Теория тяги поездов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

ГОУ ВПО-ДВГУПС

Кафедра "Локомотивы"

Курсовая работа

по дисциплине "Теория тяги поездов"

Выполнила Пынько Е.М.

Проверил Доронина И.И.

Хабаровск 2016

Содержание

Введение

1. Пересчет тяговых характеристик

2. Определение массы состава, проверка массы состава на трогание и по длине станции

3. Проверка массы поезда по условиям трогания с места

4. Проверка массы состава по длине станционных путей

5. Расчет и построение диаграммы удельных сил действующих на поезд

6. Определение ограничений скорости движения поезда по тормозам

7. Определение расхода электрической энергии электроподвижным составом

Заключение

Список литературы

Введение

Тяговые расчеты играют большую роль в определении основополагающих показателей работы железных дорог. Эта роль особенно возрастает в современных условиях рыночных отношений, при значительном удорожании энергоносителей.

На основе тяговых расчетов определяются масса поездов, скорость движения, время хода по перегону, что позволяет составлять графики движения поездов. поезд тяговый состав

Для предварительной технико-экономической оценки принимаемых решений в области тяги поездов необходимо, как правило, выполнять многовариантные тяговые расчеты хотя и приблизительно, но с минимальной затратой времени. С этой целью можно использовать способ установившихся скоростей.

Целью данной курсовой работы является - при ограниченном бюджете времени, разработать вопросы выбора рационального режима ведения поезда при заданном общем времени хода.

Для достижения заданной цели в курсовой работе приводится следующее:

- пересчет тяговых характеристик

- определение массы состава и поезда, проверка массы поезда на трогание и по длине станции

- расчет и построение диаграммы удельных сил действующих на поезд

- расчет тормозной задачи

- определение установившейся скорости движения поезда, время хода поезда, токов, потребляемого тепловозом.

1. Пересчет тяговых характеристик

Исходные данные:

1.Характер движения грузовой

2.Серия тепловоза,5ТЭ 25А число секций 5

3.Процент вагонов в составе/ вес вагонов брутто

- 4-х осных с роликовыми подшипниками 95/84т.

- 6-ти осных с ролиовыми подшипниками 5/96т.

4. профиль пути

В задание указан тип тепловоза 5ТЭ 25А количество секций-5. Пересчет тяговых характеристик тепловоза следует выполнять по формуле

Fkз=FкN,

где Fk- сила тяги тепловоза кН; N - коэффициент, учитывающий количество секций заданного тепловоза.

N = nс.3/nс.т

где nсз - количество секций заданного тепловоза; nст - количество секций типового тепловоза.

Результаты расчетов оформлены в виде табл. 1.

Vкм/ч	Fкт,kH	N	Fкр, кН
0	883	2,5	2207,5
10	809		2022,5
15	790		1975
18	780		1950
20	721,5		1803,75
30	481		1202,5
40	360,5		901,25
50	288,5		721,25
60	240,5		601,25
70	206		515
80	180,5		451,25
90	160,5		401,25
100	144		360
120	120		300

nc.т=		2	N=		2,5
nc.з=		5

2. Определение массы состава, проверка массы состава на трогание и по длине станции

Масса состава определяется исходя из условий полного использования силы тяги и мощности локомотива при движении поезда по расчетному подъему с установившейся скоростью.

Расчетная масса состава определяется по формуле:

mp = (2.1)

где, Fкр - расчетная сила тяги тепловоза, Н; - основное удельное со- противление движению тепловоза при расчетной скорости Vр, Н/кН; mл - масса тепловоза, т; - основное удельное сопротивление движению вагонов при расчетной скорости, Н/кН; iр- расчетный подъем, ‰. g - ускорение свободного падения, 9,8 м/с 2.

mл, масса локомотива.

Тепловозы на звеньевом пути тяга и торможение:

= 1,9 + 0,01V + 0,0003V2(2.2)

V = 18,5 км/ч.

