10·16,4 + 34 + 10 = 770 м. Длину приемоотправочных путей примем равной 850 метров.

Массу состава нетто определим по формуле (29):

Q_нетто = 4224,59 - (39·23 + 10·32) = 3007,59 т.

Проверим найденную массу равенством (30):

= = 0,712.

3.1 Проверка массы состава по троганию с места

Масса состава при трогании с места определяется по формуле:



Q_тр= - P,

где - сила тяги при трогании с места, Н;

- удельное сопротивление состава при трогании с места, Н/кН;

- уклон на остановочном пункте, ‰;

P - вес локомотива, т.

Удельное сопротивление состава при трогании с места определяется по формуле:

=,

где - удельные сопротивления состава при трогании с места соответственно четырех- и шестиосных вагонов.

Они в свою очередь определяются по формуле:

=

где - коэффициент, зависящий от вида подшипников.

Произведем расчет для электровоза ВЛ-23 и тепловоза ТЭ-3 по приведенным выше формулам.

По формуле (33) определим удельные сопротивления состава при трогании с места соответственно четырех- и шестиосных вагонов:

= = 1,059 Н\кН;

= = 1,054 Н\кН.



Удельное сопротивление состава при трогании с места определим по формуле (32):

=1,0586 = 1,0544 Н/кН.

По формуле (31) определим массу состава при трогании с места:

для ВЛ-23 - Q_тр= - 138 = 14758,5 т;

для ТЭ-3 - Q_тр= - 254 = 18800,48 т.



4. Тормозные силы поезда

Тормозные силы поезда - управляемые внешние силы, препятствующие движению и направленные против движения. Тормозные силы делятся на:

- механические (фрикционные);

- электрические (реостатические и рекуперативные).

Механическое торможение вызвано силой трения между тормозными колодками и бандажом колеса. Электрические тормозные силы возникают, когда тяговый двигатель переводится в режим генератора. Величина тормозной силы пропорциональна количеству тормозных вагонов.

Торможение бывает двух видов:

- экстренное - тормозная сила используется полностью;

- служебное - тормозная сила используется на 50-80%.

Тормозная сила В вычисляется по формуле:

В = b(P+Q)g,

где b - удельная тормозная сила. Она вычисляемая по формуле:

b = 10³ц_кр?_кр,

где ц_кр - расчетный коэффициент трения колодок о бандаж колеса. Вычисляется по формуле:

ц_кр = 0,27.)



?_кр - расчетный тормозной коэффициент поезда. Определяется по формуле:

?_кр = ,)

где - суммарное тормозное усилие локомотива и тормозных вагонов, кН.

Оно определяется по формуле:

К_р = К_л + К_ваг = m_лК_л + бn₄4К₄ + бn₆6К₆,

где m_л - количество автотормозных осей локомотива; б - доля тормозных вагонов в составе;

К_л, К₄ и К₆ - тормозные усилия на одну ось соответственно локомотива, четырех- и шестиосных вагонов, кН;

б - доля тормозных вагонов в составе.

По приведенным выше формулам определим удельную тормозную силу поезда для электровоза Вл-23 и тепловоза ТЭ-3.

Принимаем К₄ = К₆ = 7 тс.

1) ВЛ-23: К_л = 11 тс, m_л = 6;

По формуле (38) определим суммарное тормозное усилие:

К_р = 6·11·9,81 + 0,91·33·4·7·9,81 + 0,91·9·6·7·9,81 = 12270,54 кН.

Расчетный тормозной коэффициент поезда определим по формуле (37):

?_кр = = 0,33.



Выразим удельную тормозную силу через скорость, используя формулу (35):

b = 10³·0,27 · 0,33 = 89,1 .

2) ТЭ-3: К_л = 10 тс, m_л = 12;

По формуле (38) определим суммарное тормозное усилие:

К_р = 12·10·9,81 + 0,91·39·4·7·9,81 + 0,91·10·6·7·9,81 = 14674,98 кН.

Расчетный тормозной коэффициент поезда определим по формуле (37):

?_кр = = 0,33.

Выразим удельную тормозную силу через скорость, используя формулу (35):

b = 10³·0,27·0,33 = 89,1 .



5. Диаграмма удельных равнодействующих сил

С целью решения задач тяговых расчетов графическим методом необходимо выразить зависимость равнодействующих сил от скорости движения, при этом учитывается только основное удельное сопротивление при движении поезда по прямолинейному горизонтальному участку. Диаграмма строится для четырех режимов движения:

1. Режим тяги:

r_т = f_к - щ_o,

щ_o = +

2. Режим холостого хода:

r_xx = - щ_xx;

щ_xx = +

3. Режим служебного торможения:

r_ст = - 0,5b - щ_xx.

