Теория электрической тяги

 

Содержание.

стр.

Исходные данные…………………………………………………………………2

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Спрямление и приведение профиля пути…………………………………….4

2. Расчет массы состава…………………………………………………………..7

2.1. Проверка массы состава по условиям трогания поезда с места…………10

2.2. Проверка массы состава по длине станционных путей…………………..12

3. Расчет и построение диаграмм удельных ускоряющих и замедляющих

сил поезда………………………………………………………………………...13

3.1. Расчет удельных ускоряющих сил поезда в режиме тяги………………..14

3.2. Расчет удельных замедляющих сил поезда в режиме торможения……..14

4. Построение кривых движения поезда……………………………………….17

4.1. Построение кривой скорости V(S) при безостановочном движении и с остановкой на промежуточной станции……………………………………….17

4.2. Построение кривой времени при безостановочном движении и с остановкой на промежуточной станции……………………………………….17

4.3. Сравнение времен хода и технических скоростей при движении с остановкой на промежуточной станции и при безостановочном движении...19

5. Построение кривых тока……………………………………………………..19

5.1. Построение кривой тока ТЭД при безостановочном движении...19

5.2. Построение кривых тока для двух вариантов движений поезда..20

6. Расчет расхода электроэнергии для двух вариантов движения поезда…...20

7. Проверка нагревания ТЭД……………………………………………………26

8. Определение допустимой скорости движения……………………………...30

Заключение………………………………………………………………………33

Список литературы……………………………………………………………...34

 

Введение.  

 

В данной курсовой работе мы рассмотрим такие вопросы  как определение массы состава, расчет и построение кривых удельных замедляющих и ускоряющих сил, решение  тормозной задачи, построим кривые тока, скорости и времени, а также  выполним расчет расхода энергии и проверим нагрев тяговых двигателей. Выполняя курсовой проект, мы научимся оценивать влияние основных параметров на характер движения, сможем рассчитать скорость движения в любой точке пути, с учетом безопасности движения поездов, определять расход энергии. На действующих линиях сможем определить наиболее рациональный режим вождения поездов на различных участках и наиболее экономичные условия эксплуатации локомотивов.

Наука о тяге поездов изучает комплекс вопросов, связанных с теорией механического движения поезда, рационального использования локомотивов и экономичного расходования электрической энергии.

Основы теории электрической тяги позволяют решать широкий круг практических вопросов эффективной эксплуатации железных дорог, рассчитать основные параметры вновь проектируемых линий, участков, переводимых на новые виды тяги, намечать основные требования к вновь разрабатываемым локомотивам. С их помощью определяют силы, действующие на поезд, оценивают их влияние на характер движения.

На основании  перечисленных данных составляют график движения поездов, определяют пропускную и провозную способность дороги рассчитывают эксплуатационные показатели локомотивного хозяйства.

На действующих  линиях теория позволяет найти рациональные режимы вождения поездов на различных участках и наиболее экономичные условия эксплуатации локомотивов. При разработке проектов электрофикации дорог определяют токи, по которым рассчитывают систему энергоснабжения.

 

1. Спрямление и приведение профиля пути.

 

При выполнении расчетов, связанных с движением поезда, число элементов профиля пути уменьшаем за счет спрямления элементов, при котором несколько элементов с различными уклонами заменяем одним уклоном – спрямленным участком, имеющим длину , равную сумме их длин. Такая замена позволяет упростить расчеты и до некоторой степени сгладить изменение сил дополнительного сопротивления движению при переходе с одного элемента профиль пути на другой. Спрямленный уклон равен отношению сумм произведений каждого уклона на его длину к длине спрямленного участка:

                   

                                                                                                     (1.1)                

Чтобы в расчетах не допустить больших погрешностей при определении скорости движения, спрямлять можно только близкие по значению и знаку элементы профиля пути. С этой целью после спрямления элементов проводят проверку допустимости их спрямления по эмпирической формуле:

 

                                                  ,                                                      (1.2)

 

где – длина элемента профиля пути, м;

 – абсолютная разность между уклонами спрямляемого участка и проверяемого элемента, ‰.

