Тяговые расчеты для поездной работы

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Колледж железнодорожного транспорта

государственного  бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального  образования

«Уральский  государственный университет путей  сообщения»

Отделение 190304 «ТЭПС ж/д»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

по дисциплине: Основы локомотивной тяги

на тему «  Тяговые расчеты для поездной работы»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Лямин А.А.

 

Проверил: Худояров Д. Л.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург  2012 г.

 

 

Содержание

 

Введение………………………………………………………………………… 

1. Исходные данные и задание на курсовую работу……………………….

     1.1. Общие данные………………………………………………………….

     1.2. Индивидуальные данные……………………………………………...

     1.3. Задание………………………………………………………………….

2. Содержание курсовой работы……………………………………….........
1. Определение основных технических данных локомотива………….
2. Определение расчетной массы состава………………………………..
3. Построение диаграммы удельных результирующих сил поезда…...
4. Определение допустимой скорости движения поезда на спусках…..
5. Построение кривых движения поезда…………………………………

 

Введение

 

Тяга поездов - это научная дисциплина, изучающая  процессы образования и изменения  сил, действующих на поезд, а так  же закономерности движения поезда под  действием этих сил. Прикладную часть  этой дисциплины называют «Тяговые расчеты». Нормативы расчетных величин  и методики тяговых расчетов утверждаются МПС, имеют силу отраслевого стандарта  и называются «Правила тяговых расчетов для поездной работы».

 

Результаты  тяговых  расчетов используются:

- при  разработке графика движения  поездов;

- при  выборе типа локомотива или  обоснования его основных эксплуатационных  и тяговых характеристик;

- при  изысканиях и проектировании  железных дорог;

- при  решении всех тех задач, которые  связанны с повышением эффективности  работы железнодорожного транспорта.

 

1. Исходные данные и задание на курсовую работу

 

1. Общие данные

 

1. Участок А-Б-В имеет звеньевой  путь.
2. Расположение осей станционных путей следующее:

- ось  станции А расположена в начале первого элемента;

- ось  станции Б расположена в середине элемента № 13;

- ось  станции В расположена в конце последнего элемента.

1.1.3 Длина  станционных путей – 1250 м.

1.1.4 Допустимая  скорость движения по состоянию  путей:

- по  перегонам……….80 км/ч;

- по  станциям ………..60 км/ч.

1.1.5 Допустимый  тормозной путь при экстренном  торможении – 1200 м.

1.1.6 Расчетный  тормозной коэффициент поезда- 0,33.

7. Тормозные колодки чугунные.

 

 

2. Индивидуальные данные

 

1.2.1 Вагонный состав поезда

Доля (по массе) восьмиосных (α₈) и четырехосных (α₄) вагонов в составе поезда:

α₈=0,2+0,02N,  

α₈=0,2+0,02∙11=0,42

α₄=1- α₈, 

α₄=1-0,42=0,58

Масса в тоннах, приходящихся на ось колесной пары, соответственно:

 

m₀₈=13+0,2N, 

m₀₈=13+0,2∙11=15,2

m₀₄=15+0,2N, 

m₀₄=15+0,2∙1=17,2

 

где  N-порядковый номер студента по списку.

 

 

1.2.2 Предупреждение об ограничении скорости на участке

 

Километровая  отметка начала действия предупреждения S_н.д.пр., км, (считать от оси промежуточной станции)

 

S_н.д.пр=3+0,2N,

S_н.д.пр=3+0,2∙11=5,2 

 

Длина участка линии, где действует  предупреждение L_пр., м

 

L_пр=200 +40N,

L_пр=200 +40∙11=640 

 

Допустимая  скорость движения поезда по предупреждению V_{доп. пр}, км/ч

 

V_{доп. пр}=25+N,

V_{доп. пр}=25+11=36

 

1.2.3 Начальные условия

 

Начальная километровая отметка участка S₀, км

 

S₀=520+100N,

S₀=520+100∙11=1620 

 

Скорость  движения поезда в начале участка V₀, км/ч

 

V₀=5+N,

V₀=5+11=16   

 

 

Начальное значение времени движения поезда t₀, мин

 

t₀=0,3N,

t₀=0,3∙11=3,3 

 

1.2.4 Время стоянки на промежуточной станции Т_ст, мин

 

