Тяговые расчеты при электровозной и тепловозной тяге

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА

Строительный факультет

Кафедра «Изыскания и проектирование дорог»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по тяговым расчетам

Выполнила: Принял:

студентка группы СП-21 преподаватель

Филева А.Л. Довгелюк

Гомель 2013 г.



Содержание

1. Определение основного удельного средневзвешенного сопротивления состава

2. Построение расчетной кривой силы тяги локомотива

3. Определение массы состава и длины поезда

4. Построение диаграммы удельных равнодействующих сил

5. Определение скоростей, допускаемых по тормозам, при движении на спусках

6. Построение кривой скорости и времени хода поезда по перегону

7. Построение кривой силы тяги локомотива, подсчет механической работы силы тяги и сил сопротивления

8. Определение расхода дизельного топлива

9. Исследование влияния атмосферных условий на массу состава при тепловозной тяге

Литература



1. Вывод формулы основного средневзвешенного удельного сопротивления вагонного состава

Основное удельное средневзвешенное сопротивление состава определяется по формуле

, (1)

где и - основное удельное сопротивление движению восьми и четырехосных вагонов соответственно;

и - удельные веса восьми- и четырехосных вагонов соответственно.

Основное удельное сопротивление движению четырехосных вагонов

. (2)

Основное удельное сопротивление движению восьмиосных вагонов

, (3)

где V - скорость движения поезда, км/ч;

- осевые нагрузки восьми- и четырехосных вагонов, т/ось.

Осевая нагрузка определяется

, (4)

где - общая масса вагона, т;

n- количество осей вагонов.

Масса вагона брутто определяется по формуле

, (5)

где - масса тары вагона, т;

- грузоподъемность вагона, т;

б- коэффициент полногрузности вагона.

Соотношение вагонов по массе определяется по формулам

; (6)

, (7)

где и - соотношения вагонов в составе восьми- и четырехосных по количеству.

В соответствии с приведенными данными производим расчет:

= 21,3+1•61,3 = 82,6т; = 61,0+1•124,0 = 185т;

;;

;;

в₄ + в₈ = 0,3+0,7 = 1;

;

;

Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме тяги холостого хода определяется по формулам

; (8)

. (9)

2. Построение расчетной кривой силы тяги локомотива

В соответствии со схемой преобразования энергии сила тяги тепловоза ограничивается мощностью двигателя внутреннего сгорания (дизеля), передаточным механизмом и сцеплением движущих колес с рельсами.

Полные тяговые характеристики тепловоза 4ТЭ116 приведены в ПТР. Каждая характеристика содержит серию кривых F_k=f(v), обозначенных цифрами 1,2,3 и т.д. Эти цифры соответствуют определенной позиции поездного контроллера машиниста. При изменении позиции изменяется и количество топлива, которое поступает в цилиндры дизеля за один рабочий ход, а следовательно, и сила тяги. Помимо кривых F_k=f(v), выражающих ограничение силы тяги по дизелю и электрической передаче, полные тяговые характеристики тепловоза содержат еще кривую ограничения силы тяги по сцеплению. Также на тяговой характеристике тепловоза 4ТЭ116 показана кривая ограничения силы тяги по пусковому току.

Расчетная кривая силы тяги локомотива (4ТЭ116) представлена на рисунке 2 в соответствии с рекомендациями ПТР. Значение силы тяги при различных скоростях движения с интервалом 10 км/ч, а также для скоростей, при которых резко изменяется очертание кривой F_k=f(v), представлены в таблице 1.

Таблица 1. Значения силы тяги F_К

V, км/ч	0	10	20	24,2	30	40	50	60	70	80	90
FК, кН	1626	1360	1216	1012	833,4	640	513,6	440	366,8	322	286,8

Для локомотива 4ТЭ116:

расчетная скорость: v_р=24,2 км/ч;

3. Определение массы состава

Масса состава определяется из условия равномерного движения поезда на руководящем подъеме по формуле

,т (10)

где - сила тяги локомотива при расчетной скорости, Н;

P- масса локомотива, т;

- основное удельное сопротивление локомотива при движении под тягой, Н/т;

- средневзвешенное основное удельное сопротивление состава, Н/т;

- расчетный подъем, ‰.

В соответствии с заданием масса состава определяется при трех значениях руководящего уклона: 5 ‰,7 ‰, 9 ‰. Расчетная масса локомотива 4ТЭ116 принимается равной 548т.

т - при i_p = 5 ‰;

т - при i_p = 7 ‰;

т - при i_p = 9 ‰.

