Тяговый расчет поезда

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

"Дальневосточный государственный университет путей сообщения"

Кафедра "Локомотивы"

Пояснительная записка к курсовому проекту

на тему: "Тяговый расчет поезда"

по дисциплине: "Теория тяги поездов"

КП 23.05.03.07.142.ПЗ

Выполнил: E.А. Завизион

Руководитель И.И. Доронина

Хабаровск - 2017

Содержание

• Введение
• 1. Построение и спрямление профиля пути
• 1.1 Общие положения
• 1.2 Построение профиля и плана пути
• 1.3 Спрямление профиля пути
• 2. Выбор расчетного подъема и определение массы состава
• 2.1 Общие положения
• 2.2 Выбор расчетного подъёма
• 2.3 Определение массы состава при движении поезда по расчетному подъёму с равномерной скоростью
• 2.4 Проверка массы состава на трогание с места на расчётном подъёме
• 2.5 Проверка массы поезда по длине приёмоотправочных путей
• 2.6 Расчет массы состава с учетом использования кинетической энергии поезда
• 3. Расчет и построение диаграмм удельных сил, действующих на поезд
• 4. Определение наибольших допустимых скоростей движения поездов по условиям торможения
• 5. Определение скорости и времени движения поезда методом установившихся скоростей
• 6. Определение скорости и времени хода поезда графическим методом
• 6.1 Общие сведения
• 6.2 Техника построения кривой скорости способом Липеца
• 6.3 Техника построения кривой времени способом Лебедева
• 7. Построение кривой тока локомотива
• 7.1 Построение кривых тока ЭПС переменного тока
• 8. Определение расхода электроэнергии электровозом
• 8.1 Расход электроэнергии электровозами
• 9. Проверка тяговых машин локомотивов на нагрев
• 9.1 Общие сведения
• 9.2 Аналитический метод расчета нагревания тяговых электрических машин
• Заключение
• Список литературы


Введение

Система технического обслуживания и ремонта локомотивов (СТОР) устанавливается в целях обеспечения устойчивой работы локомотивного парка, поддержания его технического состояния и повышение эксплуатационной надежности локомотивов.

Каждый локомотив с технической точки зрения, представляет собой устройство, характеризующееся ресурсом работоспособности и потребительской стоимости, а также некоторым "выходным потоком", т.е. потерей качественных свойств во время эксплуатации. С экономической точки зрения, локомотив выступает как объект, характеризующийся величиной овеществленного труда в период его создания. Объединяя локомотив с системой технического обслуживания и ремонта, получаем новую систему с параллельным соединением двух элементов, характерных для резервирования. Специфика этого соединения заключается в том, что резерв не создается, за счет запаса прочности и долговечности (усложнения и утяжеления его конструкции), а остается вне локомотива в виде ремонтных цехов депо и заводов, способных восстанавливать и заменять неработоспособные элементы, продлевая срок службы локомотива.

Техническое состояние локомотивов в процессе эксплуатации изменяется в результате изнашивания деталей и механизмов, нарушения регулировок, ослабления креплений, поломок и других неисправностей. В электрических машинах и аппаратах ухудшаются электрические и механические свойства изоляции. В результате снижается надежность узлов, агрегатов и локомотива в целом (работоспособность, безотказность, а также экономичность и экологические характеристики в требуемых пределах).

Таким образом, ресурс надежности, заложенный в конструкции локомотива при проектировании и постройке, постепенно расходуется, и при его значении ниже определенного уровня может произойти отказ локомотива на линии. Это может стать причиной аварии, нарушения графика движения поездов, перерасхода топлива или электроэнергии и т.п. Важнейшими задачами системы технического обслуживания и ремонта являются не только восстановление работоспособности, но также предупреждение перечисленных явлений и обеспечение безопасности движения поездов.

Основными направлениями работ по совершенствованию СТОР локомотивов являются увеличение межремонтных пробегов, стремление максимально приблизить их предельные значения к технически обоснованному ресурсу долговечности базовых узлов и деталей.



1. Построение и спрямление профиля пути

1.1 Общие положения

Вертикальный разрез земной поверхности по трассе железнодорожной линии называется продольным профилем железнодорожного пути (профиль пути). Вид железнодорожной линии сверху или, как принято говорить, проекция трассы на горизонтальную плоскость называется планом железнодорожной линии (производят спрямление профиля пути).

Элементами профиля пути являются уклоны (подъёмы и спуски) и площадки (горизонтальный элемент, уклон которого равен нулю). Граница смежных элементов называется переломом профиля. Расстояние между смежными переломами профиля пути образует элемент профиля.

