Основные показатели подвижного состава и тяги поездов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Анализ и спрямление профиля пути, установление величины расчетного подъема, максимального спуска и подъема

2. Определение массы состава по выбранному расчетному подъему

3. Определение числа вагонов и осей состава

4. Определение длины состава и поезда. Сравнение длины поезда с заданной длиной приемо-отправочных путей

5. Проверка массы состава на трогание с места

6. Определение величины расчетного тормозного коэффициента

7. Тяговая характеристика локомотива

8. Решение тормозной задачи

9. Определение технической скорости движения поезда

10. Определение времени хода поезда способом равномерных скоростей

11. Построение кривой тока локомотива

12. Построение кривой зависимости пути замедления поезда от скорости на максимальном подъеме

13. Определение расхода энергоресурсов

14. Определение виртуального коэффициента участка

15. Определение нагрева обмоток электрических машин

Заключение

Список используемых источников



Введение

Железнодорожный транспорт наиболее приспособлен к массовым перевозкам, функционирует днем и ночью независимо от времени года и атмосферных условий, что особенно важно для России с ее разными климатическими зонами. Также очень важен в освоении новых районов страны. По размерам грузооборота железнодорожный транспорт занимает первое место. Железные дороги имеют высокую провозную способность. На железных дорогах сравнительно небольшая себестоимость перевозок и высокая скорость доставки грузов. Железные дороги являются универсальным видом транспорта для перевозок всех видов грузов в межрайонных и во внутрирайонных сообщениях. Однако постройка железных дорог требует больших капитальных вложений, зависящих от топографических, климатических и экологических условий. Железные дороги, по сравнению с другими видами транспорта в меньшей степени воздействуют на окружающую среду и имеют меньшую энергоемкость перевозочной работы.

Железнодорожный локомотив - это самоходный экипаж, предназначенный для перемещения по рельсовому пути состава из пассажирских или грузовых вагонов. Энергия, необходимая для движения, может вырабатываться внутри самого локомотива (как в паровозе и тепловозе) либо потребляться им из внешнего источника (как в электровозе контактного типа). В течение многих лет на железных дорогах эксплуатировались только паровозы, но появлялись локомотивы с двигателями новых типов, постепенно их становилось все больше, и теперь на железных дорогах используются только дизельные тепловозы и электровозы. В 1930-х годах началось ускоренное развитие всей железнодорожной техники. Возросла скорость движения пассажирских и товарных поездов, а принципы конструирования локомотивов стали определяться требованиями обеспечения максимальной тяговой мощности на единицу веса при максимальной эксплуатационной экономичности.

Локомотивы принято классифицировать по роду службы, ширине колеи, типу кузова, числу секций и по некоторым другим признакам.

По роду службы локомотивы делятся на грузовые, пассажирские, универсальные, маневровые, промышленные. К универсальным относятся грузопассажирские и маневровые локомотивы. Локомотивы, работающие в грузовой и пассажирской службах, называются поездными или магистральными.

По типу кузова локомотивы могут быть с несущей рамой и съемным кузовом, с несущими боковыми стенками и рамой и с цельнонесущим кузовом, когда рама, боковые стены и крыша работают как одно целое. Съемный кузов может быть вагонного или капотного типа. Кузов вагонного типа обеспечивает доступ локомотивной бригады к силовому оборудованию во время движения без выхода из кузова. Это улучшает условия работы бригады и аэродинамику поезда. Поэтому кузовами такого типа оборудуются в основном поездные локомотивы.

В кузове капотного типа боковые стенки и крыша закрывают лишь силовые агрегаты, что обеспечивает хороший обзор из кабины машиниста, но при этом ухудшается аэродинамика, особенно при высоких скоростях. Поэтому локомотивы с таким типом кузова используют в основном для маневровой службы.

По числу секций локомотивы бывают односекционные, двухсекционные и многосекционные. Как тепловозы, так и электровозы любой мощности можно соединит по две или более единицы с управлением из одной секции. Такое их использование в поездной службе называют работой по системе многих единиц.

По типу передачи вращающего момента от тягового двигателя на ось колесной пары локомотивы бывают с электрической, гидравлической, механической и гидромеханической передачей

По типу экипажной части локомотивы делятся на тележечные и бестележечные. К бестележечным относятся паровозы. Все современные локомотивы - тележечного типа.

Для характеристики количества, расположения и назначения осей применяется осевая формула. В осевой формуле для локомотивов тележечного типа цифра указывает число осей в тележке. Знак «о», расположенный в индексе цифры, означает, что каждая ось ведущая, то есть имеет индивидуальный тяговый электродвигатель. Количество цифр означает число тележек. В осевой формуле тепловозов с гидропередачей возле цифры знак «о» не ставится. Знаки «-» или «+» указывают на отсутствие или наличие жесткой связи между тележками.

Например: 2о-2о (локомотив имеет две двухосные тележки, каждая ось - ведущая; З(Зо-Зо) - трехсекционный локомотив, в каждой секции две трехосные тележки, каждая ось ведущая; 2о+2о-2о+2о - локомотив имеет четыре двухосные тележки, каждая ось ведущая, каждая пара тележек имеет жесткую связь; 2(2-2) - локомотив с гидропередачей, двухсекционный, имеет двухосные тележки.

Локомотивы различают также по сериям. Серия локомотива -- это обозначение локомотивов, построенных по одному проекту.

Серии паровозов: СО (Серго Орджоникидзе), ФД (Феликс Дзержинский), ИС (Иосиф Сталин), Л (Лебеденский), П36 (Победа), О (основной).

Серии тепловозов: Т - тепловоз; Э - электрическая передача; Г - гидравлическая передача; П - пассажирский; М -маневровый.

Цифры в серии после буквенного обозначения указывают номер серии тепловоза и завод-изготовитель (с № 1 по 49 - Харьковский завод, с № 50 по 99 - Коломенский завод, с № 100 и выше - Луганский завод). Цифра перед буквой обозначает количество секций в тепловозе. Например 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ2, ТГМ11.