= 1,9 + 0,01• 18,5 + 0,0003 • 18,52 = 2,09Н/кН

Fкр = 780000 H Iр = 14.6 ‰

Грузовые вагоны на звеньевом пути, шестиосные вагоны на роликовых подшипниках:

= 0,7 + (2.3)

mво - средняя масса, приходящаяся на ось вагона = 22т.

= 0,7 + = 0,76Н/кН

Грузовые вагоны на звеньевом пути, четырехосные вагоны на роликовых подшипниках:

= 0,7 + (2.4)

mво - средняя масса, приходящаяся на ось вагона = 11,5

= 0,7 + = 0,75Н/кН

= а 4 • + а 6 •

= 0,75Н/кН

= 0,76Н/кН

а 6 = 0,5

а 4 = 0,95

= 0,95 • 0,75 + 0,5 •0,76 = 0,76 Н/кН (2.5)

Расчётная масса состава:

mp = = 5549,74 т

3. Проверка массы поезда по условиям трогания с места

В большинстве случаев раздельные пункты располагаются на площадках или на небольших подъемах. Эти подъемы установлены не свыше 2,5 ‰. На этих раздельных пунктах дополнительное соединение от подъемов равно нулю или очень незначительно, и поэтому тепловоз имеет избыточную силу тяги, которая позволяет не только взять поезд с места, но и придать ему необходимое ускорение.

Однако в гористых местностях раздельные пункты могут иметь тяжелый профиль пути и вследствие значительного дополнительного сопротивления от подъемов взять поезд с места очень трудно, а в ряде случаев и невозможно.

Поэтому расчетную массу поезда необходимо проверить по условиям трогания с места на остановочных пунктах.

Проверку массы состава по условиям трогания с места проводят по формуле:

mстр = - mл

где, Fктр - сила тяги локомотива при трогании, определяемая из тяговой характеристики по ограничивающей линии при V = 0, Н; щтр - удельное со- противление состава при трогании, определяемое по формулам приведения [3], Н/кН; iтр - подъем на участке трогания, ‰; mл - масса локомотива, т; g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с 2.

Если масса состава mстр окажется больше расчетной массы mр, то поезд может тронуться с места. Если mстр будет меньше расчетной, то трогание невозможно.

Fктр- 883500 Н.

mл = 288т

iтр= 14,6 ‰

m4вo= 84т

m6вo= 96т

g = 9,81/с 2

щтр = 2,22Н/кН

щтр = (2.6)

щ4тр = = 1Н/кН

щ6тр = = 1,22Н/кН

щтр=1+1,22=2,22

mстр = -288= 4973,81т

mр =4700<mстр = 4973,81 значит, что поезд может тронуться с места.

4. Проверка массы состава по длине станционных путей

Длину поезда iп, масса которого определена по условиям движения по наиболее трудному подъему и трогания с места, проверяют на возможность установки по длине приемоотправочных путей.

Длина поезда определяется по формуле:

iп= iс + • iл (2.7)

где, iс - длина состава, м; iл - длина локомотива, м; - число локомотивов.

iл - длина локомотива - 40 м;

- число локомотивов - 1;

iс - длина состава - м;

iп= 184,39+ 17,5 = 201,89 м

Длина состава определяется по формуле:

iс = У (2.8)

где, - длина вагонов по осям автосцепки, м; - число однотипных вагонов в сформированном составе.

- 0,95*1219,7/ 84 = 13,79;

- 0,5*1219,7/96 = 6,35.

- длина вагонов по осям автосцепки - 1452

- длина вагонов по осям автосцепки - 90м (16400 см);

- длина вагонов по осям автосцепки - 1452 м;

iс =90+1452= 1542

Если известна масса состава mc и процентное соотношение различных типов вагонов по массе pi, то число вагонов каждого типа

= • (2.9)

где mв - средняя масса однотипных вагонов, т.

1542+40+10 = 1592> = 1200м

где, - длина приемоотправочных путей, м.

