Тяговые расчеты для локомотивов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Определение основного сопротивления движению поезда при различных видах тяги

2. Определение скорости движения и времени хода поезда по участку

3. Определение касательной мощности локомотивов

4. Определение расхода энергоресурсов различными видами тяги

5. Сравнение локомотивов по тяговым характеристикам

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Железнодорожный транспорт появился в первой половине XIX века, как транспорт с паровой тягой. Однако техническое несовершенство паровозов послужило причиной для интенсивного развития альтернативных видов тяги при использовании новых открытий в области науки и техники.

Идея тепловоза как локомотива появилась с рождением нового более совершенного, чем паровая машина двигателя - дизеля.

Наша страна сыграла огромную роль в отрасли тепловозостроения, так в 1905 году Н.Г. Кузнецов и А.И. Одинцов разработали первые проекты локомотивов с двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей. Проект этот был оригинален во всех отношениях, но он не был осуществлен в царской России. Только после великой Октябрьской Революции стал возможен практический подход к осуществлению многих проектов, которые появились к тому времени. По инициативе В.И. Ленина в январе 1922 г. было принято решение о развитии отечественного тепловозостроения.

7 ноября 1924 г. был создан первый в мире тепловоз Щ^ЭЛ1, построенный на Путиловском заводе.

Впервые в мире тепловозная тяга появилась на Ашхабадской железной дороге на участке в 700 км.

После Великой Отечественной Войны тепловозостроение начало свое интенсивное развитие.

Начавшаяся с середины 50-х годов широкомасштабная электрификация железных дорог СССР, при которой на электрическую тягу переводились целые направления, обусловила рост весовых норм и скоростей движения поездов. Чтобы не сдерживать этот рост, потребовалось применение более совершенных видов тяги и на неэлектрифицированных участках. Стране стали нужны в больших количествах мощные, экономичные и приспособленные для массового производства локомотивы с автономными источниками энергии. К таким локомотивам, прежде всего, относились магистральные тепловозы с электрической передачей. До 1956 г. отечественной промышленностью уже был освоен выпуск тепловозов серий ТЭ1 и ТЭ2, было изготовлено также несколько более мощных тепловозов серии ТЭЗ. Массовое производство тепловозов этой серии началось в 1956 г. и продолжалось до 1973 г.

Одновременно с увеличением протяженности линий магистральных железных дорог, переводимых на тепловозную тягу, росло и количество магистральных тепловозов с электрической передачей. В период 1956 - 1975 гг. росли не только количественные, но и качественные показатели производства тепловозов с электрической передачей. Секционная мощность локомотивов увеличилась в два раза: с 2000 л. с. (тепловоз серии ТЭЗ) до 4000 л. с. (тепловоз серии ТЭП70). В начале 70-х годов был освоен выпуск тепловозов серии 2ТЭ116, у которых вместо электрической передачи постоянного тока была применена передача переменно-постоянного тока с более легким и надежным синхронным тяговым генератором. В конце 50-х и начале 60-х годов первые пассажирские тепловозы с электрической передачей (серий ТЭ7, ТЭП10, ТЭП10Л) создавались на базе грузовых тепловозов путем их соответствующей доработки: уменьшения передаточного числа тяговых редукторов, применения электропневматических тормозов и т. п. Позднее для вождения пассажирских поездов стали применяться специально спроектированные тепловозы (серий ТЭП60, 2ТЭП60, ТЭП70) с опорно-рамным подвешиванием тяговых электродвигателей вместо опорно-осевого и рядом других существенных отличий от грузовых локомотивов.

Имея возможность совершать без пополнения запасов топлива пробег более 1000 км, тепловозы с конца 50-х годов, как и электровозы, стали во многих местах следовать с поездами без отцепки на значительные расстояния.

К середине 70-х годов большинство участков, зон и полигонов работы как пассажирских, так и грузовых тепловозов с электрической передачей сократилось по своей длине или совсем исчезло в связи с электрификацией железных дорог.

Отсутствие у тепловозов необходимости пополнять запасы воды обусловило первоочередность перевода на тепловозную тягу неэлектрифицированных линий, расположенных в безводных районах и там, где водоснабжение затруднено. Поэтому в начале 60-х годов тепловозы заменили паровозную тягу на главных направлениях степных районов Украины, России, Казахстана и Сибири, а также в Средней Азии.

Цель данного курсового проекта - определение основных параметров тепловозной и электровозной тяги и сравнение их технико-экономических показателей на примере тепловоза ТЭП80 и электровоза ЧС200.



1. ^ Определение основного сопротивления движению поезда при различных видах тяги

Расчет удельных сопротивлений движению локомотивов и вагонов.

Удельное сопротивление движению локомотива

= 1,9+0,01*V+0,0003*V²

Удельное сопротивление движению вагонов

= 0,7+(80+V+0,025*V²)/q_оп

где и - основные удельные сопротивления движению

локомотива и вагонов, Н/кН

V - скорость, км/ч (V_р^ТЭП80 = 49 км/ч, V_?^ЧС200 = 91,1 км/ч;

V_k^ТЭП80 =160 км/ч, V_k^ЧС200 =210 км/ч),

q_оп - нагрузка на ось пассажирского вагона, кН

q_оп =15,2 т.

