Теория локомотивной тяги. 2
БАМиЖТ – филиал ДВГУПС в г. Тынде
КУРСОВАЯ РАБОТА
Тема: «Теория локомотивной тяги»
Оглавление.
Введение.
- Построение профиля пути.
- Выбор расчетного подъема и определение массы состава.
- Расчет и построение диаграмм, удельных сил действующих на поезд.
- Определение наибольших допустимых скоростей движения поездов по условиям торможения.
- Приближенное определение времени и средних скоростей движения поезда на участке способом установившихся скоростей.
- Определение скорости и времени хода поезда графическим методом.
Заключение.
Введение.
Железнодорожный путь является одним из важнейших технических
средств железнодорожного транспорта. Он представляет собой комплекс
инженерных сооружений для пропуска по нему поездов установленной
массы с высокой скоростью. Для эксплуатации железнодорожного пути
создана разветвленная сеть предприятий и органов управления, объединенных общим названием – путевое хозяйство. Основные функции путевого хозяйства – эффективное использование всех технических средств железнодорожного пути и постоянное обеспечение непрерывности и безопасности движения поездов.
При эксплуатации, а также
при определении путей
1.Построение и спрямление профиля пути.
1.1. Общие положения.
Вертикальный разрез земной поверхности по трассе железнодорожной линии называется продольным профилем железнодорожного пути (профиль пути).
Вид железнодорожной линии сверху или, как принято говорить, проекция трассы на горизонтальную плоскость называется планом железнодорожной линии (план пути).
Элементами профиля пути являются уклоны (подъёмы и спуски) и площадки (горизонтальный элемент, уклон которого равен нулю). Граница смежных элементов называется переломом профиля. Расстояние между смежными переломами профиля пути образует элемент профиля.
На профиле пути отмечают крутизну и протяженность элемента, высоты (отметки) переломных точек над уровнем моря, оси раздельных пунктов, границы станций километровые отметки.
На плане пути наносят радиусы (углы) и длины кривых и прямых участков пути и их месторасположение.
1.2. Построение профиля и плана пути.
Отметки переломных точек рассчитываются по формуле
где hkj – конечная для j-го элемента пути отметка профиля, м;hнj- начальная для j-го элемента пути отметка профиля, м; ij- уклон (подъем или спуск), ‰. Знак (+) ставится для подъема, знак (-) - для спуска; Sj – длина элемента профиля пути, м.
|
№ |
Профиль пути |
План пути | |||
|
Sj ,м |
Ij, ‰ |
R,м |
Sкр, м |
αº,град. | |
1 |
1050 |
0 |
Станция А | ||
2 |
400 |
-2,0 |
|||
3 |
450 |
-2,7 |
|||
4 |
400 |
0 |
|||
5 |
3800 |
9,2 |
1000 |
700 |
|
6 |
1100 |
0 |
900 |
45º | |
7 |
4000 |
-9,9 |
450 |
700 |
|
8 |
500 |
0 |
|||
9 |
900 |
3,0 |
|||
10 |
1050 |
0 |
Станция Б | ||
11 |
350 |
-2,5 |
800 |
300 |
|
12 |
500 |
-3,0 |
1000 |
400 |
|
13 |
300 |
-2,0 |
|||
14 |
1300 |
11,5 |
|||
15 |
950 |
0 |
|||
16 |
1250 |
11,9 |
|||
17 |
500 |
6,0 |
|||
18 |
1350 |
5,7 |
|||
19 |
550 |
1,7 |
|||
20 |
1050 |
0 |
Станция В | ||
∑Sj |
21750 |
||||
Таблица 1.1. План и
профиль пути
Для расчета отметок профиля пути используются данные из таблицы 1.1.
