Тяговые расчёты



СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5

1 Анализ профиля пути и выбор расчетного подъема 6

2 Определение массы состава 7

3 Проверка полученной массы состава на прохождение подъемов большей крутизны, чем расчетный, с учетом накопленной кинетической энергии 10

4 Проверка полученной массы состава на трогание с места на остановочных пунктах 13

5 Проверка полученной массы состава по длине приемо - отправочных  путей. 15

6 Спрямление профиля пути 17

7 Построение диаграммы ускоряющих и замедляющих сил действующих на   поезд 21

8 Определение предельно допустимой скорости движения при заданных тормозных средствах поезда для трех значений уклона 26

9 Определение времени хода поезда по участку способом равновесных      скоростей 29

10 Построение кривых скорости и времени 30

11 Определение по кривой времени время хода поезда и технической скорости движения 31

12 Определение расхода дизельного топлива 32

Заключение 36

Спикок  литературы 37

Приложение А- Тяговая характеристика локомотива ВЛ80р

Приложение Б- Диаграмма удельных равнодействующих сил, приложенных к поезду

Приложение В- Определение предельно допустимых значений скорости при заданных тормозных средствах

Приложение Г- Кривые скорости, времени и тока

 

ВВЕДЕНИЕ

В теории тяги изучают управляемое  движение поездов. При этом поезд  рассматривают как управляемую  систему, функционирующую в условиях переменных воздействий внешней  среды. Допустимые состояния поезда в целом и локомотива в частности, в области которых может нормально  протекать процесс движения, называют ограничениями. Смысл ограничений состоит в том, что величина какого-либо определяющего параметра системы не должна выходить за допускаемые границы. Ограничения обусловлены ресурсами управления и условиями эксплуатации.

Для расчёта движения используется математическая модель поезда – дифференциальное уравнение движения, описывающее  его поведение с достаточной для целей практики точностью. Решение дифференциального уравнения позволяет определить закон движения на всех этапах управления и поэтому составляет центральную часть теории тяги и тяговых расчётов.

     Расчетную часть теории тяги называют тяговыми расчетами. Тяговые расчёты используются для разработки графика движения поездов, изыскания и проектирования железных дорог, расчётов в области экономической эффективности перевозок. Таким образом, тяговые расчёты являются основным расчётным инструментом в деле рационального функционирования, планирования и развития железных дорог.

В данном курсовом проекте по имеющимся  исходным данным определим массу  и длину состава поезда, определим  предельно допустимую скорость по тормозным  средствам, техническую скорость движения и время хода поезда по участку  железной дороги, рассчитаем расход энергоресурсов на движение поезда.

 

1 АНАЛИЗ ПРОФИЛЯ ПУТИ И ВЫБОР РАСЧЕТНОГО ПОДЪЕМА

      Расчётный подъём – это наиболее трудный для движения в данном направлении элемент профиля пути, на котором достигается расчетная скорость, соответствующая расчетной силе тяге локомотива. Величина расчётного подъёма iр выбирается в зависимости от типа профиля для каждого перегона и на этой основе – для всего заданного участка

     Наряду с подъёмом большой протяжённости имеется подъём большой крутизны, но небольшой длины, условия подхода к которому таковы, что возможно прохождение его за счёт использования кинетической энергии без снижения скорости движения поезда ниже расчётной скорости локомотива. За расчётный принимаем подъём меньшей крутизны, но большей длины – участок 18 (i = 8 ‰ , S = 4500м).Скоростной подъём – участок 7 (i = 10 ‰ , S = 1400 м)

      Расчётный подъём при наличии на элементе кривой

 

(1.1)


 

где

i

–

действительный уклон расчётного подъёма, ‰;

 

iкр

–

фиктивный подъем, ‰.


      Предполагаем, что наш поезд полностью вмещается в кривой и, следовательно, фиктивный подъем будет равен

 ,

(1.2)


 

где

R

–

радиус кривой, м.


       Расчётный подъём

 

iр = 8 ‰.


 

       Принимаем iр = 8 ‰.

 

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ СОСТАВА

Масса состава  – один из важнейших показателей работы железнодорожного транспорта. Увеличение масса состава позволяет снизить себестоимость перевозок, уменьшить расход топлива и электрической энергии. Поэтому массу грузового состава определяют исходя из условий полного использования мощности и тяговых качеств локомотива, а также кинетической энергии поезда.

Максимальную  массу грузового состава, которую  локомотив может перемещать по заданному участку, определяют из условия, что скорость движения поезда не должна опускаться ниже расчетной. Это условие вызвано тем, что продолжительное движение поезда в режиме тяги со скоростью ниже расчетной может привести к перегреву тяговых электрических двигателей и выходу их из строя.

