Тяговые расчеты на участке заданного профиля

Размещено на http://www.allbest.ru

На тему: «Тяговые расчеты на участке заданного профиля»

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Исходные данные

1. Схема силовой цепи и тяговые характеристики электровоза переменного тока

2. Подготовка профиля пути, выбор расчетного подъёма и расчет массы состава

3. Расчет удельных ускоряющих и замедляющих сил

4. Построение кривых движения

5. Решение тормозной задачи

6. Построение кривых тока

7. Определение расхода электрической энергии за поездку

8. Определение температуры нагревания обмоток ТЭД

Заключение

Используемая литература

ВВЕДЕНИЕ

Теория электрической тяги, являясь одной из важнейших дисциплин курса, изучает комплекс вопросов связанных с теорией механического движения поездов, рационального использования ЭПС и экономного расходования электроэнергии. Выполнение данной курсовой работы позволит помочь усвоить основные положения теории тяги и получить навыки практических расчетов.

В работе будет выполнен тяговый расчет на участке заданного профиля. Произведена подготовка профиля пути, выбран расчетный подъём и масса состава. Произведен расчет удельных ускоряющих и замедляющих сил, построены кривые движения. Решена тормозная задача и построены кривые тока. Определен расход электрической энергии за поездку и температура нагревания обмоток ТЭД.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ И ТРЕБОВАНИЯ К ЕГО ОФОРМЛЕНИЮ

Задание на курсовой проект предусматривает разработку следующих вопросов:

Изучение и построение схемы силовых цепей электровоза переменного тока со ступенчатым регулированием напряжения. Выделение на ней цепи тока по заданной позиции регулирования и расчет для этой позиции напряжения, подаваемого на тяговые электродвигатели (ТЭД).

Расчет, построение тяговых характеристик электровоза и наложение на них ограничений по сцеплению и максимальной скорости движения.

Спрямление и приведение заданного профиля пути. Выбор расчетного подъема.

Определение массы грузового поезда по условиям движения с расчетной скоростью по расчетному подъему.

Проверка массы состава:

на трогание с места;

по длине станционных путей.

Расчет и построение диаграммы:

ускоряющих усилий при максимальной позиции контроллера и ослаблении возбуждения;

замедляющих усилий (при выбеге);

тормозных усилий.

Решение аналитическим методом тормозной задачи по определению длины тормозного пути при заданной скорости электровоза.

Построение кривых скорости и времени хода поезда по заданному участку пути с остановкой на промежуточной станции и без остановки.

Определение и сравнение времен хода и технических скоростей поезда без остановки и с остановкой на промежуточной станции.

Расчет и построение кривых активного тока электровоза и тока ТЭД в зависимости от скорости.

Построение кривой активного тока электровоза на заданном профиле пути.

Определение общего расхода электроэнергии и на измеритель, а также максимальную температуру нагревания обмоток ТЭД.

Общее заключение и выводы по проекту.

Исходные данные курсового проекта студент выбираем в соответствии со своим порядковым номером в журнале из табл.1 и последней цифрой студенческого билета из табл.2.

Таблица 1

Номинальная мощность на валу ТЭД Рдн, кВт	680
Масса электровоза тэ, т	180
Номинальная скорость движения Vн, км/ч	44,7
Позиция регулирования напряжения	2

Таблица 2.

Длина элемента профиля пути Si, м
1300	700	1050	4850	900	1200	1100	1050	1900	500	1100

Общие исходные данные для всех вариантов:

1). Весовая доля вагонов в составе:

4-х осные на роликовых подшипниках - б4р = 0,5;

4-х осные на подшипниках скольжения - б4с = 0,5;

2). Средняя масса вагонов:

4-х осные - тв4 = 70 т;

3). Длина вагонов:

4-х осные - lв4 = 15 м;

4). Длина восьмиосного электровоза - lэ = 33 м.

5). Максимальная скорость движения электровоза - vmax = 100 км/ч.

6). Коэффициент полезного действия передачи - мп = 0,975.

7). Среднее потребление энергии вспомогательными цепями электровоза за 1 мин - бсн = 6,7 кВтч/мин

8). Исходные данные по профилю пути даны в табл.3.

Таблица 3

Исходные данные по профилю пути

№ элемента пути	Крутизна уклона i, 0/00	Радиус кривой R, м	Длина кривой Sкр, м
1	0	Станция А	-
2	+ 6,1	700	500
3	+ 5,7	1000	400
4	+ 10,0	-	-
5	+ 2,5	-	-
6	0	Станция Б	-
7	- 6,2	900	500
8	- 7,0	-	-
9	+ 3,5	-	-
10	+ 4,0	700	300
11	0	Станция В	-

9). Универсальные тяговые характеристики электровоза приведены в табл.4.

Таблица 4

Универсальные тяговые характеристики электровоза

НП	v / vн	0,85	0,90	1,00	1,10	1,25	1,50	1,90
	Fк / Fкн	1,59	1,34	1,00	0,76	0,53	0,32	0,17
ОП	v / vн	0,90	1,00	1,15	1,25	1,40	1,60	1,90
	Fк / Fкн	1,63	1,34	0,98	0,80	0,61	0,45	0,31

1. СХЕМА СИЛОВОЙ ЦЕПИ И ТЯГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Схема силовой цепи электровоза переменного тока и таблица замыкания контакторов

На электровозе переменного тока устанавливают трансформатор, понижающий напряжение контактной сети 25000 В до величины, необходимой для работы ТЭД, и выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянный. Упрощенная схема силовой цепи электровоза приведена на рис.1.