Серии электровозов: ВЛ - Владимир Ленин. Следующие за этими буквами цифры обозначают: до 1956 г. - нагрузку на ось, тс (ВЛ19, ВЛ22, ВЛ23); с 1956 г. - номер серии и род тока (с № 1 по 18 - восьмиосный, постоянного тока (ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11); с № 19 по 39 - шестиосный, постоянного тока (ВЛ19, ВЛ22, ВЛ23); с № 40 по 59 - четырехосный переменного тока; с № 60 по 79 - шестиосный, переменного тока (ВЛ60); с № 80 и выше - восьмиосный переменного тока (ВЛ80, ВЛ85).

В ряде серий к цифровому обозначению электровоза добавляется буквенная индексация: ВЛ80а (асинхронные тяговые двигатели), ВЛ80в (вентильное регулирование), ВЛ60к (кремниевые выпрямители), ВЛ80с (системное соединение секций), ВЛ80т (реостатное торможение), ВЛ80р (рекуперативное торможение).

На железнодорожных участках, где стыкуются системы переменного и постоянного тока, эксплуатируются электровозы двойного питания ВЛ82, ВЛ82м.

Электровозы чешского производства обозначаются следующим образом: ЧС1, ЧС2, ЧСЗ - шестиосные постоянного тока; ЧС4 - шестиосные переменного тока; ЧС6, ЧС7, ЧС200 - восьмиосные постоянного тока; ЧС8 - восьмиосные переменного тока.

В зависимости от первичного источника энергии локомотивы делятся на тепловые и электрические. К тепловым локомотивам относятся: паровозы, тепловозы, газотурбовозы, мотовозы, имеющие собственные силовые установки для выработки энергии и поэтому являющиеся автономными.

Тепловоз источником энергии имеет двигатель внутреннего сгорания (дизель), который через специальную передачу (электрическая, гидравлическая или механическая) сообщает движение колесным парам.

Газотурбовоз источником энергии имеет газовую турбину, сообщающую движение колесным парам через соответствующую передачу.

Мотовоз - локомотив малой мощности, в качестве источника энергии имеющий двигатель внутреннего сгорания - карбюраторный или дизельный.

Существует еще один вид тягового подвижного состава -- неавтономный. Он получает энергию от внешнего источника. К этому виду подвижного состава относятся электровозы и моторные вагоны. Они получают электроэнергию от контактной сети через специальный токоприемник - пантограф.

Коэффициент полезного действия автономных локомотивов, в зависимости от типа применяемого на них теплового двигателя, колеблется в широких пределах. Самый низкий коэффициент полезного действия (КПД 5-7 %) имеют паровозы. Кроме того они требуют частого пополнения запасов угля и воды.

Тепловозы обладают более высоким КПД (около 30 %) и применяются в качестве основного тягового подвижного состава. Введение тепловозной тяги дало возможность значительно увеличить массу поезда, повысить скорость движения и увеличить расстояние между остановочными пунктами. В то же время, в отличие от паровоза, у которого в момент трогания с места имеется запас готовой энергии пара в котле, дизель тепловоза такого запаса не имеет.

Электрическая тяга при питании тяговых подстанций от ГЭС имеет КПД до 60-65 %, а тяговые характеристики электровозов позволяют работать на подъемах при режимах выше номинальных, а на спусках возвращать в контактную сеть часть энергии движения поезда, преобразовав ее в электрическую. Этот процесс называется рекуперацией, а происходящее при этом торможение состава называется рекуперативным.

Конструкция электровозов проще, чем тепловозов, следовательно, ниже затраты на их эксплуатацию и ремонт. Электрифицированные железные дороги имеют большую провозную способность, чем неэлектрифицированные.

Безусловно, первоначальные затраты на введение электротяги достаточно велики, так как требуется создать обширную инфраструктуру в виде линий электропередач, тяговых подстанций, контактной сети. Но эти затраты быстро окупаются.



1. Анализ и спрямление профиля пути, установление величины расчетного подъема, максимального спуска и подъема

Для повышения точности результатов тяговых расчетов, а также для сокращения объема последних и, следовательно, времени на их выполнение, необходимо спрямлять профиль пути. В процессе спрямления необходимо учитывать следующие ограничения.

Запрещается спрямлять:

- элементы станций и остановочных пунктов с соседними элементами (внутри станций элементы профиля пути спрямлять можно);

- элемент профиля расчетного подъема с соседними элементами;

- элементы профиля, на которых расположены максимальный спуск или подъем с соседними элементами;

- элементы профиля разного знака.

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

sc = s1+s2+…+sn,

а общая крутизна спрямляемых элементов вычисляется по формуле

=,

где …, - крутизна элементов спрямляемого участка.

Чтобы расчеты скорости и времени движения поезда по участку были достаточно точными, необходимо выполнить проверку каждого спрямляемого элемента на возможность спрямления по формуле:



;

где si - длина спрямляемого элемента, м;

- абсолютная величина разности между уклоном спрямляемого участка и уклоном проверяемого элемента, ‰, т. е. . Проверке по формуле (3) подлежит каждый элемент спрямляемой группы, но прежде всего тогда, когда спрямляемые соседние элементы резко отличаются друг от друга по крутизне и по длине.

На спрямленных элементах возможно расположение кривых, которые заменяются фиктивным подъемом. Величина фиктивного подъема определяется по формуле:

где - длина и радиус кривых в пределах спрямленного участка, м.

Если элемент профиля не подлежит спрямлению, а на нем расположена кривая, то фиктивный подъем от кривой определяется по формуле

,

где - радиус кривой, м.

Окончательный уклон спрямленного участка в продольном профиле пути равен:

.



Необходимо заметить, что знак крутизны может быть и положительным (для подъемов), и отрицательным (для спусков); знак крутизны фиктивного подъема от кривой всегда положительный.

По формулам (1), (2) спрямим элементы № 1, 2, 3.

‰.

По формуле (3) произведем проверку

Эл. № 1 <2000;

Эл. № 2 <2000.

Эл. № 3 <2000;

Вывод: элементы № 1, 2, 3 имеют право на спрямление.