Чтобы обеспечить движение поезда со скоростью не ниже расчётной массу состава выбирают таким образом, чтобы на самом трудном элементе профиля пути (расчётный подъём) равновесная скорость была равна  расчётной.

Массу состава  для выбранного расчётного подъёма определяем по формуле

                                          (2.1)

где – расчетная сила тяги локомотива, Н; = 512000 Н;

   – масса локомотива, т; = 192 т;

– основное удельное сопротивление движению локомотива, Н/т;

 – основное удельное сопротивление движению состава, Н/т;

– крутизна расчетного подъема, ‰; = 8 ‰.

Основное удельное сопротивление движению локомотива определяется при условии, что поезд движется на звеньевом пути, в составе поезда вагоны на роликовых подшипниках.

        (2.2)

где – расчетная скорость движения локомотива, = 43,5 км/ч.

 Н/т.

Основное  удельное сопротивление состава определяется по формуле

                                              (2.3)

где , , – доли четырехосных, шестиосных, восьмиосных вагонов в составе по массе соответственно; = 0,84, = 0,01, = 0,15;

  – основное удельное сопротивление 4-осных груженых вагонов, Н/т;  

  – основное удельное сопротивление 6-осных груженых вагонов, Н/т;                       

  – основное удельное сопротивление 8-осных груженых вагонов, Н/т.                

Основное  удельное сопротивление 4-осных груженых вагонов определяется по формуле

                                      (2.4)

где – масса, приходящаяся на одну колёсную пару четырехосного  вагона, т/ось;  = 22 т/ось.

Основное  удельное сопротивление 6-осных груженых вагонов определяется по формуле

                                      (2.5)

где   – масса, приходящаяся на одну колёсную пару шестиосного              вагона, т/ось; = 21,3 т/ось

Основное  удельное сопротивление 8-осных груженых вагонов

                                   (2.6)

где – масса, приходящаяся на одну колёсную пару восьмиосного                       вагона, т/ось; = 20,5 т/ось.

В соответствии с формулами (2.4), (2,5) (2.6) определяем:

 Н/т;

 Н/т;

 Н/т.

Найдем  основное удельное сопротивление состава по формуле (2.3)

 Н/т.

Определяем  массу состава

 т.

Округляем массу в соответствии с требованиями ПТР и принимаем           = 5300 т.

Максимальная  масса грузового состава, который заданный локомотив может перемещать по заданному участку, составляет = 5300 т.

 

3 ПРОВЕРКА ПОЛУЧЕННОЙ МАССЫ СОСТАВА НА ПРОХОЖДЕНИЕ ПОДЪЕМОВ БОЛЬШЕЙ КРУТИЗНЫ, ЧЕМ РАСЧЕТНЫЙ, С УЧЕТОМ НАКОПЛЕННОЙ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

 

Анализ  профиля пути показывает, что к  подъёму, принятому нами за расчётный, поезд может подойти с предельно допустимой скоростью, поскольку ему предшествуют спуски.

Масса состава  проверяется на прохождение поездом  участков профиля большей крутизны, чем расчетный подъем, учитывая при  этом использование кинетической энергии  поезда.

Чтобы убедиться  в том, что с таким составом принятый тепловоз преодолеет и подъем 8 ‰, рассчитаем, как изменится скорость по мере движения поезда по данному подъёму. Вычисления проведём в соответствии с выражением

                                              

,                                                           (3.1)

где  ― длина проверяемого элемента пути с подъемом большей крутизны, чем у рассматриваемого подъема, м;

  ― скорость движения поезда в конце и начале выбранного  интер- 

                  вала скорости, км/ч;

       ―    среднее значение удельной силы тяги на i-м интервале, Н/т;  

  ― среднее значение общей удельной силы сопротивления на i-м интервале, Н/т.

Полное основное сопротивление движению локомотива определяется по формуле

          

,                                                      (3.2)

Полное основное сопротивление движению состава определяется по формуле

          

,                                                      (3.3)

Полное основное сопротивление движению поезда определяется по формуле

                       ,                                                   (3.2)

     Удельная ускоряющая сила определяется  по формуле

                                                        

                                                        (3.4)

 где  ― средняя сила тяги локомотива на выбранном интервале, Н;

         ― среднее общее сопротивление движению поезда на выбранном интер-

вале скорости, Н.