Рис. 1. Схема силовой цепи электровоза со ступенчатым регулированием напряжения.

Первичная обмотка трансформатора Тр через главный выключатель ГВ подключена к токоприемнику П, скользящему по контактному проводу. Для регулирования скорости движения в схеме предусмотрено ступенчатое изменение напряжения и регулирование возбуждения ТЭД. Для ступенчатого изменения напряжения вторичная обмотка трансформатора секционирована. На нашей схеме она состоит из шести одинаковых секций 0 - 1…5 - 6. Вторичная обмотка через переходной реактор ПР подключена к выпрямителю.

После выпрямления напряжение, подводимое к ТЭД, имеет пульсирующий характер. Соответственно напряжению будет пульсировать и ток, что вредно отражается на работе ТЭД. Для уменьшения пульсаций в цепь выпрямленного тока включен сглаживающий реактор СР.

Все тяговые двигатели включены параллельно.

Обмотка возбуждения каждого ТЭД шунтирована постоянно включенным резистором Rш для уменьшения пульсаций магнитного потока, а следовательно, улучшения работы двигателя. Регулирование возбуждения выполняется с использованием шунтирующих резисторов.

Порядок работы контакторов при регулировании напряжения и возбуждения приведен в табл.5.

№ поз.	Контакторы
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	Ш1	Ш2	Ш3	Ш4	Ш5	Ш6	Ш7	Ш8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13	1 - - - - - - - - - - - -	2 2 - - - - - - - - - - -	- 3 3 - - - - - - - - - -	- - 4 4 - - - - - - - - -	- - - 5 5 - - - - - - - -	- - 6 6 - - - - - - -	- - - - 7 7 - - - - - -	- - - - - - 8 8 - - - - -	- - - - - - - 9 9 - - - -	- - - - - - - - 10 10 - - -	- - - - - - - - - 11 11 11 11	- - - - - - - - - - 12 12 12	- - - - - - - - - - - Ш1 Ш1	- - - - - - - - - - - Ш2 Ш2	- - - - - - - - - - - Ш3 Ш3	- - - - - - - - - - - Ш4 Ш4	- - - - - - - - - - - - Ш5	- - - - - - - - - - - - Ш6	- - - - - - - - - - - - Ш7	- - - - - - - - - - - - Ш8

Таблица 5

Таблица замыкания контакторов электровоза

Как видно из схемы на рис.1, ступенчатое регулирование напряжения осуществляют контакторы 1 - 12, порядок включения и отключения которых показан в табл.5.

Пуск и разгон электровоза начинается с позиции 1, когда включена одна секция 0 - 1 вторичной обмотки трансформатора. При отсутствии нагрузки напряжение на каждой такой секции равно U = 200 В.

В процессе пуска и разгона машинист включает с помощью контроллера следующие позиции, на которых напряжение на ТЭД ступенями увеличивается до наибольшего, равного в нашей схеме 200 • 6 = 1200 В.

В процессе регулирования важно, чтобы напряжение увеличивалось без разрыва электрической цепи. Для этого используется переходной реактор ПР.

Рассмотрим порядок переключения контакторов с вывода 1 на вывод 2 вторичной обмотки трансформатора. На первой позиции, как видно из схемы рис.1 и табл.3, замкнуты контакторы 1 и 2. Концы обмотки реактора а и б соединены с выводом 1. Ток идет от концов а и б реактора к средней точке с и далее к выпрямителю. С обмотки трансформатора снимается напряжение U0-1 = 200 В.

На 2 позиции размыкается контактор 1 и замыкается контактор 3. Переходной реактор включен через контакторы 2 и 3 параллельно секции 1 - 2 и в точке с делит напряжение этой секции пополам. Напряжение, подводимое к выпрямителю, будет равно U0-1 + 0,5 U1-2 = 200 + 100 = 300 В.

На третьей позиции размыкается контактор 2 и замыкается контактор 4. Оба конца обмотки ПР соединяются с выводом 2 вторичной обмотки и напряжение, подводимое к выпрямителю U0-2 = U0-1 + U1-2 = 200+200 = 400 В.

Последующие переключения совершаются аналогично. Таким образом, переходной реактор позволяет не только переключать секции трансформатора без разрыва цепи ТЭД, но одновременно удвоить число ступеней регулирования напряжения без увеличения числа выводов вторичной обмотки трансформатора.

На позиции 11, как видно из табл.5, напряжение вторичной обмотки трансформатора наибольшее 200 • 6 = 1200 В. Дальнейшее увеличение скорости получают за счет регулирования возбуждения (поз. 12 и 13 в табл.5).

Расчет и построение тяговых характеристик

В связи с тем, что тяговые характеристики электровоза заданы в универсальной форме (см. табл.4), относительные величины нужно пересчитать в абсолютные. Для этого необходимо определить номинальные значения силы тяги по заданным номинальной мощности ТЭД и номинальной скорости движения. Номинальную силу тяги, развиваемую одной движущей колесной парой, определяют по следующей формуле:

, кН,

где 3,6 - коэффициент пересчета скорости с км/ч в м/с;

Рдн - номинальная мощность на валу ТЭД, кВт (см. табл.1);

мп = 0,975 - КПД тяговой передачи (дан в задании);

vн - номинальная скорость движения, км/ч (см. табл.1).