5. Расчет и построение диаграммы удельных сил действующих на поезд

Расчет удельных ускоряющих характеристик для режима тяги

Диаграммы удельных ускоряющих и замедляющих сил рассчитывается исходя из тяговых характеристик локомотивов, сил основного сопротивления движению, тормозных сил, массы состава и локомотива.

Удельные ускоряющие силы в режиме тяги рассчитываются по формуле:

fy = fk - ??o = (3.1)

Fк = 883500 кН;

=2,09Н/кН

mл= 288т;

= 0,76Н/кН;

mс = 12161 т;

g = 9,81 м/с 2. ;

??o= 1,02 Н/кН.

??o = = 0,79Н/кН

Далее, аналогичным способом рассчитываем ??o для каждого режима скорости. Полученные данные заносим в таблицу 3.

fk - ??o =

fk = = 63,2 кН

Аналогичным способом рассчитываем fk для каждого режима скорости. Полученные данные в таблицу 3.

Основное удельное сопротивление движению электровоза не звеньевом пути определяется по формуле:

= 1,9 + 0,01V + 0,0003V2 (3.2)

= 1,9 + 0,01•0 +0,0003 •0 = 1,90 Н.кН

Далее, аналогичным способом рассчитываем для каждого режима скорости. Полученные данные в таблицу 3.

Основное удельное сопротивление движению подвижного состава для четырехосных вагонов с подшипниками качения рассчитаем по формуле:

 = 0,7 +

= 0,7 + = 0,84Н/кН

Далее, аналогичным способом рассчитываем для каждого режима скорости. Полученные данные в таблицу 3.

Основное удельное сопротивление движению подвижного состава для шестиосных вагонов с подшипниками качения рассчитаем по формуле:

= 0,7 +

= 0,7 + =0,89Н/кН

Далее, аналогичным способом рассчитываем для каждого режима скорости. Полученные данные в таблицу 3.

Имея все необходимые данные рассчитаем удельные ускоряющие силы в режиме тяги fy:

fy =

fy = = 61,96 Н.кН

Далее, аналогичным способом рассчитываем для каждого режима скорости. Полученные данные в таблицу 3.

Таблица 3- Результаты расчетов диаграммы удельных ускоряющих характеристик для режима тяги.

V,км/ч	Fкт,kH	w'о,Н/кН	w''о 4	w''о 6	w''о	wо	fк, H/kH	fy,Н/кН
0	883	1,90	0,84	0,89	0,85	0,87	6,99	6,1
10	809	2,03	0,89	0,95	0,89	0,92	6,40	5,5
15	790	2,12	0,92	0,99	0,92	0,95	6,25	5,3
18	780	2,18	0,93	1,01	0,94	0,97	6,17	5,2
20	721,5	2,22	0,94	1,02	0,95	0,98	5,71	4,7
30	481	2,47	1,00	1,09	1,00	1,04	3,81	2,8
40	360,5	2,78	1,06	1,17	1,06	1,10	2,85	1,8
50	288,5	3,15	1,12	1,25	1,12	1,17	2,28	1,1
60	240,5	3,58	1,18	1,33	1,19	1,24	1,90	0,7
70	206	4,07	1,25	1,42	1,25	1,32	1,63	0,3
80	180,5	4,62	1,32	1,51	1,32	1,40	1,43	0,0
90	160,5	5,23	1,39	1,60	1,40	1,49	1,27	-0,2
100	144	5,90	1,46	1,70	1,47	1,58	1,14	-0,4
120	120	7,42	1,62	1,91	1,63	1,77	0,95	-0,8

Удельные замедляющие силы в режиме выбега и механического торможения fз определим по формуле:

fз = ??ох = (3.3)

где,??'ох - основное удельное сопротивление движению электровоза при работе без тока.

mл = 288т;

mс = 12150 т;

g = 9,81 м/с 2. (принимаем как 10);

??х = 2,4 Н/кН;

??0'' =0,76 Н/кН.