По формулам (1), (2) спрямим элементы № 4, 5, 6.

‰.

По формуле (3) произведем проверку

Эл. № 4 <2000;

Эл. № 5 <2000.



Эл. № 6 <2000;

Вывод: элементы № 4, 5, 6 имеют право на спрямление; на элементе №4 расположена кривая, тогда рассчитаем фиктивный подъем от кривой по формуле (4):

‰.

Окончательный уклон спрямленного участка рассчитаем по формуле (6):

‰

‰

По формулам (1), (2) спрямим элементы № 7, 8, 9.

‰.

По формуле (3) произведем проверку

Эл. № 7 <2000;

Эл. № 8 <2000.

Эл. № 9 <2000;

Вывод: элементы № 7, 8, 9 имеют право на спрямление; на элементе №8 расположена кривая, тогда рассчитаем фиктивный подъем от кривой по формуле (4):

‰.

Окончательный уклон спрямленного участка рассчитаем по формуле (6):

‰

‰

По формулам (1), (2) спрямим элементы № 10, 11, 12, 13, 14, 15.

По формуле (3) произведем проверку

Эл. № 10 <2000;

Эл. № 11 <2000.

Эл. № 12 <2000;

Эл. № 13 <2000;

Эл. № 14 <2000.

Эл. № 15 <2000;

Вывод: элементы № 10, 11, 12, 13, 14, 15 имеют право на спрямление; на элементах №11, 13, 14 расположена кривая, тогда рассчитаем фиктивный подъем от кривой по формуле (4):

‰.

Окончательный уклон спрямленного участка рассчитаем по формуле (6):

‰

‰

По формулам (1), (2) спрямим элементы № 16, 17.

‰.

По формуле (3) произведем проверку

Эл. № 16 <2000;

Эл. № 17 <2000.

Вывод: элементы № 16, 17 имеют право на спрямление.

По формулам (1), (2) спрямим элементы № 18, 19.

‰.

По формуле (3) произведем проверку



Эл. № 18 <2000;

Эл. № 19 <2000.

Вывод: элементы № 18, 19 имеют право на спрямление.

По формулам (1), (2) спрямим элементы № 20, 21.

‰.

По формуле (3) произведем проверку

Эл. № 20 <2000;

Эл. № 21 <2000.

Вывод: элементы № 20, 21 имеют право на спрямление; на элементе №21 расположена кривая, тогда рассчитаем фиктивный подъем от кривой по формуле (4):

‰.

Окончательный уклон спрямленного участка рассчитаем по формуле (6):

‰

‰

По формулам (1), (2) спрямим элементы № 22, 23.

‰.

По формуле (3) произведем проверку

Эл. № 22 <2000;

Эл. № 23 <2000.

Вывод: элементы № 22, 23 имеют право на спрямление; элемент № 24 не подлежит спрямлению с соседними элементами.

По формулам (1), (2) спрямим элементы № 25, 26.

‰.

По формуле (3) произведем проверку

Эл. № 25 <2000;

Эл. № 26 <2000.

Вывод: элементы № 25, 26 имеют право на спрямление; элемент № 27 не подлежит спрямлению с соседними элементами, а на нем расположена кривая, тогда фиктивный подъем от кривой рассчитаем по формуле (5)



‰.

По формулам (1), (2) спрямим элементы № 28, 29, 30, 31, 32, 33.

По формуле (3) произведем проверку

Эл. № 28 <2000;

Эл. № 29 <2000.

Эл. № 30 <2000;

Эл. № 32 <2000;

Эл. № 32 <2000.

Эл. № 33 <2000;

Вывод: элементы № 28, 29, 30, 31, 32, 33 имеют право на спрямление; на элементах №29, 31, 33 расположена кривая, тогда рассчитаем фиктивный подъем от кривой по формуле (4):

‰.

Окончательный уклон спрямленного участка рассчитаем по формуле (6):



‰

‰

По формулам (1), (2) спрямим элементы № 34, 35, 36, 37, 38, 39.

По формуле (3) произведем проверку

Эл. № 34 <2000;

Эл. № 35 <2000.

Эл. № 36 <2000;

Эл. № 37 <2000;

Эл. № 38 <2000.

Эл. № 39 <2000;

Вывод: элементы № 28, 29, 30, 31, 32, 33 имеют право на спрямление; на элементах № 36, 37 расположена кривая, тогда рассчитаем фиктивный подъем от кривой по формуле (4):

‰.

Окончательный уклон спрямленного участка рассчитаем по формуле (6):



‰

‰

Элемент № 40, 41 не спрямляем, так как элементы профиля разного знака.

Результаты расчетов по спрямлению заданного профиля пути сводятся в таблицу 2.

2. Определение массы состава по выбранному расчетному подъему

Расчетный подъем - это наиболее трудный для движения в данном направлении элемент профиля пути, на котором достигается расчетная скорость, соответствующая расчетной силе тяги локомотива.

Величина расчетного подъема определяется из данных спрямляемого профиля участка пути.

Массу состава для выбранного расчетного подъема определяют, исходя из расчетных параметров локомотива и состава, по следующей формуле:

,

где - расчетная сила тяги локомотива, кгс ( табл. 23 для тепловозов в /3/);

- расчетная масса локомотива, т ( табл. 23 в /3/);

- основное удельное сопротивление локомотива в режиме тяги, кгс/т;

- основное удельное сопротивление состава, кгс/т;

- крутизна расчетного подъема, ‰.

Основное удельное сопротивление локомотива подсчитывают по формуле:

,

где - расчетная скорость локомотива, км/час ( табл. 23 в /3/).

Основное удельное сопротивление состава определяют по формуле:

,

где - соответственно доли (не проценты) 4-, 6-,8-осных грузовых вагонов в составе;

- основное удельное сопротивление 4-осных грузовых вагонов на подшипниках качения, кгс/т;

;

где - средняя нагрузка от оси на рельсы 4-осных грузовых вагонов, т/ось

где - масса 4-осного грузового вагона, т

т/ось

кгс/т

- основное удельное сопротивление 4-осных грузовых вагонов на конических подшипниках, кгс/т:

;

кгс/т

- основное удельное сопротивление 6-осных вагонов, кгс/т:

;

где - средняя нагрузка от оси на рельсы 6-осного грузового вагона, т/ось:

, т/ось

где - масса 6-осного грузового вагона, т.

