Тяговые расчеты для грузового поезда с электровозом переменного тока


Министерство  транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования

Иркутский Государственный  Университет Путей Сообщения

 

 

 

Кафедра: Электроподвижной состав

 

 

 

 

 

 

Курсовой  проект

По дисциплине: Теория электрической тяги

на тему: «Тяговые расчеты для грузового поезда с электровозом

переменного тока ».

 

 

 

 

                                                                     Выполнил: студент группы ЭПС-07-2 

                                                                    Вуколов С. А.

                                                                 Проверил: ст. преподаватель кафедры ЭПС

                                                                     Чуринова О. В.

 

 

 

 

Иркутск, 2011г.

 

Содержание

Исходные данные: 

1.Подготовка тяговых характеристик электровоза 

2.Спрямление и приведение профиля пути 

3.Выбор расчетного подъема и определение массы поезда

     3.1.Выбор расчетного подъема 

     3.2.Определение массы состава 

       3.2.1.Проверка массы состава на возможность трогания с места 

       3.2.2.Проверка массы состава на возможность проследования скоростного подъема

       3.2.3.Проверка массы состава на возможность установки       поезда на приемоотправочных путях станции 

4. Расчет и построение кривых удельных ускоряющих и замедляющих сил 

5.Решение тормозной задачи 

6.Построение кривых V(S) и t(S) 

7.Определение перегонных времен хода 

8.Расчет и построение токовых характеристик Iд(V) и Iда(V)

     8.1.Пересчет характеристики Iд(V) 

     8.2.Пересчет характеристики Idа(V) 

9.Построение токовых кривых Idа(S) и Iд(S) 

10.Определение расхода электроэнергии на тягу поезда 

11.Проверка массы состава по нагреванию тяговых двигателей 

Список используемой литературы 

Приложение 1

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные:

 

  1. Учебный шифр………………………………………………………..0731110 
  2. Колесная формула электровоза………………………………………….3о-3о
  3. Тип тягового двигателя…………………………………………………НБ-412
  4. Диаметр бандажа………………………………………………….……...1,35 м
  5. Передаточное отношение…………………………………………..……3,83
  6. Нагрузка на ось электровоза……………………………………………23 т
  7. Данные о составе: 
      • четырехосные вагоны на роликовых подшипниках………55%
      • шестиосные вагоны на подшипниках качения…………….30%
      • восьмиосные вагоны на роликовых подшипниках………..15%
  1. Данные о профиле пути № 2:

Номер элемента

Крутизна уклона,%

Длина элемента,м

Радиус кривой , м

Длина кривой,м.

Станция участка

1

0,0

1800

    

Станция А

2

-3,0

1500

1500

900

  

3

-7,0

7400

      

4

-9,0

1250

      

5

0,0

800

      

6

5,5

1200

1000

500

  

7

4,5

600

700

400

  

8

0,0

400

      

9

-4,0

800

900

350

  

10

11,0

1000

      

11

2,5

1800

      

12

0,0

500

      

13

-2,0

450

1200

300

  

14

-4,0

500

1500

500

  

15

0,0

600

      

16

0,0

1750

      

17

9,0

6800

      

18

3,0

1000

1300

600

  

19

0,0

2500

    

Станция Е

20

-2,0

1400

      

 

 

21

-1,5

2000

      

22

-3,0

1000

1500

500

  

23

-9,0

5800

      

24

-11,0

1750

      

25

0,0

600

      

26

4,0

500

      

27

2,0

450

1200

300

  

28

0,0

500

900

350

  

29

-2,5

1800

      

30

0,0

1000

      

31

4,0

800

      

32

-4,5

600

700

400

  

33

0,0

1400

    

Станция В


 

При движении от станции В к станции А знаки уклонов изменяем на противоположные.

