Тяговые расчёты для железнодорожного участка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Омск 2016

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

(ОмГУПС, (ОмИИТ))

Кафедра «Локомотивы»

ТЯГОВЫЕ РАСЧЕТЫ

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине

«Теория тяги поездов»

ИНМВ. 40645400. 000 ПЗ

Студент гр. 33 б

С.С. Кузнецов

Руководитель

к. т. н., доцент кафедры «Локомотивы»

П.Н. Блинов



ОГЛАВЛЕНИЕ

Задание

Реферат

Введение

1. Анализ и спрямление профиля пути

2. Определение массы состава

2.1 Масса состава по условию движения поезда на расчетном подъеме с равномерной расчетной скоростью

2.2 Проверка массы состава на возможность преодоления короткого подъема крутизной больше крутизны расчетного подъема

2.3 Проверка массы состава по длине приемо-отправочных путей

2.4 Определение максимального подъема, на котором возможно трогание поезда расчетной массы с места

3. Расчет и построение диаграммы удельных ускоряющих и замедляющих сил поезда

4. Решение тормозных задач

4.1 Определение максимальной скорости движения по тормозам (тормозная задача I группы)

4.2 Определение необходимого количества тормозных осей в поезде (тормозная задача II группы)

5. Построение кривых скорости движения, времени хода поезда по участку и тока тягового генератора

6. Техническая скорость поезда

7. Определение времени хода поезда способом равномерных скоростей

8. Проверка тяговых электрических машин на нагревание

9. Определение расхода дизельного топлива на передвижение поезда по участку

10. Определение коэффициента трудности участка

Заключение

Библиографический список



ЗАДАНИЕ

В курсовой работе, выполняемой по методике, представленной в учебно-методических пособиях [4,5], для заданного железнодорожного участка необходимо произвести тяговые расчеты:

проанализировать профиль пути и выбрать расчетный и максимальный подъемы;

выполнить спрямление профиля пути заданного участка;

определить массу состава по выбранному расчетному подъему;

проверить полученную массу состава на прохождение встречающихся подъемов большей крутизны, чем расчетный;

проверить массу состава по длине приемоотправочных путей раздельных пунктов (станций) участка;

определить максимальный подъем, на котором возможно трогание с места поезда рассчитанной массы;

составить таблицу и построить диаграмму удельных равнодействующих сил для режимов тяги, холостого хода (выбега) и торможения;

рассчитать максимально допустимую скорость движения на наиболее крутом спуске участка при заданных тормозных средствах поезда;

определить минимально допустимое количество включенных тормозных осей в поезде при движении с заданной скоростью;

построить кривые движения

V = f(S)

t = f(S);

построить кривую тока тягового генератора или тяговых электродвигателей;

по кривой t = f(S) определить время хода по перегонам и техническую скорость движения поезда на участке;

рассчитать время хода поезда по участку приближенным способом равномерных скоростей;

проверить тяговый генератор или тяговые электродвигатели тепловоза на нагревание;

рассчитать расход топлива тепловозом на участке;

определить коэффициент трудности участка.

Курсовая работа должна состоять из пояснительной записки объемом 30 - 80 страниц формата А4 и графического материала, выполненного на миллиметровой бумаге форматов А3, А4 и 297Ч1000 мм.

Точность расчетов должна соответствовать требованиям ПТР [2].

Длину приемоотправочных путей на станциях при проверке массы поезда по его длине необходимо принять равной длине элементов участка пути, на которых расположены эти станции.

Тип пути (звеньевой или бесстыковой) и материал тормозных колодок (чугунные или композиционные) выбирается самостоятельно.

Исходные данные по вагонам и тормозным средствам состава представлены в табл. 1.

Таблица 1. Исходные данные по вагонам и тормозным средствам состава

Номер варианта	Тип грузовых вагонов	Количество тормозных осей в составе, %
	четырехосные с роликовыми подшипниками	четырехосные с подшипниками скольжения	шестиосные	восьмиосные
	% от массы поезда	масса брутто вагона	% от массы поезда	масса брутто вагона	% от массы поезда	масса брутто вагона	% от массы поезда	масса брутто вагона
53	50	74	20	80	-	-	30	136	94

При выполнении курсовой работы рассматривается участок железнодорожного пути длиной около 40 км, по которому ему необходимо «провести» заданным локомотивом грузовой поезд, состоящий из вагонов, выбранных из данных табл. 1. Заданный участок пути разделен на 36 элементов.

К исходным данным профиля пути (табл. 2) относятся следующие характеристики продольного профиля пути:

1) номер элемента профиля пути;

2) крутизна уклона пути, ‰, значение которой указывается со знаком «+» для подъемов и со знаком «-» - для спусков;

3) радиус кривой;

4) длина кривой (если значения радиуса и длины кривой не приведены, то данный элемент профиля пути представляет собой прямолинейный участок);

5) длина элемента профиля пути;

6) название раздельного пункта (станции) на элементе.