      Удельная ускоряющая  сила с учетом движения по  подъему определяется по формуле

                                                      

                                             (3.5)  

Значение силы тяги локомотива определяем с помощью тяговой  характеристики тепловоза ВЛ80р.

Весь расчет в соответствии с  формулами 3.1 ― 3.5 представим в           таблице 3.1.

Н/т;

Н;

  Н/т;

 Н/т;

 Н/т;

Н/т;

Н;

Н;

Н;

Н/т;

 Н/т;

м.

Таблица 3.1 - Проверка возможности преодоления подъема крутизной больше

                       расчетного

 км/ч

 км/ч

Н

Н/т

, Н

Н/т

, Н

, Н

,

 Н

, Н/т

,

Н/т

м

,м

85-75

80

226000

46,2

8870

19,9

105470

114340

111660

20,3

-79,7

837

1780

75-65

70

307000

40,7

7814

17,0

90152

97966

   209034

38,1

-61,9

943


 

 

Так как 1780> 1400 м, то тепловоз ВЛ80р, перемещая состав массой Q=5300т, преодолеет подъем = 10 ‰ длиной 1400м. При этом скорость движения поезда не успеет опуститься до расчетной.

 

 

 

 

4 ПРОВЕРКА ПОЛУЧЕННОЙ МАССЫ СОСТАВА НА ТРОГАНИЕ С МЕСТА НА ОСТАНОВОЧНЫХ ПУНКТАХ

Проверка  массы состава на трогание с места  на раздельных пунктах заданного участка выполняется по формуле:

                                       (4.1)

где – сила тяги локомотива при трогании с места, Н; = 690800 Н;

        – средневзвешенное удельное сопротивление движения поезда при трогании, Н/т;

   – крутизна наиболее трудного элемента раздельных пунктов заданно      го участка, ‰; = 0.

Принимаем, что в составе все подшипники роликовые, тогда удельное сопротивление при трогании определяется по формуле:

                                                  (4.2)

где – масса, приходящаяся на одну колёсную пару для данной группы          вагонов, т/ось.

                                             Н/т,

                                             Н/т,

 Н/т.

Получим следующее удельное сопротивление  при трогании всего состава:

                                         

 Н/т.

 

Тогда по условиям трогания масса состава  будет равна:

 т.

Округляем массу состава в соответствии с требованиями ПТР и принимаем Qтр = 70300 т.

Qтр = 70300 > Q = 5300 т, следовательно обеспечено трогание поезда с места на остановочном пункте с ровной площадкой.

 

5 ПРОВЕРКА ПОЛУЧЕННОЙ  МАССЫ СОСТАВА ПО ДЛИНЕ ПРИЕМО-ОТПРАВОЧНЫХ  ПУТЕЙ

Чтобы выполнить  проверку полученной массы состава по длине приемо-отправочных путей, необходимо определить число вагонов в составе, длину поезда и сопоставить эту длину с заданной длиной приёмо-отправочных путей, т. к. поезд может быть слишком длинным, чтобы уместиться в пределах станции.

Длина поезда не должна превышать полезной длины приемо-отправочных путей.

                                                            (5.1)

Определим длину состава по формуле:

                         (5.2)

 

где          – длина локомотива, м. В соответствии с ПТР принимаем = 33 м;

          – допуск на неточность остановки поезда, м;

  , , – количество четырехосных, шестиосных и восьмиосных вагонов     соответственно;

  , , – длина четырехосных, шестиосных и восьмиосных вагонов соответственно, м. принимаем =15м, =17м, =20м.

 

Количество  четырехосных, шестиосных и восьмиосных вагонов находим по формулам:

      m4=α∙Q/Q4                  (5.3)

                                                   m6=β∙Q/Q6                           (5.4)

                                                  m8=γ∙Q/Q8 (5.5)

 

 ваг;

 ваг;

 ваг;

Определим полную длину поезда по формуле (5.2):

 м.

Так как  = 925 м < = 1250 м, то очевидно, что поезд помещается на приемо-отправочных путях.

 

     6 СПРЯМЛЕНИЕ ПРОФИЛЯ ПУТИ 

Влияние продольного профиля и кривизны пути на движение поезда учитывают величиной дополнительного сопротивления движению. Поскольку при производстве тяговых расчетов поезд обычно рассматривают, как материальную точку расчет скорости движения выполняют для каждого элемента профиля в отдельности. При этом считают, что дополнительное сопротивление от уклона при переходе поезда на очередной элемент профиля пути изменяется мгновенно. На самом деле поезд, имеющий вполне определенную длину, может располагаться на нескольких элементах.