  1. Напряжение контактной сети………………………………………......22 кВ
  2. Максимальная скорость движения…………………………………100 км/ч
  3. Длина приемоотправочных путей…………………………………….1300 м
  4. Тормозной путь………………………………………………………….850 м
  5. Тип колодок………………………………………..………………..чугунные
  6. Тип пути………………………………………….…………………..стыковой
  7. Средняя масса вагонов:
      • четырехосные вагоны на роликовых подшипниках.…...74 т
      • шестиосные вагоны на подшипниках качения…………..76 т
      • восьмиосные вагоны на роликовых подшипниках…….168 т

 

 

    1. Подготовка тяговых характеристик электровоза

 

Характеристики  и рассчитываем на основании таковой двигателя-образца с учетом заданных диаметра бандажа, передаточного отношения, напряжения контактной сети по формулам:

; (1)

; (2)

где V1, Fкд1 – значения скорости и силы тяги соответственно, взятые с характеристик и двигателя-образца;

m1 = 3,83– передаточное отношение зубчатой передачи для двигателя-образца;

D1 = 1350 мм – диаметр колесной пары для двигателя-образца;

Uкс = 22 кВ – напряжение контактной сети, для которого построены характеристики двигателя-образца;

m2, D2, – заданные значения передаточного отношения, диаметра бандажа и напряжения контактной сети соответственно.

Задаваясь рядом значений тока Iд по характеристикам и определяем значения V1, Fкд1. Результаты заносим в табл. 1.

По формулам (1) и (2) рассчитываем искомые значения V и Fкд.

Например  для тока Iд = 200 А и НП:

км/ч;

кгс;

Для других значений токов при НП, а также для  характеристик ОП1, ОП2, ОП3 расчет проводим аналогично. Результаты заносим в  таблицу 1.

 

Таблица 1.- Пересчет скоростной и электротяговой характеристик тягового двигателя.

 

Позиция 33 НП

V,км/ч

41,1

44,6

48,0

53,0

59,8

69,3

86,8

100

Fкд,кгс

9330

7870

6470

5070

3680

2410

1310

900,0

V',км/ч

40,8

44,3

47,6

52,6

59,4

68,8

86,2

99,3

F'кд,кгс

8648

7295

5997

4699

3411

2234

1214

834,2

Fк,кгс

51888

43768

35982

28196

20466

13403

7285

5005,2

Iд

800

700

600

500

400

300

200

155,0

Позиция 33 ОП1

V,км/ч

45,2

48,8

52,9

58,4

66,8

70,0

80,0

90,0

100

Fкд,кгс

8590

7190

5860

4480

3210

2900

2083

1600

1250,0

V',км/ч

44,8

48,4

52,5

58,0

66,3

69,5

79,4

89,3

99,3

F'кд,кгс

7962

6664

5432

4152

2975

2688,0

1931

1483,0

1158,6

Fк,кгс

47772

39986

32590

24915

17852

16128,0

11586

8898,2

6951,7

Iд

800

700

600

500

400

372

300

245

200

Позиция 33 ОП2

V,км/ч

48,0

52,6

57,6

64,6

75,1

80,0

90,0

100

Fкд,кгс

8110

6740

5400

4120

2910

2550

1950

1533,3

V',км/ч

47,6

52,2

57,2

64,1

74,5

79,4

89,3

99,3

F'кд,кгс

7517

6247

5005

3819

2697

2363,6

1807,4

1421,2

Fк,кгс

45103

37484

30031

22913

16184

14181,5

10844,7

8527,4

Iд

800

700

600

500

400

365

300

250

Позиция 33 ОП3

V,км/ч

52,6

56,6

61,3

69,4

82,0

90,0

100

Fкд,кгс

7700

6420

5140

3920

2730

2267

1833,33

V',км/ч

52,2

56,2

60,8

68,9

81,4

89,3

99,3

F'кд,кгс

7137

5951

4764

3633

2530

2101,0

1699,3

Fк,кгс

42823

35704

28585

21801

15183

12605,8

10195,8

Iд

800

700

600

500

400

350

300


 

 

 

По данным таблицы 1строим зависимости  и рисунок 1 и 2.

 

 

Рисунок 1.- Скоростные характеристики тягового двигателя.

 

Рисунок 2.- Электротяговые характеристики тягового двигателя.

Тяговую характеристику Fк(V) рассчитываем на основании данных      табл. 1 по формуле:

Fк =Fкд ; (3)

где  n – число тяговых двигателей электровоза;

n = 6.

Например,  для Fкд = 1214 кгс, НП:

Fк =1214*6 = 7285 кгс.

Для остальных  значений Fкд при НП и для режимов ОП1, ОП2, ОП3 расчет проводим аналогично. Результаты вычислений заносим в табл. 1.

 По данным  табл. 1. строим тяговую характеристику электровоза (рисунок 3).