т/ось

кгс/т

- основное удельное сопротивление 8-осных вагонов, кгс/т.

.



- средняя нагрузка от оси на рельсы 8-осного грузового вагона, т/ось:

где - масса 8-осного грузового вагона, т.

т/ось

кгс/т

Тогда

3. Определение числа вагонов и осей состава

Число вагонов в составе определяется по формулам:

,

где - массы соответственно 4-, 6-, 8-осных вагонов.

Полученные количества вагонов необходимо округлить до целых числовых значений. Длины вагонов принимаются равными: 4-осного - 15 м, 6-осного - 17 м, 8-осного - 20 м.

Число осей состава определяем так:

4. Определение длины состава и поезда. Сравнение длины поезда с заданной длиной приемо-отправочных путей

Длину состава и поезда определяем по формулам:

,

где - длина локомотива = 33, м;

- длина состава, м;

10 м - запас длины на неточность установки поезда.

Проверка возможности установки поезда на приемо-отправочных путях выполняется по соотношению:

,

где - длина приемо-отправочных путей, м.

lc=ni*li ,м



lc4=48*15=720 м,

lc6=2*17=34 м,

lc8=6*20=120 м.

lc=720+34+120=874 м.

.

5. Проверка массы состава на трогание с места

Масса состава проверяется на трогание с места на станции или остановочных пунктах по формуле:

,

где - сила тяги локомотива при трогании с места=62600, кгс

- масса локомотива, т (7);

- удельное сопротивление состава при трогании с места, кгс/т;

- величина подъема на станции или остановочном пункте, крутизна которого наибольшая, ‰.

=,

где = - удельное сопротивление при трогании с места для подшипников качения, кгс/т;



=

- удельное сопротивление при трогании с места для конических подшипников, кгс/Т;

=

- удельное сопротивление при трогании с места 6-осного вагона для подшипников качения, кгс/т.

=

- удельное сопротивление при трогании с места 8-осного вагона для подшипников качения, кгс/т.

- средняя сила от оси на рельсы соответственно 4-, 6-, 8-осного грузового вагона, т/ось.

=, кгс/т

=, кгс/т

=, кгс/т

=, кгс/т

=, кгс/т

т



>

6427>4750 т

Условие выполняется, поэтому трогание состава с места и разгон поезда обеспечены на всех раздельных пунктах участка. После проверки определяем окончательное расчетное значение массы поезда Q = 4750.

6. Определение величины расчетного тормозного коэффициента

Расчетным тормозным коэффициентом поезда называется отношение суммы тормозных расчетных сил нажатия всех тормозных колодок к массе поезда.

Расчетный тормозной коэффициент определяется по формуле:

,

где - сумма расчетных сил нажатия на тормозные оси поезда, т;

,

где - сумма сил нажатия тормозных осей локомотива, т;

- суммарная сила нажатия тормозных осей состава, т;

где - сила нажатия колодок на ось локомотива=14, т /ось;

- число тормозных осей локомотива (6 - для электровоза ВЛ60; 8 - для электровозов ВЛ8,ВЛ10,ВЛ80; 12 - для электровоза ВЛ11 и всех серий тепловозов).

,

где - доля (не проценты) тормозных осей состава;

- сила нажатия колодок на одну ось вагона в зависимости от типа вагонов, колодок и режимов торможения в зависимости от загрузки вагонов (табл. 5), т/ось;

- число осей состава.

Определить среднюю нагрузку на ось состава, которая определяется по формуле:

, т/ось.

В зависимости от нагрузки на ось, режима торможения и типа колодок силу нажатия можно определить из данных таблицы 3.

Таблица 3 - Сила нажатия колодок

Режимы	Нагрузка, Т/ось	Чугунные колодки	Композиционные колодки
Порожний	<10Т/ось	3,5	3,5
Средний	10Т/ось 16Т/ось	5,0	7,0
Груженый	>16Т/ось	7,0	8,5

, т/ось.

т,

т,

т,

,



7. Тяговая характеристика локомотива

Для того, чтобы составить массив сил тяги локомотива выбираем график тяговой характеристики своего локомотива [2.c.96], изменяя скорость от 0 до с интервалом = 5 км/ч. Значение тяги в кГс:

Расчет удельного сопротивления движению поезда при холостом ходе тепловоза и замедляющих сил при торможении. Интервалы скоростей от 0 до v=100 км/ч принимаем 10 км/ч ( в соответствии с ПТР при определении bт в зоне скоростей 0-50 км/ч интервалы скорости должны быть не более 5 км/ч).

1. Удельное основное сопротивление движению тепловоза на холостом ходу wx определяем по формуле:

где v -скорость движения, км/ч.

Основное сопротивление движению поезда складывается из основных сопротивлений движению тепловоза и состава. Основное удельное сопротивление движению поезда рассчитываем по формуле:



2. Расчет удельных ускоряющих сил для поезда весом Q+P=4750+184=4934=4950тс.

Удельные ускоряющие силы определяем по формуле:

Основное сопротивление движению поезда определяем по формуле:



Ускоряющая сила рассчитывается по формуле:



3. Удельную тормозную силу поезда bт, для композиционных колодок, определяем по формуле:

где цкр - расчетный коэффициент трения [4. c. 146];

? - тормозной коэффициент поезда, рассчитываемый по формуле:

Сумма расчетных сил нажатия на тормозные оси поезда рассчитывается по формуле:

где Fн - сила нажатия на колодку, т/с [3. c. 50];



4. Удельная замедляющая сила при служебном торможении определяется по формуле:



5. Удельная замедляющая сила при экстренном торможении определяется по формуле:



8. Решение тормозной задачи

Решение тормозной задачи состоит в определении максимально допустимой скорости движения поезда по наиболее крутому спуску участка при заданных тормозных средствах и принятом тормозном пути.