Такой проверке подвергаются все элементы, входящие в спрямляемый  участок.

Спрямляем 4,5 элементы:

 

                           ;

      Проверка:

;

Спрямляем 13,14 элементы:

      Проверка:

 

 

Проверка показала, что эти элементы можно спрямить.

 

Кривые участки пути спрямляем  в плане, заменяя их фиктивным подъемом , на котором создается дополнительное сопротивление от кривых. Этот подъем определяется по формуле:

 

                                                                                                 (1.3)

Спрямим 2 элемент.

 

Окончательный или приведенный  подъем определим по формулам:

на подъеме-

                                                  ,                                                   (1.4)

на спуске-

                                                                                                   (1.5)

 

Аналогично спрямляем последующие уклоны. Расчетный подъем и площадки спрямлять нельзя. Результаты всех спрямлений сносим в таблицу 1.1.

 

Таблица.1.1. Спрямление и приведение профиля пути

, ‰

,‰

,‰

,‰

1

ст.А-1000

0

    

1000

    

0

1

2

850

+1,6

    

850

    

+1,6

2

3

2000

+9,2

750

900

2000

  

0,4

+9,6

3

4

950

-3,7

520

550

950

  

0,7

-3

4

5

2450

+13,7

980

1150

2450

  

0,2

+13,9

5

6

1550

+2,2

    

1550

    

+2,2

6

7

900

-2,5

      

-2,8

  

-2,8

7

8

1500

-3,8

    

9

750

-1,5

    

10

Ст.Б-900

0

    

900

    

0

8

11

2000

-5,4

400

300

2000

  

0,2

-5,4

9

12

1600

-1,3

    

1600

    

-1,3

10

13

2500

+3,7

    

2500

    

+3,7

11

14

1800

-16,9

1000

550

1800

0,2

  

-16,1

12

15

1400

-8,1

750

660

1400

0,4

  

-7,7

13

16

950

+2,9

800

200

950

0,2

  

+3,1

14

17

950

+7,8

    

950

    

+7,8

15

18

1800

+1,5

    

1800

    

+1,5

16

19

1000

-2,4

    

1000

    

-2,4

17

20

Ст.В-1100

0

    

1100

    

0

18


 

2. Расчет массы состава.

За расчетный  подъем принимаем 11элемент профиля, т.к. он один из самых крутых +13.9 и протяженностью 2450 метров.

Расчетную силу тяги и расчетную скорость для электровоза ВЛ80Т берем из таблицы. 9.1 (/1/,стр.302). На 25-й позиции , .

Массу состава  определяем по формуле:

                                                                         (2.1)

 

где – масса локомотива;

 ‰ – расчетный подъем;

- ускорение свободного падения, (9,81 м/с2 ).

Основное удельное сопротивление движению локомотива:

при движении под током  –

 

                                    ;                                   (2.2)

 

Основное удельное сопротивление движению состава:

 

                    ,             (2.4)

 

где ; - основное удельные сопротивления каждого типа вагонов, входящих в состав;

- процентные соотношения масс вагонов различных типов.

Для груженных шестиосных вагонов на роликовых подшипниках  и четырехосных вагонов на подшипниках  скольжения с массой, приходящейся на одну ось > 6 т, в составе поезда основное удельное  сопротивление определяется по формуле:

 

                                                 (2.5)

 

Для   груженных   четырехосных   вагонов   на   роликовых   подшипниках

( > 6 т) в составе поезда:

 

                                                  (2.6)

 

 

 

Основное удельное сопротивление движению поезда находим по формуле:

при движении под  током –

 

                                                                                 (2.7)

 

при движении без  тока (выбег) –

                                                                                 (2.8)

 

Таким образом:

;

;

;

;

;

;

        

 

                                 ;

 

 

2.1. Проверка массы состава по условиям трогания поезда с места.

Проверяем полученную массу  состава по условиям трогания на остановочных пунктах при i=0, а также на наиболее тяжелом подъеме – 5 элемент. Для этого рассчитываем массу состава при трогании. Силу тяги электровоза ВЛ80Т при трогании берем из таблицы 9.1(/1/, стр.302): =677,8 кН.