4. Режим экстренного торможения:

r_эт = - b - щ_xx.

Расчет равнодействующих сил по приведенным выше формулам представлен в таблицах 5.1 и 5.2 соответственно для электровоза ВЛ-23 и тепловоза ТЭ-3.



Диаграммы удельных равнодействующих сил представлены на листе 1.



6. Решение тормозной задачи

Цель - определить максимально возможную скорость движения поезда на спуске, при которой в режиме экстренного торможения поезд может быть остановлен на нормативном тормозном пути.

Исходные данные:

1) кривая равнодействующей силы в режиме экстренного торможения:

r_эт = - b - щ_xx;

2) величина уклона на спуске: i_р = -8‰;

3) нормативная длина тормозного пути при спуске с i<6‰ S_тр = 1000 м, при спуске с i ? 6‰ S_тр = 1200 м;

4) конечная скорость v_к = 0 км/ч.

Величина расчетного тормозного пути вычисляется по формуле:

S_тр = S_п + S_д,

где S_п - путь, проходимый поездом за время подготовки к торможению, в течение которого нажатие колодок на бандажи постепенно нарастает, м;

S_д - действительный путь торможения, на котором действует тормозная сила, а скорость снижается от v_нач до v_к, м.

Путь подготовки к торможению определяется по формуле:

S_п = 0,278 v_нач t_под,

где t_под - время подготовки к торможению, с.

Оно определяется по формулам:

при n ? 200 t_под = 7 - ; (47)

при 200 < n ? 300 t_под = 10 - ; (48)

при n >300 t_под = 12 - , (49)

где n - количество осей в составе.

Для ВЛ-23: n = 4·33 + 6·9 + 6 = 192.

Для ТЭ-3: n = 4·39 + 6·10 + 12 = 228

Максимально допустимую начальную скорость определяют обычно для трех значений уклонов: для руководящего спуска, как наиболее крутого; для спуска, равного половине руководящего, и для площадки с уклоном равным 0. Результаты расчета t_под и S_п для этих значений уклонов представлены в таблицах 6.1 и 6.2 соответственно для электровоза ВЛ-23 и тепловоза ТЭ-3.

Таблица 6.1 - Расчет t_под и S_п для электровоза ВЛ-23

i, ‰	vнач, км/ч	tпод, с	Sп, м
0	100	7,00	194,60
-4	100	8,35	232,04
-8	100	9,69	269,48

Таблица 6.2 - Расчет t_под и S_п для тепловоза ТЭ-3

i, ‰	vнач, км/ч	tпод, с	Sп, м
0	100	10,00	278,00
-4	100	11,62	322,93
-8	100	13,23	367,86

Действительный путь торможения строится способом Липеца - МПС, но только от конечной точки тормозного пути, где конечная скорость равна 0, в сторону, обратную движению поезда. Графическое решение тормозной задачи представлено на листе 1.



7. Спрямление продольного профиля

Для построения кривой скорости используется спрямленный продольный профиль. Спрямление профиля - замена нескольких элементов с уклонами одинакового знака близких по крутизне одним уклоном. Спрямлять нельзя:

1. Элементы с уклонами разных знаков

2. Элементы на остановочных пунктах

3. Элементы с руководящим уклоном

4. Если не выполняется условие:

где l_i - длина элемента, входящего в спрямляемую группу, м;

- абсолютная величина разности между спрямляемым уклоном и уклоном проверяемого элемента.

Величина спрямленного уклона вычисляется по формуле:

где i_э - уклон спрямляемого элемента, ‰;

l_э - длина спрямляемого элемента, км;

l_c - длина спрямляемого участка, км.

Влияние прямых на спрямленном участке учитывается путем вычисления дополнительных сопротивлений от кривых путем замены его уклоном, эквивалентному этому сопротивлению:



щ_R = i_экв

i_экв = , (52)

где - сумма углов поворота кривых в пределах спрямляемого участка, .

Если кривая расположена под несколькими элементами профиля, то в формулу вводится угол поворота той части кривой, которая входит в границы данного элемента.

Результаты решения задачи по спрямлению профиля приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Спрямление продольного профиля



8. Построение кривой скорости

Кривая скорости - это график зависимости скорости движения поезда от пройденного пути.