На профиле пути отмечают крутизну и протяженность элемента, высоты (отметки) переломных точек над уровнем моря, оси раздельных пунктов, границы станций и километровые отметки.

На плане пути наносят радиусы (углы) и длины кривых и прямых участков пути и их месторасположение.

1.2 Построение профиля и плана пути

Заданный в табличной форме профиль и план пути необходимо нанести на лист миллиметровой бумаги шириной 297 мм и длиной 630 мм.

Профиль вычерчивается в масштабе: путь 1 км-20мм; 50м - 1мм; высота переломных точек 1м - 1мм.

Отметки переломных точек рассчитывают по формуле:

(1.1)

где - конечная для j-ого элемента отметка профиля; - начальная для j-го элемента пути отметка профиля, м; - уклон (подъем или спуск), ‰. Знак (+) ставиться для подъема, знак (-) - для спуска; - длина элемента профиля пути, м.

Порядок и результаты расчета отметок профиля пути приведены в таблице 1.1.

Начальное значение отметки первого элемента профиля принимаем равным h_нj = 100м. За начальное значение отметок последующих элементов берется конечное значение предыдущей отметки.

Кривые, длина которых задается градусами центрального угла пересчитываем по формуле:

(1.2)

где - длина кривой, м; R - радиус кривой, м; б - центральный угол в градусах.

Таблица 1.1 План и профиль пути

№ элемента	Профиль пути	План пути
	, м	, ‰	R, м	, м	б?
1	850	0	Станция А
2	700	-3,4
3	650	-4,2
4	500	-2,2	850	400
5	600	0	900	500
6	1400	+11,7
7	900	0
8	5100	+9,5	700	800
9	500	+5
10	650	+3,8
11	850	0	Станция Б
12	400	0
13	900	-3,2
14	4500	-9,1	900		27?
15	1000	0
16	1500	-11,4
17	500	0
18	1350	+5,8	700	1000
19	800	+3,7
20	850	0	Станция В

Определяем длину кривой на элементе 14 по формуле (1.2)

Кривую на плане пути размещаем произвольно. Длина прямого участка на плане пути определяется путем измерения.

Расчет отметок профиля пути по формуле (1.1) приведет в таблице 1.2.

В строке "профиль" в числителе дан уклон каждого элемента в промилле (‰), в знаменателе - длина уклона в м. Наклон черты показывает направление уклона.

Таблица 1.2. Расчет отметок профиля пути

№ элемента	, м	, ‰
1	850	0	= 100,00 + (0/1000)·850=100,00
2	700	-3,4	= 100,00 - (3,4/1000)·700=97,62
3	650	-4,2	= 97,62 - (4,2/1000)·650=94,89
4	500	-2,2	= 94,89 - (2,2/1000)·500=93,79
5	600	0	= 93,79 + (0/1000)·600=93,79
6	1400	11,7	= 93,79 + (11,7/1000)·1400=110,17
7	900	0	= 110,17 + (0/1000)·900=110,17
8	5100	9,5	= 110,17 +(9,5/1000)·5100=158,62
9	500	5	= 158,62 + (5/1000)·500=161,12
10	650	3,8	= 161,12 + (3,8/1000)·650=163,59
11	850	0	= 163,59 + (0/1000)·850=163,59
12	400	0	= 163,59 + (0/1000)·400=163,59
13	900	-3,2	= 163,59 - (3,2/1000)·900=160,71
14	4500	-9,1	= 160,71 - (9,1/1000)·4500=119,76
15	1000	0	= 119,76 + (0/1000)·1000=119,76
16	1500	-11,4	= 119,76 - (11,4/1000)·1500=102,66
17	500	0	= 102,66 + (0/1000)·500=102,66
18	1350	5,8	= 102,66 + (5,8/1000)·1350=110,49
19	800	3,7	= 110,49 + (3,7/1000)·800=113,45
20	850	0	= 113,45 + (0/1000)·850=113,45

График профиля пути смотреть в приложении А.

1.3 Спрямление профиля пути

Действительный профиль пути настолько сложен, состоя из комбинации различных спусков, подъемов и кривых, что пользование им крайне затруднительно, поэтому его упрощают. Упрощение заключается в замене его условным - спрямленным.

Решить этот вопрос помогает инерция поезда, благодаря которой, не значительное изменение профиля он проходит без заметного изменения скорости, что позволяет "спрямить" профиль, т.е. заменить большое число мелких элементов пути меньшим числом более длинных, что даже делает расчеты более точными, приближая их к условиям действительного движения.