(1)

Соответственно номинальное значение силы тяги электровоза:



Пересчет относительных величин (v / vн) и (Fк / Fкн), заданных табл.4, в абсолютные производится по следующим формулам:

v = (v / vн) vн, км/ч;

Fк = (Fк / Fкн) Fкн, кН.

Результаты расчета заносятся в табл.6.

Таблица 6

Тяговые характеристики заданного электровоза

НП	v	38,00	40,23	44,70	49,17	55,88	67,05	84,93
	Fк	679,20	572,40	427,17	324,65	226,40	136,69	72,62
ОП	v	40,23	44,70	51,41	55,88	62,58	71,52	84,93
	Fк	696,28	572,40	418,62	341,73	260,57	192,23	132,42

Силы сцепления заданного электровоза определяется:

Fк сц = mэ•g•шк , кН, (3)

где тэ - масса электровоза, т (см. табл.1);

g = 9,81 м/с2 - ускорение силы тяжести;

шк - расчетный коэффициент сцепления электровоза, который

определяется по следующей эмпирической формуле:

. (4)

Рассчитаем по формулам (3) и (4) коэффициент сцепления шк и значения Fк сц для скоростей v = 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50 и 60 км/ч и результаты занести в табл.7.

Таблица 7.

Расчет ограничения силы тяги по сцеплению

v, км/ч	0	5	10	20	30	40	50	60
шк	0,36	0,33	0,31	0,29	0,28	0,27	0,26	0,25
Fkсц, кН	635,69	577,42	548,10	514,73	493,36	476,41	461,58	448,16

По данным табл.7 наносим ограничение по сцеплению на тяговые характеристики (рис.2) и определяем значения сил тяги и скоростей в точках пересечения линии Fксц(v) с тяговыми характеристиками при наибольшем напряжении и нормальном возбуждении, а также на ступени ослабления возбуждения (соответствующие точкам В и С на рис.2).

2. ПОДГОТОВКА ПРОФИЛЯ ПУТИ, ВЫБОР РАСЧЕТНОГО ПОДЪЕМА И РАСЧЕТ МАССЫ СОСТАВА

Спрямление и приведение профиля пути

Для уменьшения объема работы при построении кривой скорости в функции пути и учета того, что поезд может находиться одновременно на нескольких соседних уклонах разной крутизны, заданный профиль спрямляют в профиле и плане или, как говорят, спрямляют и приводят.

Спрямлять можно только близкие по крутизне соседние элементы по следующей формуле:

, 0/00, (3)

где iс\ - уклон спрямленного элемента, 0/00 ;

ii - заданный уклон каждого элемента, 0/00;

Si - длина каждого элемента, м;

? Si = Sс - длина спрямленного элемента, м.

Чтобы погрешность не была слишком большой каждый спрямляемый элемент заданного профиля пути необходимо проверить на допустимость спрямления по формуле:

,

где ?i = | iс\ - ii | - абсолютная разность (без учета знаков) между

уклоном спрямленного элемента и уклоном

проверяемого элемента, 0/00.

Дополнительное сопротивление движению поезда в кривых, расположенных на элементах профиля пути, заменяют равным ему сопротивлением от фиктивных подъемов. При наличии нескольких кривых на спрямленном элементе фиктивный подъем определяют по следующей формуле:

, 0/00, (4)

где Sкр - длина кривой, м; R - радиус кривой, м.

Величину приведенного уклона определяют как алгебраическую сумму уклона спрямленного элемента и фиктивного подъема, т.е.:

, 0/00.

Спрямим участки 2 и 3:

Определим абсолютная разность между уклоном спрямленного элемента и уклоном проверяемого элемента:

?i = | 6,1 - 5,86 |=0,24 0/00

Проверяем участок 2 на допустимость спрямления:

Удовлетворяет условию

Определим абсолютная разность между уклоном спрямленного элемента и уклоном проверяемого элемента:

?i = | 5,7 - 5,86 |=0,16 0/00

Проверяем участок 3 на допустимость спрямления:

Удовлетворяет условиям

Спрямим участки 7 и 8:

Определим абсолютная разность между уклоном спрямленного элемента и уклоном проверяемого элемента:

?i = | -6,2 + 6,59 |=0,39 0/00

Проверяем участок 7 на допустимость спрямления:

Удовлетворяет условию

Определим абсолютная разность между уклоном спрямленного элемента и уклоном проверяемого элемента:

?i = | -7,0 + 6,59 |=0,41 0/00

Проверяем участок 3 на допустимость спрямления

Удовлетворяет условию

Спрямим участки 9 и 10:

Определим абсолютная разность между уклоном спрямленного элемента и уклоном проверяемого элемента:

?i = | 3,5 - 3,6 |=0,1 0/00

Проверяем участок 9 на допустимость спрямления:

Удовлетворяет условию

Определим абсолютная разность между уклоном спрямленного элемента и уклоном проверяемого элемента:

?i = | 4,0 - 3,6 |=0,4 0/00

Проверяем участок 10 на допустимость спрямления:

Удовлетворяет условию

Результаты расчетов сводят в табл.8.

Таблица 8.