Массу состава при трогании находим по формуле:

 

                                                                             (2.9)

 

 Удельное  основное сопротивление и дополнительное  сопротивление состава при трогании определяем для четырехосных и шестиосных вагонов на роликовых подшипниках по формуле:

 

                                                                                                 (2.10)

 

Для четырехосных с подшипниками скольжения:

 

                                                                                                 (2.11)

 

Удельное основное сопротивление и дополнительное сопротивление при трогании состава рассчитываем по формуле:

                                                   (3.12)

 

Отсюда получаем:

                                          ;

 

                                          ;          

 

                                         ;

 

                               ;

Масса состава  по условиям трогания на станции:

 

                              ;

 

                              

 

Масса состава  по условиям трогания на подъеме:

 

                           

 

                                                

Проверка сходится.

2.2.Проверка массы состава по длине станционных путей.

 

Длина поезда определяется по формуле:

 

                                                  ,                                               (2.13)

 

где - длина состава, м;

- длина локомотива (табл. 9.1), м;

- число локомотивов.

 

                                                     ,                                                (2.14)

 

где - длина вагонов по осям автосцепки, м;

- число однотипных вагонов  в сформированном составе, которое определяется по формуле:

 

                                                      ,                                             (2.15)

 

где - средняя масса однотипных вагонов, т.

Отсюда число однотипных вагонов соответственно:

 

                                                  ;

 

                                                   ;

 

                                                  ;

Примем

Шестиосные -17(м).

Четырёхосные крытые-15(м).

Четырёхосные цистерны-12(м)

                                          ;

 

                                                 

 

В расчетах учитываем неточности установки поезда, которое принимаем равным 10 м. В этом случае

 

                                                          ,                                         (2.16)

 

                                                       ;

 

Отсюда видим, что поезд сможет устанавливаться в пределах станции. Проверка сходится.

3.Расчет и построение диаграммы удельных ускоряющих и замедляющих сил поезда.

 

3.1. Расчет удельных ускоряющих сил поезда в режиме тяги.

Удельные силы тяги при различных скоростях  определяем по формуле:

 

                                                                                                            (3.1)

 

Силу тяги берем из тяговых характеристик электровоза ВЛ80Т.

Удельные замедляющие  силы в режиме тяги определяем по формуле:

 

                                                                                                    (3.2)

 

3.2. Построение диаграммы удельных замедляющих сил при механическом торможении.

Коэффициент трения чугунных колодок находим по формуле:

 

                                                                                       (3.3)

 

Удельную тормозную  силу находим по формуле:

 

                                                 ,                                         (3.4)

 

где - заданный расчетный тормозной коэффициент.

Удельные замедляющие  силы при служебном торможении находим  по формуле:

 

                                                                                           (3.5)

 

Результаты всех расчетов заносим в таблицы 3.1 и 3.2 по ним строим            диаграммы удельных ускоряющих и замедляющих сил в масштабе (2),                       взятом из табл. 8.10 (/1/ стр. 283).

Таблица 3.1. Расчет удельных ускоряющих сил

Режим

v,км\ч

w'0

w''06p

w''04p

w''04c

w''0

w0

ψk

Fk

fk

fy

Разгон

0

1,90

1,18

0,89

1,25

0,93

0,98

0,360

678,0

20,38

19,39

 

10

2,01

1,26

0,97

1,34

1,01

1,06

0,310

584,0

17,55

16,49

 

20

2,16

1,36

1,09

1,46

1,12

1,18

0,292

549,0

16,50

15,32

 

30

2,37

1,50

1,23

1,61

1,26

1,33

0,279

526,0

15,81

14,48

 

37,2

2,54

1,61

1,36

1,75

1,39

1,45

0,272

513,0

15,42

13,96

 

40

2,62

1,66

1,41

1,80

1,44

1,51

0,270

508,0

15,27

13,76

 