Силу тяги по сцеплению  рассчитаем по формуле:

Fсц = 1000 к сц; (4)

где     Pсц = 138 т – масса локомотива;

yк – коэффициент сцепления колес с рельсами.

 Коэффициент  сцепления рассчитаем по формуле:

yк  = 0,28 + ; (5)

где  V –  скорость движения локомотива.

Зададимся рядом  значений скорости от 0 до 60 км/ч.

При V = 0 км/ч :

yк  = 0,28 +

= 0,36;

Fсц = 1000

= 49680 кгс.

Для остальных значений скорости расчет проводим аналогично. Результаты расчета  представим в виде таблицы 2.

Таблица 2.- Расчет ограничения по сцеплению.

V

0,0

5,5

14,5

22,5

30,0

37,0

43,5

49,0

52,5

56,0

59,0

Ψ

0,36

0,32

0,30

0,29

0,28

0,27

0,27

0,26

0,26

0,26

0,25

Fсц

49680

44835

41469

39761

38556

37606

36813

36187

35805

35433

35121

1,1Fсц

54648

49319

45615

43737

42412

41366

40494

39806

39386

38977

38633


 

По данным табл. 2 наносим на тяговую характеристику рисунок3 ограничение по сцеплению  Fсц(V).

По тяговой  характеристике определяем:

  • расчетная сила тяги электровоза: Fкр =  363313 кгс;
  • расчетная скорость движения: Vр =  47,5 км/ч;

Рисунок 3.- Тяговая характеристика электровоза.

2. Спрямление и приведение профиля пути

 

          Под спрямлением профиля понимают замену нескольких рядом лежащих элементов разных уклонов и длин одним, с эквивалентным уклоном и длиной, равным сумме длин отдельных элементов.

          Приведение профиля – замена кривых приведенными подъемами, величина которой эквивалентна кривой по сопротивлению движению.

Запрещается спрямлять элементы профиля, на которых  расположены станции, расчетный подъем.

            Порядок спрямления и приведения следующий:

Уклон спрямляемого элемента в продольном профиле пути определим по формуле:

 
,

где  i - уклон (крутизна) каждого из элементов профиля, входящих в спрямляемый участок, ‰ ;

S – длина каждого из элементов профиля, входящих в спрямляемый участок, м;

                Sc = S1 + S2 +…+ Sn – длина спрямляемого участка, м.

 

          Для  элементов профиля 13 и 14:

Sc = 450 + 500 = 950 м,

 

 

‰;

          Кривые встречающиеся на спрямляемых участках заменяются фиктивными уклонами i”с по формуле:

 
, отсюда

где   Sкрi , Ri - длина и радиус данной кривой в пределах спрямляемого элемента.

wкр – дополнительное удельное сопротивление движению от кривой.

 

           Для  элемента профиля 13,14:

 ‰ .

         Окончательный  уклон спрямленного элемента  определим по формуле:

iс = i’с+i”c .

Для элементов профиля 13 и 14:

iс =-3,1+ 0,43 =-2,62 ‰ .

 

         Возможность  спрямления проверяем для каждого  элемента действительного профиля пути, входящего в спрямляемый участок, по формуле:

si £

,

где  si   - длина любого элемента действительного профиля, входящего в спрямляемый участок, м;

- абсолютная разность между  фиктивным уклоном спрямленного  элемента  и  действительным  уклоном  отдельного  (проверяемого) элемента, ‰ .

          Для  элемента профиля 13: Для элемента профиля 14:

> 1500.    > 1200.

         

          Проверяемые  элементы удовлетворяют неравенству,  следовательно, их спрямление  допустимо.

          Спрямление  остальных элементов проводим  аналогично. Результаты вычислений сводим в таблицу 3.