Таблица 2. Исходные данные по профилю пути для вариантов 37 - 48 задания

Номер элемента пути	Данные, общие для вариантов 37 - 48	Номер варианта
	Крутизна уклона ii, ‰	радиус кривой Ri, м	длина кривой Sкрi, м	43
				Длина элемента пути Si, м
1	2	3	4	5
1	0,0	Станция Н	-	1400
2	-8,0	-	-	1700
3	-10,0	1000	400	1600
4	+12,0	-	-	300
5	+10,0	-	-	400
6	-6,0	800	600	600
7	+8,0	-	-	500
8	+6,0	600	400	400
9	-14,0	-	-	600
10	-1,0	Станция О	-	1600
11	+13,0	-	-	400
12	+11,0	-	-	500
13	0,0	640	600	1000
14	-10,0	-	-	900
15	+9,0	-	-	500
16	+7,0	700	400	4500
17	+3,4	-	-	300
18	+2,6	900	300	400
19	-7,0	-	-	600
20	-8,5	1000	400	700
21	+8,0	-	-	600
22	+1,7	Станция П	-	1800
23	+5,0	840	400	500
24	0,0	-	-	600
1	2	3	4	5
25	-10,5	-	-	400
26	-12,6	1000	400	700
27	+15,0	-	-	500
28	0,0	-	-	1400
29	-6,0	740	300	700
30	-7,5	-	-	700
31	+5,0	820	400	1100
32	-9,5	-	-	1000
33	-11,5	-	-	5400
34	+7,0	600	1000	2000
35	+9,0	-	-	80
36	0,0	Станция Р	-	1700
Ограничение скорости, км/ч,	35
на элементе заданного профиля	23



РЕФЕРАТ

Тяговые расчеты, профиль пути, тепловоз, масса состава, тяговый генератор, расчетный подъем, сила тяги, тормозные колодки, тормозные задачи, режим выбега, режим тяги, режим торможения, основное удельное сопротивление движению локомотива, равнодействующая сила, расход топлива.

Объектом исследования является грузовой состав, ведомый магистральным двухсекционным тепловозом 2ТЭ10Л.

Цель работы - проведение тяговых расчетов состава на заданном участке, с заданным профилем пути.

В результате работы были рассчитаны масса состава, скорость и время хода поезда по перегонам и оптимальные режимы вождения поездов; проведен расчет необходимых тормозных средств поезда; определен расход топлива, проведена проверка тяговых электрических машин на перегрев.



ВВЕДЕНИЕ

Теория тяги поездов является основой для анализа технических задач, связанных с механикой движения поездов на железных дорогах; рационального проектирования локомотивов, выбора и расчета их основных параметров, оценки тяговых возможностей локомотивов; расчета массы состава, времени хода поезда по перегонам и выбора рациональных режимов вождения поездов; расчета тормозов, определения расхода топлива и электроэнергии на тягу поездов; обоснования требований к вагонному и путевому хозяйству с точки зрения уменьшения сопротивления движению поезда.

Решение этих задач в свою очередь является основанием для составления графиков движения поездов и оборота локомотивов, определения пропускной и провозной способности железнодорожных участков, расчетов по размещению остановочных пунктов, тяговых подстанций, складов топлива, пунктов экипировки, локомотивного парка.

Тяговые расчеты, принципы и методы которых разработаны на базе теории тяги поездов, являются основой для рациональной организации движения на железных дорогах и эффективной эксплуатации локомотивного парка и выполняются в соответствии с «Правилами тяговых расчетов для поездной работы» (ПТР) [2], которые относятся к основополагающим документам на железнодорожном транспорте. Тяговые расчеты проводятся для эксплуатируемых и вновь строящихся железных дорог.



1. АНАЛИЗ И СПРЯМЛЕНИЕ ПРОФИЛЯ ПУТИ

Для сокращения объема тяговых расчетов и повышения их точности необходимо спрямить продольный профиль пути заданного участка.

Перед выполнением спрямления необходимо проанализировать профиль пути заданного участка и выделить расчетный и максимальный подъемы.

Максимальный подъем принят на элементе 28.

В тяге поездов принято крутизну подъемов обозначать со знаком «+», а спусков - «-».

Расчетный подъем - это наиболее трудный элемент профиля пути для движения в заданном направлении, на котором скорость поезда может снижаться до расчетной, соответствующей расчетной силе тяги локомотива [2].

Если наиболее крутой подъем заданного участка достаточно протяженный, то он принимается за расчетный. Если наиболее крутой подъем заданного участка имеет небольшую протяженность и ему на профиле пути предшествуют спуски и площадки (горизонтальные элементы), на которых поезд может развить большую скорость, то такой подъем не может быть принят за расчетный, так как поезд преодолеет его за счет накопленной ранее кинетической энергии. В этом случае за расчетный следует принять подъем меньшей крутизны, но большей протяженности, на котором может быть достигнута равномерная расчетная скорость.

Спрямление профиля пути предусматривает замену двух или нескольких смежных элементов продольного профиля пути одним элементом, длина которого равна сумме длины спрямляемых элементов (S1, S2, S3, …, Sn):

Sc = S1 + S2 + S3 + … + Sn. (1.1)

При спрямлении группируются рядом находящиеся элементы профиля пути одного знака, близкие по крутизне. Горизонтальные элементы (площадки), имеющие нулевой уклон, могут включаться в спрямляемые группы как с элементами, имеющими положительный знак крутизны (подъемами), так и с элементами отрицательной крутизны (спусками). Элементы, на которых расположены раздельные пункты (станции), а также расчетный и максимально крутой подъемы в группы для спрямления не включаются.