Для тепловоза ТЭП80

а) V_р^ТЭП80 = 49 км/ч

= 1,9+0,01*49+0,0003*49² = 3,11 (Н/кН)

= 0,7+(80+49+0,025*49²)/152 = 1,94 (Н/кН)

б) V_k^ТЭП80 =160 км/ч

= 1,9+0,01*160+0,0003*160² = 11,18 (Н/кН)

= 0,7+(80+160+0,025*160²)/152 = 6,49 (Н/кН)

Для электровоза ЧС200

а) V_?^ЧС200 = 91,1 км/ч

= 1,9+0,01*91,1+0,0003*91,1² = 5,3 (Н/кН)

= 0,7+(80+91,1+0,025*91,1²)/152 = 3,19 (Н/кН)

б) V_k^ЧС200 = 210 км/ч

= 1,9+0,01*210+0,0003*210² = 17,23 (Н/кН)

= 0,7+(80+210+0,025*210²)/152 = 9,86 (Н/кН)

Расчет полного сопротивления движению поезда на расчетном подъеме.

где W_k - полное сопротивление движению поезда, Н

- расчетный вес локомотива, кН

- вес состава, кН (=30000 кН),

- расчетный уклон, (= 5).

Для тепловоза ТЭП80

а) V_р^ТЭП80 = 49 км/ч

W_k^ТЭП80 = 1800*(3,11+5)+30000*(1,94+5) = 222798 (Н) = 222,8(кН)

б) V_к^ТЭП80=160 км/ч:

W_k^ТЭП80 = 1800*(11,18 +5)+30000*(6,49+5) = 373824 (Н) =373,8(кН)

Для электровоза ЧС200

а) V_?^ЧС200 = 91,1 км/ч

W_k^ЧС200 = 1640*(5,3+5)+30000*(3,19+5) = 262592 (Н) = 262,59 (кН)

б) V_k^ЧС200 = 210 км/ч

W_k^ЧС200 = 1640*(17,23+5)+30000*(9,86+5)=482257(Н)=482,27 (кН)

2. Определение скорости и времени хода поезда по участку

Построение тяговых характеристик локомотивов.

На основании данных ПТР строим тяговые характеристики серийных локомотивов F_k = f(V) и по расчетам - зависимости W_k=f(V) (рис.1;2). Из пересечения графиков F_k = f(V) и W_k=f(V) находим средние скорости движения на этом участке - V_ср^ТЭП80=51 км/ч, V_ср^ЧС200= 171 км/ч.

^ Определение времени хода поезда.

а) При использовании тепловозной тяги:

сопротивление локомотив тяга мощность

t_т = 60*L/V_ср , мин

где L - длина эксплуатационного участка, км

L = 600 км

t_т = 60*600/51 = 705,8 (мин) =11,8 (ч)

б) При использовании электровозной тяги:

t_э = 60*L/V_ср , мин

t_э = 60*600/171=210,5 мин.=3,5 ч.

3.Определение касательной мощности локомотивов

Касательной мощностью локомотива называют мощность, развиваемую на его ведущих колесах и используемую для движения поезда.

Касательную мощность локомотива целесообразно определять по параметрам тяговой характеристики тепловоза или электровоза.

Так касательная мощность тепловоза N_k может быть определена из следующего выражения, кВт:

N_k = F_ki*V_i/3600

где N_k - касательная мощность тепловоза, кВт

F_ki - текущее значение касательной силы тяги (с учетом числа секций), Н

V_i - текущее значение скорости, км/ч

Касательная мощность электровоза определяется по формуле:

P_k= F_ki*V_i/3600

где P_k - касательная мощность электровоза, кВт

F_ki - текущее значение касательной силы тяги (с учетом числа секций), Н

V_i - текущее значение скорости, км/ч

Результаты расчетов заносим в таблицы 1,2.

Таблица 1.

Расчет касательной мощности тепловоза

V,км/ч	0	10	20	30	V*	40	Vр	50	Vср	60
Fk,кН	340	340	340	340	340	285	246,8	240	236	200
Nk,кВт	0	944,4	1888,8	2833,3	3305,7	3366,6	3359,2	3333,4	3343,3	3333,3
V,км/ч	70	80	90	100	110	120	130	140	150	160
Fk, кН	172	150	133	121	109	101	92	85	81	75
Nk,кВт	3344,4	3333,3	3325	3361,1	3330,6	3366,7	3322,2	3305,6	3375	3333,3

Таблица 2

Расчет касательной мощности электровоза

V,км/ч	0	10	20	30	40	50	60	70
Fk,кН	720	680	640	620	590	570	546	524
Pk,кВт	0	1777,7	3555,6	5166,7	6555,5	7916,7	9100	10188,9
V,км/ч	80	90	V?	100	110	120	130	Vср
Fk,кН	516	498	496	480	476	464	458	456
Pk,кВт	11466,7	12450	12551,6	13333,3	14544	15466	16538	16539
V,км/ч	140	150	160	170	180	190	200	210
Fk,кН	450	444	440	434	405	370	340	315
Pk,кВт	17500	8500	19555	20494	20250	19527	18888	18375



4. Сравнение электрической и тепловозной тяги по расходу энергоресурсов

Определение расхода топлива тепловозом.