Исходные данные:

1. Диаграмма удельных равнодействующих сил.

2. Спрямленный продольный профиль.

3. Ограничение скорости движения:

а) по конструктивной скорости локомотива;

б) по конструктивной скорости вагонов;

в) по допустимым условиям торможения на спусках;

г) по стационарным путям и стрелочным переводам;

д) на кривых малых радиусов:

Скорость в начале и в конце участка принимается равной нулю.

С учетом перечисленных ограничений и помня о том, что поезд это материальная точка приложения в центре состава построим график скорости.

Кривая скорости строится методом Липеца - МПС по интервалам скоростей (10 км/ч) в направлении «туда» по следующему алгоритму:

1. Определяем режим движения поезда.

2. На диаграмме удельных равнодействующих сил переносим начало координат в точку равную уклону элемента.

3. Определяем равновесную скорость для данного элемента.

4. Сравниваем текущую и равновесную скорости, если текущая скорость меньше равновесной значит, скорость должна расти на интервале ?V, если текущая скорость больше равновесной значит, скорость должна уменьшаться на интервале ?V.

5. В выбранном интервале ?V определяется его среднее значение.

6. Определяем по диаграмме удельной равнодействующих сил значение удельной равнодействующей при среднем значении скорости ?V.

7. Через начало координат и точку с равнодействующей проводится луч АВ.

8. Через точку, где находится поезд, восстанавливаем перпендикуляр к лучу АВ.

9. Отрезок перпендикулярно ограниченный интервалами ?V является звеном кривой скорости на границе интервала - новое положение поезда.

10. Если уклон тот же, снова сравниваем текущую и равновесную скорости; если уклон меняется, то повторяем с первого пункта.

Кривые скорости для электровоза ВЛ-23 и тепловоза ТЭ-3 изображены на листе 1.



9. Построение кривой времени хода поезда

Построение кривой времени хода поезда осуществляется методом Лебедева-МПС с помощью ранее построенной кривой скорости на том же чертеже. Ось пути обеих кривых совпадает, а ось времени совпадает с осью скорости и строится в масштабе в 1 сантиметре 1 минута.

Порядок построения кривой времени хода поезда:

1. Слева от оси ординат на расстоянии 30 мм проводится вертикальная вспомогательная ось.

2. В первом интервале скорости принимаем среднее значение и сносим его на вспомогательную ось. Получаем точку А₁.

3. Через точку А₁ и начало координат проводим прямую.

4. Восстанавливаем перпендикуляр к этой прямой из точки, где находится поезд в границах пройденного пути.

Кривая времени хода поезда имеет монотонно-возрастающий характер. Если кривая выходит за пределы чертежа, то ее обрывают и начинают построения с нуля. Кривые времени для электровоза ВЛ-23 и тепловоза ТЭ-3 представлены на листе 1.

После построения кривой времени хода поезда было определено:

- для электровоза ВЛ-23 общее время хода в направлении «туда» составляет 11,2 минут. В том числе в режиме тяги 6,7 минут, в режиме служебного торможения 1,8 минут, в режиме неполной тяги 2,21 минут, в режиме холостого хода 0,49;

- для тепловоза ТЭ-3 общее время хода в направлении «туда» составляет 11,38 минут. В том числе в режиме тяги 9,19 минут, в режиме служебного торможения 1,27 минут, в режиме неполной тяги 0,47 минут, в режиме холостого хода 0,45.



10. Определение расхода электрической энергии

Расход электрической энергии определяется для электровоза Вл-23 и характеризуется удельным расходом на 1ткм, который определяется по формуле:

где А - полный расход электроэнергии, кВт·ч;

L - длина перегона, км.

Полный расход определяют по формуле:

где k - коэффициент, зависящий от рода тяги: k=0,05 - для постоянного тока,k=0,417 - для переменного тока;

I - среднее значение тока на данном участке, А;

Дt - время движения поезда на данном участке, мин.

В режиме холостого хода и торможения I=0. В режиме тяги значение силы тока определяется по токовой характеристике локомотива (из ПТР). В режиме неполной тяги сила тока определяется по формуле:

где k - коэффициент, зависящий от тока: k=1 - для постоянного тока, k=1/8,3 - для переменного тока.

Имея кривую скорости, откладываем на ординатах значения тока, в характерных точках изменения токовой характеристики локомотива и кривой скорости.