Спрямление профиля состоит из двух операций:

спрямление в продольном профиле, путем объединения группы элементов пути, лежащих рядом и имеющих близкую друг к другу крутизну;

спрямление в плане путем замены кривых фиктивным подъемом в пределах спрямляемых элементов.

Правила спрямления пути

Спрямлять разрешается только близкие по крутизне элементы одного знака.

Площадки могут включаться в группы с элементами, имеющими как положительный знак, так и отрицательный.

Элемент профиля пути на остановочных пунктах, расчетный подъем, подъем круче расчетного, для которого выполняется проверка на возможность преодоления его за счет кинетической энергии, а также спуск, по которому определяется максимально допускаемая скорость движения по тормозным средствам поезда - не объединяются с другими элементами (к ним добавляется только фиктивный подъем, если на них имеется кривая).

Проверка возможности спрямления должна производиться для каждого элемента действительного профиля пути, входящего в спрямлённый участок, по формуле:

(1.3)

где - абсолютная разность между фиктивным уклоном спрямлённого элемента и действительным уклоном i-го проверяемого элемента, ‰; - длина i-го элемента действительного профиля пути, входящего в спрямлённый элемент, м.

Уклон спрямляемого участка в продольном профиле пути i^'c определяется по формулам:

(1.4)

(1.5)

где , - соответственно конечная и начальная отметка продольного профиля пути спрямлённого участка, м; - уклон каждого из элементов профиля, входящих в спрямлённый участок, ‰; - длина каждого из элементов профиля, м; - длина спрямлённого элемента.

Крутизна спрямленного участка в плане при наличии кривых в пределах этого элемента определяется по формуле:

= , (1.6)

где - длина и радиус в пределах спрямленного элемента, м.

Окончательный уклон участка, спрямленный в продольном профиле и плане определяется по формуле:

(4.5)

Знак может быть положительным или отрицательным в зависимости от того, является ли уклон подъемом или спуском.

Знак - всегда положительный, так как силы сопротивления от кривых всегда направлены против движения поезда.

Спрямить профиль пути по исходным данным.

Определяем элементы профиля, которые можно предварительно объединить в группы для спрямления. Это элементы: 2-4; 5-7; 9-10; 12-14; 15-17; 18-19. Элементы 1, 11 и 20 в группы для спрямления не включаются, так как на них расположены станции.

Определим крутизну подъема участка 2-4. Начальная отметка участка h_н равна 100,00 м над уровнем моря, а конечная h_к = 93,79 м.

Длина его равна:

Спрямленный уклон этого участка определяем по формуле (1.4)

Проверим возможность такого спрямления по формуле (1.3)

для элемента 2: |3,4-3,39|·700 = 7 < 2000;

для элемента 3: |4,2-3,39|·650 = 526,5 < 2000;

для элемента 4: |2,2-3,39|·500 = 595 < 2000.

Спрямление допустимо.

Для участка 2-4 фиктивный подъем от кривой рассчитывается по формуле (1.6)

=(700/1850)·(400/850)=0,17 ‰.

Суммарная крутизна спрямленного участка в рассматриваемом направление (туда) равна:

= -3,39+0,17 = -3,22 ‰

При движении поезда в противоположном направление (обратно) - полная крутизна будет равна:

= 3,39 + 0,17 = 3,56 ‰.

Определим крутизну подъема участка 5-7. Начальная отметка участка равна 93,17 м над уровнем моря, а конечная = 110,17 м.

Длина его равна:

= 600 + 1400 + 900 = 2900 м.

Спрямленный уклон этого участка определяем по формуле (1.4)

= 1000(110,17-93,79)/2900 = 5,64 ‰.

Проверим возможность такого спрямления по формуле (1.3)

для элемента 5: |0-5,64|·600=3384 > 2000;

Проверка для элемента 5 не прошла, поэтому объединяем для спрямления элементы 5-6. Повторяем операции, проведенные выше.

Определим крутизну подъема участка 5-6. Начальная отметка участка равна 93,79 м над уровнем моря, а конечная = 110,17

Длина его равна:

= 600 + 1400 = 2000 м.

Спрямленный уклон этого участка определяем по формуле (1.4)

= 1000(110,17-93,79)/2000 = 8,19 ‰.

Проверим возможность такого спрямления по формуле (1.3)

для элемента 5: |0-8,19|·600=4914 > 2000;

Проверка для элемента 5 не прошла. Спрямление не допустимо.

Определим крутизну подъема участка 9-10. Начальная отметка участка равна 161,12 м над уровнем моря, а конечная равна 163,59 м.