Результаты решения тормозной задачи необходимо учитывать при построении кривой скорости движения поезда с тем, чтобы нигде не превысить скорости, допустимой по тормозам, т.е. чтобы поезд мог быть всегда остановлен на расстоянии, не превышающим длины полного тормозного пути.

Тормозная задача решается математическим и графическим способом.

Полный (расчетный) тормозной путь:

,

где - путь подготовки тормозов к действию, на протяжении каждого торможения поезда (от момента установки ручки крана машиниста в тормозное положение до включения тормозов поезда);

- действительный тормозной путь, на протяжении которого поезд движется с действующими в полную силу тормозами.

т = 1200 м - для спусков круче 6 ‰.

т = 1200 м - для спусков круче 6 ‰.

Скорость поезда, при которой начинается торможение, называется начальной скоростью , а скорость, устанавливающаяся в результате торможения, - конечной скоростью торможения ; при полной остановке поезда = 0. вагон тормозной колодка поезд

От момента начала экстренных действий машиниста на тормозную систему поезда до момента начала снижения скорости проходит некоторое время, называемое периодом подготовки тормозов к действию - , в течение которого поезд проходит расстояние, которое называется путем подготовки тормозов к действию , этот путь равен:

;

где - скорость, при которой начинается торможение, км/ч (в данном случае конструкционная скорость локомотива, равная 100 км/ч);

- время подготовки тормозов к действию, сек.

Время подготовки тормозов рассчитывается по эмпирической формуле:

=

где - крутизна спуска, на котором производится торможение, =-8,88‰;



где vн, vк - начальная и конечная скорости поезда в принятом расчетном интервале скоростей;

wi - удельное сопротивление от спрямленного уклона с учетом сопротивления в кривой.

где btн, btк - начальная и конечная удельные тормозные силы поезда в принятом расчетном интервале скоростей;

где щoxн, щoxк - начальная и конечная основные удельные сопротивления движению поезда в принятом расчетном интервале скоростей;

 

Следовательно,

(45) [3, c.71 ]

Тогда полный расчетный тормозной путь

Полное сопротивление движению поезда в режиме тяги определяется по формуле:

(46) [4,c. ]

где щ0 - основное удельное сопротивление состава, щ=1,31 кгс/т;

щ0 - удельное основное сопротивление движению локомотива, кгс/тс.



Результаты расчетов сводим в таблицы №4.

Построение кривых скорости и времени движения поезда на перегоне

Для того, чтобы построить кривую скорости нужно сначала построить диаграмму удельных равнодействующих (ускоряющих и замедляющих) сил, для следующих режимов: режим тяги ; режим холостого хода ; режим служебного торможения . Эта диаграмма строится по данным распечатки с ЭВМ - таблица № 4 (рисунок 2) где

- режим тяги - данные колонок 1 и 3;

- режим холостого хода - данные колонок 1 и 2;

- режим служебного торможения - данные чугунных колонок 1 и 5

Кривая скорости строится для движения «туда» с остановкой на промежуточной станции и «обратно» без остановки на промежуточной станции. Построение производится методом, изложенным в [4], при этом поезд рассматривается как материальная точка, в которой сосредоточена вся масса поезда, и к которой приложены внешние силы. Условно принимают, что эта материальная точка расположена в середине поезда. Также необходимо соблюдать условие, что скорость поезда по выходным стрелкам станции, на которой предусмотрена остановка, в соответствии с[5], не должна превышать 50 км/ч вследствие возможного приема на боковой путь. Максимально допустимая скорость движения поезда в курсовой работе принимается равной наибольшей допустимой скорости поезда по тормозным средствам (определена в пункте 13), но не выше конструкционной скорости (для большинства серий локомотивов 100 км/ч).

Обязательно следует иметь в виду, что при выполнении тяговых расчетов необходимо стремиться к возможно более полному использованию тяговых свойств и мощности локомотива с тем, чтобы время движения поезда по перегонам было минимальным. Только в этом случае может быть освоена наибольшая пропускная способность участка. Поэтому переход с режима тяги на режим холостого хода или торможения может быть оправдан лишь в случаях, когда скорость, возрастая, доходит до наибольшего допустимого значения.

При построении кривой нужно учитывать проверку тормозов в пути следования, которая выполняется при достижении поездом скорости 40-60 км/ч на площадке или спуске; снижение скорости при этом для грузовых поездов допускается на 20 км/ч.

При выполнении расчетов считаем, что центр массы поезда располагается примерно в середине поезда по его длине, оси станций - в середине элементов, на которых они расположены, входные стрелки соответственно на расстоянии м от оси станции.

Кривая скорости изображает движение центра массы поезда. Когда локомотив, например, входит на входные стрелки, центр массы поезда находится от них на расстоянии, равном половине длины поезда (). Это необходимо учитывать при построении кривой скорости при остановке поезда на станции. В данном случае допускаемая скорость движения 50 км/ч для точки, изображающей центр массы поезда, должна выдерживаться не на рубеже, где расположены стрелки, а на расстоянии от вертикальной линии, проведенной через место расположения входных стрелок на станционном элементе профиля пути.

Построение кривой скорости следует начинать от оси первой станции.

Построение кривой времени t = f(s). выполняется методом МПС, изложенным в [4] и осуществляется следующим образом. Разбиваем всю кривую скорости v = f(s) на несколько прямых или близких к прямым участкам. Находим середину первого такого участка и по горизонтали проводим проекцию этой середины на ординату времени, отстоящую от нулевой ординаты влево на Д = 30 мм. Соединяем прямой линией точку проекции и нулевую, и проводим к построенной линии перпендикуляр через нулевую точку до пересечения с вертикальной линией, проходящей через правое окончание первого прямого участка. Это и будет первый элемент графика t = f(s). Далее находим середину второго прямого участка графика v = f(s), отмечаем ее горизонтальную проекцию на ординате времени и соединяем точку проекции прямой линией с нулевой точкой (то есть повторяем все действия как для первого прямого участка). К этой линии также проводим перпендикуляр, но уже через точку окончания первого элемента графика t = f(s) до вертикальной линии, проходящей через правое окончание второго прямого участка графика скорости. Это будет второй элемент графика t = f(s). И так далее повторяем действия для каждого последующего прямого участка v = f(s), получая поэтапно участки t = f(s).