Т_ст=5+0,2N,

Т_ст=5+0,2∙11=7,2 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант спрямленного профиля пути участка  А-Б-В

 

Номер элемента	11
	Lэ, м	i, ‰
1	1100	0,3
2	900	0
3	2400	6
4	1600	7
5	2600	7,5
6	2800	8
7	800	0
8	1300	-2
9	1700	-6
10	1300	0
11	900	1,5
12	1400	3,5
13	1300	0
14	1100	4
15	1900	2
16	600	0
17	1400	-3
18	1500	-15
19	1200	-4
20	1100	0
21	2700	9
22	1200	3,5
23	900	6,5
24	1400	0
25	1000	-4
26	1700	-1
27	900	0
Lуч, м	38.600

 

 

 

 

1.3 Задание

1.3.1 Определить расчетную массу состава.

1.3.2 Определить допустимую скорость движения поезда на спусках.

1.3.3 Построить зависимости V(S) и t(S) при движении поезда по участку с расчетной массой состава и оценить полученные результаты:

-по значениям технической и  участковой скоростей движения;

-по режиму проследования расчетного  подъема.

 

1.3.4 Тяговые расчеты должны быть произведены с наибольшим использованием тяговых свойств локомотива и допустимых скоростей движения поезда с целью получения наименьших значений перегонных времен хода.

 

2 Содержание  курсовой работы

 

2.1 Определение основных технических  данных локомотива

Основные технические данные локомотива определяются по заданной серии локомотива ВЛ10^у:

- сила тяги при трогании с места, F_{к тр}= 667, кН;

- расчетная сила тяги , F_{к р}=492, кН;

- расчетная скорость движения, V_р=45,8, км/ч;

- конструкционная скорость движения, V_к=100, км/ч;

- масса локомотива, m_л=200, т;

-длина локомотива, l_л=33, м;

- тяговая характеристика локомотива, F_к(V)

 

 

 

 

 

 

Тяговая характеристика локомотива ВЛ 10^У

 

V,км/ч	Fк,кН
	ВЛ 10У
45	529
50	354
55	251
60	184
65	146
70	118
75	100
80	86
90	69
100	59

 

Ограничение тяговой характеристики локомотива по сцеплению F_сц, кН, вычисляется по выражению:

 

F_сц=9,81 · m_л · ψ_к, 

где ψ_к- расчетный коэффициент сцепления.

 

Найдем  коэффициент сцепления для расчетной  скорости движения поезда (V_р):

 

ψ_к=0,28+3/(50+20∙V_р) – 0,0007V_р;

 

ψ_к=0,28+3/(50+20∙45,8) – 0,000745,8=0,28+3/966–0,03206=0,251

 

Определяем ограничение тяговой  характеристики локомотива по сцеплению (F_сц):

F_сц=9,81∙200∙0,251=492 кН.

Аналогично определяем ограничение  тяговой характеристики локомотива по сцеплению (F_сц) для диапазона скоростей:

V,км/ч	Fк.сц, кН
	ВЛ 10У
45	492
50	484
55	478
60	470
65	463
70	455
75	449
80	441
90	427
100	415

 

2.2 Определение  расчетной массы состава

2.2.1 Расчет критической массы  состава

Критическая масса состава m_с.кр, т, определяется по мощности локомотива из условия движения поезда по расчетному подъему с установившейся (равномерной) скоростью при работе локомотива в расчетном режиме

 

 

 

где  - расчетная сила тяги, Н;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

- удельное основное  сопротивление движению локомотива  при езде под током, Н/кН;

- расчетный подъем (11),‰;

- удельное основное  сопротивление движению состава,  Н/кН.

 

m_с.кр= = =

=5087,168=5050 т.

 

Примечание.

За расчетный подъем принимаем один из наиболее крутых и один из наиболее длинных по протяженности подъемов, перед которыми отсутствуют достаточно легкие элементы профиля пути. Последнее дает основание предположить, что этот подъем не может быть преодолен с использованием кинетической энергии движения поезда. Из вышесказанного следует, что надежного метода выбора расчетного подъема нет, и поэтому правильность определения расчетного подъема может быть установлена только после построения кривой скорости движения поезда и оценки проследования выбранного подъема.