Длина его равна:

= 500 + 650 = 1150 м.

Спрямленный уклон этого участка определяем по формуле (1.4)

= 1000(163,59-161,12)/1150 = 2,14 ‰.

Проверим возможность такого спрямления по формуле (1.3)

для элемента 9: |5-2,14|·500=1430<2000;

для элемента 10: |3,8-2,14|·650 =1079< 2000;

Спрямление допустимо.

Фиктивный подъем от кривой, находящийся на спрямленном участке отсутствует.

Суммарная крутизна спрямленного участка в рассматриваемом направление (туда) равна:

= 2,14 ‰.

При движение поезда в противоположном направление (обратно) - полная крутизна будет равна:

= - 2,14 ‰.

Определим крутизну подъема участка 12-14. Начальная отметка участка равна 163,59 м над уровнем моря, а конечная = 119,76 м.

Длина его равна:

=400 + 900 + 4500 =5800м.

Спрямленный уклон этого участка определяем по формуле (1.4)

=1000(119,76-163,59)/5800= -7,55 ‰.

Проверим возможность такого спрямления по формуле (1.3)

для элемента 12: |0-7,55|·400=3020 > 2000;

Проверка для элемента 12 не прошла, поэтому объединяем для спрямления элементы 12-13. Повторяем операции, проведенные выше.

. Определим крутизну подъема для участка 12-13. Начальная отметка участка = 163,59 м над уровнем моря, а конечная = 160,71 м.

Длина его равна:

=400 + 900 =1300м.

Спрямленный уклон этого участка определяем по формуле (1.4)

=1000(160,71-163,59)/1300= - 2,21 ‰.

Проверим возможность такого спрямления по формуле (1.3)

для элемента 12: |0-2,21|·400=884 < 2000;

для элемента 13: |3,2-2,21| 900 = 891 < 2000;

Спрямление допустимо.

Фиктивный подъем от кривой, находящийся на спрямленном участке отсутствует.

Суммарная крутизна спрямленного участка в рассматриваемом направление (туда) равна:

= - 2,21 ‰.

При движении поезда в противоположном направление (обратно) - полная крутизна будет равна:

= + 2,21‰.

Определим крутизну подъема участка 15-17. Начальная отметка участка h_н равна 119,76 м над уровнем моря, а конечная h_к = 102,66 м.

Длина его равна:

= 1000 + 1500 + 500 =3000 м.

Спрямленный уклон этого участка определяем по формуле (1.4)

=1000(102,66-119,76)/3000 = - 5,7‰.

Проверим возможность такого спрямления по формуле (1.3)

для элемента 15: |0-5,7|·1000=5700 > 2000;

Проверка для элемента 15 не прошла, поэтому объединяем для спрямления элементы 15-16. Повторяем операции, проведенные выше.

=119,76 м, =102,66 м.

Длина его равна:

=100 + 1500 = 2500 м.

Спрямленный уклон этого участка определяем по формуле (1.4)

=1000(102,66-119,76)/2500= - 6,84 ‰.

Проверим возможность такого спрямления по формуле (1.3)

для элемента 15: |0-6,84|·1000 = 6840 > 2000;

Проверка для элемента 15 не прошла. Спрямление не допустимо.

Определим крутизну подъема участка 18-19. Начальная отметка участка h_н равна 110,49 м над уровнем моря, а конечная h_к = 113,45 м.

Длина его равна:

= 1350 + 800 =2150 м.

Спрямленный уклон этого участка определяем по формуле (1.4)

=1000(113,45-110,49)/2150 = 1,37 ‰.

Проверим возможность такого спрямления по формуле (1.3)

для элемента 18: |5,8-1,37|·1350=5980,5 > 2000;

Проверка для элемента 18 не прошла. Спрямление не допустимо.

Результаты расчетов оформляются в виде таблицы 1.3.

Для участка 5 фиктивный подъем от кривой рассчитывается по формуле (1.6)

=(700/600)·(500/900)=0,64 ‰.

То же самое рассчитываем для участка 8, 14, 18.

=(700/5100)·(800/700)=0,15 ‰.

=(700/4500)·(424/900)=0,07‰.

=(700/1350)·(1000/700)=0,74‰.