Кривая времени t = f(s) является нарастающей. Поэтому, чтобы не иметь дела с очень большим листом бумаги, при достижении ординаты, равной 10 мин, кривую времени следует оборвать, точку обрыва снести по вертикали вниз на ось абсцисс и продолжать построение кривой времени снова с нуля. Таким образом, кривая времени обрывается через каждые 10 мин. Построения кривых времени и скорости, являющихся результатом графического интегрирования уравнения движения поезда, а также диаграмм равнодействующих сил, являющихся основой для такого интегрирования, должны выполняться хорошо заточенным твердым карандашом тонкими, но четкими линиями. Следует обращать внимание на точность и аккуратность всех построений.

9. Определение технической скорости движения поезда

После построения кривой t = f(s) определяется время хода поезда по перегонам и техническая скорость поезда на участке. Все данные сводятся в таблицу 5, причем расчетные данные берутся по кривой t = f(s)с точностью до 0,1 мин, а принятые для графика движения поездов времена хода по перегонам согласно [2] округляется с точностью до 1 мин.

Таблица 5 - Расчет технической скорости

Направление движения	Перегоны	Длина, км	Время хода, мин.	Техническая скорость, км/ч.
			по расчету	принятое для графика движения
«туда»	А-Б Б-В А-Б-А	12,45 21,55 34	6,85 12,5 19,35	9,85 15,5 25,35	75,8 83,4 80,5
«обратно»	В-Б Б-А В-Б-А	21,55 12,45 34	12,5 6,85 19,35	13,5 8,85 22,35	84,4 95,8 91,3

Техническая скорость поезда по участку в км/ч:4

,

где ti - время хода поезда по i-ому перегону, мм;

L - длина участка, км (расстояние между осями граничных раздельных пунктов).

Построение совмещенного графика зависимости силы тяги от скорости Fk = f() и сил сопротивления Wk = f() на различных подъемах

Этот способ основан на предположении о равномерном движении поезда по каждому элементу профиля. При этом скорость равномерного движения на каждом элементе спрямленного профиля определяется по совмещенному графику зависимости силы тяги от скорости =(v) и сил сопротивления от скорости =(v) на различных подъемах от 0 до imax интервалом Дi = 2 ‰.



10. Определение времени хода поезда способом равномерных скоростей

Для определения равномерной скорости берется точка пересечения кривых Fk = f(v) и Wk = f(v) соответствующая уклону элемента данного профиля. Полученная точка сносится по вертикали вниз на ось абсцисс.

Для скоростных подъемов (более крутых, чем расчетный) величину равномерной скорости принимаем равной расчетной скорости, т. к. такие подъемы преодолевают за счет ранее накопленной кинетической энергии поезда. На спусках, если заданы чугунные колодки, когда равномерная скорость, определенная по совмещенному графику, получается выше наиболее допустимой скорости движения, принимаем равномерную скорость, равной максимально допустимой т. е.

??.

К времени хода поезда по перегонам, полученному при расчете приближенным способом, добавляются 2 мин. на разгон и 1 мин. на замедление в каждом случае, когда имеется трогание и разгон поезда на раздельном пункте и остановка его на другом раздельном пункте участка, и полученное время округляется до целой минуты.

Все расчеты нужно свести в таблицу 6. Расчеты провести для направления движения «туда» и «обратно».

Таблица 6 -Расчет времени хода поезда

Номера элементов профиля	Длина элементов S, км	Крутизна уклона i, ‰	, км/ч	, мин/км	S	Время на разгон и замедление, мин.
1	1,2	0,25	86	0,7	0,84	2
2	2	1,08	86	0,7	1,4
3	1,8	1,94	86	0,7	1,26
4	6,25	8,33	53	1,13	7,06
5	1,2	1,71	86	0,7	0,84	1
6	1,22	2,17	85	0,71	0,87	2
7	0,95	2,87	78	0,77	0,73
8	1,5	9,97	46,7	1,28	1,92
9	1,2	0	86	0,7	0,84
10	1,6	12,2	46,7	1,28	2,05
Номера элементов профиля	Длина элементов S, км	Крутизна уклона i, ‰	, км/ч	, мин/км	S	Время на разгон и замедление, мин.
11	1	0	86	0,7	0,7
12	7,95	8,88	46,7	1,28	10,18
13	4,73	2,15	84	0,71	3,36	1
Итого	32,6			11,33	32,05	6
( 49 )[1,с.22] ( 50 )[1,с.22]

11. Построение кривой тока локомотива

Для определения расхода электроэнергии электровозом строится кривая тока, потребляемого им, при определении нагрева электрических машин для тепловозов , строится кривая тока генератора, а для остальных тепловозов и электровозов строится кривая тока, потребляемого тяговыми электродвигателями.

1) Построение кривой тока для электровоза постоянного тока.

При построении кривой тока руководствуются кривой скорости и токовой характеристикой электровоза. Токовые характеристики электровозов приведены в /2/. Найденные значения тока для переломных точек кривой наносятся в масштабе на график, на котором уже построены кривые и . Нанесенные точки соединяются прямыми линиями. Получаем кривую .