Таблица 1.2. Расчет отметок профиля пути
|
№ элемента |
Sj,м |
ij,‰ |
hkj = hнj ± (ij/1000)Sj,м |
1 |
1050 |
0 |
hk1 =0 |
2 |
400 |
-2,0 |
hk2 =100 - (2/1000) 400 = 99.2 |
3 |
450 |
-2,7 |
hk3 =99.2 - (2.7/1000) 450 =97.98 |
4 |
400 |
0 |
hk4 =97.98 |
5 |
3800 |
9,2 |
hk5 =97.98 + (9.2/1000) 3800 =132.94 |
6 |
1100 |
0 |
hk6 = 132.94 |
7 |
4000 |
-9,9 |
hk7 = 132.94 - (9.9/1000) 4000 = 93.34 |
8 |
500 |
0 |
hk8 = 93.34 |
9 |
900 |
3,0 |
hk9 = 93.34 + (3/1000) 900 = 96.04 |
10 |
1050 |
0 |
hk10 = 96.04 |
11 |
350 |
-2,5 |
hk11 = 96.04 - (2.5/1000) 350 = 95.16 |
12 |
500 |
-3,0 |
hk12 = 95.16 - (3/1000) 500 = 93.66 |
13 |
300 |
-2,0 |
hk13 = 93.66 - (2/1000) 300 = 93.06 |
14 |
1300 |
11,5 |
hk14 =93.06 + (11.5/1000) 1300 = 108.01 |
15 |
950 |
0 |
hk15 = 108.01 |
16 |
1250 |
11,9 |
hk16 = 108.01 + (11.9/1000) 1250 = 122.89 |
17 |
500 |
6,0 |
hk17 = 122.89 + (6/1000) = 125.89 |
18 |
1350 |
5,7 |
hk18 = 125.89 + (5.7/1000) 1350 = 133.59 |
19 |
550 |
1,7 |
hk19 = 133.59 + (1.7/1000) 550 = 134.53 |
20 |
1050 |
0 |
hk20= 134.53 |
2. Выбор расчетного подъема и определение массы состава
2.1. Общие положения
Определение массы состава производится для решения одной из следующих задач:
- расчет наибольшей (критической) массы состава, соответствующей данному локомотиву, плану и профилю пути (на расчетном подъеме);
- определение массы состава, соответствующей наибольшей проводной способности дороги, измеряемой количеством перевезенных грузов на год;
- определение массы состава, соответствующей наименьшей стоимости перевозок.
2.2.Выбор расчетного подъема
Расчетный подъем – это наиболее трудный для движения на выбранном направлении элемент профиля пути, на котором достигается расчетная скорость, соответствующая расчетной силе тяги локомотива.
Если наиболее крутой подъем участка достаточно длинный, то он принимается за расчетный.
Если же наиболее крутой подъем имеет небольшую протяженность и ему предшествуют спуски и площадки, на которых поезд может развить высокую скорость, то такой подъем не может быть принят за расчетный, так как поезд преодолеет его за счет накопленной кинетической энергии.
В этом случае за расчетный подъем следует принять подъем меньшой крутизны, но большой протяженности.
За расчетный подъем берем наиболее продолжительный с наибольшей крутизной элемент профиля пути не менее 2000 м. В нашем случае 4000 м с уклоном 9,9 ‰.
Крутизна участка в плане при наличии кривых в пределах этого элемента определяется по формуле:
где , – длина и радиус кривой, м; – длина элемента профиля пути.
Окончательный уклон участка определяется по формуле:
Расчетный подъем складывается из двух составляющих из основного9,9 и фиктивного 0,27 и равно 10,17.
2.3. Определение массы состава
при движении поезда по
Масса состава в тоннах на расчетном подъеме определяется по формуле:
где – расчетная сила тяги, Н; - основное удельное сопротивление локомотивов в режиме тяги, Н/кН; - основное удельное сопротивление вагонов, Н/кН; и – расчетные массы соответственно локомотива и состава, т; – расчетный подъем, ‰; – ускорение свободного падения, 9,81 м/с2 .
Таблица 2.1. Основные расчетные характеристики локомотива
Серия локомотива |
Vp , км/ч |
Fkp , H |
тл , т |
Fkmp , H |
lл , м |
Vконстр., км/ч |
3ТЭ10М(У) |
23,4 |
744500 |
414 |
978500 |
51 |
100 |
Основное удельное сопротивление локомотива в режиме тяги на звеньевом пути определяется по формуле:
Основное удельное сопротивление движению вагонов на роликовых подшипниках при массе, проходящей на одну ось тво≥ 6 т, определяется по формуле:
Основное удельное сопротивление состава определяется по формуле:
Находим массу состава по формуле (2.3):
- реальный вес который 3хсекционный тепловоз может вести по этому участку.