Таблица 1.3. Результаты расчетов по спрямлению профиля и плана пути

Профиль и план пути	Sc, м	i'c,‰	i"c,‰	Спрямленный профиль
№	Профиль	План				№	ic=i'c+i"c
	Sj, м	ij,‰	hkj	R,м	Sкр, м					Туда	Обратно
1	850	0	100,00						1	0	0
2	700	-3,4	97,62	850	400	1850	-3,39	0,17	2	-3,22	3,56
3	650	-4,2	94,89
4	500	-2,2	93,79
5	600	0	93,79	900	500			0,64	3	0,64	-0,64
6	1400	11,7	110,17						4	11,7	-11,7
7	900	0	110,17						5	0	0
8	5100	9,5	158,62	700	800			0,15	6	9,65	-9,35
9	500	5	161,12			1150			7	2,14	-2,14
10	650	3,8	163,59
11	850	0	163,59	Станция Б	8	0	0
12	400	0	163,59			1300	-2,21		9	-2,21	2,21
13	900	-3,2	160,71
14	4500	-9,1	119,76	900	424			0,07	10	-9,03	9,17
15	1000	0	119,76						11	0	0
16	1500	-11,4	102,66						12	-11,4	11,4
17	500	0	102,66						13	0	0
18	1350	5,8	110,49	700	1000			0,74	14	6,54	-5,06
19	800	3,7	113,45						15	3,7	-3,7
20	850	0	113,45	Станция В	16	0	0



2. Выбор расчетного подъема и определение массы состава

2.1 Общие положения

Определение массы состава производится для решения одной из следующих задач:

- расчёт наибольшей (критической) массы состава, соответствующей данному локомотиву, плану и профилю пути (на расчетном подъёме);

- определение массы состава, соответствующей наибольшей провозной способности дороги, измеряемой количеством перевезённых грузов в год;

- определение массы состава, соответствующей наименьшей стоимости перевозок.

2.2 Выбор расчетного подъёма

Расчётный подъём - это наиболее трудный для движения в выбранном направлении элемент профиля пути, на котором достигается расчетная скорость, соответствующая расчетной силе тяги локомотива.

Если наиболее крутой подъём участка достаточно длинный, то он принимается за расчетный.

Если же наиболее крутой подъём имеет небольшую протяжённость и ему предшествуют спуски и площадки, на которых поезд может развить высокую скорость, то такой подъём не может быть принят за расчётный, так как поезд преодолеет его за счёт накопленной кинетической энергии. В этом случае за расчетный подъём следует принять подъём меньшей крутизны, но большей протяженности.

Для профиля, изображенного на рисунке 1.1, расчетным подъемом будет элемент, имеющий крутизну i=+9,5 ‰ и длину S=5100 м.

Если на расчётном подъёме имеются кривые, то в расчётный подъём вводится и сопротивление этих кривых. В нашем случае расчётный подъём с учетом кривой равен = +9,5 ‰.

2.3 Определение массы состава при движении поезда по расчетному подъёму с равномерной скоростью

Масса состава в тоннах на расчетном подъеме определяется по формуле:

(2.1)

где Fкр - расчетная сила тяги, Н; - основное удельное сопротивление локомотивов в режиме тяги, кгс/т; - основное удельное сопротивление вагонов, кгс/т; и - расчетные массы соответственно локомотива и состава, т; - расчетный подъем, ‰; g - ускорение свободного падения (коэффициент для перевода кгс/т в Н/кН), 9,81 м/с ².

Основное удельное сопротивление локомотивов в режиме тяги определяется по формуле:

на звеньевом пути

(2.2)

Основное удельное сопротивление состава определяется по формуле

(2.3)

где - соответственно доли в составе по массе четырёх- и восьмиосных вагонов; - соответственно основное удельное сопротивление четырёх- и восьмиосных вагонов.

Основное удельное сопротивление движению груженых четырехосных на роликовых подшипниках при массе, приходящейся на одну ось , определяется по формуле:

на звеньевом пути

(2.4)

Основное удельное сопротивление движению груженных восьмиосных вагонов определяется по формуле:

. (2.5)

Определим массу состава, сформированного из четырёхосных крытых вагонов (=0,6, = 21 т) и восьмиосных цистерн (=0,4, = 24 т) на расчётном подъёме = 9,65 ‰ для тепловоза ТЭМ 18.

Для тепловоза ТЭМ 18 км/ч; ; .

Определяем основное удельное сопротивление движению локомотива по формуле (2.2)

Рассчитываем основное удельное сопротивление состава по формулам (2.3), (2.4) и (2.5)

Находим массу состава по формуле (2.1)

Полученную массу состава для дальнейших расчетов округляем в меньшую сторону до значения кратного 50 или 100 т. В нашем случае масса состава будет равна = 1800 т.

Определим массу состава, сформированного из четырёхосных крытых вагонов (=0,6, = 21 т) и восьмиосных цистерн ( = 0,4, = 24 т) на расчётном подъёме = 9,65 ‰ для тепловоза Э 5К.

