Тяговый расчет и определение расхода электрической энергии на тягу поезда

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект

"Тяговый расчет и определение расхода электрической энергии на тягу поезда"

Выполнил студент

Минкевич С.А.

Группа УПЛ-402

Проверил:

Чернышева Ю.В.



Введение

Тяговые расчеты являются прикладной частью теории тяги поездов и позволяют решать многочисленные задачи, возникающие при проектировании и эксплуатации железных дорог. К числу важнейших задач относятся:

определение массы грузовых составов при заданном типе локомотива в соответствии с профилем, скоростью движения и временем хода по участкам и отдельным перегонам;

определение необходимых параметров локомотива для обеспечения заданной пропускной и провозной способности участка;

составление графика движения поездов- основного документа работы железнодорожного транспорта;

выбор наиболее рационального размещения станции, остановочных и раздельных пунктов при проектировании железных дорог;

определение параметров системы энергоснабжения при электрификации железной дороги: размещение тяговых подстанций и определение их мощности, расчет тяговой сети и др.

На железнодорожном транспорте России методы производства тяговых расчетов и необходимые для их выполнения нормативы регламентируются Правилами тяговых расчетов (ПТР) для поездной работы.

В настоящее время тяговые расчеты выполняются преимущественно на ЭВМ по имеющимся программам в банках ВЦ и на кафедрах. Однако для математической формулировки задач необходимо понимать физическую сущность явлений, сопровождающих процесс движения поезда, и знать основные приемы и способы тяговых расчетов.



1. Силы, действующие на поезд

На поезд могут действовать следующие силы: сила тяги локомотива F, силы сопротивления движению W, тормозная сила B.

1.1 Силы тяги электровоза

Сила тяги электровоза возникает при преобразовании электрической энергии, потребляемой из сети, в механическую энергию движения поезда. Величина силы тяги зависит от серии электровоза (от количества тяговых двигателей, их характеристик и нагрузки на ось локомотива). Сила тяги задается в виде тяговой характеристики Fк(V) (см. приложение 1). Если скорость, на каком-либо участке пути превышает допустимую, то машинист должен отключить режим тяги и перейти на выбег или торможение.

1.2 Силы сопротивления движению

Силы сопротивления движению действуют на поезд во всех режимах движения: тяги, выбега и торможения. Полное сопротивление движению равно сумме составляющих:

W=W0+WД, кгс (1.1)

где:W0 - основное сопротивление движению, кгс;

WД - дополнительное сопротивление движению, кгс.

Так как сопротивление движению зависит от многих факторов, его вычисляют по усреднённым опытным данным и выражают эмпирическими формулами.

При производстве тяговых расчётов удобно пользоваться удельными значениями сил, отнесёнными к весу поезда. Удельное сопротивление движению при этом

(кгс/тс), (1.2)

где: Q - вес поезда, тс, численно равный его массе, т.

При использовании международной системы единиц СИ силу сопротивления движению измеряют в Н, а вес поезда в кН.

При этом 1 кГс/тс=1Н/кН.

1.2.1 Основное сопротивление движению

Основное сопротивление движению включает в себя:

сопротивление прямого горизонтального пути (трение качения колёс, трение скольжения реборд по боковым граням головок рельсов, удары на стыках и неровностях пути);

сопротивление подвижного состава (трение в буксовых подшипниках, тяговом электроприводе, сцепных устройствах и т.п.);

сопротивление воздушной среды при отсутствии ветра.

Основное сопротивление движению зависит от типа подвижного состава, скорости движения и степени загрузки вагонов, а для электровозов ещё и от режима движения (тяга, выбег).

Основное удельное сопротивление движению локомотива, кгс/с, определяется в общем случае по формуле:

(1.3)

Где V- скорость движения, км/ч;

a,b,c- эмпирические коэффициенты.