Расчет спрямления и приведения профиля пути

№ эл.	i, 0/00	R, м	Sкр, м	Si, м	Sс, м	iс\, 0/00	iс\\,0/00	iс, 0/00	№ эл.
1	0	Ст А	-	1300	1300	0	0	0	1
2	6,1	700	500	700	1750	5,86	0,45	6,31	2
3	5,7	1000	400	1050
4	10	-	-	4850	4850	10	0	10	3
5	2,5	-	-	900	900	2,5	0	2,5	4
6	0	Ст Б	-	1200	1200	0	0	0	5
7	-6,2	900	500	1100	2150	-6,59	0,18	-6,41	6
8	-7	-	-	1050
9	3,5	-	-	1900	2400	3,6	0,13	3,73	7
10	4	700	300	500
11	0	Ст В	-	1100	1100	0	0	0	8

Все расчеты по спрямлению и приведению профиля пути, а также проверку допустимости спрямления нужно показать в тексте пояснительной записки. Спрямленные элементы профиля пути нумеруются заново в последней колонке табл.8.

Выбор расчетного подъема и расчет массы состава

При установившейся расчетной скорости движения на расчетном подъеме массу состава определяют по следующей формуле:

, т, (5)

где Fкр - расчетная сила тяги, Н;

w0| - основное удельное сопротивление движению электровоза при

работе под током, Н/кН;

w0|| - основное удельное сопротивление движению состава, Н/кН.

т,

Основное удельное сопротивление движению электровоза при движении под током со скоростью v:

w0| = 1,9 + 0,01•v + 0,0003•v2, Н/кН. (6)

w0| = 1,9 + 0,01•44,7+ 0,0003•44,72 =2,946 Н/кН

Основное удельное сопротивление движению состава при заданном соотношении вагонов:

Н/кН.

Н/кН.

, Н/кН;

(9)

Н/кН.

Н/кН.

Н/кН.

где q04 - нагрузка от оси на рельс соответствующего типа вагонов:

, т;

где тв4- соответственно массы 4-х осных вагонов

(даны в задании).

т

В связи с тем, что при трогании поезда его сопротивление больше, чем при движении, рассчитанную по условиям движения на расчетном подъеме массу состава нужно проверить на трогание с места на станции по следующей формуле:

, т, (11)

т,

где Fктр - сила тяги электровоза при трогании с места, Н

wтр - удельное сопротивление состава при трогании, Н/кН,

которое определяется по формуле:

, Н/кН,

где wртр - удельное сопротивление при трогании с места

состава на роликовых подшипниках, Н/кН;

wстр - удельное сопротивление при трогании с

места состава на подшипниках скольжения, Н/кН.

Удельное сопротивление состава на роликовых подшипниках при трогании с места

, Н/кН,

где q0 - нагрузка на ось вагона.

Н/кН

Удельное сопротивление состава на подшипниках скольжения при трогании с места

Н/кН.

Н/кН.

Длину поезда c запасом определяют по следующей формуле:

lп = lэ + lс + 10, м, (12)

lп = 33 + 850 + 10=893 м,

где lэ - длина электровоза (см. задание), м; lс - длина состава, м:

lс = ,

lс = м.

где lв4- длина 4-х осных вагонов, м;

3. РАСЧЕТ УДЕЛЬНЫХ УСКОРЯЮЩИХ И ЗАМЕДЛЯЮЩИХ СИЛ

Расчет удельных сил основного сопротивления движению состава и удельных ускоряющих сил в режиме тяги

Основное удельное сопротивление движению поезда при работе электровоза под током определяют по следующей формуле:

, Н/кН, (13)

где т = тэ + тс, т - масса поезда.

Удельные силы тяги определяют делением силы тяги электровоза на вес поезда для тех же скоростей , что и w0:

. (14)

Удельные ускоряющие силы при каждой скорости движения вычисляют как разность между удельными силами тяги и удельными силами сопротивления движению

fу = fк - w0. (15)

Результаты расчета по формулам (13) - (15) ускоряющих сил сводят в табл.9.

Таблица 9.

Расчет удельных ускоряющих сил поезда

v , км/ч	w''0 ,Н/кН	w'0 ,Н/кН	w0 ,Н/кН	Fк ,Н	fк ,Н/кН	fу ,Н/кН
0	1,07	2,03	1,112	635,6	15,34	14,22
10	1,07	2,03	1,112	532,5	12,85	11,73
20	1,17	2,22	1,216	505	12,18	10,97
30	1,30	2,47	1,351	487,5	11,76	10,41
40	1,45	2,78	1,508	475	11,46	9,95
44,7	1,535	2,96	1,597	470	11,34	9,74
48,5	1,606	3,09	1,671	464	11,19	9,52
50	1,64	3,15	1,706	425	10,25	8,54
60	1,85	3,58	1,925	275	6,63	4,71
70	2,09	4,07	2,176	200	4,82	2,65
80	2,35	4,62	2,449	150	3,61	1,17
90	2,65	5,23	2,762	125	3,01	0,25
100	2,97	5,90	3,097	97,5	2,35	-0,7

Расчет удельных замедляющих сил в режимах выбега и торможения

Основное удельное сопротивление электровоза при движении без тока (в режиме выбега или механического торможения) вычисляют по формуле:

wx = 2,4 + 0,011v + 0,00035v2 . (16)

Удельные замедляющие силы в режиме выбега определяют по следующей формуле:

. (17)

Результаты расчетов сводят в табл.10.

Таблица 10.