Для тепловоза Э 5К; , ;.

Определяем основное удельное сопротивление движению локомотива по формуле (2.2)

Рассчитываем основное удельное сопротивление состава по формулам (2.3), (2.4) и (2.5)

Находим массу состава по формуле (2.1)

Полученную массу состава для дальнейших расчетов округляем в меньшую сторону до значения кратного 50 или 100 т. В нашем случае масса состава будет равна = 1850 т.

2.4 Проверка массы состава на трогание с места на расчётном подъёме

Рассчитанная масса грузового состава должна быть проверена на трогание с места на расчётном подъёме по формуле:

(2.7)

где - сила тяги локомотива при трогании с места, Н; - удельное сопротивление состава при трогании с места, H.

Удельное сопротивление состава при трогании с места для вагонов на подшипниках качения (роликах) определяется по формуле:

(2.8)

Определим, сможет ли тепловоз ТЭМ 18 взять с места состав массой 1800 т на подъёме 9,65 ‰.

Для тепловоза ТЭМ 18 . Определяем удельное сопротивление состава при трогании с места по формуле (2.8) для четырёхосных вагонов:

и для восьмиосных вагонов:

Определяем средневзвешенное сопротивление состава при трогании с места по формуле (2.3)

Определяем массу состава при трогании с места по формуле (2.7)

Полученная масса превышает массу состава, рассчитанную по формуле (2.1), следовательно, тепловоз ТЭМ 18 сможет взять с места состав массой 1800 т на расчётном подъёме.

Определим, сможет ли тепловоз Э 5К взять с места состав массой 1800 т на подъёме 9,65 ‰.

Для тепловоза Э 5К . Определяем удельное сопротивление состава при трогании с места по формуле (2.8) для четырёхосных вагонов:

и для восьмиосных вагонов:

Определяем средневзвешенное сопротивление состава при трогании с места по формуле (2.3)

Определяем массу состава при трогании с места по формуле (2.7)

Полученная масса превышает массу состава, рассчитанную по формуле (2.1), следовательно, тепловоз Э 5К сможет взять с места состав массой 1800 т на расчётном подъёме. поезд масса скорость тяговая

Данные локомотивы ТЭМ 18 и Э 5К успешно прошли проверки, а значит выбираем локомотив, способный провезти состав с наибольшей массой, т.е электровоз Э 5К.

2.5 Проверка массы поезда по длине приёмоотправочных путей

Длина поезда не должна превышать полезную длину приёмоотправочных путей lпоп станций на участках обращения данного поезда. На дорогах ОАО "РЖД" для путей приёма-отправления грузовых поездов установлены следующие стандартные длины - 850, 1050, 1250 м.

Длина поезда в метрах определяется из выражения

(2.9)

где - длина состава, м; - число локомотивов в поезде; - длина локомотива, м; 10 - запас длины на неточность установки поезда, м.

Длина состава определяется по формуле:

(2.10)

где - число различных групп вагонов в составе; - число однотипных вагонов в i-й группе; - длина вагона i-й группы, м.

Число вагонов в i-й группе определяется из выражения

(2.11)

где - доля массы состава , приходящаяся на i-ю группу вагонов; - средняя масса вагона i-й группы, т.

Проверим массу состава из примера по длине приемоотправочных путей станции при = 850 м.

По формуле (2.11) определяем число вагонов в составе:

четырехосных

восьмиосных

Длина тепловоза ТЭМ 18 равна 16,9 м.

По формуле (2.9) определяем длину поезда

Длина поезда получилась меньше длины приёмоотправочных путей.

По формуле (2.11) определяем число вагонов в составе:

четырехосных

восьмиосных

Длина электровоза Э 5К равна 19,3 м.

По формуле (2.9) определяем длину поезда

Длина поезда получилась меньше длины приёмоотправочных путей.

2.6 Расчет массы состава с учетом использования кинетической энергии поезда

Массу состава, полученную по формуле (2.1), необходимо проверить на прохождение коротких подъемов большей крутизны, чем расчетный, с учетом кинетической энергии, накопленной на предшествующих участках. Для данного случая ‰, м.

Проверка выполняется по формуле

, (2.12)

где S - длина проверяемого участка профиля пути, м; - скорость в конце проверяемого подъема (эта скорость должна быть не менее расчетной, принимать ); - скорость поезда в начале проверяемого подъема; - средняя ускоряющая сила, действующая на поезд в пределах интервала скорости от до .