При движении электровоза под током - , эмпирические коэффициенты следующие a=1.9, b=0.01, c=0.0003

При движении электровоза на выбеге-, a=2.4, b=0.011, c=0.00035

Основное удельное сопротивление движению груженых грузовых вагонов, кгс/с, находят по формуле:

(1.4)

где V- скорость движения, км/ч;

a,b,c- эмпирические коэффициенты, зависящие от типа подвижного состава, в нашем случае a=8, b=0.1, c=0.0025

- осевая нагрузка, т/ось, определяемая по формуле:

т/ось,(1.5)

гдеmт - тара вагона (см. исходные данные), mт=22 т

mгр - грузоподъёмность вагона (см. исходные данные), mгр=68т

- коэффициент загрузки вагона (см. исходные данные); =0,5

n - количество осей вагона (см. исходные данные). n= 4шт

т/ось

По формулам (1.3) и (1.4) рассчитаны удельные значения основного сопротивления движению электровоза в режиме тягии в режиме выбега, полученные значения сведены в табл.1.1

По данным табл. 1.1 построены зависимости ,,, рис. 1.



Таблица 1.1 Основные удельные сопротивления движению электровоза

V, км/ч	, кгс/тс	, кгс/тс	, кгс/тс
0	1,90	2,40	1,20
10	2,03	2,55	1,28
20	2,22	2,76	1,39
30	2,47	3,05	1,53
40	2,78	3,4	1,70
46,7	3,02	3,68	1,83
50	3,15	3,83	1,90
60	3,58	4,32	2,14
70	4,07	4,89	2,40
80	4,62	5,52	2,70
90	5,23	6,23	3,03
100	5,90	7,00	3,39

1.2.2 Дополнительное сопротивление движению

Дополнительное сопротивление движению возникает при трогании поезда с места; при следовании на уклонах (подъёмах и спусках); в кривых участках пути (на закруглениях); при сильных ветрах, движении в тоннелях и при низких температурах наружного воздуха.

Для учёта влияния дополнительного сопротивления движения от кривых предварительно производят спрямление профиля, заменяя сопротивление движению от кривых сопротивлением фиктивных подъёмов, на преодоление которых затрачивается такая же работа, как и преодоление заменяемых ими кривых. Величину подъёмов, как реальных, так и фиктивных, выражают в промилле (тысячных), обозначаемых 0/00.

Дополнительное удельное сопротивление движению от кривых вычисляют по формуле

(кгс/т) (1.6)



где:Sкр - длина кривой, м;

ln- длина поезда, м; в предварительных расчётах принять ln=1000 м.

Дополнительное удельное сопротивление движению от уклона в 1 0/00 численно равно 1 кгс/тс; поэтому в тяговых расчётах основное и дополнительное сопротивление движению алгебраически складывают, учитывая, что при движении на подъём дополнительное сопротивление движению имеет положительную, а на спуске - отрицательную величину, т.е. в последнем случае оно способствует увеличению скорости поезда. По результатам расчётов скорректировать профиль пути на тех элементах профиля, где имеются кривые.

Если на спуске дополнительное сопротивление движению по абсолютной величине больше основного, поезд даже в режиме выбега будет двигаться с ускорением. Если при этом скорость превысит допустимую (Vmax см. задание), то появляется необходимость регулировочного торможения и спуск называют вредным.

Расчеты по замене кривой фиктивным подъемом, эквивалентным по сопротивлению движения, называется приведенным профиля пути.



2. Масса состава поезда

2.1 Расчет массы состава из условия равномерного движения поезда на расчетном подъеме

Равномерное движение с установившейся скоростью имеет место, если сумма всех сил, действующих на поезд равна нулю. На расчётном подъёме установившаяся скорость движения равна расчётной скорости для данного типа локомотива, а расчетная сила тяги локомотива Fкр. равна полному сопротивлению движению поезда.

(2.1)

Так как

(2.2)

где: iр - дополнительное сопротивление движению от расчётного подъёма.

Откуда

, т (2.3)

Здесь: Fкр - Расчётная сила тяги электровоза, (см. исходные данные) кгс, Fкр=69000

mэ - Масса электровоза, (см. исходные данные) т, mэ=276

- основное удельное сопротивление движению электровоза (кгс/тc) при расчётной скорости Vp, определяемое по рис.1, =3,02

- основное удельное сопротивление движению вагонов (кгс/тc) при расчётной скорости Vp, определяемое по рис. 1, =1,83

- расчётный подъём, (0/00);

- дополнительное сопротивление от кривой на расчётном подъёме, =0

Величина расчётного подъёма ip выбирается из исходных данных, как самый крутой и достаточно протяженный из элементов заданного профиля пути.

Если длина самого крутого подъёма меньше 2 км, и этому подъёму

предшествуют участки профиля, которые позволяют подойти к началу

подъёма с большой скоростью, то возможно провести по этому подъёму поезд, масса которого будет больше чем по формуле (2.3). Такие подъёмы называются скоростными.