Для выбранной группы элементов крутизна спрямленного уклона определяется по формуле:

(1.2)

где i1, i2, …, in - крутизна элементов спрямляемого участка, °/оо.

Допустимость спрямления элементов профиля проверяется по условию:

, (1.3)

где Si - длина отдельного спрямляемого элемента, м;

- абсолютная разность между крутизной спрямленного участка и крутизной проверяемого элемента, °/оо,

. (1.4)

Если какой-либо элемент в выбранной группе не удовлетворяет условию (1.4), то выполняют новую группировку элементов профиля и расчет повторяют, начиная с формулы (1.2).

Кривые на спрямленном участке заменяются фиктивным подъемом , крутизна которого определяется по формуле, °/оо:

(1.5)

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

Окончательная крутизна спрямленного участка с учетом фиктивного подъема от кривой вычисляется по уравнению, °/оо:

(1.6)

Спрямление участков 2 и 3:

Sc = 1700 + 1600 = 3300 м;

°/оо ;

°/оо ;

°/оо ;

°/оо ;

Условие (1.3) для проверки допустимости спрямления 2-го участка выполняется.

°/оо ;

Условие (1.3) для проверки допустимости спрямления 3-го элемента выполняется, следовательно, элементы 2 и 3 необходимо спрямить и принять за один элемент профиля пути.

Аналогичные действия производим для остальных элементов пути.



2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ СОСТАВА

2.1 Масса состава по условию движения поезда на расчетном подъеме с равномерной расчетной скоростью

Масса состава является одним из основных показателей работы железнодорожного транспорта. Увеличение массы состава позволяет повысить провозную способность железных дорог, снизить себестоимость перевозок. Массу грузового поезда обычно определяют исходя из полного использования тяговых и мощностных качеств локомотива.

Масса состава Q, т, определяется из условия установившегося равномерного движения поезда по выбранному расчетному подъему с расчетной скоростью локомотива Vр, км/ч, по формуле:

, (2.1)

где - расчетная сила тяги локомотива [2, c. 43, табл. 22];

- расчетная масса локомотива [2, c. 43, табл. 22];

- основное удельное сопротивление локомотива при движении в режиме тяги с расчетной скоростью, Н/кН;

- основное удельное средневзвешенное сопротивление движению состава при расчетной скорости, Н/кН;

°/оо - крутизна расчетного подъема (см. табл. 1.1);

- ускорение свободного падения, = 9,81 м/с2.

Основное удельное сопротивление движению локомотива в зависимости от вида локомотива и типа пути рассчитывается по формуле, приведенной в ПТР [2, формула (13) или (15)].

В данной курсовой работе принимаем звеньевой путь.

Основное удельное сопротивление движению локомотива на бесстыковом пути:

(2.2)

где Vр - расчетная скорость локомотива, км/ч.

У тепловозов расчетная скорость определяется точкой пересечения кривых ограничения силы тяги по дизелю и силы тока (рис. 1) [2].

Для магистрального грузового тепловоза 2ТЭ10Л расчетная скорость Vр = 23,4 км/ч [2].

Основное удельное сопротивление движению состава , состоящего из вагонов различных типов на подшипниках скольжения и качения, определяется по уравнению:

(2.3)

где - доля по массе в составе поезда 4-осных вагонов на подшипниках скольжения и качения, 6- и 8-осных вагонов соответственно

(см. табл. 1);

- основное удельное сопротивление движению 4-осных вагонов на подшипниках скольжения и качения, 6- и 8-осных вагонов соответственно, Н/кН.

Основное удельное сопротивление движению различных вагонов рассчитывается по формулам (1) - (10), приведенным в ПТР [2], в зависимости от типа пути и нагрузки на ось вагонов qo, которая определяется делением массы вагона брутто на количество осей вагона , т/ось:

(2.4)

Формулы для определения основного удельного сопротивления движению различных вагонов приведены в методических указаниях [5].

Вычисленное по формуле (2.1) значение массы состава округляют в соответствии с требованиями ПТР [2] до ближайших 50 или 100 т.

Нагрузка на ось 4-осных вагонов на подшипниках скольжения:

Основное удельное сопротивление движению 4-осных вагонов на подшипниках скольжения:

(2.5)

Нагрузка на ось 6-осных вагонов на роликовых подшипниках:

Основное удельное сопротивление движению 6-осных вагонов на роликовых подшипниках:

(2.6)

Нагрузка на ось 8-осных вагонов на роликовых подшипниках:

тяговый состав ход скорость

Рис. 1. Тяговые характеристики тепловоза 2ТЭ10Л (значения Fк указаны для двух секций)

Основное удельное сопротивление движению 8-осных вагонов на роликовых подшипниках:

(2.7)

Основное удельное сопротивление движению состава:

Тогда массу состава определим по выражению (2.1):

2.2 Проверка массы состава на возможность преодоления короткого подъема крутизной больше крутизны расчетного подъема

Если на участке встречается короткий крутой подъем, крутизна которого значительно больше крутизны расчетного подъема, то необходимо проверить возможность преодоления такого подъема за счет использования кинетической энергии, накопленной поездом на предшествующих «легких» элементах профиля пути.

