Теория локомотивной тяги

РОСЖЕЛДОР

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ростовский государственный университет путей  сообщения» 
 

Кафедра «Локомотивы и  локомотивное хозяйство»

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

По  дисциплине: «Теория  локомотивной тяги»
 
 
 

Выполнил студент  группы      

Принял к.т.н., доцент        
 
 
 

Ростов  – на – Дону

2008 г. 

Содержание 

1. Введение

2. Спрямление  заданного профиля пути

3. Расчет  массы состава

4. Проверка массы состава с учетом ограничений

5. Расчет  и построение кривых ускоряющих и замедляющих усилий

6. Определение  максимально допустимой скорости

7. Построенных  кривых скорости и времени  хода поезда по участку. Определение технической скорости

8. Построение  кривых тока. Проверки степени  нагревания электрических машин

9. Расчет  расхода топлива тепловозом при  следовании по участку и на  измеритель выполненной работы

10. Расчет  времени хода поезда способом  равномерных скоростей

11. Оценка  трудности заданного железнодорожного  участка

12. Технико-экономические  расчеты

13. Литература 
 
 
 
 
 

 

1. Введение 

       Тяговые расчеты – важная составная часть  науки о тяге поездов. С помощью  тяговых расчетов устанавливают  веса составов , скорости и времени  следования поездов, определяют размещение тяговых средств на сети железных дорог, рассчитывают себестоимость перевозки и т. д.

       

       К основным нормам для тяговых расчетов относятся: данные для определения  сопротивлению движения подвижного состава, силы нажатия тормозных  колодок, коэффициент сцепления  колес локомотивов и вагонов  с рельсами при тяге и торможении, Конструкционные и допустимые скорости движения, расчетные значения силы тяги и скорости локомотивов на подъеме, силы тяги при трогании с места, ограничивающие токи и предельные температуры электрических машин тепловозов.  
 

 

       

    2. Спрямление заданного профиля пути 

       В основе спрямления профиля пути лежит  равенство механических работ на спрямленном профиле и на действительном профиле.

       Спрямление  профиля состоит в замене двух или нескольких смежных элементов  продольного пути одним элементом, длина которого sс   равна сумме длин спрямляемых элементов ( s1, s2, . . . . , sn ) т. е. 

sС= s1+s2+….+sn ,

       

       

         Крутизна вычисляется по формуле:: 

 

где – крутизна элементов спрямляемого участка. 

       Чтобы расчеты скорости и времени движения поезда по участку были  достаточно точными, необходимо выполнить проверку возможности спрямления группы элементов  профиля по формуле: 

 

где – длина спрямляемого участка, м;

     – абсолютная величина  разности между уклоном спрямленного  участка и уклоном проверяемого  элемента, 0/00 .

       Данной  проверке подлежит каждый элемент спрямляемой  группы. Чем короче элементы спрямленной  группы и чем ближе они по крутизне, тем более вероятно, что проверка их на удовлетворение условию окажется положительной.

       Кривые  на спрямленном участке заменяются фиктивным подъемом, крутизна которого определяется по формуле: 

, 

где и – длина и радиус кривой в пределах спрямленного участка, м. 

       Крутизна  спрямленного участка с учетом фиктивного подъема от кривой, определяем по следующей формуле: 

       

       

       Принимаем для движения туда значения положительным, а значения обратного движения отрицательным, т.е. подъем становится спуском.

       Нельзя спрямлять следующие элементы расчетный подъем, крутой подъем, наикрутейший спуск. Площадки на перегоне между элементами разного знака также нельзя включать в спрямление. Спрямленный профиль должен сохранять все особенности действительного профиля в смысле относительного расположения повышенных и пониженных точек.

       После спрямления профиля пути производим его анализ с целью выявления  расчетного подъема, скоростного подъема и наикрутейшего спуска. Результаты профиля пути сводим в таблицу 1.

       

       Расчетным подъемом называют – такой подъем, при котором устанавливается расчетная скорость, данный подъем является наиболее труднопреодолимым участком. ‰.

       Короткий  подъем крутизной  больше расчетного – это такой подъем, при котором < , но протяженность его меньше чем расчетного и поэтому поезд преодолевает его достаточно легко ‰.

       Наикрутейший спуск – это самый крутой спуск, при котором поезду необходимо переходить на холостой ход и при этом пользоваться тормозом ‰. 
 
 

 

       

 
 
 
Таблица 1 – Спрямления профиля пути
 
№ элемента i , 0/00 S, м R, м Sкр,

м

0/00

0/00

0/00

0/00

0/00

 № элемента
1 0 1000         1000           0 0 1
2 2,7 800         800           2,7 -2,7 2
3 0 700         700           0 0 3
4 -8,6 3200         3200           -8,6 8,6 4
5 0 800         800           0 0 5
6 13,9 1900         1900           13,9 -13,9 6
7 7,1 800     5680       0,7 >          
8 5,3 700 1200 300 3710 14750 2300 6,4 1,1 > 0,25 0,08 6,5 -6,3 7
9 6,7 800     5360       0,3 >          
10 0 600         600           0 0 8
11 0 700         700           0 0 9
12 2,8 900         900           2,8 -2,8 10
13 10,7 4700         4700           10,7 -10,7 11
14 0 1400         1400           0 0 12
15 6,2 1200     7440 11310 2100 5,4 0,8 >   0,17 5,6 -5,2 13
16 4,3 900 1400 700 3870 1,1 > 0,5
17 0 1000         1000           0 0 14
18 -3,1 600 1300 400 -1860 -6270 1500 -4,2 1,1 > 0,31 0,14 -4,1 4,3 15
19 -7,9 900     -4410 0,7 >  
20 0 800         800           0 0 16
  Общая длина пути участка равна S=24,4 км.