Масштаб кривой тока - произвольный. Кривую тока разбиваем на интервалы. В каждом из них определяем среднее значение силы тока I_ср и отрезок времени Дt прохождения поездом данного интервала. Кривая тока для электровоза ВЛ-23 представлена на листе 1. Определение расхода электроэнергии производится в табличной форме.

Таблица 7.2 - Определение расхода электроэнергии для электровоза ВЛ-23

Номер участка	Iн	Iк	Iср	Дt	IсрДt
1	550	510	530	0,77	408,1
2	1020	970	995	0,61	606,95
3	970	960	965	0,32	308,8
4	1440	1435	1437,5	0,85	1221,88
5	1435	1443	1439	0,04	57,56
6	197	197	197	0,03	5,91
7	1443	1530	1486,5	0,15	222,98
8	1530	1530	1530	0,48	734,4
9	1530	1405	1467,5	0,1	146,75
10	1405	1145	1275	0,27	344,25
11	1145	985	1065	0,24	255,6
12	985	850	917,5	0,24	220,2
13	850	765	807,5	0,28	226,1
14	765	700	732,5	0,28	205,1
15	700	645	672,5	0,31	208,475
16	645	600	622,5	0,32	199,2
17	600	565	582,5	0,21	122,325
18	139	139	139	0,92	127,88
19	30	30	30	0,3	9
20	695	700	697,5	0,16	111,6
21	700	830	765	0,83	634,95
22	1241	1241	1241	0,49	608,09
23	197	197	197	0,49	96,53
24	1435	1530	1482,5	0,26	385,45
Итого				8,95	7468,08



Таким образом, полный расход электроэнергии, согласно формуле (54), составляет:

А = 0,05·7468,08 = 373,4 кВт·ч

А удельный расход электроэнергии на 1 ткм, определяемый по формуле (53), равен:



11. Расчет расхода топлива тепловоза

Расход топлива тепловоза определяется, как сумма расходов за отрезки времени, когда применяется тяговый режим ведения поезда тепловозом и когда дизель работает на холостом ход.

где - расход топлива, зависящий от скорости движения тепловоза, кг/мин;

- отрезок времени при движении поезда в режиме тяги, мин;

- расход топлива на холостом ходу и на раздельных пунктах, кг/мин (двигатель в этих условиях движения не глушится, а продолжает работать на относительно малых оборотах);

- сумма времени хода тепловоза на холостом ходу.

Удельный расход топлива определяется на 10000 ткм перевозочной работы брутто, который вычисляется по формуле:

(57)

Расчет расхода топлива тепловоза ведется в табличной форме.

Таблица 7.3 - Расчет расхода топлива тепловоза ТЭ-3

Номер элемента	vср, км/ч	Дt, мин	G, кг/мин	gx, кг/мин	GДt, кг	gxtx, кг
1	5	0,37
2	15	0,47	11,3		5,31
3	25	0,79	11,3		8,93
4	35	0,69	11,3		7,80
5	40	0,26		0,7		0,182
6	45	0,95	11,3		10,74
7	51,75	0,17	11,3		1,92
8	55,75	0,45	11,3		5,09
9	65	0,55	11,3		6,22
10	75	0,6	11		6,60
11	81	0,13	10,6		1,38
12	82	0,19		0,7		0,133
13	84,6	1,42	10,3		14,63
14	83,67	0,23	10,3		2,37
15	80	0,28		0,7	0,00	0,196
16	80,25	0,15	10,64		1,60
17	75	0,81	11		8,91
18	38	0,61	11,3		6,89
19	38	0,42	11,3		4,75
20	40	0,18		0,7		0,126
21	40,5	0,21	11,3		2,37
Итого					95,48	0,637

Тогда расход топлива, согласно формуле (56), составляет:

А удельный расход топлива, определяемый по формуле (57), равен:



12 Определение механической работы силы тяги локомотива и сил сопротивления движению поезда

При проектировании железной дороги в технико-экономических расчетах большую роль играет работа, совершенная на участке движения поезда в режиме тяги R_m и силами сопротивления R_c.

Силы здесь обычно выражаются в тоннах, путь в километрах. Работа силы тяги выражается формулой:

(58)

т.е. в виде суммы отдельных элементарных работ, произведенных с силой тяги F_k на участках пути ДS. Такой расчет необходим, потому что сила тяги движения локомотива вдоль профиля пути - с изменением скорости движения.

Работа сил сопротивления выражается формулой:

R_c = R_m - ДW_кин - ДW_пот, (59)

где ДW_кин и ДW_пот - изменение кинетической и потенциальной энергии.