Для повышения  точности результатов тяговых расчетов, а также для сокращения объема последних необходимо спрямлять профиль пути. Спрямление профиля состоит в замене двух или нескольких  элементов продольного профиля  пути одним элементом, длина которого равна сумме длин спрямляемых элементов ( ), т. е.:

                                 , м.                                          (6.1)

Крутизна спрямляемого элемента вычисляется по формуле

                                  , ‰                                   (6.2)

где , ,…, – длина спрямляемых элементов, м;

      , ,…, – крутизна элементов спрямляемого участка, ‰.

Для количественной оценки возможности спрямления профиля  вводят условие

                                                   

,                                      (6.3)

где – длина спрямляемого элемента, м;

   – абсолютная величина разности между уклоном спрямляемого участка и уклоном проверяемого элемента, ‰.               

Встречающиеся кривые на спрямляемом участке заменяют дополнительным фиктивным подъемом, крутизна которого определяется по формулам:

                                         ;                                                (6.4)

                                                                                             (6.5)

Величину  приведенного уклона принимаем

                                         ,                                                    (6.6)

Объединять  группы для спрямления следует:

– только близкие по крутизне элементы профиля  одного знака;

– горизонтальные элементы (площадки) могут включатся в спрямляемые группы как с элементами положительного знака крутизны, так и с элементами отрицательной крутизны.

Не спрямляются:

– элементы, на которых расположены раздельные пункты;

– расчетный подъем;

– скоростной подъем.

      Спрямлённый профиль должен сохранить характерные особенности действительного профиля в смысле относительного расположения повышенных и пониженных точек.

Попытаемся  спрямить элементы 2 , 3 и 4.

Сумма длин элементов спрямляемого профиля:

м.

В соответствии с выражением (6.2) находим:

‰.

 

Проверим  возможность спрямления:

– элемент 2:                              м.

– элемент 3:                              м.

– элемент 4:                              м.

Условие для всех элементов выполнено, следовательно, спрямление возможно.

На рассматриваемом  участке пути в плане на двух элемента находятся кривые. В соответствии с выражениями (6.4) и (6.5) рассчитаем фиктивный подъем от этих кривых:

 ‰.

     Приведенный уклон равен

 ‰.

 Все проведённые  расчеты по спрямлению профиля пути на участках сведём в таблицу 6.1.

 

 

Таблица 6.1 – Спрямление профиля пути

№ элемента

Длина,  м

Уклон, ‰

Кривые

Sс, м

iс', ‰

iс", ‰

iс, ‰

2000/Di

№ спрям-ленного элемента

Примечание

R, м

Sкр, м

aо

1

2000

0,0

-

-

-

-

-

-

-

-

1

Ст. Д

2

3

4

450

1750

800

-3,5

-6,0

-4,0

640

-

1500

-

-

250

10

-

-

3000

-5,1

0,1

-5,0

1250

2222

1818

2

  

5

6

1000

650

-2,5

0

-

-

-

-

-

-

1650

-1,5

-

-1,5

2000

1333

3

  

7

1400

10,0

-

-

-

-

-

-

-

-

4

iск

8

9

10

500

600

800

0

3,0

6,0

-

850

2500

-

400

300

-

-

-

1900

3,2

0,2

3,4

625

10000 714

5

  

11

1000

0

-

-

-

-

-

-

-

-

6

  

12

13

1200

900

-3,5

-3,5

1050

-

600

-

-

-

2100

-3,5

0,2

-3,3

∞

∞

7

  

14

2400

0

-

-

-

-

-

-

-

-

8

Ст. С

15

16

17

700

800

900

1,0

3,0

0

1300

-

1200

400

-

-

-

-

20

2400

1,3

0,2

1,5

6667

1176

1538

9

  

18

4500

8,0

-

-

-

-

-

-

-

-

10

iр

19

20

375

1200

3,0

2,0

-

-

-

-

-

-

1575

2,2

0

2,2

2500

10000

11

  

21

4500

0

-

-

-

-

-

-

-

-

12

  

22

23

600

1200

-4,5

-8,5

900

640

200

-

-

12

1800

-6,8

0,2

-6,6

870

1667

13

  

24

25

26

1000

900

800

0

2,2

4,0

-

3000

2000

-

600

600

-

-

-

2700

1,9

0,1

2,0

1053

20000

952

14

  

27

2200

0

-

-

-

-

-

-

-

-

15

Ст. В

28

1500

-1,5

-

-

-

-

-

-

-

-

16

  

29

4800

-7,0

1500

900

-

4800

-7,0

0,1

-6,9

-

17

  
             