Крутизна расчетного и максимального подъемов равна:

Аналитическая проверка возможности преодоления этого подъема выполняется по формуле:

, (2.8)

где S - путь, который преодолеет поезд, двигаясь по подъему при снижении скорости от Vн до Vк м;

Vн и Vк - скорость движения поезда в начале и конце проверяемого подъема соответственно, км/ч;

- средняя ускоряющая сила, действующая на поезд в пределах интервала скорости от Vн до Vк, Н/кН.

Скорость поезда Vн выбирается из условий подхода его к проверяемому элементу крутизной

i_пр=

и для грузовых поездов обычно принимается от 70 до 90 км/ч, но не более конструкционной скорости локомотива. Скорость Vк должна быть не менее расчетной Vр. В курсовой работе рекомендуется принимать

Скорость движения поезда в начале проверяемого подъема . Значения удельных силы тяги и сопротивления в пределах выбранного интервала изменения скорости принимаются равными их значениям при средней скорости этого интервала:

(2.9)

Удельная сила тяги вычисляется по формуле:

, (2.10)

Где - сила тяги локомотива при средней скорости Vср, Н,

удельное сопротивление -

. (2.11)

Значение силы тяги для средней скорости Vср определяется по тяговой характеристике локомотива (см. рис. 1). Тяговые характеристики для различных локомотивов приведены в ПТР [2]. Для той же средней скорости Vср рассчитываются значения основного удельного сопротивления движению локомотива и состава по формулам (2.2 - 2.7).

Значение силы тяги при средней скорости Vср = 56,7 км/ч равно

Значение пути S, вычисленное по формуле (2.8), должно быть не меньше длины проверяемого элемента, т. е. должно соблюдаться условие:

. (2.12)

Если условие (2.12) не выполняется, т. е. к концу проверяемого элемента скорость поезда снизится ниже расчетной, то необходимо уменьшить массу поезда (например, на 100 т или более) и повторить проверочный расчет по формулам (2.8) - (2.12).

Длина проверяемого элемента Полученное значение пути S удовлетворяет требованиям условия (2.12).

2.3 Проверка массы состава по длине приемо-отправочных путей

Для выполнения проверки необходимо определить количество вагонов каждого типа в составе по формулам:

4-осных -

; (2.13)

6-осных -

(2.14)

8-осных -

, (2.15)

где q4c, q6, q8 - масса брутто в составе поезда 4-осных вагонов на подшипниках скольжения, 6- и 8-осных вагонов соответственно, т.

Полученное количество вагонов каждого типа необходимо округлить до целого числа.

Общая длина поезда рассчитывается по уравнению:

(2.16)

где li, mi - длина по осям автосцепок и количество вагонов i-го типа;

lл, mл - длина по осям автосцепок и количество локомотивов в составе.

В формуле (2.16) длина поезда увеличена на 10 м - это запас на неточность остановки поезда на станции.

Значения длины различных типов вагонов и локомотивов приведены в ПТР [2, табл. 12].

Принимаем 4-осные вагоны, как цистерны, цементовозы и думпкары с длиной вагона равной l4 = 12 м; 6-осные вагоны длиной l6 = 17 м; 8-осные вагоны принимаем, как полувагоны с длиной вагона l8 = 20 м.

Длина локомотива 2ТЭ10Л по осям автосцепок lл = 34 м [2].

Проверка возможности остановки поезда на приемо-отправочных путях станций и раздельных пунктов участка выполняется по соотношению:

, (2.17)

где - минимальная длина приемо-отправочных путей, м.

В курсовой работе длину приемо-отправочных путей необходимо принять равной длине элементов, на которых расположены станции.

Длина приемо-отправочных путей станций:

2.4 Определение максимального подъема, на котором возможно трогание поезда расчетной массы с места

Крутизна максимального подъема по условию трогания поезда расчетной массы с места определяется по формуле, °/оо:

(2.18)

где - сила тяги локомотива при трогании с места, Н, указана в ПТР [2, с. 46, табл. 24];

- удельное сопротивление поезда при трогании с места, определяется как средневзвешенная величина (аналогично ) с учетом удельных сопротивлений при трогании с места вагонов различного типа, Н/кН:

(2.19)

Удельное сопротивление при трогании с места рассчитывается по формулам:

4-осных вагонов на подшипниках скольжения -

(2.20)

4- и 8-осных вагонов на подшипниках качения -

, (2.21)

где - нагрузка от оси вагона данной группы на рельсы, т/ось.

Сила тяги локомотива при трогании с места

Трогание поезда невозможно на 27-ом элементе пути, так как:



3. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ УДЕЛЬНЫХ УСКОРЯЮЩИХ И ЗАМЕДЛЯЮЩИХ СИЛ ПОЕЗДА

Для построения диаграммы удельных равнодействующих (ускоряющих и замедляющих) сил поезда составляется таблица для трех режимов ведения поезда по прямому горизонтальному участку пути:

режим тяги описывается уравнением:

; (3.1)

режим холостого хода (выбега) -

; (3.2)

режим торможения:

при служебном регулировочном торможении -

, (3.3)

при экстренном торможении -

. (3.4)

Таблица удельных равнодействующих сил поезда (табл. 3), заполняется для значений скорости от нуля до (конструкционной) через 5 км/ч или менее (1-й столбец таблицы), в том числе для значений скорости выхода на автоматическую (гиперболическую) характеристику и расчетной.