 

Таблица 3.Спрямление и приведение профиля пути

 

№ элемента  профиля

Длина элемента

Профиля Si , м

Крутизна элемента i,‰

Длина  элемента, Sс,м

Крутизна элемента спрямлён. i¢с, ‰

Проверка

Длина кривой   Sкр, м

Радиус кривой  Ri, м

Фиктивный уклон i²с, ‰

Крутизна элемента суммар. iс, ‰

№ элемента  профиля

Станция

1

1800

0,0

1800

0,0

  

-

-

-

-

1

А

2

1500

-3,0

1500

-3,0

  

900

1500

0,3

-2,7

2

  

3

7400

-7,0

7400

-7,0

  

-

-

    

3

  

4

1250

-9,0

1250

-9,0

  

-

-

0,0

4,0

4

  

5

800

0,0

800

0,0

  

-

-

-

0,0

5

  

6

1200

5,5

2200

4,23

1571

500

1000

0,34

4,57

6

  

7

600

4,5

7333

400

700

  

8

400

0,0

473

-

-

      

9

800

-4,0

800

-4,0

  

350

900

0,34

-3,66

7

  

10

1000

11,0

1000

11,0

  

-

-

-

-

8

  

11

1800

2,5

2300

1,96

3680

-

-

0

1,96

9

  

12

500

0,0

1022

      

13

450

-2,0

950

-3,1

1900

300

1200

0,43

-2,62

10

  

14

500

-4,0

2111

500

1500

  

15

600

0,0

2350

0,0

  

-

-

-

-

11

  

16

1750

0,0

  

-

-

  

17

6800

9,0

6800

9,0

  

-

-

0,0

11,0

12

  

18

1000

3,0

1000

3,0

  

600

1300

-

-

13

  

19

2500

0,0

2500

0,0

  

-

-

-

-

14

Е

20

1400

-2,0

3400

-1,7

6800

-

-

0,0

-1,7

15

  

21

2000

-1,5

9714

-

-

  

22

1000

-3,0

1000

-3,0

  

500

1500

0,23

-2,77

16

  

23

5800

-9,0

5800

-9,0

  

-

-

-

-

17

  

24

1750

-11,0

1750

-11,0

  

-

-

-

-

18

  

25

600

0,0

1100

1,81

1100

-

-

-

-

19

  

26

500

4,0

916

-

-

  

27

450

2,0

950

0,94

1900

300

1200

0,47

1,42

20

  

28

500

0,0

2111

350

900

  

29

1800

-2,5

2800

-1,61

2240

-

-

-

-1,61

21

  

30

1000

0,0

1244

-

-

  

31

800

4,0

      

-

-

    

22

  

32

600

-4,5

      

400

700

    

23

  

33

1400

0,0

1400

0,0

  

-

-

-

-

24

В


 

 

По данным таблицы 3 вычерчиваем действительный (заданный) и спрямленный профили пути (рисунок   ).

 

3. Выбор расчетного подъема и  определение массы поезда

3.1. Выбор расчетного  подъема

 

           Расчетным называется труднейший в данном направлении подъем, т.е. подъем, наибольший по крутизне и длине.

           За расчетный подъем принимаем элемент профиля пути с уклоном +9,0 ‰ ,  протяженностью s = 6800 м.

3.2. Определение массы состава

 

Масса состава  определяется из условия движения по расчетному подъему с расчетной  скоростью:

Fкр =

Откуда:

где  Fкр = 36313 кгс – расчетная сила тяги локомотива;

iр = +9,0 ‰ – расчетный подъем;

P = 138 т – масса локомотива;

w’0 – удельное основное сопротивление движению локомотива;

w”0– удельное основное сопротивление движению состава.

Удельное основное сопротивление  движению локомотива определим по формуле:

w’0 = 1,9 +

,

где  V = 47,5 км/ч – расчетная скорость движения поезда;

w’0 = 1,9 +

3,05 кгс/т.

Удельное основное сопротивление  движению  состава     определим  по формуле:

w”0 =

где  a, b, g - доля вагонов разных типов в составе;

w”0i - удельное основное сопротивление движению вагона данного типа.

Удельное основное сопротивление  движению четырехосных вагонов определяется по формуле:

w”04 =

где q0 = 18,5 т – нагрузка на ось 4-осных вагонов;

w”04 =

1,42 кгс/т.

Удельное основное сопротивление  движению шестиосных вагонов определяется по формуле:

w”06 =

где q0 = 12,5 т – нагрузка на ось 6-осных вагонов;

w”06 =

2,17 кгс/т.

Удельное основное сопротивление  движению восьмиосных вагонов определяется по формуле:

w”08 =

где q0 = 21 т – нагрузка на ось 8-осных вагонов;

w”08 =

1,3 кгс/т.

Тогда удельное основное сопротивление движению состава

w”0 =

1,63 кгс/т,

 

а масса состава

3290 т.