??х =2,4 + 0,0011•0 + 0,00035• 0 = 2,4 Н. кН

Далее, аналогичным способом рассчитываем ??х для каждого режима скорости. Полученные данные в таблицу 4.

= 0,7+

=0,7+ = 0,84Н/кН

=0,7+ = 0,89Н/кН

Далее, аналогичным способом рассчитываем для каждого режима скорости. Полученные данные в таблицу 4.

fз = ??ох =

??ох = = 0,81 Н/кН

Далее, аналогичным способом рассчитываем ??ох для каждого режима скорости. Полученные данные в таблицу 4

Удельные замедляющие силы в режиме механического торможения (пневматического) определяется по формуле:

fзт = - (??ох + bт) (3.4)

??ох= 0,81Н.кН;

bт = -89,10 Н.кН.

где bт - удельная тормозная сила поезда, Н/кН, определяемая по формуле

для определения удельных замедляющих сил при экстренном торможении

bт = 1000•?p• цкр(3.5)

bт = 1000• 0,33•0,27 = -89,1Н.кН

fзэ =0,81+ (-89,1) =-88,29Н.кН

Далее, аналогичным способом рассчитываем fзс для каждого режима скорости. Полученные данные в таблицу 4.

Для определения удельных замедляющих сил при служебном торможении

fзс = - (??ох + bт • 0,5) (3.6)

fзэ = 0,81 + (-88,16)• 0,5 =-44,145Н.кН

Далее, аналогичным способом рассчитываем fзс для каждого режима скорости. Полученные данные в таблицу 4.

Где, ?p - расчетный тормозной коэффициент, принимается равным 0,33 (грузовой поезд); цкр - расчетный коэффициент трения тормозных колодок, определяется по формулам, приведенным в [3] в зависимости от типа тормозных колодок.

Результаты расчетов удельных замедляющих сил для режима выбега и механического торможения записываем в таблицу 4

Таблица 4. Результаты расчетов удельных замедляющих сил для режима выбега и механического торможения.

V,км/ч	w'х	fзт,Н/кН	w''о 4	w''о 6	w''о	?кр	Bт	fзт
0	2,40	-1,06	0,84	0,89	0,98	0,27	-89,10	-90,16
10	2,54	-1,11	0,89	0,95	1,02	0,20	-65,34	-66,45
15	2,63	-1,14	0,92	0,99	1,05	0,18	-58,55	-59,69
18	2,69	-1,16	0,93	1,01	1,06	0,17	-55,34	-56,49
20	2,74	-1,17	0,94	1,02	1,07	0,16	-53,46	-54,63
30	3,02	-1,23	1,00	1,09	1,13	0,14	-46,33	-47,56
40	3,36	-1,30	1,06	1,17	1,18	0,13	-41,58	-42,88
50	3,78	-1,38	1,12	1,25	1,24	0,12	-38,19	-39,57
60	4,26	-1,46	1,18	1,33	1,30	0,11	-35,64	-37,10
70	4,82	-1,55	1,25	1,42	1,36	0,10	-33,66	-35,21
80	5,44	-1,65	1,32	1,51	1,43	0,10	-32,08	-33,73
90	6,14	-1,75	1,39	1,60	1,50	0,09	-30,78	-32,53
100	6,90	-1,86	1,46	1,70	1,57	0,09	-29,70	-31,56
120	8,64	-2,10	1,62	1,91	1,72	0,08	-28,00	-30,11

По результатам расчетов (табл. 3, 4) построим диаграмму удельных ускоряющих и замедляющих сил. Форма этих характеристик представлена на рис. 2.

Рисунок 2. Диаграмма удельных ускоряющих сил.