Сила тяги локомотива Fк (2-й столбец) измеряется в ньютонах (Н), ее значения определяются по тяговой характеристике локомотива для указанных в 1-м столбце значений скорости. Тяговые характеристики локомотивов приведены в ПТР [2].

Значения основных удельных сопротивлений движению локомотива (3-й столбец) и вагонов (столбец 5) вычисляются для всех значений скорости аналогично их вычислению на расчетной скорости при определении массы состава.

Значение полного основного сопротивления движению (4, 6 и 7-й столбцы) вычисляется по формуле, Н:

для локомотива -

= P g, (3.5)

где P - расчетная масса локомотива, т;

для вагонов -

= Q g, (3.6)

где Q - масса поезда, т;

для всего поезда -

(3.7)

Значение удельной равнодействующей силы, действующей на поезд в режиме тяги (9-й столбец), вычисляется по формуле, Н/кН:

. (3.8)

Основное удельное сопротивление локомотива на холостом ходу для различных значений скорости (10-й столбец) определяется по формуле (14) или (16) ПТР [2] в зависимости от вида локомотива и типа пути.

Значение полного основного сопротивления движению локомотива на холостом ходу (11-й столбец) рассчитывается по выражению, Н:

. (3.9)

Основное удельное сопротивление всего поезда при движении локомотива на холостом ходу (выбеге) подсчитывается по формуле, Н/кН:

. (3.10)

Удельная тормозная сила поезда вычисляется по уравнению, Н/кН:

, (3.11)

где - расчетный коэффициент трения тормозных колодок о колесо;

- расчетный тормозной коэффициент поезда.

Расчетный коэффициент трения тормозных колодок по стальному колесу колесной пары определяется по эмпирическим выражениям:

для чугунных колодок -

; (3.12)

для композиционных -

. (3.13)

Расчетный тормозной коэффициент грузового поезда на спусках крутизной до -20 °/оо определяется без учета массы и тормозных средств локомотива по формуле:

, (3.14)

где - расчетная суммарная сила нажатия тормозных колодок на оси поезда, кН;

у - доля тормозных осей в составе (см. табл. 1);

n4, n6 и n8 - количество осей в группах 4-, 6- и 8-осных вагонов поезда соответственно;

kр4, kр6 и kр8 - расчетная сила нажатия тормозных колодок на ось 4-, 6- и 8-осного вагона, кН/ось.

Значения расчетной силы нажатия в тормозных системах различных типов вагонов приведены в учебной и справочной литературе [2, 5, 6].

В курсовой работе можно принять при чугунных колодках

при композиционных

В данной работе принимаем чугунные колодки.

Формулу (3.14) можно преобразовать в следующее выражение:

где - общее число тормозных осей в поезде.

Диаграмма удельных равнодействующих сил поезда для режимов тяги, холостого хода (выбега) и служебного торможения (см. формулы (3.1) - (3.3)) вычерчивается на миллиметровой бумаге формата 297 Ч 1000 мм (в левой части, в правой части в дальнейшем строятся кривые движения).

Масштабы для выполнения графических расчетов приведены в ПТР [2, табл. 14].

При выполнении курсовой работы рекомендуется применять масштабы, указанные в табл. 3.

Таблица 3. Масштабы для графических расчетов

Величина	Масштаб	Коэффициент масштаба
		для построения диаграммы равнодействующих сил и кривых движения	для решения тормозных задач
Удельная сила	1 Н/кН = k мм	k = 6	k = 2
Скорость	1 км/ч = m мм	m = 1	m = 2
Путь	1 км = y мм	y = 20	y = 240
Время	1 мин = x мм	x = 10	-
Постоянная времени	Д, мм	Д = 30	-



4. РЕШЕНИЕ ТОРМОЗНЫХ ЗАДАЧ

Важными показателями процесса торможения поезда являются тормозной путь Sт, скорость в начале Vн и конце Vк торможения, а характеристикой тормозной системы поезда - тормозной коэффициент поезда .

Тормозные задачи делятся на две группы:

I группа - расчет тормозного пути, начальной или конечной скорости при известном тормозном коэффициенте поезда;

II группа - определение необходимого тормозного коэффициента и минимального количества тормозных осей в поезде при известных значениях тормозного пути, начальной и конечной скорости.

Значение расчетного тормозного пути устанавливается нормативными документами. В курсовой работе расчетный тормозной путь принимается равным 1000 м при уклонах до -6 °/оо и 1200 м при уклонах круче -6 °/оо.

4.1 Определение максимальной скорости движения по тормозам (тормозная задача I группы)

Расчет максимальной скорости движения по тормозам Vн выполняется в следующем порядке:

1) задаются произвольным значением начальной скорости Vн;

2) определяются значения подготовительного , действительного и полного тормозного пути;

3) полученное значение сравнивается с нормативным с учетом заданной в курсовой работе точности расчетов

и если

то задается новое значение начальной скорости торможения из условия

и расчет повторяется;

то задается новое значение начальной скорости торможения из условия

и расчет повторяется;

с учетом заданной точности расчетов, то принятое значение Vн будет являться искомой максимальной скоростью движения по тормозам.