а) По выполненной механической работе:

, кг,

где - значение силы тяги, соответствующее равномерной скорости движения, = 225 кН;

- теплотворная способность дизельного топлива, =42500 кДж;

- средний КПД тепловозной тяги, =0,3

G_p^T = (225*600*1000)/(42500*0,3)=10588,2 (кг)

б) По данным ПТР:

, кг

где - минутный расход топлива в режиме тяги,=11,2 кг/мин;

- число секций, =1;

-время хода поезда по участку при тепловозной тяге, мин

G^T_ПТР= 11,2*1*705,8 = 7904,9 (кг)

Определение расхода электроэнергии электровоза.

а) По выполненной механической работе:

А_мех=(F_кср*n*V_ср*t_э)/(3600*), кВт*ч,

где - значение силы тяги, соответствующее равномерной скорости движения, = 419 кН;

- время хода поезда, = 3,5 ч;

- средний КПД электрической тяги, =0,24.

А_мех = (419*171*2*210,5)/(3600*0,24)=34912,4 (кВт*ч)

б) По данным ПТР:

А^э_ПТР = (U_kc*I_эср*n*t_э)/(60*1000), кВт*ч,

где - напряжение контактной сети, = 3 кВ;

- сила тока для среднего значения скорости, = А;

А^э_ПТР = (3000*1210*2*210,5)/(60*1000)=25470,4(кВт*ч)

Средний расход топлива тепловозом.

, кг

G^T_ср= (10588,2+7904,9)/2= 9246,6 (кг)

^ Средний расход электроэнергии.

А^э_ср= ( А_мех+ А^э_ПТР)/2, кВт*ч

А^э_ср=(34912,4 +25470,4)/2=30191,4 (кВт*ч)

Определение стоимости перевозок.

а) При тепловозной тяге:

, руб,

где - стоимость одного килограмма дизельного топлива,

= 7,6 руб/кг;

С_т = 7,6*9246,6=70274,2 (руб)

б) При электрической тяге:

, руб,

где - стоимость 1 кВт*ч электроэнергии, =0,85 руб/кВт*ч;

С_э = 0,85*30191,4=25662,7 (руб)

^ Определение эффективности тяги.

,

Э = 25662,7/70274,2 = 0,37

На заданном участке обращения использование электровозной тяги более эффективно, чем тепловозной.

5. Сравнение локомотивов по тяговым характеристикам

А) Относительная сила тяги тепловоза

- сила тяги при конструкционной скорости, кН

Б) Относительная скорость тепловоза

где - текущая скорость, км/ч

- конструкционная скорость, км/ч

Результаты расчетов заносим в таблицу 3.

Таблица 3

Результаты расчетов относительной силы тяги и относительной скорости тепловоза ТЭП80

V,км/ч	0	10	20	30	40	Vр	50	60
F, кН	340	340	340	340	285	246,8	240	200
Vотн	0	0,06	0,13	0,19	0,25	0,31	0,31	0,38
Fотн	4,5	4,5	4,5	4,5	3,8	3,28	3,2	2,6
V,км/ч	70	80	90	100	110	120	130	140
F, кН	172	150	133	121	109	101	92	85
Vотн	0,43	0,5	0,56	0,62	0,68	0,75	0,81	0,88
Fотн	2,29	2	1,77	1,61	1,45	1,34	1,22	1,13

В) Относительная сила тяги электровоза

где - текущая сила тяги, кН

- сила тяги при конструкционной скорости, кН

Г) Относительная скорость электровоза

где - текущая скорость, км/ч

- конструкционная скорость, км/ч

Результаты расчетов заносим в таблицу 4.



^ Таблица 4

Результаты расчетов относительной силы тяги и относительной скорости электровоза ЧС200

V,км/ч	0	10	20	30	40	50	60	70
Fk,кН	720	680	640	620	590	570	546	524
Vотн	0	0,04	0,09	0,14	0,19	0,23	0,29	0,33
Fотн	2,28	2,15	2,03	1,97	1,87	1,81	1,73	1,66
V,км/ч	80	90	V?	100	110	120	130	Vср
Fk,кН	516	498	496	480	476	464	458	420
Vотн	0,38	0,43	0,43	0,48	0,52	0,57	0,62	0,81
Fотн	1,63	1,58	1,57	1,52	1,51	1,47	1,45	1,33
V,км/ч	140	150	160	170	180	190	200	210
Fk,кН	450	444	440	434	405	370	340	315
Vотн	0,66	0,71	0,76	0,81	0,86	0,9	0,95	1
Fотн	1,43	1,41	1,39	1,38	1,28	1,17	1,08	1

Размещено на Allbest.ru

...