Удельные замедляющие силы при выбеге и служебном торможении

v , км/ч	wx ,Н/кН	w''0 ,Н/кН	w0x ,Н/кН	цк	0,5bт ,Н/кН	fзс ,Н/кН
0	2,4	1,07	1,128	0,27	44,55	45,62
10	2,545	1,07	1,134	0,198	32,67	33,8
20	2,76	1,17	1,239	0,162	26,73	27,969
30	3,045	1,30	1,376	0,14	23,1	24,476
40	3,4	1,45	1,535	0,126	20,79	22,32
44,7	3,591	1,535	1,624	0,121	19,965	21,58
48,5	3,757	1,606	1,699	0,117	19,305	21,00
50	3,825	1,64	1,735	0,116	19,14	20,875
60	4,32	1,85	1,957	0,108	17,82	19,77
70	4,885	2,09	2,211	0,102	16,83	19,04
80	5,52	2,35	2,488	0,097	16	18,48
90	6,225	2,65	2,805	0,093	15,34	18,14
100	7	2,97	3,145	0,09	14,85	17,995

Удельную тормозную силу при экстренном торможении вычисляют как произведение расчетного тормозного коэффициента хр на расчетный коэффициент трения цкр

bт = 1000 хр цк. (18)

Расчетный тормозной коэффициент равен отношению суммы расчетных нажатий колодок на колесо к весу поезда. Минимальное значение расчетного тормозного коэффициента для грузовых поездов принимают равным 0,33. Расчетный коэффициент трения стандартной чугунной тормозной колодки о колесо определяем по формуле

. (19)

При торможении перед остановкой или местом снижения скорости используют служебное торможение, при котором для расчетов берут половину удельной тормозной силы при экстренном торможении: 0,5bт.

Замедляющую силу при служебном торможении определяют для тех же скоростей движения, что и удельную силу при выбеге fз по следующей формуле:

fзс = 0,5bт + w0x . (20)

Результаты расчетов по формулам (18) - (20) удельных замедляющих сил при служебном торможении сводят в табл.10.

По данным табл.9 и табл.10 строят диаграммы удельных ускоряющих fу(v) и замедляющих w0x(v), fзс(v) сил, которые приведены на рис.3.

4. ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ ДВИЖЕНИЯ

Построение кривых скорости в функции пути

После расчетов удельных ускоряющих и замедляющих сил можно приступать к решению (интегрированию) уравнения движения поезда. В наиболее простой форме это уравнение имеет вид:

dv/dt = о fу,

где dv/dt - ускорение движения поезда, км/ч; о - ускорение движения поезда при действии удельной ускоряющей силы в 1 Н/кН с учетом инерции вращающихся частей, которое для грузовых и пассажирских поездов принимается равным 120 (км/ч)/(Н/кН); fу - удельная ускоряющая (или замедляющая) сила, Н/кН.

В курсовой работе уравнение движения студент решает наиболее удобным графическим методом, с помощью которого по диаграмме удельных ускоряющих и замедляющих сил с учетом приведенного профиля пути строят кривую v(S), а по ней кривую t(S), используя линейку и угольник. Все построения должны выполняться при строгом соблюдении масштабов, указанных в табл.11.

Используя выбранные масштабы пути - y и скорости - mv, подготавливают на миллиметровой бумаге оси координат. Ниже оси абсцисс наносят заданный и приведенный профили пути, оформленные в соответствии с рис.4. Этот график совмещают с диаграммой удельных ускоряющих и замедляющих сил таким образом, чтобы оси v были параллельны. Построение кривой v(S) ведут в каждом интервале скоростей, которые принимают при разгоне в режиме тяги (линия АВС на рис.2) - не более 10 км/ч, при работе на характеристиках (линия СД) - не более 5 км/ч, при движении на выбеге - 10 км/ч. В режиме торможения - можно взять интервалы скоростей не более 10 км/ч.

Построение кривой v(S) начинают с оси ст.А. Задаются интервалом скоростей ?v = 0 - 10 км/ч, берут на диаграмме удельных ускоряющих сил среднее их значение fу ср при 5 км/ч. К полученной точке и началу координат (v = 0; fу = 0) устанавливаем линейку, к которой прикладывают угольник одной из сторон прямого угла. Вторая сторона прямого угла показывает направление линии v(S) в этом интервале скоростей. Угольник этой стороной совмещают с осью ст.А и проводим линию в пределах ?v = 0 - 10 км/ч. Затем на графике fу(v) линейку прикладывают к точке fу ср при 15 км/ч и к началу координат, а с помощью угольника проводят перпендикулярную к линейке линию из конца отрезка v(S) при v = 10 км/ч в пределах скоростей ?v = 10 - 20 км/ч и т.д. Таким образом, на графике получают скорость движения центра массы поезда в функции пути.

При изломе кривой удельных ускоряющих сил интервалы скоростей выбираем таким образом, чтобы точка излома была на границе интервалов. Так, если точка излома С на рис.2 находится, например, при v = 47 км/ч, то при построении кривой скорости от v = 40 км/ч берут ?v = 7 км/ч, а затем от v = 47 км/ч - 3 км/ч.

Если поезд движется по приведенному подъему ic, то дополнительное сопротивление движению от него учитывают смещением начала координат диаграммы удельных ускоряющих сил влево на число 0/00 подъема (так как каждая тысячная подъема увеличивает сопротивление движению на 1 Н/кН). Так, при движении по подъему 3 0/00 начало координат мысленно смещают в точку, соответствующую удельной ускоряющей силе, равной 3 Н/кН, и к этой точке прикладывают линейку. Смещение точки соответствует уменьшению удельной ускоряющей силы на 3 Н/кН.