49,5

2,91

1,85

1,61

2,02

1,64

1,71

0,262

493,0

14,82

13,10

НВ

51,5

2,98

1,89

1,65

2,06

1,69

1,76

0,260

460,0

13,82

12,06

 

60

3,28

2,09

1,86

2,29

1,89

1,97

0,254

351,0

10,55

8,58

 

70

3,69

2,34

2,14

2,58

2,17

2,25

0,247

200,0

6,01

3,76

 

80

4,14

2,63

2,44

2,91

2,47

2,57

0,240

146,0

4,39

1,82

 

90

4,65

2,94

2,78

3,27

2,81

2,92

0,233

115,0

3,46

0,54

 

100

5,20

3,29

3,15

3,67

3,18

3,30

0,226

87,0

2,61

-0,68

 

110

5,81

3,67

3,55

4,10

3,59

3,71

0,220

64,0

1,92

-1,79

ОВ1

51,5

2,98

1,89

1,65

2,06

1,69

1,76

0,260

536,0

16,11

14,35

 

54,5

3,08

1,96

1,72

2,14

1,76

1,83

0,258

466,0

14,00

12,17

 

60

3,28

2,09

1,86

2,29

1,89

1,97

0,254

377,0

11,33

9,36

 

70

3,69

2,34

2,14

2,58

2,17

2,25

0,247

258,0

7,75

5,50

 

80

4,14

2,63

2,44

2,91

2,47

2,57

0,240

190,0

5,71

3,14

 

90

4,65

2,94

2,78

3,27

2,81

2,92

0,233

142,0

4,27

1,35

 

100

5,20

3,29

3,15

3,67

3,18

3,30

0,226

110,0

3,31

0,01

 

110

5,81

3,67

3,55

4,10

3,59

3,71

0,220

90,0

2,70

-1,01

ОВ2

54,5

3,08

1,96

1,72

2,14

1,76

1,83

0,258

524,0

15,75

13,92

 

58

3,21

2,04

1,81

2,23

1,84

1,92

0,255

460,0

13,82

11,90

 

60

3,28

2,09

1,86

2,29

1,89

1,97

0,254

430,0

12,92

10,95

 

70

3,69

2,34

2,14

2,58

2,17

2,25

0,247

350,0

10,52

8,26

 

80

4,14

2,63

2,44

2,91

2,47

2,57

0,240

224,0

6,73

4,16

 

90

4,65

2,94

2,78

3,27

2,81

2,92

0,233

168,0

5,05

2,13

 

100

5,20

3,29

3,15

3,67

3,18

3,30

0,226

136,0

4,09

0,79

 

110

5,81

3,67

3,55

4,10

3,59

3,71

0,220

110,0

3,31

-0,41


   Таблица 3.2.  Расчет удельных замедляющих сил.

Режим

v,км\ч

wx Н/кН

w''0 Н/кН

w0x Н/кН

φkp

bт Н/кН

fзс Н/кН

Разгон

0

2,40

0,89

1,10

0,270

97,20

49,70

 

10

2,53

0,95

1,04

0,198

71,28

36,68

 

20

2,72

1,05

1,14

0,162

58,32

30,30

 

30

2,99

1,17

1,27

0,140

50,54

26,54

 

37,2

3,32

1,31

1,43

0,130

46,63

24,74

 

40

3,45

1,37

1,49

0,126

45,36

24,17

 

49,5

3,70

1,48

1,61

0,116

41,82

22,51

НВ

51,5

3,79

1,52

1,65

0,114

41,19

22,24

 

60

4,20

1,69

1,83

0,108

38,88

21,27

 

70

4,75

1,92

2,08

0,102

36,72

20,44

 

80

5,36

2,17

2,35

0,097

34,99

19,85

 

90

6,05

2,45

2,66

0,093

33,58

19,45

 

100

6,80

2,76

2,99

0,090

32,40

19,19

 

110

7,63

3,10

3,35

0,087

31,40

19,06

ОВ1

51,5

3,79

1,52

1,65

0,114

41,19

22,24

 

54,5

3,93

1,58

1,71

0,112

40,32

21,87

 