0,7 – это коэффициент по износу локомотивного парка.
Полученную массу состава для дальнейших расчетов округляем в меньшую сторону до значения кратного 50 или 100. В нашем случае масса состава будет равна 4850 т.
2.4. Проверка массы состава на трогание с места на расчетном подъеме
Рассчитанная в подразд.2.3. масса грузового состава должна быть верена на трогание с места на расчетном подъеме по формуле:
Fkmp – сила тяги локомотива при трогании с места,H; wmp – удельное сопротивление состава при трогании с места, Н/кН.
Масса четырехосного вагона 22т, масса восьмиосного вагона 22т, средняя масса тво=21т.
Определить, сможет ли тепловоз 3ТЭ10М(У) взять с места состав массой 4850 т на подъеме 10,17 ‰.
Определяем средневзвешенное
сопротивление состава при
Определяем массу состава при трогании с места по формуле (2.7):
Полученная масса превышает массу состава, рассчитанную по формуле (2.3), следовательно, тепловоз 3ТЭ10М(У) сможет взять с места состав массой 4850 т на расчетном подъеме.
2.5. Проверка массы
поезда по длине
Длина поезда ln не должна превышать полезную длину приемоотправочных путей lnon станций на участках обращения данного поезда. Для путей приема-отправления грузовых поездов установлены следующие стандартные длины - 850, 1050, 1250 м.
Длина поезда в метрах определяется из выражения:
- длина состава, м; - число локомотивов в поезде; - длина локомотива, м; 10 – запас длины на неточность установки поезда, м.
Длина состава определяется по формуле:
к- число различных групп в составе; - число однотипных вагонов в i-й группе; - длина вагона в i-й группе, м.
Число вагонов в i-й группе определяется из выражения
- доля массы состава ,приходящаяся на i-ю группу вагонов,45 °; - средняя масса вагона i-й группы, т.
Для графика движения поездов длину поездов (состава) и вместимость путей определяют в условных вагонах ny, длина которого принимается равной 14 м, по формуле
Длина приемоотправочных путей грузовой станции равна 1050 м. По формуле (2.11) определяем число вагонов в составе:
- четырехосных
- восьмиосных
Длина тепловоза 3ТЭ10М(У) равна 51м. По формуле (2.9) определяем длину поезда:
м
Длина поезда получилась меньше длины приемоотправочных путей, поэтому для дальнейших расчетов принимаем массу состава 4850 т.
3. Расчет и построение
диаграмм удельных сил,
Для графического решения уравнения движения поезда надо иметь представление удельных сил r(v), действующих на поезд.
Графическое представление r(v) называют диаграммами удельных равнодействующих сил. Диаграммы удельных равнодействующих сил рассчитывают и строят для площадки (i=0) отдельно для каждого режима движения поезда: режима тяги; режима холостого хода и режима торможения.
Удельные ускоряющие силы в режиме тяги рассчитываются по формуле:
Удельные замедляющие силы в режиме холостого хода определяются по формуле:
- основное удельное сопротивление движению электровозов и тепловозов на холостом ходу находится по формуле:
Удельные замедляющие силы в режиме торможения определяются по формуле:
= 1 для экстренного, = 0,8 для полного служебного и = 0,5 для служебного торможений; - удельная тормозная сила поезда от действия тормозных колодок, Н/кН.
Удельная тормозная сила поезда рассчитывается по формуле:
– коэффициент трения колодок о колесо; - расчетный тормозной коэффициент поезда. Расчетный коэффициент трения при композиционных колодках определяется:
Определим расчетный тормозной коэффициент по формуле:
n- число осей в составе; - доля тормозных осей в составе, 1; - расчетная сила нажатия тормозных колодок на ось, кН.