Для всех серий локомотивов величину  рассчитывают по формуле:

 

=1,9+0,01∙V+0,0003∙V²,

W₀'=1,9+0,01∙45,8+0,0003∙45,8² =1,9+0,458+0,63=2,9 

 

Где V –скорость движения, км/ч.

Для состава, сформированного из четырехосных и восьмиосных вагонов, величину рассчитывают по формуле:

 

= α₄ · α₈· ,

 

где  - удельное основное сопротивление движению четырехосных вагонов, Н/кН;

- удельное основное  сопротивление движению восьмиосных вагонов, Н/кН.

 

W₀''=0,58∙1,4+0,42∙1,5= 0,8+0,63=1,43

 

 

Удельное основное сопротивление  движению груженых четырехосных и восьмиосных  вагонов определяют по формулам:

 

 

 

w″₀₄ = 0,7 + =0,7+ = 1,44

 

w₀₈″=0,7+

 

w″₀₈=0,7+ = 0,7 + = 1,5

 

 

 
Примечание.

Расчет  критической массы состава выполнен при расчетной скорости движения поезда (V_р =46,7 км/ч). Величины , , и просчитаны для всего диапазона скоростей движения и занесены в таблицу 1.

 

 

2.2.2 Проверка массы состава по трогании с места

Масса состава, рассчитанная выше, должна быть меньше массы m_с.тр, полученной по формуле :

 

m_с.тр =F_{к. тр} / [g(w_тр + i_тр )] - m_л ,

 

m_с.тр = – 200 = – 200 = 57008,547- 200 =56808,5

 

где  F_{к. тр}– сила тяги при трогании с места, Н;

m_с.тр  - масса состава при трогании с места, т;

w_тр – удельное основное сопротивление движению при трогании с места, Н/кН;

i_тр  - уклон участка пути, на котором происходит трогание поезда с места, ‰.

Удельное основное сопротивление  движению при трогании поезда с места  для вагонов на роликовых подшипниках  определяется по формуле:

 

 

 

где  - масса, приходящаяся на ось вагона i-того типа, т.

 

= 28/ ( + 7),

= 28/(17,2+7) = 28/24,2 = 1,15

 

=28/ ( +7),

 

=28/(15,2+7) = 28/22,2 = 1,26

 

 

Для состава из четырехосных и восьмиосных  вагонов  определяют по выражению:

 

= ∙+ ∙,

 

=0,58∙1,15+0,42∙1,26= 0,667+0,5292=1,2

 
Согласно ПТР масса состава  проверяется на трогание с места  на остановочных пунктах.

 

2.2.3 Проверка массы состава  по размещению на станционных  путях

 

Длина поезда не должна превышать  полезной длины приемо-отправочных путей на участках обращения данного поезда (с учетом допуска 10 м на установку поезда).

Длина поезда l_п, определяется по формуле:

 

 

где  – длина состава, м;

- число локомотивов.

 

 

=1149+50+10=1209. ?

 

Длина состава определяется по формуле:

 

, ?

 

=61,51∙14=861,14 ?

=13,69∙21=287,49 ?

 

=861,14+287,49=1149. ?

 

где  - количество вагонов i-го типа в составе;

- длина вагона i-го типа, м.

 

Примечание.

l₄=14 м, l₈=21 м. ?

Количество  вагонов определяется по выражению:

, ?

где  - доля вагонов i-го типа (по массе);

- масса одного вагона  i-го типа, т.

 

= ∙5050/,

=0,58∙5050/17,2=2929/17,2=170,29

= ∙2550/,

=0,42∙5050/15,2=2121/15,2=139,53

= 246,07/4=61,51 ?

=109,56/8=13,69. ?

Масса вагона определяется по числу  осей и массе, приходящейся на ось. Если длина поезда оказалась больше длины приемо-отправочных путей, то необходимо массу состава уменьшить до величины, при которой длина поезда будет равна длине станционного пути.

 

2.2.4  Выбор расчетной массы  состава

Из трех значений масс состава, полученных выше, для дальнейших расчетов принимается  ее наименьшее значение.

 

2.3 Построение диаграммы удельных  результирующих сил поезда

Для получения в дальнейшем кривых движения поезда графическим способом необходимо предварительно рассчитать удельные результирующие силы, действующие  на поезд при движении его по прямому  и горизонтальному участку пути. При этом удельные результирующие силы поезда рассчитываем и строим на графике в зависимости от скорости движения для всех трех возможных режимов ведения поезда: тяги-f_т, выбега- f_в, служебного механического торможения-f_сл.т. Совместное графическое изображение этих зависимостей принято называть диаграммой удельных результирующих сил поезда.