6. Определение ограничений скорости движения поезда по тормозам

При движении поезда по уклонам его скорость не должна превышать допустимых значений, определяемых мощностью тормозной системы. При этом путь, проходимый поездом до полной остановки, должен быть не более установленного соответствующими инструкциями. Этот путь (тормозной путь) равен сумме подготовительного и действительного тормозных путей:

Sт = Sп+ Sд (4.1)

Величина тормозного пути устанавливается в зависимости от крутизны уклонов и скорости движения, и в зависимости от крутизны спуска составляет.

Для грузового поезда:

- до 6 ‰- 1000 м;

- от 6 ‰ до 12 ‰ - 1200 м;

- свыше 12 ‰- 1400 м.

Принимаем Vнт=120км/ч

Путь подготовки тормозов к действию определяется по формуле:

Sп = VнтЧtп /3,6 = 0,278VHпtпSд (4.2)

гдеSп - пути подготовки тормозов к действию, м;

VHT - скорость в начале торможения, км/ч;

tп - время подготовки тормозов к действию, с.

Время подготовки тормозов к действию определяется по одной из формул:

• для грузовых составов длиной 200 осей и менее с автоматическими тормозами

tп = 7- (4.3)

Получаем: tп 1 = 7-((10Ч0)/(1000Ч0,33Ч0,27))=10

tп 2= 7-((10Ч(-6))/(1000Ч0,33Ч0,27))=12,95

tп 3 =7 -((10Ч(-12))/(1000Ч0,33Ч0,27))=15,85

где i1,i2,i3равные соответственно 0 ‰, -6‰, -12‰.

Sп =306м

Sп 2 =395м

Sп 3 =485м

Тормозная задача по определению максимально допустимых скоростей движения поезда по спускам наиболее просто решается графическим способом. С этой целью рассчитывается и строится зависимость ох+bт=f(v)для экстренного торможения при заданных значениях расчетного тормозного коэффициента , и длины тормозного пути Sт в одном из масштабов.

Построение кривых производится, начиная с конца тормозного пути (обратным порядком),(точка А),так как скорость начала торможения неизвестна. В результате получается три кривые АК при i=0‰, ALпри i2=- 6‰, AQ при i3=-12‰.

Затем для каждого спуска и произвольно выбранной скорости начала торможения, определяются пути подготовки тормозов к действию для трех значенийi.Полученные значения наносятся на рисунок графикV(S)и соединяются прямыми линиями с точкойV = 0,Sn= 0. Точка пересечения кривой с прямой О показывает допустимую скоростьVдоп 1 приi1 = 0 ‰(306 км). Аналогично в точке Vдоп 2 равно 395 км на спускеi2= - 6‰ и в точке Vдоп 3 равно 485 км на спуске,i3= -12‰.

7. Определение расхода электрической энергии электроподвижным составом

Для электровозов переменного тока расход электрической энергии на тягу поезда определяется по формуле

Ат= (4.4)

Где, ?с - расчетное напряжение контактной сети, равное 25000 В; Idа- активный ток, потребляемый электровозом, А; Дt - время, в течении которого электровоз потребляет ток Idа, мин.

Значения токов Idа определяются из токовой характеристики электровоза Idа(V), приведенной в [3], в зависимости от позиции регулирования напряжения на ТЭД.

Для первой характеристики Idа = 25А

Так как электровоз 3ЭС 5К, значение тока умножаем на 1,5, тогда

Idа = 50• 0,5 = 25А

Аналогичным способом рассчитываем установившуюся скорость для всех элементов пути и записываем в таблицу 5

ДАт= =68,18кВт.ч

Аналогичным способом рассчитываем установившуюся скорость для всех элементов пути и записываем в таблицу 5

Расход энергии определяется для каждого элемента профиля пути и в конце тягового расчета суммируется

IdaДt =Ida • Дt(4.5)

Ida = 25 • 0,65 = 16,36 А

Результаты расчетов сводятся в таблицу 5

Расход электрической энергии на собственные нужды Aснскладывается из энергии, необходимой для работы вспомогательных машин, питания цепей управления, освещения и отопления электроподвижного состава. Эту энергию определяют как произведение среднего потребления электроэнергии вспомогательными машинами за 1 мин на полное время работы электровозов.