В местах выключения тока ( при ведении поезда в режимах холостого ход а и торможения) кривую обрывают и проводят вертикально вниз до нуля. Включение тока показывается вертикальной линией от нуля до значения тока, соответствующего скорости движения поезда в данной точке пути. При построении кривой нужно иметь в виду, что при определенных скоростях происходит переключение тяговых электродвигателей с одного вида соединения на другой (С>СП>П или П>СП>С) и скачкообразное изменение тока электровоза. При построении необходимо учитывать характерные точки перелома кривой токовой характеристики

12. Построение кривой зависимости пути замедления поезда от скорости на максимальном подъеме

Построение кривой зависимости пути замедления поезда от скорости на максимальном подъеме производится по результатам расчетов на ЭВМ в произвольном масштабе. По оси ординат откладывается путь замедления поезда на максимальном подъеме, а по оси абсцисс - скорость. Значения принимаются по столбцу 6, а значения скорости по столбцу 1 таблицы 4. После построения кривой определяются: минимально допустимая скорость подхода к максимальному подъему, при которой скорость на вершине подъема упадет до vр локомотива; и возможная длина максимального подъема, которую может преодолеть поезд, если фактическая скорость окажется больше минимальной.

По построению ( рисунок 4) длина элемента соответствует , а по графику определяет - фактическую скорость входа на , а затем получим . Если >, а >, тогда поезд расчетной массы преодолеет подъем максимальной крутизны за счет накопленной кинетической энергии, если неравенства не выполняются, то на данном подъеме требуется второй (подталкивающий) локомотив.

Для определения минимальной скорости подхода к максимальному подъему на оси ординат откладываем длину максимального подъема и из точки проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой . Из точки пересечения опускаем вертикальную линию на ось абсцисс и находим искомую скорость .

Для определения возможной фактической длины элемента преодоления при данной скорости подхода к максимальному подъему из построенной на планшете кривой берем фактическую скорость входа на максимальный подъем vфак и откладываем ее значение на оси абсцисс. Из точки проводим вертикальную линию до пересечения с кривой , из точки пересечения проводим горизонтальную линию до пересечения с осью ординат и получаем .

13. Определение расхода энергоресурсов

1. Расчет расхода электроэнергии.

Расход электроэнергии, затраченной электровозом постоянного тока на перемещение поезда по участку и отнесенный к токоприемнику, определяется по кривым и и подсчитывается в кВт·ч. Подсчет выполняют путем суммирования расходов энергии по отдельным элементам времени.

где - напряжение на токоприемнике, 3000 В;

- среднее значение тока для отрезка кривой, в пределах которого величину тока можно принять постоянной и равной полусумме токов в начале и конце указанного отрезка (отрезки берутся между соседними точками перелома кривой), А;

? - соответствующий промежуток времени, в течение которого величина тока принимается постоянной, мин; определяется по кривой

Все расчеты по определению расхода электроэнергии следует свести в таблицу 7.

Таблица 7 - Расчет расхода электроэнергии

Номер участка	Ток электровоза , А	Время ?, мин	•?, А•мин
1	166	0,3	49,8
2	239	0,5	119,5
3	315	0,65	204,8
4	458	0,75	343,5
5	604	0,8	483,2
6	586	1,15	673,5
7	574	1,3	746,2
8	588	1,5	882
9	639	1,75	1118,3
10	638	1,9	1212,2
11	531	2	1062
12	431	2,8	1206,8
13	388	3,15	1222,2
14	369	3,25	1199,3
15	650	3,75	2437,5
16	600	3,8	2280
17	464	4,15	1925,6
18	376	4,3	1616,8
19	475	5,25	2493,8
20	575	5,3	3047,5
21	481	5,5	2645,5
22	166	0,3	49,8
23	239	0,5	119,5
24	315	0,65	204,8
025	458	0,75	343,5
26	604	0,8	483,2
27	586	1,15	673,5
28	574	1,3	746,2
29	588	1,5	882
30	639	1,75	1118,3
31	594	2,25	1336,5
32	470	2,5	1175
33	390	2,65	1033,5
34	575	3,8	2185
35	601	4,2	2524,2
36	639	7,5	4792,5
37	600	0,3	180

Для расчета расхода электроэнергии электровозом постоянного тока на собственные нужды полученный расход увеличивают на 2 %, т. е.

.

Удельный расход электроэнергии в кВт•ч/m•км подсчитывают по формуле:

,

где масса состава, т;

- длина участка, для которого выполнены тяговые расчеты, км.



14. Определение виртуального коэффициента участка

Виртуальный коэффициент участка пути (коэффициент трудности) - это отношение затраченной механической работы бk на перемещение поезда заданной массы при принятом локомотиве по данному участку пути к затраченной механической работе бко на перемещение поезда той же массы с тем же локомотивом, но на прямом и горизонтальном пути длиной, равной длине данного участка. Следовательно, виртуальный коэффициент показывает, во сколько раз профиль пути данного участка по затрате механической работы труднее прямого и горизонтального пути той же длины.

бм = .

Известно, что механическая работа, расходуемая электровозом при перемещении поезда по участку, в значительной мере пропорциональна расходу электроэнергии А. Поэтому виртуальный коэффициент, исчисленный по механической работе, может быть заменен с достаточной для практики точностью виртуальным коэффициентом, исчисленным по расходу электроэнергии

,

где А - расход электроэнергии на заданном участке рассчитанный ранее по формулам (35, 36) для электровоза постоянного тока.

,

где Uэ - напряжение в контактной сети, В;

Io - ток электровоза при максимально допустимой скорости движения , А.=1710А;

to - время движения поезда по прямому горизонтальному участку пути при максимальной допустимой скорости , мин.

,

где L - длина участка пути;

- скорость, км/ч (берется из совмещенного графика зависимости и Wk = при i = 0 ‰).

,

,

,

15. Определение нагрева обмоток электрических машин

Все расчеты по нагреванию тяговых электрических машин производятся путем определения превышения температуры обмоток над температурой наружного воздуха, руководствуясь построенными кривыми и . Наибольшее допускаемое превышение температуры обмоток над температурой наружного воздуха °С определяется по таблице 8.