Так как величины скоростей движения в конечной v_к и начальной v_н точках участка равны нулю, то и кинетическая энергия равна нулю:

ДW_кин = (P+Q)·(v_к-v_н)·4,17·10^-6 = 0. (60)

Потенциальная энергия определяется по формуле:

ДW_пот = (P+Q)·(Н_к-Н_н)·g·10^-3, (61)



где Н_к и Н_н - отметки конечной и начальной точек рассматриваемого участка, м.

Н_к-Н_н = ?il, (62)

где i и l - уклоны и длины элементов профиля.

Тогда формула приобретает вид:

R_c = R_m- (P+Q)·(Н_к-Н_н)·g·10^-3. (63)

Расчет работы силы тяги локомотивов выполняется в табличной форме.

Кривые сил тяги для электровоза Вл-23 и тепловоза ТЭ-3 представлены на листе 1.

1) Расчет работы силы тяги и сил сопротивления для электровоза ВЛ-23.

Таблица 7.4 - расчет работы силы тяги электровоза ВЛ-23

Номер участка	Fkнач, кгс	Fkкон, кгс	Fkсред, тс	ДS, км	ДSFkсред, ткм
1	45500	38500	42	0,055	2,31
2	38500	37500	38	0,18	6,84
3	37500	36100	36,8	0,246	9,0528
4	36100	35700	35,9	0,353	12,673
5	5000	5000	5	0,018	0,09
6	1672	1672	1,672	1,42	2,3742
7	540	540	0,54	0,397	0,2144
8	9000	9050	9,025	0,216	1,9494
9	9050	11840	10,445	1,035	10,811
10	31500	31500	31,5	0,325	10,238
11	5000	5000	5	0,325	1,625
12	35700	34900	35,3	0,16	5,648
Итого					63,825



Таким образом, работа силы тяги электровоза ВЛ-23 составляет R_m= ткм. Для определения работы сил сопротивления определим разность отметок конечной и начальной точек рассматриваемого участка:

Н_к - Н_н = 0·0,85 - 3,63·1,1 - 8·2,2 - 1,92·2,95 +

+ 7·1,9 + 0·0,8 = -13,957 ‰·км.

Тогда работа сил сопротивления, исходя из формулы(63), будет равна:

R_c = 63,825 - (138+3590)·(-13,957)·9,81·10^-3 = 574,256 ткм.

2) Расчет работы силы тяги и сил сопротивления для тепловоза ТЭ-3.

Таблица 7.5 - расчет работы силы тяги тепловоза ТЭ-3

Номер участка	Fkнач, кгс	Fkкон, кгс	Fkсред, тс	ДS	ДSFkсред, ткм
1	76000	62200	69,1	0,032	2,211
2	62200	41300	51,75	0,117	6,055
3	41300	27200	34,25	0,327	11,200
4	27200	25200	26,2	0,374	9,799
5	25200	20800	23	0,213	4,899
6	20800	16600	18,7	0,591	11,052
7	16600	13700	15,15	0,531	8,045
8	13700	11400	12,55	0,6	7,530
9	11400	9400	10,4	0,747	7,769
10	9400	9200	9,3	0,181	1,683
11	9200	8300	8,75	2,013	17,614
12	8300	9500	8,9	0,324	2,884
13	930	930	0,93	0,397	0,369
14	9500	9320	9,41	0,216	2,033
15	9320	11400	10,36	1,01	10,464
16	20820	23170	21,995	0,385	8,468
17	23170	20820	21,995	0,263	5,785
18	6315	6315	6,315	0,122	0,770
19	20820	20586	20,703	0,144	2,981
Итого					121,609



Таким образом, работа силы тяги тепловоза ТЭ-3 составляет R_m= 121,609 ткм.

Так как тепловоз и электровоз движутся на одном участке, то Н_к-Н_н =

= -13,957 ‰·км.

Тогда работа сил сопротивления, определяемая по формуле (63), будет равна:

R_c = 121,609 - ·(-13,957)·9,81·10^-3 = 728,02 ткм.



Список литературы

1. Л. В. Николаева. Тяговые расчеты при электрической и тепловозной тяге поездов: Метод. указ. по выполнению курсовой работы и дипломного проектирования по дисциплине «Изыскание и проектирование железных дорог». - Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2008. - 48 с.

2. Правила тяговых расчетов для поездной работы. - М.: Транспорт, 1985. 287 с.

3. Курсовой и дипломный проекты: требования к оформлению. - Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2006. -68 с.

Размещено на Allbest.ru