Удельная касательная сила тяги локомотива рассчитывается по формуле

, (2.13)

а общее удельное сопротивление движению поезда - по формуле

(2.14)

где - проверяемый подъем крутизной больше расчетного, ‰.

Величины и определяются по среднему значению скорости рассматриваемого интервала :

(2.15)

Численные значения тяговых характеристик локомотивов приведены в таблицах 2.1, 2.2.

Таблица 2.1. Расчетные значения тяговой характеристики электровоза ТЭМ 18

0,0	319000
5,0	299000
10,5д	206000
20,0	108000
30,0	72000
40,0	54000
50,0	43000
60,0	36000
70,0	30500
80,0	27000
90,0	24000
100,0	21500

Таблица 2.2. Расчетные значения тяговой характеристики электровоза Э 5К

0,0	353000
5,0	304000
10,	286000
20,0	274000
30,0	264500
40,0	232000
50,0	211500
60,0	179500
70,0	154000
80,0	134500
90,0	119500
100,0	107500
110,0	98000

Рисунок 2.1. Тяговая характеристика электровоза ТЭМ 18

Проверим, сможет ли тепловоз ТЭМ 18 провести состав массой 1800 т, сформированный из четырехосных и восьмиосных вагонов по звеньевому пути на подъеме 11,7 ‰ длинной 1400 м.

Принимаем произвольную начальную скорость подхода к проверяемому подъему, например конечную - равную расчетной: .

Для точности расчета разобьем интервал скорости от 60 км/ч до 10,5 км/ч на несколько отдельных интервалов, а именно, от 60 км/ч до 50 км/ч, от 50 км/ч до 40 км/ч, от 30 км/ч до 20 км/ч, от 20 км/ч до 10,5 км/ч.

Определяем основное удельное сопротивление движению локомотива и состава в этих интервалах по формулам (2.2) и (2.5), а затем общее сопротивление движению поезда - по формуле (2.14):

При 60-50 км/ч .

,

При 50-40 км/ч .

,

При 40-30 км/ч .

,

При 30-20 км/ч .

,

При 20-10,5 км/ч .

,

В выбранных интервалах скоростей находим удельные силы тяги по формуле (2.13), используя тяговую характеристику (рис. 2.1):

При = 55 км/ч = 38900 Н.

При = 45 км/ч = 49800 Н.

При = 35 км/ч = 60000 Н.

При = 25 км/ч = 85000 Н.

При = 15,25 км/ч = 155000 Н.

Пройденный поездом путь в каждом интервале, м, скоростей определяем по формуле (2.12):

При = 55 км/ч

При = 45 км/ч

При = 35 км/ч

При = 25 км/ч

При = 15,25 км/ч

Сумма S дает искомый путь, м:

Так как 1336 м < 1400 м, то тепловоз ТЭМ 18 не сможет провести состав массой 3000 т на данном подъеме.

Рисунок 2.2. Тяговая характеристика электровоза Э 5К

Проверим, сможет ли электровоз Э 5К провести состав массой 1800 т, сформированный из четырехосных и восьмиосных вагонов по звеньевому пути на подъеме 11,7 ‰ длинной 1400 м.

Принимаем произвольную начальную скорость подхода к проверяемому подъему, например конечную - равную расчетной: .

Для точности расчета разобьем интервал скорости от 90 км/ч до 51 км/ч на несколько отдельных интервалов, а именно, от 90 км/ч до 80 км/ч, от 80 км/ч до 70 км/ч, от 70 км/ч до 60 км/ч, от 60 км/ч до 51 км/ч.

Определяем основное удельное сопротивление движению локомотива и состава в этих интервалах по формулам (2.2) и (2.5), а затем общее сопротивление движению поезда - по формуле (2.14):

При 90-80 км/ч .

,

При 80-70 км/ч .

,

При 70-60 км/ч .

,

При 60-51 км/ч .

,

В выбранных интервалах скоростей находим удельные силы тяги по формуле (2.13), используя тяговую характеристику (рис. 2.2):

При = 85 км/ч = 119500 Н.

При = 75 км/ч = 134500 Н.

При = 65 км/ч = 154000 Н.

При = 55,5 км/ч = 200000 Н.

Пройденный поездом путь в каждом интервале, м, скоростей определяем по формуле (2.12):

При = 85 км/ч

При = 75 км/ч

При = 65 км/ч

При = 55,5 км/ч

Сумма S дает искомый путь, м:

Так как 2556 м > 1400 м, то электровоз Э 5К может провести состав массой 3000 т на данном подъеме.