60

4,20

1,69

1,83

0,108

38,88

21,27

 

70

4,75

1,92

2,08

0,102

36,72

20,44

 

80

5,36

2,17

2,35

0,097

34,99

19,85

 

90

6,05

2,45

2,66

0,093

33,58

19,45

 

100

6,80

2,76

2,99

0,090

32,40

19,19

 

110

7,63

3,10

3,35

0,087

31,40

19,06

ОВ2

54,5

3,93

1,58

1,71

0,112

40,32

21,87

 

58

4,10

1,65

1,79

0,109

39,38

21,48

 

60

4,20

1,69

1,83

0,108

38,88

21,27

 

70

4,75

1,92

2,08

0,102

36,72

20,44

 

80

5,36

2,17

2,35

0,097

34,99

19,85

 

90

6,05

2,45

2,66

0,093

33,58

19,45

 

100

6,80

2,76

2,99

0,090

32,40

19,19

 

110

7,63

3,10

3,35

0,087

31,40

19,06


 

Диаграммы удельных ускоряющих сил поезда в режиме тяги, удельных

замедляющих сил  при выбеге и механическом торможении приведены на рис.1.

 

 

 

 

 

 

4. Построение кривых движения поезда.

 

4.1. Построение кривой скорости V(S) при безостановочном движении и с остановкой на промежуточной станции.

 

Построение кривой скорости и времени выполняем по диаграмме удельных ускоряющих и замедляющих сил в выбранном масштабе. Построение кривой начинаем, используя режим тяги, задаваясь  интервалами скоростей, определяем в каждом из них среднюю скорость и, используя линейку и угольник, строим отрезки линий в каждом интервале скоростей с учетом профиля пути.

На кривой отмечаем изменение режима работы локомотива соответствующими буквами, так при выходе на нормальную характеристику нормального возбуждения ставим буквы НВ, переходы на ослабленное возбуждение – буквы ОП1, ОП2, при отключении тока В, включении механических тормозов Т.

Режим ведения поезда меняем с учетом движения с наибольшей скоростью  и наиболее рациональным расходом электрической  энергии.                         

 

4.2. Построение кривой времени t(S) при безостановочном движении и при движении с остановкой на промежуточной станции.

 

Из таблицы 8.10[1] берем величину =30 мм  при выбранном масштабе пути и строим отрезок кривой времени в пределах заданного отрезка пути, снося средние значения скорости на вертикаль, проведенную на расстоянии влево от начала координат. Для построения первого отрезка кривой времени в функции пути берем среднее значение скорости, переносим эту скорость на вертикальную линию. К полученному лучу прикладываем линейку, а к ней – угольник с таким расчетом, чтобы провести перпендикуляр в пределах . Построение последующих отрезков кривой времени производим аналогичным образом. Кривые , приведены на рис.1.

 

4.3. Сравнение времен хода и технических скоростей при движении с остановкой на промежуточной станции и при безостановочном движении.

Если рассмотреть  рис.1., а в частности кривые скорости и времени, то можно сделать вывод, что при безостановочном движении время хода меньше и техническая скорость больше, чем при движении с остановкой на промежуточной станции.

 

5. Построение кривых тока и расчет расхода электрической энергии.

 

5.1. Построение кривой тока ТЭД при безостановочном движении.

 

На основании  кривой скорости движения в функции  пути и токовых характеристик  строим кривую тока, потребляемого  электровозом, в функции пути.

Для точек изломов  кривой на границах приращений скорости ΔV по токовой характеристике /2/ находим токи  которые откладываем в выбранном масштабе в соответствующих точках пути, соединив полученные точки прямыми линиями, получаем кривую тока.

Так при V = 0 км/ч  ток  = 1120 А. Это значение откладываем в произвольном масштабе при V = 0. При V = 10 км/ч ток = 1100 А. Его откладываем в точке 11 при скорости V = 10 км/ч. Кривые тока представлены на рис.1.

 

5.2. Построение кривых тока Ida(S) для двух вариантов движений поезда.