В тяговом режиме

f_т=f_к-w₀ ,

f_т = 11,12-1,48=9,51 ?

 

в режиме выбега

f_в = - w_ox,

f_в = -1,63

 

в режиме служебного механического  торможения

f_сл.т = - (0,5b_т + w_ox),

 

f_сл.т = - (0,5∙39,19+1,63) = -21,23

 

где f_к – удельная сила тяги, Н/кН;

w₀ – удельное основное сопротивление движению поезда при езде локомотива под током, Н/кН;

w_ox- удельное основное сопротивление движению поезда при езде локомотива без тока, Н/кН;

b_т- удельная тормозная сила при механическом торможении, Н/кН.

 

 

В свою очередь 

w₀=(m_л · w'₀ + m_с · w''₀)/(m_л + m_с),

 

w₀=(200∙2,9+5050∙1,43)/5250=(580+7221,5)/5250=7801,5/5250=1,48

 

w_0x= (m_л · w_x + m_с · w''₀)/(m_л + m_с),

 

w_0x=(200∙3,63+5050∙1,43)/5250=7947,5/5250=1,51

 

f_к=F_к/[(m_л +m_с) · g],

 

f_к=492000/[(200+5050) · 9,81]= 51502,5 =9,55

 
b_т=1000φ_кр · υ_р, ?

b_т=1000∙0,118∙0,33=39,19 ?

 

где w_x– удельное основное сопротивление движению локомотива при езде без тока, Н/кН;

F_к – сила тяги локомотива, Н;

φ_кр - расчетный коэффициент трения колодок о бандаж;

υ_р- расчетный тормозной коэффициент=0,33.

Для всех серий локомотивов

w_x = 2,4+0,011∙V_р+0,00035∙V²_р,

 

w_x=2,4+0,011∙45,8+0,00035∙45,8²  =3,63

 

Для чугунных тормозных колодок

φ_кр=0,27(V_р+100)/(5∙V_р+100),

 

φ_кр=0,27(45,8+100)/(5∙45,8+100)=0,119.

 

Примечание.

Расчет удельных сил поезда выполнен при расчетной скорости движения поезда (V_р =46,7 км/ч). Величины ,w_ох , f_к , b_т , w_x , f_т , f_в , f_сл.т и φ_кр просчитаны для всего диапазона скоростей движения и занесены в таблицу 1,а на листе миллиметровой бумаги построена диаграмма удельных результирующих сил поезда. При построении диаграммы рекомендуется пользоваться следующими масштабами:

- для скорости движения – m_v=2 мм/(км/ч);

-для удельных сил – m_f=12мм/(Н/кН).

 

Расчет значений удельных сил поезда выполняем для ряда скоростей движения в диапазоне от нуля до конструкционной скорости с интервалом  10 км/ч. В диапазоне скоростей движения от  нуля до скорости выхода на характеристику полного возбуждения ПВ силу тяги принимаем равной силе сцепления. Сопротивление движению локомотива и состава при скоростях 0…10 км/ч принимаем неизменным и равным его величине при скорости движения V=10 км/ч.

 

2.4 Определение допустимых скоростей  движения поезда на спусках 

Определение допустимых скоростей  движения поезда на спусках  производится с целью недопущения проследования  поездом участков пути, имеющих спуски, со скоростями движения, превышающими допустимые значения по тормозным средствам  поезда. Такая задача называется тормозной  задачей и решается путем расчета  режима экстренного торможения поезда, когда по заданным значениям тормозного пути S_т, профиля пути i_с и тормозным средством b_т  определяется максимально допустимое значение скорости начала торможения V_нт.

Тормозной путьS_т, имеет две составляющие

S_т=S_п+S_д,

где  S_п – подготовительный тормозной путь, м;

S_д- действительный тормозной путь, м.

Путь S_п, пройденный поездом за время подготовки тормозов к действию находится по формуле:

S_п = 0,278∙V_нт · t_п,

где V_нт– скорость движения поезда в момент начала торможения, км/ч;

t_п –время подготовки тормозов к действию, с.