В случае движения по спуску начало координат мысленно смещают вправо на число 0/00 спуска.

В зависимости от величины действующих на поезд сил скорость движения может возрастать, снижаться или оставаться неизменной. Чтобы определить, как будет изменяться скорость на заданном элементе профиля пути и в какую сторону нужно брать значения ?v - в сторону увеличения или в сторону уменьшения скорости, находят установившуюся на этом элементе скорость движения. Для этого из точки, соответствующей подъему или спуску, на оси абсцисс диаграммы ускоряющих или замедляющих сил проводят вертикальную линию; точка пересечения ее с кривой удельных ускоряющих или замедляющих сил показывает установившуюся скорость движения на данном уклоне.

Если действительная скорость движения, с которой поезд подошел к данному уклону, окажется ниже установившейся, то скорость будет возрастать, а ?v нужно брать в сторону больших скоростей. При скорости движения выше установившейся ?v берется в сторону меньших скоростей, так как v будет снижаться.

При построении отрезка линии v(S) в выбранном интервале скоростей ?v может оказаться, что часть отрезка выйдет за пределы элемента профиля пути. В этом случае интервал скорости нужно уменьшить и подбором его величины добиться, чтобы к концу элемента скорость достигла границы интервала.

Поезд необходимо вести на графике с возможно большими скоростями, чтобы уменьшить время хода по перегону и увеличить пропускную способность железной дороги, однако при этом ни в коем случае не должна превышаться максимальная скорость движения, а также допустимая скорость по безопасности движения на спусках.

С режима тяги переходят на выбег при достижении высоких скоростей или перед крутым спуском, на котором скорость будет возрастать без работы ТЭД, т.е. без затрат электрической энергии на движение поезда. Это будет наиболее экономичный режим движения.

На выбеге построение кривой v(S) выполняют с использованием удельных замедляющих сил при выбеге w0x(v), начиная с той скорости, при которой перешли на этот режим движения.

На режим служебного торможения переходят в том случае, когда при движении на выбеге по спуску скорость возрастает до допустимой по безопасности движения. При этом построение кривой v(S) выполняют, используя график fзс(v), начиная со скорости, при которой перешли на режим торможения. Если при движении по затяжному спуску на торможении скорость снизится более 10 - 15 км/ч, можно перейти на выбег, а при увеличении скорости до допустимой снова перейти на торможение. При этом нужно добиваться, чтобы в конце спуска скорость была близка к максимальной, так как и в этом случае в поезде будет запасена кинетическая энергия и при дальнейшем движении можно получить меньший расход энергии на тягу поездов.

Чтобы остановиться на станции, нужно знать место включения тормозов. Эту задачу решают обратным построением, начиная с оси станции, на которой скорость центра массы поезда должна быть равна нулю. При снижении скорости от 10 км/ч до нуля на диаграмме замедляющих сил при торможении берут точку при vср = 5 км/ч и прикладывают к ней и к началу координат линейку. Из середины станционной площадки угольником проводят перпендикулярную линию к линейке, которая показывает изменение скорости в функции пути в режиме торможения. Аналогично строят отрезки кривой v(S) в интервале скоростей 20 - 10, 30 - 20 км/ч и т.д. Точка пересечения этой кривой с кривой v(S), построенной при движении поезда, дает место на пути, где должны включиться тормоза, чтобы поезд остановился в пределах станции.

Станцию Б поезд должен проследовать без остановки, а затем с остановкой (если длина поезда меньше длины станционных путей этой станции). Соответственно должны быть построены две кривые v(S) - одна для безостановочного движения, а вторая с торможением перед остановкой (обратным построением) и разгоном после остановки.

Построение кривых времени в функции пути

Кривые t(S) строят на том же графике, где были построены кривые v(S). При графическом интегрировании уравнения движения поезда должно быть выдержано следующее равенство:

.

Этому равенству удовлетворяют масштабы, приведенные в табл.11.

Для построения кривой t(S) значение средней скорости vср каждого прямолинейного отрезка кривой v(S) сносят на вертикальную линию, проведенную левее начала координат на расстоянии ? (см. табл.11). Если к полученной точке и к началу координат приложить линейку и, используя угольник, провести перпендикулярную к ней линию в пределах пройденного пути при этой средней скорости, то получим отрезок, характеризующий изменение времени в функции пути. Так, при изменении скорости в пределах 0 - 10 км/ч среднюю скорость vср = 5 км/ч сносят на вертикальную линию. К полученной точке и к началу координат прикладывают линейку, а к ней угольник одной стороной прямого угла. Вторая сторона прямого угла покажет изменение времени. Подводя угольник к точке трогания центра массы поезда со ст. А, проводят отрезок, перпендикулярный линейке в пределах отрезка пути, проходимого поездом за время изменения скорости в пределах 0 - 10 км/ч. Затем линейку прикладывают к точке на вертикальной линии, соответствующей средней скорости при v = 10 - 20 км/ч (vср = 15 км/ч), и к началу координат. Из конца первого отрезка кривой t(S) проводят перпендикуляр к линейке в пределах второго отрезка пути, проходимого при v = 10 - 20 км/ч и т.д.