2.2 Расчет потребной длины станционных приемоотправочных путей

Длина поезда при однотипных вагонах определяется как

, м (2.4)

где: - длина электровоза (см исходные данные), =49,5м;

- длина вагона (см исходные данные),=15 м;

N- количество вагонов в поезде.

Количество вагонов в поезде определяется из выражения

(2.5)

где: - масса состава, т;

- масса одного вагона с учётом его загрузки, т;

Масса вагона складывается из

, т (2.6)

где: mт - тара вагона (см исходные данные), mт=22т;

mгр - грузоподъёмность вагона (см исходные данные), mгр=68т;

- коэффициент загрузки вагона (см. исходные данные),=0,5.

Результат расчёта N округлить до целого числа. Длина приемоотправочных путей должна быть больше длины поезда не менее чем на 10 метров. Стандартная длина приемоотправочных путей установлена 1250, 1050 и 850 м.

Для дальнейших расчетов принимаем стандартную полезную длину приемоотправочных путей 1250м.

lmax > ln +10,м (2.7)

1250 > 1206+10=1216 м

Поезд массой m=5662т с локомотивом ВЛ11 разместится на приемоотправочном пути длиной lПО=1250м.



3. Силы торможения в поезде

В процессе торможения кинетическая энергия движущегося поезда превращается в тепловую энергию, возникающую при трении тормозных колодок о поверхность колес. В зависимости от условий применения и интенсивности различают следующие виды торможения:

- экстренное, для остановки поезда перед внезапно возникшим препятствием;

- служебное остановочное, для остановки поезда в заранее предусмотренном месте;

- регулировочное, для поддержания постоянной скорости движения на крутом затяжном спуске.

Обеспеченность поезда тормозами характеризуется тормозным коэффициентом, который равен отношению суммарного расчетного нажатия тормозных колодок в тонно-силах к массе поезда в тоннах.

Величину тормозного пути при экстренном торможении в зависимости от тормозного коэффициента, скорости начала торможения и крутизны спуска определяют по номограммам, приведенным в [1] и [2].

При формировании поезда надо обеспечить, чтобы значение тормозного коэффициента было не ниже единого наименьшего значения, приведенного в табл. 3.1.

Таблица 3.1 Единые наименьшие тормозные коэффициенты

Категория поезда	Максимальная скорость движения км/ч	Тормозной путь экстренного торможения на площадке, м.	Тормозной коэффициент
			Экстренное торможение	Служебное торможение
Грузовой	90	1000	0,33	0,165
Пассажирский	160	1200	0,8	0,48



С учетом данных на рис. 2 построены кривые изменения скорости VТ и времени торможения tT от длины тормозного пути SТ для служебного торможения на прямом и горизонтальном участке пути.

Служебное остановочное торможение применяется на станциях, где допускаются уклоны не более 2,5 ‰. Такие уклоны могут изменить время служебного торможения не более чем на 10%, а общее время хода по участку изменится менее чем на 1%. Поэтому при построении кривых движения поезда при служебном торможении на станциях, зависимости, приведённые на рис. 2, можно использовать во всех случаях.

Рис. 2 График изменения скорости и времени от длины тормозного пути



4. Диаграммы удельных сил, действующих на поезд

4.1 Расчет удельных сил основного сопротивления

Здесь w0 - удельное основное сопротивление движению поезда в режиме тяги,

wx - удельное основное сопротивление движению поезда в режиме выбега (холостого хода).

Значение скорости Vпер определить по тяговой характеристике Fk(V), как абсциссу точки перегиба утолщённой линии этой характеристики.

Расчет необходим для того, чтобы определить ускорение поезда в различных условиях.