Принимаем  Q = 3300 т.  

3.2.1 Проверка массы состава  на возможность трогания с  места

 

Проверка массы состава  на возможность трогания с места  на труднейшем подъеме проводится по выражению:

где Fк.тр = 49710 кгс – сила тяги локомотива при трогании;

iтр = +11,0 ‰ – труднейший подъем на участке;

w”тр – удельная сила сопротивления при трогании состава с места.

Удельная  сила сопротивления при трогании (для состава на роликовых подшипниках) определяется по формуле:

w”тр =

где   w”трi - удельное  сопротивление движению  вагонов i-го  типа  при трогании;

w”тр4  = w”тр6 = w”тр8 =

;

w”тр4  =

= 1,10 кгс/т;

w”тр6 =

=1,44кгс/т;

w”тр8 =

=1 кгс/т;

w”тр =

= 1,18 кгс/т;

= 3942 т.

Так как  Qтр>Q , состав весом 3300 т можно взять с места на любом участке профиля пути.

3.2.2 Проверка    массы   состава  на   возможность  проследования              скоростного подъема

 

Правила тяговых  расчетов говорят о том, что в  любом случае путь, проходимый поездом со скоростью меньше расчетной, не должен превышать 500 м.

Эта проверка производится аналитическим способом по выражению:

S£

,

где  S – длина проверяемого элемента, м;

Vн и Vк – скорость движения в начале и конце проверяемого подъема соответственно, км/ч;

fк - wк  - средняя ускоряющая сила, действующая на поезд в пределах интервала от Vн до Vк, кгс/т.

Для повышения точности расчета  необходимо брать интервалы изменения скорости в пределах до 10 км/ч. Тогда

S£

Скорость в начале проверяемого элемента принимается 60 км/ч.

Интервалы изменения  скорости принимаем:

60 км/ч  – 51 км/ч по ОП 2;

51 км/ч  – 48,5 км/ч по ОП 1;

48,8 км/ч – 47,5 км/ч по НП;

Проверке  подлежит подъем  i = +11,0 ‰ протяженностью S = 1000 м.

Для  каждого  интервала  определяется  средняя  скорость движения по формуле:

Vср.i=

;

Для интервала (60 – 51) км/ч:

Vср. =

= 55,5 км/ч.

По тяговой характеристике (рис. 3) определяем среднюю силу тяги в  каждом интервале.

Для интервала (60 – 51) км/ч:   Fк,ср = 32400 кгс.

Определяем удельную силу тяги по формуле:

fкср =

;

Для интервала (60 – 51) км/ч:

fкср =

=  9,42 кгс/т.

 

По формулам из пункта 3.2. определяем:

w”04 =

1,58 кгс/т;

w”06 =

2,40 кгс/т;

w”08 =

1,39 кгс/т;

w”0 =

1,80 кгс/т;

w’0 = 1,9 +

3,38 кгс/т.

 

Удельное  основное сопротивление движению  поезда    определим по формуле:

w0 =
.

Для интервала (60 – 51) км/ч:

w0 =
 = 1,86 кгс/т.

Общее удельное основное сопротивление  движению поезда с учетом уклона определяется из выражения:

wк = w0 + wi ;

wк = 1,86 + 11,0 = 12,86 ‰.

Для интервала (60 – 51) км/ч и для уклона +11,0 ‰ имеем:

S = ½

½ = 1212 м.

Для остальных  интервалов скорости расчет ведется  аналогично, результаты вычислений  приведены в таблице 4.

 

Таблица 4. -Проверка массы состава на возможность  проследования скоростного подъема.

Vн,км/ч

Vk,км/ч

Vcp,км/ч

Fкср,

кгс

fкср, кгс/т

ω"04,

кгс/т

ω"06,

кгс/т

ω"08,

кгс/т

ω"0,

кгс/т

ω'0,

кгс/т

ω0,

кгс/т

ωк,

кгс/т

Sv, м

60

51

55,5

32400

9,42

1,58

2,40

1,39

1,80

3,38

1,86

12,86

1212

51

48,5

49,75

37000

10,76

1,47

2,23

1,32

1,67

3,14

1,73

12,73

526

48,8

47,5

48,15

35000

10,18

1,44

2,19

1,30

1,64

3,08

1,70

12,70

207