Длина поезда определяется по формуле

, (11)

где - длина локомотива, м;

- количество однотипных вагонов в составе;

- длина вагонов по осям автосцепки, м.

Так как в составе разнотипные вагоны, то число вагонов каждого типа определяется по формуле

. (12)

Длина поезда определяется при трех значениях руководящего уклона. В данном случае в составе находится восьми- и четырехосные вагоны. При i_p1 = 5 ‰, Q₁ =16100 т число восьми- и четырехосных вагонов равно

ед;

ед.

Для соблюдения условия принимаем = 61 вагона, = 59 вагонов.

Определим полезную массу груза в составе (нетто, т):

т;

Так как 0.65 ? з ? 0.75, то принятое число вагонов принимается для дальнейших расчетов.

При i_p2 = 7 ‰, Q₂ = 12000 т число восьми- и четырехосных вагонов равно

ед;

ед.

Для соблюдения условия принимаем = 45 вагонов, = 44 вагонов.

Определим полезную массу груза в составе (нетто, т):

т;

Так как 0.65 ? з ? 0.75, то принятое число вагонов принимается для дальнейших расчетов.

При i_p3 = 9 ‰, Q₃ = 9500 т число восьми- и четырехосных вагонов равно

ед;

ед.

Для соблюдения условия принимаем = 36 вагона, =35 вагона.

Определим полезную массу груза в составе (нетто, т):

т;

Так как 0.65 ? з ? 0.75, то принятое число вагонов принимается для дальнейших расчетов.

По полученному числу вагонов определяем длину поезда при трех значениях руководящего уклона.

Принимая для нашего случая = 72 м,= 15 м, =20 м, получим

На рисунке 3 представлена зависимость массы состава и длины поезда от руководящего уклона.

4. Построение диаграммы удельных равнодействующих сил

Диаграмма удельных равнодействующих сил, представленная на рисунке 4, построенном по таблице 3.

В таблице приняты следующие условные обозначения:

F_k - сила тяги локомотива, Н;

щ'₀ - основное удельное сопротивление локомотива в режиме тяги, Н/т;

W'₀, - полное основное сопротивление локомотива в режиме тяги, Н;

щ''₀ - основное удельное средневзвешенное сопротивление состава, Н/т;

W''₀ - основное полное сопротивление состава, Н;

W₀ - основное полное сопротивление поезда определяется:

W₀ = W'₀ + W''₀, Н; (13)

F_k-W₀ - полная равнодействующая сила, Н;

f_k-w₀ - удельная равнодействующая сила при движении на площадке под тягой определяется:

f_k-w₀ = (F_k - W₀) / (P+Q), Н/т, (14)

где Q - масса состава при руководящем уклоне, т;

щ_X - основное удельное сопротивление локомотива при движении без тяги, Н/т;

W_X - основное полное сопротивление локомотива при движении без тяги, Н;

W_OX - основное полное сопротивление поезда при движении без тяги определяется:

W_OX = W_X + W''₀, Н;(15)

щ_0X - удельная равнодействующая сила при движении по площадке без тяги определяется

щ_0X = , Н/т (16)

в_Т - удельная тормозная сила поезда определяется:

в_Т = 1000ц_кн_p, Н/т (17)

где ц_к - расчетный коэффициент трения колодки о бандаж определяется:

, (18)

н_p - расчетный тормозной коэффициент состава, который определяется по формуле

, Н/т (19)

где ?К_р(в) - сумма расчетных нажатий всех тормозных колодок вагонов определяется

?К_р(в) = К_р(4)n_т(4) + К_р(8)n_т(8), Н (20)

гдеn_т(4) - число тормозных четырехосных вагонов, которое определяется по формуле

локомотив поезд тепловозный тяга

n_т(4) = n₄б_т(4), (21)

n_т(8) - число тормозных восьмиосных вагонов, которое определяется по формуле

n_т(8) = n₈б_т(8), (22)

гдеб_т(4) - удельный вес тормозных четырехосных вагонов;

б_т(4) - удельный вес тормозных восьмиосных вагонов;

n₄, n₈ - число четырех- и восьмиосных вагонов при руководящем уклоне соответственно;

щ_ox+в_т - удельная равнодействующая сила при экстерном торможении, Н/т;

щ_ox+0,5в_т - удельная равнодействующая сила при служебном торможении, Н/т;

5. Определение скоростей, допускаемых по тормозам, при движении на спусках

Наибольшая допускаемая скорость при движении на спуске определяется из условия, что машинист должен остановить поезд, увидев сигнал остановки, в пределах длины установленного тормозного пути. Расчетный тормозной путь S_т устанавливается МПС.