 

S_п = 0,278∙46,7∙14,78 = 191,93

 

В зависимости от количества осей в грузовом составе N₀ время находят по одной из эмпирических формул:

- при N₀≤200

t_п=7- ;

 

- при 300≥ N₀>200

t_п=10- ;

 

- при N₀>300

t_п=12-,

 

где i_с - уклон элемента профиля пути, ‰.

 

Примечание.

Уклон принимается в качестве самого крутого спуска.

 

Количество осей в составе определяется по формуле:

N₀=4n₄+8n₈

N₀=4∙43,20 + 8∙10,58 = 172,8 +84,64 = 257,44

n_i =

= ∙i

n₄ = = = 43,20

=∙4 =16∙4= 64

= = = 10,58 

=∙8 = 14∙8 = 112.

Время находим по формуле:

t_п=10-

t_п= 10- = 14,78

Примечание.

Время подготовки тормозов к действию( t_п), подготовительный тормозной путь(S_п ) рассчитаны при расчетной скорости .

Расчеты значений подготовительного тормозного пути (S_п ),времени подготовки тормозов к действию ( t_п) выполнены для ряда скоростей начала торможения в диапазоне от 0 до 100 км/ч и результаты занесены в таблицу 1.

 

Зависимость действительного тормозного пути от скорости начала торможения S_д(V_нт) определяем путем решения графическим методом МПС основного уравнения движения поезда в режиме его экстренного торможения, когда удельная равнодействующая сила поезда f_экс.т равна

f_экс.т= -b_т  - w_0x.

Значения b_т и w_0x находим по данным таблицы 1, а значение f_экс.т вычисляем по формуле и результаты заносим в таблицу1.

Учитывая, что зависимость S_п (V_нт) начинается в начале заданного тормозного пути и имеет нарастающий характер, а зависимостьS_д (V_нт) заканчивается в конце заданного тормозного пути и имеет убывающий характер, то очевидно, что две эти зависимости на интервале тормозного пути пересекаются, а точка их пересечения и есть  решение тормозной задачи.

 Если решить тормозную задачу  для нескольких значений спусков  на участке, начиная с самого  крутого, то можно получить  зависимость допустимой скорости  движения поезда с расчетной  массой состава от величины  спусков на заданном участке V_доп(i_с).

Полученная зависимость V_доп(i_с) будет использована в дальнейшем при построении ограничений кривой движения поезда V(S).

Для решения тормозной задачи рекомендуются  масштабы:

- скорость  движения – m_v=2мм/(км/ч);

- удельные  силы – m_f= 2мм/(Н/кН);

-путь  – m_s=240 мм/км.

 

2.5 Построение кривых движения  поезда

2.5.1 Кривые движения поезда V(S) и t(S) – это зависимости, соответственно, скорости движения поезда и времени его хода от пути. Эти кривые получают в результате решения основных дифференциальных уравнений движения поезда:

V;

 

,

 

где V-скорость движения поезда, км/ч;

S- путь, пройденный поездом, км;

- удельная результирующая сила, действующая  на поезд, Н/кН;

t-время движения поезда, ч.

Обе кривые строятся на общем графике на листе миллиметровой бумаги высотой 297 мм и шириной, которая определяется длиной пути заданного участка А-Б-В и принятым масштабом пути. Вдоль оси пути рекомендуется привести данные о заданном профиле пути (длина элемента и его уклон), километровые отметки, а также нанести оси станции и показать длину станционных путей. Масштабная сетка оси скорости – 10 км/ч. Необходимо сразу же на графике V(S) нанести допускаемые скорости движения поезда на перегонах (в том числе на спусках), станционных путях, а также по предупреждению (последнее пунктиром).

 

По  результатам построения кривых движения поезда для обоих вариантов ведения  поезда по участку  А-Б-В (без остановки  и с остановкой на промежуточной  станции Б) определяем:

- техническую  скорость движения поезда 

V_т=L_уч · 60/Т_х;

V_т=36300∙60/50=43,6км/ч.

 

 

-участковую  скорость движения поезда

V_уч=L_уч ·60/(T_х+Т_ст),

 

V_уч=36300∙60/(50+6)=38,9км/ч.

где  L_уч-длина участка А-Б-В, км;

T_х – время движения поезда по участку, мин;

Т_ст– время стоянки поезда на промежуточной станции, мин