Скорость vср определяют на каждом прямолинейном отрезке кривой v(S) как при возрастании, так и при снижении скорости движения.

В целях экономии места на графике кривую t(S) строят в пределах 0 - 10 мин, затем снижают время вертикально вниз до нуля и снова строят отрезки t(S). Суммарное время хода определяем по количеству вертикальных сбросов линии t(S) (по 10 мин) и времени от последнего сброса до оси станции В.

В соответствии с заданными режимами движения кривые t(S) строят для движения без остановки на ст. Б, а также с остановкой. При движении с остановкой достаточно построить отрезки кривой t(S) при замедлении и разгоне поезда, так как на остальных отрезках пути, где скорости движения при обоих режимах одинаковы, отрезки t(S) будут параллельны.

Полученные времена хода Т при обоих режимах нужно сравнить и использовать для определения технических скоростей движения.

Техническую скорость поезда на заданном участке определяют по следующей формуле:

,

где S - общая протяженность заданного участка пути; Т - суммарное время хода поезда на этом участке.

Результаты сравнения времен хода и технических скоростей сводят в табл.12.

Таблица 12

Сравнение времен хода и технических скоростей

Участок	S, км	Т, мин	vтех, км/ч
		без ост.	с ост.	разница	без ост.	с ост.	разница
АБ	9,4	14	15,5	1,5	40,28	36,38	3,9
БВ	6,25	7,8	9,3	1,5	48,07	40,32	7,75
АВ	15,55	21,8	24,8	3	43,07	37,86	5,21

5. РЕШЕНИЕ ТОРМОЗНОЙ ЗАДАЧИ

Требуется определить максимальную длину тормозного пути при конструкционной скорости электровоза.

Аналитическим методом тормозная задача решается следующим образом. Длина тормозного пути определяется по формуле:

м,

где Sп - путь подготовки тормозов к действию, м; Sд - действительный тормозной путь, м.

м.

В этом случае величина Sд рассчитывается поинтервально (интервал ДV?10 км/ч), а затем результаты расчетов суммируются, и общая длина тормозного пути Sт сопоставляется с допустимой (1000 м, 1200 м и т.д.).

Путь подготовки тормозов к действию определяется по формуле:

м,

где Vн - скорость в начале торможения, км/ч; tп - время подготовки тормозов к действию, которое определяется по одной из формул:

- грузовые составы длиной до 200 осей

- грузовые составы длиной от 200 до 300 осей

- грузовые составы длиной более 300 осей

6. ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ ТОКА

Кривые тока строятся в произвольном масштабе, причем строятся две кривые:

- кривая активного тока электровоза - Idа

для определения расхода электроэнергии за поездку

- кривая тока тягового электродвигателя - Id

для определения температуры нагревания его обмоток.

Значения активного тока электровоза используют в тяговых расчетах для определения расхода электроэнергии.

Активный ток электровоза рассчитывают по формуле:

где Iэ - полный ток, потребляемый электровозом; лэ - коэффициент мощности электровоза.

Полный ток электровоза:

где Iв = 8Iд - выпрямленный ток, равный сумме токов ТЭД, А; kэф = 0,97 - коэффициент эффективности переменного тока.

Коэффициент трансформации находят по формулам:

где Uс=25000 В напряжение на токоприемнике электровоза; б - коэффициент уменьшения выпрямленного номинального напряжения соответственно для 5, 9, 13, 17 и 33 позиций контроллера машиниста принимают б = 0,2 0,3; 0,4; 0,5 и 1; Uвон = 1100 В - напряжение холостого хода преобразовательной установки.

Коэффициент мощности электровоза

где Rэк? - эквивалентное сопротивление цепи выпрямленной установки на ходовой ступени регулирования напряжения, приведенное к одному ТЭД, Ом; Rоб - активное сопротивление трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке сглаживающего реактора, Ом. Значение Rэк? и Rоб приведены в табл.13.

Таблица 13

Величины сопротивлений трансформатора

Коэффициент уменьшения номинального напряжения, б	Эквивалентное сопротивление Rэк?, Ом	Активное сопротивление трансформатора Rоб, Ом
0,2 (5 позиция)	0,08 - 1,00	0,030 - 0,013
0,3 (9 позиция)	0,09 - 0,13	0,020 - 0,018
0,4 (13 позиция)	0,12 - 0,17	0,016 - 0,023
0,5 (17 позиция)	0,15 - 0,21	0,015 - 0,050
1,0 (33 позиция)	0,35 - 0,43	0,030 - 0,100

Результаты расчета величин Idа и л для каждого значения скорости V заносят в табл.14. При этом ток двигателя Iд для приведенных в табл.14 значений V определяется из электромеханической характеристики ТЭД НБ-418К6 (приложение 1): v = 0 км/ч из 5 позиции; v = 10 км/ч из 9 позиции; v = 20 км/ч из 13 позиции; v с 30 км/ч до v точки С из позиции 17 и с v точки С до v = 100 км/ч из 33 позиции ОП1.

По данным табл.14 на миллиметровом листе формата А4 строят токовые характеристики Iд (v) и Idа (v), а затем на приведенном профиле пути по кривым v(S) строим кривые тока двигателя и активного тока электровоза Iд (S) и Idа (S).