Таблица 8 - Допускаемое превышение температуры обмоток тяговых электрических машин над температурой окружающего воздуха tдоп, оС

№ п/п	Обмотки	, °С для класса изоляции
		B	F	H
1	Якоря генератора тепловозов ТЭ3	120
2	Якоря тяговых электродвигателей тепловозов 2ТЭ10Л	120
3	Якоря тяговых электродвигателей тепловозов 2ТЭ116, 2ТЭ10М		140
4	Якоря тяговых электродвигателей электровозов ВЛ60к, ВЛ80р, ВЛ8	120
5	Полюсов тяговых электродвигателей электровозов ВЛ10, ВЛ11	130

Максимальную температуру наружного воздуха определяем по данным метеорологических наблюдений как среднюю многолетнюю (не менее 5 лет). В курсовой работе начальную температуру наружного воздуха принимаем равной 15 °С. Превышение температуры обмоток электрических машин определяем аналитическим способом, руководствуясь изменениями тока по кривой и значениями времени по кривой по формуле:

где - начальная температура наружного воздуха;

- температура перегрева, которая установилась бы при длительном действии данной нагрузки, °С;

Т - тепловая постоянная времени в мин., указывающая то условное время, за которое нагрелась бы обмотка до окончательной температуры при условии полного отсутствия теплоотдачи;

? - интервал времени, в течение которого поезд проходит путь, соответствующий выбранному отрезку на кривой тока . При этом интервал времени ? выбирать при условии . Значения тепловых параметров и Т в зависимости от тока или для всех типов двигателей приведены в [2].

Изменение температуры (остывание) обмоток электрических машин при движении без тока (в режимах движения холостого тока или торможения) определяется по формуле:

При определении средней величины тока для отыскания тепловых параметров Т и , кривую тока разбиваем на отдельные отрезки, в пределах которых ток считаем постоянным, равным среднему значению в принятом интервале. За такие отрезки принимаем участки кривой тока в пределах двух соседних точек ее перелома, где среднее значение тока равно полусумме крайних значений на этом отрезке. Полученные по формулам (58), (59) значения температур для каждого расчетного элемента кривой тока являются начальными значениями для следующего элемента расчета.

Окончательная температура обмоток якоря тяговых электродвигателей в момент прибытия на станцию будет равна:

.

Максимальная же температура обмоток якоря тяговых электродвигателей при следовании поезда по участку определяется по формуле:

,

где - максимальная температура перегрева обмоток якоря на участке, °С - температура наружного воздуха.

Сравнивая с , делаем вывод, что возможности вождения поездов расчетной массы выбранным локомотивом по заданному участку на некоторых элементах пути, происходит перегрев, поэтому на этих элементах переходим с режима тяги на холостой ход, что нам позволяет. В противном случае описываются рекомендуемые меры и их последствия. Как правило, предлагается на участках, где происходит перегрев двигателя, заменить режим тяги на холостой ход, что может привести к увеличению времени хода поезда по перегону.

В процессе работы тяговых двигателей, выпрямителей, трансформаторов, реакторов, индуктивных шунтов, пусковых реостатов, двигателей, вспомогательных машин и другого оборудования выделяется тепло. Если это тепло не отводить, то мощность машин и аппаратов нельзя будет использовать полностью, так как они могут перегреться и выйти из строя. Поэтому их охлаждают, используя специальную принудительную вентиляцию. Непрерывный поток охлаждающего воздуха создается центробежными вентиляторами.

При вращении вентиляторного колеса (ротора), снабженного лопатками (рис. 75), центробежная сила отбрасывает молекулы воздуха к наружной части колеса и они попадают в расширяющийся кожух. Скорость молекул воздуха в кожухе начинает уменьшаться, а давление их друг на друга -- увеличиваться, т. е. создается напор воздуха. От вентилятора воздух по воздухопроводам направляется к машинам и аппаратам.

Вследствие непрерывного выбрасывания молекул за пределы колеса вентилятора внутри него образуется разрежение и из атмосферы (снаружи кузова) засасываются новые порции воздуха. Засасываемый воздух проходит через жалюзи кузова, форкамеру, сетку приемного отверстия вентилятора к его лопастям, заполняя разреженное пространство. Форкамера изолирует вентиляционную систему от остального помещения кузова. Скорость воздуха, подающегося через жалюзи в форкамеру, резко снижается и взвешенные частицы снега, влаги и пыли осаждаются, т. е. в кузов поступает очищенный воздух.

На восьмиосных электровозах постоянного тока в каждой секции установлен один вентилятор. Воздух в его кожухе (рис. 76) разделяется на два потока: один используется для охлаждения тяговых двигателей, двигателя компрессора и вентиляции кузова, другой направляется по двум воздуховодам для охлаждения резисторов ослабления возбуждения, пусковых реостатов и индуктивных шунтов. Выброс воздуха в атмосферу производится через лабиринтные щели в крыше над высоковольтной камерой.



Заключение

В ходе выполнения курсовой работы были определены основные показатели подвижного состава и тяги поездов, рассчитана тяговая характеристика локомотива (электровоза ВЛ10у). Для повышения точности результатов тяговых расчетов, а также для сокращения объема последних и, следовательно, времени на их выполнение был спрямлен профиль пути.

Проанализировав профиль пути, был выбран расчетный подъем длиной 7950 м и уклон 8,88 ‰ (элемент №12). Данный расчетный подъем был использован при нахождении массы состава (Q=4750 т), определения числа вагонов (т4= 48; т6= 2; т8= 6) и осей состава (п= 252 осн.). Была рассчитана длина состава и поезда ( lc=874 м; lп=917м), проведено сравнение поезда с заданной длиной приемо-отправочных путей, произведена проверка массы состава на трогание места (условие выполняется), расчетный тормозной коэффициент составляет - ц= 0,44; по расчетам были построены: кривая скорости и времени движения поезда на перегоне; совмещенный график зависимости силы тяги от скорости Fк = f(V) и сил сопротивления Wк = f(V) на различных подъемах; кривая тока локомотива; кривая зависимости пути замедления поезда от скорости на максимальном подъеме. Максимально допустимая скорость движения поезда по участку равна 86 км/ч.

В целом, результаты, полученные в курсовой работе, могут быть использованы для составления графика движения поездов, выбора локомотива для заданного участка пути и технико-экономических расчетов перевозки грузов.



Список используемых источников

1. Методические указания к выполнению курс...