Определяем число осей n в составе:
n = 44 * 4 + 6 * 8 = 224 оси
Рассчитываем удельные ускоряющие и замедляющие силы по формулам (3.1) – (3.7):
3ТЭ10М(У);
H/kH
H/kH
H/kH
H/kH
H/kH
H/kH
H/kH
H/kH
H/kH
H/kH
H/kH
H/kH
H/kH
Таблица 3.1.Расчет удельных равнодействующих сил.
|
№ |
Тяговая характеристика |
Тяга |
Выбег |
bТ, H/kH |
Торможение | ||
v, км/ч |
Fk, H |
Fk –w0, H/kH |
w0x, H/kH |
экстренное |
служебное | ||
(α = 1) |
(α = 0.5) | ||||||
1 |
0.0 |
1196500 |
22.03 |
-1.15 |
92,60 |
-93.57 |
-47.28 |
2 |
10.0 |
1000500 |
18.24 |
-1.16 |
67.91 |
-68394 |
-34.99 |
3 |
19.0α |
899500 |
16.28 |
-1.17 |
56.51 |
-57.62 |
-29.36 |
4 |
20.0 |
850500 |
15.33 |
-1.18 |
55.56 |
-56.68 |
-28.9 |
5 |
23.4p |
744500 |
13.28 |
-1.18 |
52.66 |
-53.81 |
-27.19 |
6 |
27.5 |
656500 |
11.57 |
-1.19 |
49.71 |
-50.92 |
-26.05 |
7 |
38.0 |
491500 |
8.38 |
-1.22 |
44.07 |
-45.41 |
-23.38 |
8 |
50.0 |
368000 |
5.99 |
-1.26 |
39.69 |
-41.23 |
-21.38 |
9 |
62.5 |
294500 |
4.56 |
-1.31 |
36.48 |
-38.27 |
-20.03 |
10 |
70.0 |
265000 |
3.99 |
-1.34 |
34.98 |
-36.94 |
-19.45 |
11 |
80.0 |
229500 |
3.30 |
-1.39 |
33.34 |
-35.54 |
-18.88 |
12 |
90.0 |
206000 |
2.85 |
-1.45 |
31.99 |
-34.47 |
-18.47 |
13 |
100.0 |
179500 |
2.34 |
-1.50 |
30.87 |
-33.65 |
-18.21 |
4.Определение наибольших допустимых скоростей движения поездов по условиям торможения.
При движении поезда по длинному спуску его скорость не должна превышать величину v∂m, при которой, применяя экстренное торможение, поезд может быть остановлен на расстоянии ST (тормозной путь). Такая скорость называется допускаемой по условиям торможения. Нормативная длина тормозного пути ST устанавливается для каждой железной дороги (или ее участка) и составляет для спусков крутизной до – 6 ‰ включительно – 1000 м, от 6 ‰ до 12 ‰ включительно – 1200 м, на спусках круче 12 ‰ – 1400 м.
Тормозной путь в метрах слагается из пути подготовки к торможению SП и пути действительного торможения SД:
Путь подготовки тормозов к действию в метрах определяется по формуле:
– скорость в начале торможения, км/ч; - время подготовки тормозов к действию, с.
Время подготовки при автоматических тормозах определяется по формуле:
α и e – коэффициенты, определяемые в зависимости от числа осей, (α=10, е=15); - удельная тормозная сила при скорости начала торможения; - спуск со знаком «-» или подъем со знаком «+».
Действительный тормозной путь определяется по формуле:
vн и vk –начальная и конечная скорости в расчетном интервале, км/ч; - замедляющая сила при экстренном торможении при средней скорости в каждом интервале, Н/кН; - замедление поезда в км/ч под действием замедляющей силы в 1 Н/кН, принимаемое для грузового и пассажирского поезда равным 120, для одиночно следующего электровоза 107, для одиночно следующего тепловоза – 112.
Найдем допускаемую скорость по тормозам для поезда из пункта 3 (число осей 224) на спуске 9,9 ‰.
Рассчитываем время подготовки тормозов к действию при конструкционной скорости тепловоза (vконстр = 100 км/ч) по формуле (4.3):
Определяем путь подготовки по формуле (4.2):
5.Приближенное определение времени и средних скоростей движения поезда на участке способом установившихся скоростей.