Все расчеты сведены в табл. 4.1

4.2 Расчет диаграммы удельной ускоряющих сил

Разность силы тяги электровоза и основного сопротивления движению поезда называется ускоряющей силой. Поделив её на массу поезда получим удельную ускоряющую силуна горизонтальном участке пути. При движении на подъёме i>0 удельная ускоряющая сила уменьшается на величину уклона в тысячных, а при движении на спуске i<0 соответственно увеличивается

Значения силы тяги определяют так же, как и пункте 4.1

Все расчеты сведены в табл. 4.2



Таблица 4.1 Расчеты значения основного сопротивления движению

V	км/ч	0	10	20	30	40	46,7	50	58	60	70	80
	кгс/тс	1,9	2,0	2,2	2,4	2,7	3,02	3,15	3,49	3,58	4,07	4,62
	кгс	524	560	613	682	767	834	869	963	988	1123	1275
	кгс/тс	2,4	2,5	2,7	3,0	3,4	3,68	3,83	4,22	4,32	4,89	5,52
	кгс	662	704	762	842	938	1016	1057	1165	1192	1350	1524
	кгс/тс	1,2	1,2	1,3	1,5	1,7	1,83	1,90	2,09	2,14	2,40	2,70
	кгс	679	727	787	866	962	1036	1075	11102	1211	1358	1528
	кгс/тс	1,2	1,3	1,4	1,5	1,7	1,89	1,96	2,17	2,21	2,48	2,79
	кгс/тс	1,2	1,3	1,4	1,6	1,7	1,91	1,99	2,22	2,24	2,52	2,83

По данным табл. 4.1 построена диаграмма (рис. 3)

Таблица 4.2 Расчетные значения ускоряющих усилий

V	км/ч	0	10	20	30	40	46,7	50	58	60	70	80
	кгс/т	1,23	1,31	1,42	1,57	1,75	1,89	1,96	1,91	2,21	2,48	2,79
	кгс/т	15,8	13,3	12,6	12,3	11,6	11,5	11.5	11,3	10,1	6,9	5,05
	кгс/т	14,6	12	11,1	10,7	9,9	9,61	9,54	9,39	7,89	4,42	2,26

По данным табл. 4.2 построена диаграмма (рис.3)



5. Управление движения поезда

Уравнение движения поезда, имеет вид:

. (5.1)

Здесь - коэффициент, зависящий от единиц измерения.

Заменив бесконечно малые конечными приращениями, получим:

(5.2)

- удельная ускоряющая сила при V=Vcp на каждом шаге расчета.

Если сила, действующая на поезд, измеряется в кгс, масса поезда - в тоннах, скорость в километрах в час, а время движения в минутах, то

.

Здесь 1,06 - коэффициент инерции вращающихся частей.

В уравнении (5.3) в качестве независимой переменной обычно принимают скорость .

Тогда

. (5.3)

Пройденный путь за время вычисляют, используя соотношение

. (5.4)

При измерении скорости в километрах в час, времени хода поезда - в минутах, а пройденного пути - в метрах, коэффициент К=1000/60=16,7 и

(5.5)



6. Расчет и построение кривых движения

Все расчеты кривых движения сведены в табл. 6.1

Таблица 6.1

Длина	Уклон i	Vуст	№ шага	Режим	V1	?V	V2	Vср	f0 или wx	f0-i; wx-i	?t
1300	1	90	1	т	0,00	10,00	10,00	5,00	14.6	14,6	0,343
		90	2	т	10,00	10,00	20,00	15,00	12	12	0,417
		90	3	т	20,00	10,00	30,00	25,00	11.1	11,1	0,455
		90	4	т	30,00	10,00	40,00	35,00	10.7	10,7	0,467
		90	5	т	40,00	6,70	46,70	43,35	9.9	9,9	0,338
		90	6	т	46,70	3,30	50,00	48,35	9.61	9,61	0,172
		90	7	т	50,00	8,00	58,00	54,00	9.54	9,54	0,420
1600	0	90	8	т	58,00	18,00	76,00	67,00	6,39	6,39	1,408
		90	9	т	76,00	-9,00	67,00	71,50	4,42	4,42	1,018
3000	9	46.7	10	т	67,00	9,00	76,00	71,50	4,42	13.42	0,335
1500	-4	58	11	в	76,00	-8.00	68,00	72,00	3,14	-1.14	1,561
		58	12	в	68,00	-11,45	56,55	62,28	4,14	0,14	0,703
1300	-7	90	13	в	56,55	4,85	61,40	58,98	-2,4	-9,4	0,269
1900	0	90	14	в	61,40	4,60	66,00	63,70	-2,50	-2,50	0,851
		90	15	в	66,00	4,60	70,60	68,30	-2,70	-2,70	0.852
2400	-11	90	16	в	70,60	1,80	72,40	71,50	4,40	-6,60	0,136
1600	3	76	17	т	72,40	7,60	80,00	74,40	-2,80	0,20	2,655
		76	18	т	80,00	10,00	90,00	85,00	-3,16	-0,16	1,812
		0	19	рт	90,00	0,00	90,00	90,00	-	-	0,811
1600	2	83	20	т	90,00	0,00	90,00	90,00	0,74	2,74	0,557
1000	-3	90	21	в	90,00	-23,00	67,00	78,50	-3,00	-6,00	1.916
1200	1	0	22	от	67,00	-7,00	60,00	63,50	-	-
		0	23	от	60,00	-10,00	50,00	55,00	-	-
		0	24	от	50,00	-10,00	40,00	45,00	-	-
		0	25	от	40,00	-10,00	30,00	35,00	-	-
		0	26	от	30,00	-10,00	20,00	25,00	-	-
		0	27	от	20,00	-10,00	10,00	15,00	-	-
		0	28	от	10,00	-10,00	0,00	5,00	-	-