Удельный расход энергии, который нормируется в кВт•ч на 104ткм-брутто определяется по формуле

а = (4.6)

где, А - полный расход электроэнергии, кВт•ч; mc - масса состава, т; S - длинна перегона (или всего участка), на котором определяется удельный расход электроэнергии, км.

mc= 12150т;

S = 29,3км.

а = = 2813кВт•ч

Результаты расчетов сводятся в таблицу 5

Таблица 5. Результаты тяговых расчетов.

Номер эл-та	Длина эл-та, км	Крутизна уклона,i,%о	Режим работы тепловоза	Уст-ся скорость, Vy,км/ч	Время прохождения	Значения Gi, кг/мин	Значение gх кг/мин	Расход топлива E,кг	натуральны расход	ey
1	1,00	0	Тяга	110	0,55	34,75		18,95		0,01
2	1,6	2,9	Тяга	83	1,16	34,75	1,4	41,81
3	1,1	7,8	Тяга	28	2,36	34,75		81,91
4	5,95	14,6	Тяга	110	3,25	34,75		112,78
5	1,45	4,2	Тяга	46	1,89	34,75		65,72
6	0,95	-2	Выбег	86	0,66		1,4	0,93
7	1,5	0	Тяга	110	0,82	34,75		28,43
8	0,85	1,7	Тяга	106	0,48	34,75		16,72
9	1,5	6,3	Тяга	37	2,43	34,75		84,53
10	6,15	2,3	Тяга	22	16,77	34,75		582,85
11	0,7	5,3	Тяга	88	0,48	34,75		16,59
12	1,2	-1,2	торможение	108	0,67		1,4	0,93
13	1,2	-7,6	торможение	82	0,88		1,4	1,23
14	0,85	15,1	Тяга	75	0,68	34,75		23,63
15	1,45	3,6	Тяга	80	1,09	34,75		37,79
16	0,9	-9,3	торможение	20	2,70		1,4	3,78
17	0,95	0	торможение	110	0,52		1,4	0,73
?S	29,30			??	37,37			1119,31
				Tx	40,37

Заключение

В данной курсовой работе проведены тяговые расчеты показателей работы локомотивов. Эти расчёты особенно, в современных условиях рыночных отношений, необходимы для разработки энорго-сберегающих ресурсов при значительном удорожании энергоносителей, необходимы для экономического и финансового благополучия предприятия.

На основе тяговых расчетов определяются масса поездов, скорость движения, время хода по перегону, что позволяет составлять графики движения поездов, что в свою очередь позволяет предотвратить финансовые и налоговые риски предприятия.

Список литературы

1. Осипов С.И. Теория электрической тяги: учебник для вузов ж.д. транспорта / С.И. Осипов С.С. Осипов В.П. Феоктистов; под редакцией С.И. Осипова -М.: Изд-во "Маршрут", 2006-436с.

2. Осипов С.И. Основы электрической и тепловозной тяги: учебник для техникумов и колледжей ж.д. транспорта /С.И. Осипов С.С. Осипов -М. Издат-во "УМК МПС России" 2000-592с.

3. Правила тяговых расчётов для поездной работы.-М.: Транспрт 1985-287с

4. Розенфельд В.Е. Теория электрической тяги: учебник для вузов ж.д. транспорта / В.Е. Розенфельд, И.П. Исаева - М.: Транспорт,1995-294с.

5. Дениско Н.П. Технико-экономическая оценка влияния случайных факторов на энергетические показатели тепловозов учебник для вузов ж.д. Н.П. Дениско - Хабаровск: Изд-во: ДВГУПС" 1994-63с.

6. Пляскин А.К. Правила оформления дипломных проектов и квалификационных работ: метод пособие/ А.К. Пляскин Я.Ю. Бобровников -Хабаровск: Изд-во "ДВГУПС" 2009-62С

Размещено на Allbest.ru

...