Полный тормозной путь состоит из пути подготовки к торможению S_п и действительного пути торможения S_д:

S_т = S_п + S_д. (23)

Путь подготовки к торможению, т.е. путь, проходимый поездом от начала торможения до начала снижения скорости,

S_п = 0,278V_нt_п, (24)

гдеV_н - скорость движения поезда в момент начала торможения (начальная скорость торможения), км/ч;

t_п - расчетное время подготовки к торможению, с.

Для грузовых составов длиной 200 и менее осей при автоматических тормозах определяется

t_п = 7 - 10i_c/в_т; (25)

для грузовых составов длиной более 200 осей при автоматических тормозах без усилителей экстренного торможения

t_п = 10 - 15i_c/в_т, (26)

гдеi_c - спрямленный уклон, ‰, на котором происходит торможение (величина i_c для подъемов принимается со знаком плюс, для спусков со знаком минус);

в_т - значение удельной тормозной силы поезда, соответствующее начальной скорости торможения, Н/т.

Подсчеты по определению величины S_п и S_д выполнены в табличной форме (таблица 2).

Таблица 2. Подсчеты для построения кривых S_п и S_д

Vн, км/ч	0,278Vн, м/с	вт = 1000цкрVр, Н/т	i = -7‰	i = -3,5 ‰	i = 0‰
			tп = 7-100ic/ вт,с	Sп = 0,278 Vнtп,м	Sд = 1000- Sп,м	tп = 7-100ic/ вт,с	Sп = 0,278 Vнtп,м	Sд = 1000- Sп,м	tп = 7-100ic/ вт,с	Sп = 0,278 Vнtп,м	Sд = 1000- Sп, м
0	0	837	6,2	0	1200	6,6	0	1200	7	0	1200
60	16,7	335	4,9	81,8	1118,2	6	100,2	1099,8	7	116,9	1083,1
80	22,2	301	4,8	106,6	1093,4	5,8	128,8	1071,2	7	155,4	1044,6
100	27,8	279	4,5	125,1	1074,9	5,7	158,5	1041,5	7	194,6	1005,4

6. Построение кривой скорости и времени хода поезда по перегону

Кривая скорости в направлении от ст. А к разъезду 1 и от разъезда 1 к ст. Б построены методом МПС, с помощью линейки и угольника, при этом необходимо учитывать характер изменения продольного профиля.

В направлении от ст.Б до ст. А кривая V = f (S) построена методом подвижной диаграммы. В основе метода лежит использование, вычерченной на кальке, диаграммы равнодействующих сил f_k - w_o = f(V). На диаграмме в произвольном месте строится угол так, чтобы tg(µ/2) = 1/12, а биссектриса угла была параллельна оси f_k - w_o. Диаграмму на кальке накладывают на подготовленный чертеж - сетку для графических построений.

Перед построением кривой скорости определены приведенные уклоны по направлениям. Приведенные уклоны определяются по формуле

, (27)

гдеi - действительный уклон, ‰;

i_р- эквивалентный уклон, ‰.

Эквивалентный уклон определяется по формуле

, (28)

где - сумма углов поворота, град;

S - длина элемента, м.

Определим приведенные уклоны по направлениям для элемента № 3(i = 8,4 ‰; S = 1000 м; = 49 ⁰)

‰;

‰;

‰.

Аналогично вычисляем приведенные уклоны по направлениям. Кривая времени хода t = f (S) направлении от ст. А до ст. Б кривая V=f (S) построена способом Лебедева, который требует наличия заранее построенной кривой скорости.

В обратном направлении кривая времени построена при помощи треугольника Дегтярева. Треугольник характерен тем, что путь, равный его снованию, будет пройден за одну минуту, если средняя скорость на данном отрезке пути равна высоте треугольника.

Указанные кривые представлены на рисунке 6.

7. Построение кривой силы тяги локомотива, подсчет механической работы силы тяги и сил сопротивления

Механическая работа локомотива представляет собой работу силы тяги локомотива на всех участках пути, где локомотив движется под тягой или с частичным использованием тяги.

Для определения механической работы силы тяги сроится зависимость силы тяги в функции пути и определяется площадь, заключенная между этой кривой и осью пути. Эта площадь будет представлять механическую работу силы тяги локомотива. F_k = f (S) построена на рисунке 6.