 

3. Расчет массы состава 

       Расчет  массы производим по формуле: 

 

где – расчетная сила тяги локомотива, Н для 3ТЭ10М равна 744600Н;

    – ускорение свободного падения принимаем равное 9,81 м/с2;

     – крутизна расчетного  подъема, равна 10,7 0/00;

         – расчетная масса локомотива, m; 3ТЭ10М равна 414 т.

     – основное удельное сопротивление локомотива, Н/кН;

     – основное удельное сопротивление  состава в Н/кН. 

       Основное  удельное сопротивление локомотива зависит от скорости, которая принимается равной расчетной скорости, т.е. км/ч. Значение определяем по формуле: 

.

       

       

       Основное  удельное сопротивление состава  рассчитываем для расчетной скорости по формуле: 

где a, b, – соответственно доли 4-х, 6 -ти и 8-ми осных вагонов в составе по массе заданные по заданию a= 0,88 = 0,02 = 0,1.

       Так же по заданию определяем доли 4-х осных вагонов на подшипниках скольжения и качения aск04 = 0,2; aкач04= 0,8.

      - основное удельное сопротивление  4-х осных груженных вагонов:

при подшипниках  скольжения: 

 Н/кН; 

при роликовых подшипниках: 

 Н/кН.

       где q4, q6, q8 – масса брутто соответственно 4-х 6-ти и 8-ми осного вагона, задается по заданию и равная q4= 88 т, q6= 128 т, q8= 164 т.

       Нагрузка от оси на рельсы в т/ось соответственно 4-х, 6-ти, 8-ми осных вагонов равна: 

 

       Далее подставляем полученные значения и  находим основные удельные сопротивления:

 

       Основное  удельное сопротивление 6-ти осных вагонов: 

 

       Основное  удельное сопротивление 8-ми осных вагонов: 

 

       Основное  удельное сопротивление состава: 

 

       Найденные значения подставляем и находим массу состава: 

       

       

       Полученную  массу округляем до 50. Принимаем значения полученной массы равной

 

       

4 Проверка массы состава с учетом ограничений.

       

       

Проверка массы состава по длине приемоотправочных путей станции. 

       Определим число вагонов в составе поезда: 

 вагонов

 вагон

 вагона 

       Далее находим массу состава по полученному  количеству вагонов: 

 

       Округляем полученную массу состава до 100 т., и для удобства принимаем равной расчетной массы

       По  заданию длина приемоотправочных путей составляет 1550 м. Чтобы выполнить проверку необходимо определить длину состава, по формуле: 

align="center">
 

       где – длина тепловоза 3ТЭ10М равна 51м. 

       Полученная  длина поезда удовлетворяет условие  ПОП (приемоотправочных путей) 1058 < 1550 м, следовательно, никаких мер по облегчению массы состава принимать не надо. 

       Проверка  массы состава  на возможность преодоления встречающегося на участке короткого подъема крутизной больше расчетного с учетом использования кинетической энергии. 

       Учитываем, что перед преодоление крутого участка., составу предшествуют легкие элементы профиля. При этом путь, крутизна которого равна 0/00, проходимый поездом с учетом кинетической энергии определяем по формуле: 

 м. 

    где nн – скорость в начале проверяемого подъема, т.е. эта та скорость, которая была развита на предшествующем элементе, принимаем равную 80 км/ч;

    nк – скорость в конце проверяемого подъема. Эта скорость должна быть не менее расчетной и ее принимаем равной расчетной скорости nк=nр= 23,4 км/ч;

      (fк – wк)ср – удельная сила, рассчитываем для среднего значения скорости, определяем по формуле: 

. 

       Значение  средней скорости равно:

 

       Значения Fк, , определяем для среднего значения скорости. Расчет ведем, так же как и при определении массы состава только значение скорости равно

       Среднее значение силы тяги равно: Fкср=367700 Н.

       Среднее основное удельное сопротивление локомотива равно: 

 

       Среднее основное удельное сопротивление 4-х осных вагона:

       

       на  подшипниках скольжения:  

 

       на  подшипниках качения: 

 

       среднее основное удельное сопротивление 6-ти осных вагона: 

 

       среднее основное удельное сопротивление 8-ми осных вагонов:

 

       Находим среднее удельное сопротивление  состава: 

 

       Подставляем полученные значения и находим удельную силу: 

 

       Найдем  путь, проходимый поездом на проверяемом нами подъеме с учетом кинетической энергии: 

       

       

       Вывод: 2904 м сможет пройти поезд по участку крутизной 13,9 0/00 с учетом запаса кинетической энергии, Sдейст. < S. Следовательно состав Q=6000т. преодолеет участок, т. к. запаса кинетической энергии хватит для преодоления действительной длины нашего участка. 