Полный тормозной путь при известной начальной скорости торможения Vн определяется по формуле, м:

. (4.1)

Значение подготовительного тормозного пути зависит от времени подготовки тормозов к действию (, с), которое в свою очередь зависит от конструкции тормозов, количества осей в составе поезда, условий торможения [2]:

. (4.2)

В общем случае

, (4.3)

где а1 и а2 - коэффициенты, зависящие от конструкции тормозов и длины состава;

i_c - приведенный уклон, на котором осуществляется торможение (при спуске значение i_c принимается со знаком «-»), °/оо;

b_T - удельная тормозная сила, определяется по формуле (3.11) при начальной скорости торможения Vн, Н/кН.

Расчет времени подготовки тормозов к действию t_п производится по одной из формул (68) - (72), приведенных в ПТР [2].

Действительный тормозной путь рассчитывается по выражению:

, (4.4)

где n - количество интервалов, на которые разбивается диапазон значений скорости от начала (Vн) до конца торможения (Vк);

i - номер интервала;

Vi, Vi+1 - скорость в начале и конце i-го интервала торможения, км/ч;

- удельная замедляющая сила, определяемая для средней скорости Vср i-го интервала, Н/кН;

- основное удельное сопротивление поезда на холостом ходу для средней скорости Vср i-го интервала, определяется по формуле (3.10), Н/кН.

Средняя скорость в интервале:

. (4.5)

При выполнении расчетов интервал скорости от Vi до Vi+1 принимается в пределах 10 км/ч в диапазоне значений скорости от Vн до 50 км/ч и 5 км/ч - при скорости меньше 50 км/ч.

При расчете тормозной задачи I группы (методом подбора) была определена начальная скорость Vн = 71 км/ч.

Задаемся максимальным уклоном

Согласно стандартам ОАО «РЖД» нормативный тормозной путь состава должен составлять 1200 м.

В данной курсовой работе используются чугунные колодки (см. разд. 3).

Время подготовки тормозов к действию определяется по формулам (68-72) ПТР [2] в зависимости от количества осей в составе (nос = 292 шт.):

- грузовые составы длиной более 300 осей при автоматических тормозах, с

(4.6)

Для принятой начальной скорости торможения Vн = 71 км/ч определяется значение по формуле (3.12) и значение определяется по выражению (3.11).

Для принятой начальной скорости торможения значение удельной тормозной силы

Значение подготовительного тормозного пути определяется по выражению (4.2):

Значения удельной замедляющей силы, определяемой для средней скорости Vср i-го интервала представлены в табл. 4.

Таблица 4. Значения удельной замедляющей силы

Значение средней скорости Vср, км/ч
70,5	32,1
65	35
55	37
45	39,6
35	43,3
25	48,7
15	57,3
5	72,9

Значение действительного тормозного пути:

Полный тормозной путь определяется по формуле (4.1):

На основании полученного значения производим проверку точности результатов:

Полученное значение не превышает 10 м, что удовлетворяет заданной точности.

4.2 Определение необходимого количества тормозных осей в поезде (тормозная задача II группы)

Данная задача в курсовой работе решается графическим способом на листах миллиметровой бумаги форматов А3 и А4 для заданной начальной скорости торможения Vн, которую рекомендуется принять равной значению Vн, полученному в тормозной задаче I группы.

Построения ведутся с соблюдением масштабов для тормозных задач (табл. 3).

Порядок решения задачи следующий:

1) задаются несколькими значениями расчетного тормозного коэффициента (для чугунных тормозных колодок рекомендуется принять , , , для композиционных - , , );

2) для заданных значений при двух значениях начальной скорости торможения Vн

Vн = 0

Vн = Vконстр = 100 км/ч

по формуле (3.11) определяется удельная тормозная сила b_T, по формуле (4.3) - время подготовки тормозов к действию t_п, по формуле (4.2) - подготовительный тормозной путь;

Результаты расчетов представлены в табл. 5.

Таблица 5. Результаты расчетов удельной тормозной силы, времени подготовки тормозов и подготовительного тормозного пути

Параметр	bT, Н/кН	tп, с	Sп, м
	Vн = 0 км	81	15,1	0
	Vн = 100 км	27	21,3	592
	Vн = 0 км	108	14,3	0
	Vн = 100 км	36	19	528
	Vн = 0 км	135	13,9	0
	Vн = 100 км	45	17,6	489

3) закон изменения подготовительного тормозного пути от значения начальной скорости торможения принимается прямолинейным, т.е. найденные значения S_п для соответствующих значений наносятся на планшет формата

А3 (прил. 2) и соединяются прямыми линиями, образуя три (четыре) графических зависимости ;

4) вправо от точки, соответствующей началу торможения (), откладывается в масштабе полный тормозной путь, установленный нормативными документами;

5) для значений скорости Vн от нуля до Vкон через км/ч по формуле (3.10) рассчитывается основное удельное сопротивление движению поезда на холостом ходу , а для заданных значений по формуле (3.11) - удельная тормозная силы b_T и затем - удельная замедляющая сила ( + bт).

6) для каждого из принятых значений по данным табл. 6 слева от точки строится диаграмма удельных замедляющих сил ;

7) из точки, соответствующей концу тормозного пути, по методу МПС (см. разд. 5) строятся кривые c учетом соответствующей зависимости

Результаты расчета удельных замедляющих сил приведены в табл. 6.