Способ установившихся (равномерных) скоростей основан на предположении, что на протяжении каждого элемента профиля пути поезд движется с равномерной скоростью, соответствующей крутизне профиля данного элемента.
Равномерные скорости для каждого элемента определяются по диаграмме удельных равнодействующих сил.
Для подъема круче расчетного, величина равномерной скорости принимается равной расчетной скорости локомотива.
Общее время нахождения поезда на участке в минутах определяется по формуле:
– длина j-го элемента, км; – равномерная скорость на j-ом элементе, км/ч; - суммарное время простоя на промежуточных станциях участка, мин; - суммарное время на разгон поезда после остановок на промежуточных станциях, 2 мин; - суммарное время на торможение поезда при остановках на промежуточных станциях, 1.
Способ равномерных скоростей дает хорошие результаты для равнинных профилей пути с однообразными или длинными элементами. На участках с резко изменяющимся профилем этот способ завышает время хода. При расчете показателей использования локомотивов используют три вида средних скоростей движения поезда по участку: ходовую, техническую и участковую.
Ходовой называется средняя скорость движения поезда на участке, которая определяется по формуле:
- ходовая скорость, км/ч; - длина участка, км; - среднее, ходовое время движения поезда по участку без учета времени стоянок поезда на промежуточных станциях и времени затраченного на разгон и замедление поезда, мин.
Технической скоростью называется средняя скорость движения поезда на участке, которая определяется с учетом суммарного времени, затраченного на разгон и замедление поезда на всех станциях участка, определяется по формуле:
Участковой скоростью называется средняя скорость движения поезда на участке, которая определяется с учетом суммарного времени, затраченного на разгон и замедление поезда на всех станциях участка и с учетом суммарного времени стоянок поезда на промежуточных станциях по формуле:
Таблица 5.1. Расчет времени хода поезда способом равномерных скоростей.
Номера элементов j |
Длина элементов Sj,км |
Уклон элемента ij,‰ |
v, км/ч |
60Sj / vj, мин |
Ст.А 1 |
1.05 |
0.0 |
92.5 |
0.68 |
2 |
0.4 |
-2.0 |
85 |
0.28 |
3 |
0.45 |
-1.44 |
93 |
0.29 |
4 |
0.4 |
0.0 |
23.4 |
1.03 |
5 |
3.8 |
10.69 |
92 |
2.48 |
6 |
4.0 |
8.17 |
23.44 |
10.25 |
7 |
0.5 |
0.0 |
60 |
0.5 |
8 |
0.9 |
3.0 |
92 |
0.58 |
Cт.Б 9 |
1.05 |
0.0 |
90 |
0.7 |
10 |
0.35 |
-0.12 |
77 |
0.27 |
11 |
0.5 |
-1.2 |
70 |
0.43 |
Ст.В 12 |
1.05 |
0.0 |
92 |
0.68 |
∑ Sj =L=14.45км |
60Sj / vj=Tx=18.17мин | |||
Определим ходовую скорость движения по формуле (5.2)
Определим техническую скорость движения поезда на участке по формуле (5.4) с учетом остановки на ст. Б
Определим участковую скорость движения поезда на участке по формуле (5.4) с учетом остановки на ст. Б
Определим длины перегонов А-Б и Б-В. Длина перегона А-Б равна:
Перегона Б-В:
Коэффициент участковой скорости γу, определяется отношением участковой скорости к технической:
Заключение.
В системе железнодорожного транспорта одно из ведущих мест при-
надлежит путевому хозяйству, к которому относятся: железнодорожный
путь с многочисленными его сооружениями и обустройствами, а также
комплекс хозяйственных предприятий, призванных обеспечивать его надёжную работу.
От условий эксплуатации пути (грузонапряжённость, скорости поездов
и др.) зависит конструкция верхнего строения пути, сроки между ремонта-
ми его. На станциях нормальные условия пропуска, приёма и отправления
поездов зависят от исправности стрелочных переводов и их содержания,
от надежности средств защиты станций, а также от расчетов нормативных скоростей движения поездов.