Таблица 14

Значения активного тока электровоза

V, км/ч	Iд, А	Iв=8Iд, А	А		А
0 10 20 30 40 48,5 50 60 70 80 90 100	1300 900 800 780 500 325 330 780 590 420 320 250	10400 7200 6400 6240 4000 2600 2640 6240 4720 3360 2560 2000	147,96 102,43 91,05 88,78 56,91 36,99 37,56 88,78 67,15 47,80 36,42 28,45	0,875 0,877 0,860 0,841 0,873 0,878 0,892 0,719 0,770 0,816 0,843 0,862	129,47 89,81 78,27 74,66 49,68 33,01 33,52 63,83 51,73 39,02 30,72 24,54

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ЗА ПОЕЗДКУ

На основании построенной кривой активного тока электровоза и кривой времени определяется расход энергии на тягу поезда по формуле

где Uc - напряжение в контактной сети, В; Ida - среднее значение активного тока в рассматриваемом интервале, А; ?t - продолжительность рассматриваемого интервала, мин.

За интервалы принимают прямолинейные отрезки на кривых v(S). При этом среднее значение активного тока электровоза Ida на рассматриваемом интервале равно полусумме токов Idaн и Idaк в начале и конце этого интервала. Результаты расчетов расхода электроэнергии на тягу поездов для каждого интервала заносим в табл.15.

Таблица 15

Расчет расхода электроэнергии на тягу (без остановки)

№ п/п	Idaн, А	Idaк, А	Ida, А	?t, мин	ДАт, кВтч
0 - 1	129,47	74,66	102,065	2,3	97,81
1 - 2	74,66	33,52	54,09	1,1	24,79
2-3	33,52	49,68	41,6	6,7	116,13
3-4	49,68	33,01	82,69	2,2	75,79
4-5
5-6
6-7

At=314,52 кВтч

Расход электроэнергии за поездку

Ап = Ат + Асн = Ат + бсн Т,

где Асн = бсн Т - расход электроэнергии на собственные нужды; бсн - среднее потребление энергии вспомогательными цепями электровоза за 1 мин (см. задание); Т - время хода поезда с остановкой и без остановки.

Удельный расход электроэнергии

Asn=6,7*21,8=146,06 кВтч

An=146,06+314,52=460,58 кВтч

,,

.

где L - общая длина участка, км.

Таблица 15

Расчет расхода электроэнергии на тягу (с остановкой)

№ п/п	Idaн, А	Idaк, А	Ida, А	?t, мин	ДАт, кВтч
0 - 1	129,47	74,66	102,065	2,3	97,81
1 - 2	74,66	33,52	54,09	1,1	24,79
2-3	33,52	49,68	41,6	6,7	116,13
3-4	49,68	33,01	82,69	2,2	75,79
4-5	129,47	74,66	102,065	1,6	68,04
5-6	74,66	33,52	54,09	1,4	31,55
6-7

At=414,11 кВтч

Расход электроэнергии за поездку

Ап = Ат + Асн = Ат + бсн Т,

где Асн = бсн Т - расход электроэнергии на собственные нужды; бсн - среднее потребление энергии вспомогательными цепями электровоза за 1 мин (см. задание); Т - время хода поезда с остановкой и без остановки.

Удельный расход электроэнергии

Asn=6,7*24,8=166,16 кВтч

An=166,16+414,11=580,27 кВтч

,,

.

где L - общая длина участка, км.

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВАНИЯ ОБМОТОК ТЭД

Мощность тягового электродвигателя электровоза ограничивается температурой нагревания его обмоток. Наиболее уязвимым узлом тягового электродвигателя является его якорь. Предельно допустимая температура нагревания ограничивается согласно ГОСТ классом изоляции (B, F, H). Для двигателя НБ - 418 К6 она равна

- для якорей 145° С

- для полюсов 150° С.

Температура нагревания определяется из выражения

tн = ф + tнв ,

где ф - расчетная температура превышения температуры лимитирующих обмоток над температурой наружного воздуха; tнв - температура наружного воздуха.

Расчетная температура ф определяется по формуле

.

При выключенном токе происходит остывание обмоток:

,

где ф0 - начальная температура перегрева, принимать не ниже 15° С; ф? - установившаяся температура перегрева при Iдср (определяется по графику из [3]); ?t - рассматриваемый промежуток времени; Т - тепловая постоянная времени, мин.

Температура наружного воздуха определяется по данным метеостанции как средняя многолетняя (не менее 5 лет) по замерам в июне, июле и августе в 7, 13, 19 ч.

В курсовом проекте принимать не ниже 25° С.

Примечание. В расчетах для повышения точности результатов принимать .

Все результаты расчетов по нагреванию удобно производить в табличной форме (см. табл.16).

Таблица 16

Расчет температуры нагревания обмоток ТЭД

№ п/п	I'дн А	Iдк А	Iдср А	?t мин	ф?	Т мин			ф0
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
0-1
1-2

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении по проекту необходимо сделать обобщения по проекту и отразить следующие результаты:

Правильность рассчитанной массы состава.

Указать максимальный тормозной путь при конструкционной скорости электровоза.

Указать время хода по графику и техническую скорость для случая движения с остановками и без них.

Указать общий и удельный расход электроэнергии.

Указать предельную температуру нагревания электрических машин.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

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

2. Теория электрической тяги. Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров Н.Н. - М.: Транспорт, 1995. 294 с.

3. Основы тяги поездов. Осипов С.И., Осипов С.С. - М.: УМК МПС, 2000. 592 с.

1. Размещено на www.allbest.ru