7. Затраты электрической энергии на движение поезда

Расход электроэнергии на движение поезда на пути зависит от: протяженности участка, профиля пути, участковой скорости движения, погодных условий и мастерства машиниста.

Для работников, осуществляющих организацию движения поездов, важно иметь в виду, что умелое руководство движением поездов (минимум остановок на станциях и в пути, сокращение участков с ограничением скорости и т.п.) существенно снижает расход энергии на тягу и эксплуатационные расходы железной дороги.

Затраты электроэнергии учитываются двумя показателями. Общий расход энергии определяет плату за электроэнергию, полученную от энергоснабжающей организации.

Удельный расход энергии используется для нормирования потребления энергии на тягу каждым отдельным поездом и оценки эффективности фактических режимов ведения поездов.

7.1 Построение зависимости потребления тока электровозом от пройденного пути

Эту зависимость строят, используя построенные ранее кривые V(S) и токовые характеристики электровоза.

Расчёт выполняют, считая, что в определённом интервале изменения скорости движения поезда ?V ток электровоза не меняется и равен среднему значению тока электровоза IЭср в этом интервале изменения скорости ?V. Результаты расчёта помещают в табл. 7.1



Таблица 7.1 Расчетные значения токов электровоза

Элемент профиля	Ток электровоза, I	?t	Iср*?t, А*мин
№ эл.	Длина	Уклон i	Vуст	Iн, А	Iк, А	Iср, А
Б	1300	1	90	2050	1800	1925	0,343	660
			90	1800	1150	1475	0,417	615
			90	1150	3310	2230	0,455	1015
			90	3310	3250	3280	0,467	1532
			90	3250	3200	3225	0,338	1091
			90	3200	3400	3300	0,172	568
			90	3400	3850	3625	0,420	1523
1	1600	0	90	3000	2800	2900	0,387	1122
			90	2800	2400	2600	0,498	1295
2	3000	9	46.7	2400	2350	2375	0,151	359
3	1500	-4	58	2350	2800	2575	0,561	1445
			58	2800	3550	3175	0,703	2232
4	1300	-7	90	Выбег	0,527	0
5	1900	0	90	Выбег	0,920	0
			90		0,852	0
6	2400	-11	90	2600	2500	2550	0,058	148
7	1600	3	76	Выбег	0,655	0
			76		0,812	0
			0	РТ	1,010	0
8	1600	2	83	2075	2070	2072,5	0,557	1154
9	1000	-3	90	Выбег	0,341	0
А	1200	0	0	Остановочное торможение		0
			0			0
			0			0
			0			0
			0			0
			0			0
			0			0
								14759



7.2 Расход электрической энергии на движение поезда

грузовой локомотив электрический тяговый

Удельный расход энергии

(7.2)

где- масса состава, т;

S- длина перегона, км.



Список литературы

1. Правила тяговых расчётов для поездной работы. М.; Транспорт, 1985, 287с.

2. Тяговые расчёты. Справочник / Под ред. П.Т.Гребенюка. М.; Транспорт, 1987, 272 с.

3. Электрические железные дороги. / Под ред. А.В.Плакса и В.Н.Пупынина. М.; Транспорт, 1983, 280 с.

4. Осипов С.И., Осипов С.С. Основы тяги поездов. М.: УМК МПС России, 2000. - 592 стр.

Размещено на Allbest.ru