Таблица 6. Результаты расчета удельных замедляющих сил поезда

Скорость поезда V, км/ч	Основное удельное сопротивление движению поезда на холостом ходу , Н/кН	Расчетный коэффициент трения тормозных колодок	Удельные силы, Н/кН, при тормозном коэффициенте
			bт	+ bт	bт	+ bт	bт	+ bт
0	0	1,034	0,27	81,00	82,03	108,00	109,03	135,00
5	5	1,057	0,23	68,04	69,10	90,72	91,78	113,40
10	10	1,086	0,20	59,40	60,49	79,20	80,29	99,00
15	15	1,120	0,18	53,23	54,35	70,97	72,09	88,71
20	20	1,161	0,16	48,60	49,76	64,80	65,96	81,00
25	25	1,207	0,15	45,00	46,21	60,00	61,21	75,00
30	30	1,259	0,14	42,12	43,38	56,16	57,42	70,20
35	35	1,317	0,13	39,76	41,08	53,02	54,33	66,27
40	40	1,380	0,13	37,80	39,18	50,40	51,78	63,00
45	45	1,449	0,12	36,14	37,59	48,18	49,63	60,23
50	50	1,525	0,12	34,71	36,24	46,29	47,81	57,86
55	55	1,605	0,11	33,48	35,09	44,64	46,25	55,80
60	60	1,692	0,11	32,40	34,09	43,20	44,89	54,00
65	65	1,784	0,10	31,45	33,23	41,93	43,71	52,41
70	70	1,883	0,10	30,60	32,48	40,80	42,68	51,00
75	75	1,986	0,10	29,84	31,83	39,79	41,78	49,74
80	80	2,096	0,10	29,16	31,26	38,88	40,98	48,60
85	85	2,212	0,10	28,54	30,75	38,06	40,27	47,57
90	90	2,333	0,09	27,98	30,31	37,31	39,64	46,64
95	95	2,460	0,09	27,47	29,93	36,63	39,09	45,78
100	100	2,593	0,09	27,00	29,59	36,00	38,59	45,00

8) определяются точки пересечения зависимостей

,

соответствующие каждому значению ;

9) по найденным точкам пересечения на листе формата А4 в произвольном масштабе строится график зависимости

.

10) по графику для заданной начальной скорости торможения определяется потребный расчетный тормозной коэффициент поезда ;

11) по найденному значению рассчитывается минимально необходимое количество тормозных осей , которые должны быть включены в составе, чтобы при торможении на спуске при начальной скорости торможения значение тормозного пути не превысило нормативного значения :

, (4.6)

где Q - масса поезда, т;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

- нажатие тормозных колодок на одну ось, Н/кН;

12) полученное значение сравнивается с фактическим количеством включенных тормозных осей в поезде (необходимо, чтобы выполнялось условие

и делается вывод о допустимости движения поезда с заданной начальной скоростью на максимальном спуске .

Фактическое количество включенных тормозных осей в поезде определяется по формуле:

, (4.7)

где - доля тормозных осей в составе;

- общее количество осей в поезде.

Условие выполняется, следовательно, тормозных осей, которые должны быть включены в составе, хватает, чтобы при торможении на максимальном спуске при начальной скорости торможения значение тормозного пути не превысило нормативного значения , составляющего 1200 м.



5. ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ, ВРЕМЕНИ ХОДА ПОЕЗДА ПО УЧАСТКУ И ТОКА ТЯГОВОГО ГЕНЕРАТОРА

В курсовой работе рекомендуется расчет скорости движения и времени хода поезда по участку выполнить графически - способом МПС.

Построение кривых движения выполняется на листе миллиметровой бумаги формата 297 Ч 1000 мм, в левой части которого уже построены диаграммы удельных равнодействующих сил. Масштабы для построения кривых движения представлены в табл. 3. При построении кривой скорости

поезд представляется в виде материальной точки, в которой сосредоточена вся масса поезда. Расположение центра масс принимается в середине длины поезда. Техника построения кривых движения описана в учебной и справочной литературе [5, 6, 7].



6. ТЕХНИЧЕСКАЯ СКОРОСТЬ ПОЕЗДА

Техническая скорость - скорость движения поезда без учета времени стоянок на промежуточных станциях.

Техническая скорость поезда по участку определяется по формуле, км/ч:

, (6.1)

где - время хода поезда по перегонам заданного участка, определенное по кривой времени , мин;

L - длина участка (расстояние между осями граничных станций заданного участка), км.

Длина заданного участка составляет L = 38,08 км.

Время хода по данному участку составляет



7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ХОДА ПОЕЗДА СПОСОБОМ РАВНОМЕРНЫХ СКОРОСТЕЙ

Способ равномерных скоростей относится к одному из наиболее распространенных приближенных способов решения тяговых задач, его применяют на практике для расчета времени хода поезда без построения кривых скорости и времени, когда необходимо предварительное, приближенное его значение. В курсовой работе этот способ применяется наряду с точным - графическим способом МПС.

Способ равномерных скоростей основан на предположении о равномерном движении поезда по каждому элементу профиля. При этом скорость равномерного движения на каждом элементе спрямленного профиля определяется по диаграмме удельных равнодействующих сил (по кривой ).