30

31

1500

500

-2,5

0

-

-

-

-

-

-

2000

-1,9

-

-1,9

3333

1053

18

  

32

33

1000

850

-5,5

-4,0

860

-

-

-

22

-

1850

-4,8

0,1

-4,7

2857

2500

19

  

34

35

36

37

600

700

600

400

0

-2,0

-3,5

-1,0

750

-

-

640

-

-

-

250

15

-

-

-

2300

-1,7

0,2

-1,5

1176

6667

1111

2857

20

  

38

2000

0

-

-

-

-

-

-

-

-

21

Ст. А




7 ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ УСКОРЯЮЩИХ И   

        ЗАМЕДЛЯЮЩИХ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ПОЕЗД

Для построения диаграммы ускоряющих и замедляющих  сил, необходимой для выполнения тяговых расчетов, выполняют вычисления, результаты которых сводят в таблицу. Вычисления обычно выполняют для трех режимов ведения поезда: режима тяги, режима холостого хода (выбега) и режима торможения (служебного и экстренного). 

Порядок заполнения таблицы следующий.

Первые  два столбца таблицы заполняют  данными тяговой характеристики локомотива, приведённой в приложении А. Шаг изменения скорости не должен превышать 10 км/ч. Кроме того, в таблицу необходимо внести значения, соответствующие характерным точкам тяговой характеристики. Такими значениями являются скорость перехода от ограничения по сцеплению на автоматическую характеристику, расчетная скорость и скорости изменения режима работы тяговых электродвигателей. Для тех значений скорости, при которых возможна работа на двух режимах работы тяговых электродвигателей, принимают среднее значение силы тяги.

В третьем  и четвертом столбцах помещают значения основного удельного и полного  сопротивления движению локомотива при движении в режиме тяги.

Для вычисления основного удельного сопротивления  движению состава предварительно рассчитывают основное удельное сопротивление движению каждой из входящих в состав групп  вагонов.

Столбцы 7-9 заполняют, выполняя вычисления в  соответствии с выражениями:

 

,

(7.1)

   

.

(7.2)


 

Затем выполняют  расчеты и заполняют столбцы 10 – 13 для режима холостого хода (выбега).

Прежде  чем перейти к расчету и  заполнению столбцов 14 – 17 соответствующих режиму торможения определяют значение расчетного тормозного коэффициента:

                                   .                                                     (7.3)                   

где    – суммарное расчетное нажатие тормозных колодок;

              – доля тормозных осей в составе поезда.

  

Суммарное расчетное нажатие тормозных  колодок вычисляют по числу вагонов  каждого вида (m4, m6, m8), входящих в состав поезда, числу осей локомотива заданной серии (mл) и расчетному нажатию на одну тормозную ось для каждого вида вагонов и локомотива:

 

(7.4)


 

где

Kрi

–

тормозное нажатие на одну ось единицы  подвижного состава, кН/ось; Kр =70 кН/ось – для грузовых гружёных вагонов, оборудованных чугунными колодками.


При расчетах тормозной силы для грузовых поездов, движущихся на участках со спусками до 20 ‰, Правилами тяговых расчетов рекомендуется не принимать в расчет пневматические тормоза локомотива и его вес. Иначе говоря, в формуле (7.3) можно исключить P, а в формуле (7.4) исключают слагаемое mлKрл .

В четырнадцатом  столбце записывают значения расчетного коэффициента трения колодки φкр, которые рассчитывают для значений скорости приведенных в первом столбце по следующей формуле (для чугунных колодок):

(7.5)


 

В пятнадцатом  столбце таблицы записывают значения удельной тормозной силы, вычисленные по формуле:

 

                                                        

(7.6)


 

В шестнадцатом столбце записывают значение равнодействующей сил, приложенных к поезду в режиме служебного торможения. Для грузовых поездов:

(7.7)


 

А в семнадцатом для экстренного  торможения:

 

                                                           (7.8)

Весь расчет в соответствии с формулами 7.1 ― 7.8 представим в           таблице 7.1.

кН/ось,

  

.


 

     По результатам вычислений, приведённым в таблице 7.1, строим диаграмму удельных равнодействующих сил, действующих на поезд. Эта диаграмма позволяет анализировать характер движения поезда, для которого она построена.

При построении диаграммы используем масштабы из ПТР:

1) Удельная сила: 10 Н/т – 6 мм;

2) Скорость: 1 км/ч – 1 мм.

  Таблица 7.1 – Результат расчёта удельных равнодействующих сил. Электровоз ВЛ80р, масса состава Q = 5300 т.