Построение кривой F_k = f (S) сводится к определению по тяговой характеристике силы тяги, соответствующей скорости в данной точке, и нанесению по ординате этого значения F_k в выбранном масштабе.

Площадь, ограниченная кривой F_k = f (S) и осью абсцисс (на рисунке 6 заштрихована), определяется либо при помощи прозрачной миллиметровки, либо другим методом.

Если масштаб пути 1км - 20мм, а масштаб силы тяги 163 кН - 1, то цена деления 1 см² .

кН·км

Тогда механическая работа на данном участке пути и в данном направлении определяется по формуле

, (29)

где ? - площадь, ограниченных кривой F_k = f(S) и осью абсцисс, см².

В нашем случае ? = 113 см²; r= 81,5 кН·км. Следовательно,

кН·км.

Механическая работа сил сопротивлений R_c слагается из работы сил естественного сопротивления R_w и работы тормозных сил R_в, т.е.

(30)

Работа сил сопротивлений R_c определяется на участках, ограниченных раздельными пунктами, по формуле

, (31)

где - разность отметок конечного и начального пунктов, м.

кН·км.

8. Определение расхода топлива тепловозом

Расход топлива определяется на основе построенных кривых скорости и времени хода. Весь участок разбивается на ряд элементов, в пределах которых скорость принимается постоянной и расход топлива также постоянным, соответствующим этой средней скорости.

Тогда расход топлива по участку, кг,

, (32)

где q_t,q_x -удельный расход топлива при тяге и на холостом ходу

соответственно, кг, q_t=11,2кг/мин, q_x=0,4 кг/мин;

t_t,t_x - время хода на тяге и на холостом ходу соответственно, мин.

9. Исследование влияния атмосферных условий на массу состава при тепловозной тяге

Уменьшение мощности дизеля тепловоза должно быть учтено при определении массы состава для районов, где атмосферные условия отличаются от стандартных.

Значения расчетной силы тяги тепловозов относятся к стандартным атмосферным условиям: t_нв =20⁰С; Н_бар =760 мм рт.ст.

Расчетная сила тяги тепловозов при атмосферных условиях, отличающихся от стандартных,

F^нс_кр=F_кр(I-k_t-k_р) (34)

Где F_кр - расчетная сила тяги тепловозов при стандартных атмосферных условиях;

k_t - коэффициент, учитывающий снижение мощности дизеля от изменения температуры;

k_р - коэффициент, учитывающий снижение мощности дизеля от изменения атмосферного давления.

Масса состава при тепловозной тяге в атмосферных условиях, отличающихся от стандартных,

Q=[ F^нс_кр-(w₀'+i_р)P] / (w₀^”+i_р) (35)

Данное исследование выполняется применительно к тем типам вагонов и к той конструкции пути, которые указаны в задании на выполнение курсовой работы.

Вариантные расчеты Q рекомендуется выполнить при следующих значениях температуры наружного воздуха: 20; 25; 30; 35 и 40и стандартном атмосферном давлении 760 мм рт.ст.

Так как масса состава (мощность дизеля тепловоза) зависит не только от температуры наружного воздуха, но и от атмосферного давления, то с целью выявления влияния температуры наружного воздуха на массу состава при различных значениях атмосферного давления расчеты следует произвести при нескольких значениях атмосферного давления: 760; 740; 720; 700 и 680 мм рт.ст.

Как результат исследования построим кривыеQ=f(t_нв)при принятых в расчетах значениях атмосферного давления, и, кроме того, дадим оценку абсолютного и относительного изменении массы составас изменением температуры наружного воздуха t_нв . При этом следует также оценить влияние атмосферного давление H_бар на массу состава Q .

Вывод: С повышением температуры наружного воздуха t_нв масса состава Q уменьшается, а с повышением атмосферного давления H_бар масса состава Q увеличивается.



Литература

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

2. Турбин И.В. и др. Изыскания и проектирование железных дорог. - М: Транспорт, 1989. - 475 с.

3. Акимов В.И., Вербило В.А., Довгелюк Н.В. Тяговые расчеты при электровозной и тепловозной тяге. - Гомель: БелИИЖТ, 1990. - 66 с.

4. Довгелюк Н.В., Гуров Р.Г. Выполнение инженерных расчетов на ЭВМ IBM при проектировании железных дорог.- Гомель: БелГУТ,1996 - 66 с.

5. Акимов В.И., Довгелюк Н.В. Учебные исследования при выполнении курсовой работы. - Гомель: БелИИЖТ, 1991. - 19 с.

Размещено на Allbest.ru