       Проверка  рассчитанной массы  состава на трогание с места на заданном участке. 

       Проверку, показывающую с каким весом мог бы тронуться локомотив 3ТЭ10М при крутизне элемента участка равного iтр= 13,9 0/00. 

 

где Fк тр – сила тяги локомотива при трогании состава с места;

       – удельное дополнительное  сопротивление поезда при трогании с места, рассчитывается по формуле: 

.

       

       

      где wкачтр4 , wсктр4, wкачтр6 wкачтр8 – соответственно основное удельное сопротивление при трогании с места 4-х, 6-ти и 8-ми осных вагонов на подшипниках качения и подшипниках скольжения. 

       Основное  удельное сопротивление при трогании вагонов на подшипниках качения:

       Для 4-х осных вагонов: 

 

       Для 6-ти осных вагонов: 

 

       Для 8-ми осных вагонов: 

 

       Основное  удельное сопротивление при трогании вагонов на подшипниках скольжения: 

 

       Полученные  значения основных удельных сопротивлений  подставим и найдем сопротивление  всего состава при трогании. 

 

       Тогда максимальный вес, который мог бы взять локомотив с подъема iтр=13,9 0/00  равен: 

       

       

       Найдем  теперь с какого подъема мог, бы тронуться наш локомотив, при расчетной массе состава Q = 6000 т.  

 0/00 . 

       Полученные  значения, как массы состава, так и максимально допустимого подъема свидетельствуют, что поезд не сможет самостоятельно тронуться с максимального подъема 13,9 0/00. Поэтому необходимо принять меры по отмене возможной остановки поезда, как на самом подъеме, так и перед подъемом, тем самым поезд сумеет скопить кинетическую энергию и пройдет данный подъем.   

 

5. Расчет и построение кривых ускоряющих и замедляющих усилий. 

       Расчет  диаграммы удельных равнодействующих сил выполняем для трех режимов  ведения поезда по горизонтальному  участку: для режима тяги для режима холостого хода для режима торможения: при служебном регулировочном торможении: при экстренном торможении:

       Расчет  ведем относительно скоростей от 0 до конструкционной , а так же для скоростей расчетных и скорости выхода на автоматическую характеристику. Все полученные расчеты сведем в таблицу.

       Рассмотрим  построение равнодействующих сил для  скорости n=10 км/ч. 

Для режима тяги. 

       При n=10км/ч основное удельное сопротивление локомотива равно: 

=1,9+0,01×10+0,0003×102=2,03 Н/кН.

       Сопротивление с учетом массы локомотива: 

W0/=

×P·g=2,03×414×9,81= 8245 Н. 

где g-ускорение свободного падения принимаем равное 9,81м/с2

       Основное удельное сопротивление вагонов при n = 10 км/ч равно сумме основных удельных сопротивлений каждого рода вагонов:

    сопротивление 4-х осных на подшипниках скольжения: 

 

       На  роликовых подшипниках: 

 

       Сопротивление 6-ти осных вагонов: 

 

       сопротивление 8-ми осных: 

       

       

       Основное  удельное сопротивление всех вагонов  при n=10км/ч  

 

       Основное удельное сопротивление вагонов с учетом массы 

 

       Общее сопротивление с учетом весов  локомотива и вагонов 

       Сила  тяги локомотива с учетом общих сил  сопротивления при n=10 км/ч 

Fк-W0 =941750 – 64162 = 877588 Н. 

       Отношение силы тяги локомотива с учетом общих  сил сопротивления к массам локомотива и вагонов: 

 

Расчет  для холостого хода 

       Основное удельное сопротивление локомотива при n=10 км/ч равно: 

wх=2,4 + 0,011·n+0,00035·n2=2,4+0,011·10+0,00035·102=2,55 Н/кН

       Сопротивление с учетом массы локомотива: 

Wx=wx·P·g=2,55·414·9,81 = 10356 Н 

       Общее сопротивление локомотива и вагонов: 

Wx+W0” = 10356 + 55917 = 66273 Н. 

       Основное удельное сопротивление всего поезда, при следовании локомотива на холостом ходу: 

Расчет  режима торможения 

       Для расчета режима торможения определим  в начале расчетный коэффициент  трения колодок о колесо, который  зависит от материала изготовления колодок и т. к. колодки композиционные то расчет ведем, для  n=10 км/ч, по формуле: 

 при композиционных колодках

       Далее считаем удельную тормозную силу поезда по формуле: 

bт=1000·jкр·ϑP Н/кН. 

где ϑP – расчетный тормозной коэффициент состава в кН/кН 

ϑP=

 

    где – расчетные силы нажатия тормозных колодок соответственно на 4-х, 6-ти, 8-ми осного вагона = = 41,5 кН/ось при композиционных колодках;