Для подъемов более крутых, чем расчетный, равномерная скорость принимается равной расчетной скорости локомотива Vр. На элементах, где равномерная скорость, определенная по диаграмме удельных равнодействующих сил для режима тяги

,

превышает наибольшую допустимую скорость движения, принимается равномерная скорость, равная максимально допустимой.

К значению времени хода по перегонам, полученному при расчете приближенным способом, следует добавлять 2 мин на разгон и 1 мин на замедление в каждом случае, когда происходят трогание с места и разгон поезда на станции и затем - остановка его на раздельном пункте участка.

Результаты всех расчетов представлены в табл. 7.

Таблица 7. Результаты расчета времени хода поезда способом равномерных скоростей

Номер элемента спрямленного профиля	Длина элемента S, км	Крутизна уклона i, о/оо	Vрав, км/ч	, мин/км	мин	Время на разгон и замедление, мин
1	2	3	4	5	6	7
1	1,4	0,0	95	0,63	0,88	2
2	3,3	-8,8	95	0,63	2,08	-
3	0,7	+10,9	23,4	2,56	1,79	-
4	0,6	-5,2	95	0,63	2,31	-
5	0,9	+7,6	23,4	2,56	0,75	-
6	0,6	-14,0	95	0,63	0,57	-
7	1,6	-1,0	95	0,63	1,20	-
8	0,9	+11,9	23,4	2,56	0,84	-
9	1	+0,6	80	0,75	0,82	-
10	0,9	-10,0	95	0,63	1,54	-
11	5	+7,3	25	2,40	1,59	-
12	0,7	+3,3	50	1,20	1,20	-
13	1,3	-7,6	95	0,63	0,69	-
14	0,6	+8,0	23,4	2,56	1,28	-
15	1,8	+1,3	68	0,88	0,88	-
16	1,1	+2,6	55	1,09	0,88	-
17	1,1	-11,5	95	0,63	1,94	-
18	0,5	+15,0	23,4	2,56	4,04	-
19	1,4	0,0	95	0,63	5,38	-
20	1,4	-6,6	95	0,63	1,07	-
21	1,1	+5,3	34	1,76	2,31	-
22	6,4	-11,2	95	0,63	0,75	-
23	2,1	+7,8	23,4	2,56	0,57	-
24	1,7	0,0	95	0,63	1,20	1

Общее время хода поезда по участку определяется по формуле, мин:

(7.1)



8. ПРОВЕРКА ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН НА НАГРЕВАНИЕ

Проверку электрических машин тепловоза на нагревание следует выполнять, руководствуясь построенными кривыми тока

и времени

.

У тепловоза ТЭ3 на нагревание проверяется обмотка якоря тягового генератора, а у тепловозов других серий - обмотки якорей тяговых электродвигателей.

При проверке обмоток электромашин тепловоза на нагревание применяется формула:

, (8.1)

где ф - превышение температуры обмоток генератора или ТЭД над температурой окружающей среды, °С;

- установившееся превышение температуры обмоток электромашины над температурой окружающего воздуха (для данного среднего значения тока генератора или двигателя ), °С;

- промежуток времени, в течение которого значение тока принимается постоянным, мин;

Т - тепловая постоянная времени (для данного среднего значения тока генератора или двигателя ), мин;

- начальное превышение температуры обмоток для расчетного промежутка времени , °С.

Установившееся превышение температуры обмоток и постоянная времени Т являются тепловыми параметрами (характеристиками) тяговой электрической машины.

Графические зависимости тепловых параметров и Т от тока нагрузки для тяговых электрических машин тепловоза 2ТЭ10Л (тепловые характеристики) приведены на рис. 2/

Рис. 2. Тепловые характеристики ТЭД ЭД107, ЭД107А тепловоза 2ТЭ116

Расчетные интервалы времени следует выбирать так, чтобы выполнялось соотношение:

(8.2)

При определении среднего значения тока тягового электродвигателя или тягового генератора для определения тепловых параметров и Т следует кривую тока разбить на отрезки, в пределах которых значение тока можно принимать постоянным, равным полусумме значений тока в начале и конце отрезка.

Значение тока ТЭД для тепловозов определяется делением тока тягового генератора на количество электродвигателей, подключенных параллельно к тяговому генератору в соответствии с электрической схемой тепловоза.

Изменение температуры обмоток электромашин при движении тепловоза в режимах холостого хода и торможения (когда тока в силовой цепи нет, а следовательно, и установившееся превышение температуры обмоток ) определяется по формуле:

. (8.3)

Снижение температуры обмоток тяговых электрических машин при движении в режимах холостого хода и торможения можно также определять по кривой

(характеристике охлаждения обмоток) при ; эти кривые для электрических машин тепловозов приведены в ПТР [2].

Полученные по формулам (8.1) и (8.3) значения температуры ф для каждого расчетного элемента кривой тока являются начальными значениями для следующего элемента расчета.

Первоначальное превышение температуры обмоток тяговых электрических машин в момент отправления поезда со станции следует принимать равным 15 °С.

Значения максимально допустимого превышения температуры обмоток якорей тяговых электрических машин над температурой окружающего воздуха приведены в ПТР [2, табл. 18 (электровозы), табл. 27 (тепловозы)...