 

На основании  кривой скорости движения в функции  пути и токовых характеристик  строим кривую тока, потребляемого  электровозом, в функции пути.

Для точек изломов  кривой на границах приращений скорости ΔV по токовой характеристике /2/ находим токи , которые откладываем в выбранном масштабе в соответствующих точках пути, соединив полученные точки прямыми линиями, получаем кривую тока.

Порядок построения кривой аналогичен построению кривой .

Кривые тока для двух движений поезда представлены на рис.1.

 

 

 

 

 

 

6. Расчет расхода электрической энергии для двух вариантов движения поезда.

 

Исходя из кривой тока определяем расход электрической энергии. Средний ток при изменении его от одной точки до соседней определяем как среднее арифметическое между начальным  и конечным значениями. Из кривой берем время, в течение которого электровоз потребляет ток . Снимаем с графиков основные данные и заносим их в таблицы 6.1. и 6.2.

 

Таблица 6.1. Для безостановочного движения поезда

Участок

0.1 - 1.1

43

90

66,5

0,8

53,2

1.1 - 2.1

90

140

115

0,4

46

2.1 - 3.1

140

190

165

0,4

66

3.1 - 4.1

190

240

215

0,4

86

4.1 - 5.1

240

290

265

0,4

106

5.1 - 5.11

290

330

310

0

0

5.11 - 6.1

330

300

315

0,2

63

6.1 - 6.11

302

360

331

0

0

6.11 - 7.1

360

330

345

0,1

34,5

7.1 - 8.1

330

310

320

0,2

64

8.1 - 9.1

310

290

300

0,3

90

9.1 -10.1

290

248

269

0,4

107,6

10.1 - 11.1

248

290

269

1,8

484,2

11.1 - 12.1

296

248

272

0,2

54,4

12.1 -13.1

248

227

237,5

0,3

71,25

13.1 - 14.1

227

215

221

0,2

44,2

14.1 - 15.1

215

240

227,5

0,4

91

15.1 -16.1

240

248

244

0,2

48,8

16.1 -17.1

248

290

269

0,5

134,5

17.1 - 18.1

296

310

303

0,6

181,8

18.1 -19.1

310

340

325

0,7

227,5

19.1 - 20.1

340

310

325

0,3

97,5

20.1 -21.1

310

290

300

0,4

120

21.1 - 22.1

290

248

269

0,4

107,6

22.1 - 23.1

248

240

244

0,5

122

23.1-24.1

240

227

233,5

0,1

23,35

24.1 - 25.1

227

210

218,5

0,3

65,55

25.1 - 26.1

210

190

200

0,3

60

26.1 - 27.1

190

180

185

0,5

92,5

27.1 -28.1

180

170

175

0,5

87,5

28.1 -29.1

170

158

164

0,5

82

32.1-33.1

158

156

157

0,9

141,3

33.1 - 34.1

156

148

152

0,1

15,2

34.1 -35.1

148

158

153

0,6

91,8

44.1-45.1

190

240

215

0,2

43

47.1-48.1

190

240

215

0,2

43

50.1-51.1

190

240

215

0,2

43

53.1-54.1

190

240

215

0,2

43

54.1-55.1

240

220

230

0,1

23

55.1-56.1

220

240

230

0,1

23

56.1-57.1

240

290

265

0,3

79,5

57.1-57.11

250

330

290

0

0

57.11-58.1

330

300

315

0,2

63

58.1-58.11

300

360

330

0

0

58.11-59.1

360

310

335

0,1

33,5

59.1-60.1

310

290

300

0,2

60

60.1-61.1

290

240

265

0,2

53

61.1-62.1

240

227

233,5

0,2

46,7

62.1-63.1

227

215

221

0,1

22,1

63.1- 64.1

215

210

212,5

0,8

170

64.1- 65.1

210

215

212,5

0,6

127,5

65.1-66.1

215

210

212,5

0,7

148,75

66.1-67.1

210

200

205

0,6

123

67.1-68.1

200

190

195

0,2

39

68.1-69.1

200

185

192,5

0,3

57,75

     

всего

19,4

4402,05