3. Расчет и построение диаграмм удельных сил, действующих на поезд

Требуется рассчитать величины удельных ускоряющих сил, удельного сопротивления движению и удельных замедляющих сил при торможении для электровоза Э 5К массой т, с составом массой т, сформированным из 4-осных и 8-осных вагонов.

Сначала определим значения удельных ускоряющих сил для ОП 2, затем значения удельных ускоряющих сил. Результаты расчетов заносим в табл. 3.1.

Заносим значения удельной силы тяги:

(3.1)

При скорости v=0 км/ч:

.

Затем по формуле (2.2) определяем удельное основное сопротивление движению тепловоза и заносим в табл. 3.1.

При скорости v = 0 км/ч:

По формуле (2.3), (2.4) и (2.5) определяем удельное основное сопротивление движению 4-осных и 8-осных вагонов на роликовых подшипниках. Значения записываем в таблицу 3.1.

При скорости v=0 км/ч:

Определяем общее сопротивление движению поезда:

. (3.2)

При скорости v=0 км/ч:

Определяем удельную ускоряющую силу:

. (3.3)

При скорости v=0 км/ч:

Результаты расчетов для других значений скорости в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Результаты расчета величины удельных ускоряющих сил

0	353000	18,94	1,9	0,89	0,94	18,00
5	304000	16,31	1,9575	0,91	0,97	15,34
10	286000	15,34	2,03	0,96	1,02	14,33
20	274000	14,70	2,22	1,12	1,18	13,52
30	264500	14,19	2,47	1,37	1,43	12,76
40	232000	12,45	2,78	1,70	1,76	10,69
50	211500	11,35	3,15	2,11	2,17	9,18
60	179500	9,63	3,58	2,61	2,66	6,97
70	154000	8,26	4,07	3,20	3,24	5,02
80	134500	7,22	4,62	3,86	3,90	3,31
90	119500	6,41	5,23	4,61	4,65	1,77
100	107500	5,77	5,9	5,45	5,47	0,29
110	98000	5,26	6,63	6,37	6,38	-1,12

Определим удельное основное сопротивление движению электровоза по формуле:

(3.4)

При скорости v=0 км/ч

Определим удельную замедляющую силу в режиме выбега по формуле:

(3.5)

Удельное основное сопротивление движению 4-осных и 8-осных вагонов на роликовых подшипниках было определено ранее по формуле (2.5). Значения записаны в таблице 3.1.

При скорости v=0 км/ч

Определим удельную замедляющую силу в режиме механического торможения.

Определяем удельную тормозную силу поезда по формуле:

(3.6)

где - расчетный тормозной коэффициент; - расчетный коэффициент трения.

Расчетный тормозной коэффициент определяется по формуле:

(3.7)

где - доля тормозных осей в составе, принимаем ; - число осей в составе; - расчетная сила нажатия композиционных тормозных колодок на ось,

Масса локомотива и его тормозные средства включаются в расчёт только при наличии на участке спусков круче 20 ‰.

Число осей в составе определяется по формуле:

(3.8)

Расчетный коэффициент трения при композиционных колодках определяется по формуле:

. (3.9)

При скорости = 0 км/ч

Определяем число осей n в составе. Для этого воспользуемся расчетами из пункта 2.4:

.

Определяем расчетную силу нажатия тормозных колодок для состава и локомотива

К_рсост= 41•84= 3444 кН;

К_рлок= 98•6= 588 кН

где 41 - расчетная сила нажатия пассажирских вагонов, оборудованных чугунными колодками; 98 - расчетная сила нажатия для тепловоза ТЭМ 18.

Определяем расчетный тормозной коэффициент по формуле (3.7)

По формуле (3.7) имеем:

По формуле (3.6) имеем:

Удельная замедляющая сила в режиме торможения определяются по формуле:

(3.10)

где для экстренного торможения, для служебного торможения.

При скорости = 0 км/ч удельная замедляющая сила для служебного торможения по формуле (3.10) составит:

При скорости = 0 км/ч удельная замедляющая сила для экстренного торможения по формуле (3.10) составит:

Результаты расчета величины удельных замедляющих сил сведем в таблицу 3.2

Таблица 3.2. Результаты расчета величины удельных замедляющих сил

0	2,40	0,89	-0,97	0,36	66,52	-32,29	-65,55
5	2,46	0,91	-0,99	0,35	64,44	-31,23	-63,45
10	2,55	0,96	-1,04	0,34	62,61	-30,26	-61,56
20	2,76	1,12	-1,21	0,32	59,52	-28,55	-58,31
30	3,05	1,37	-1,46	0,31	57,02	-27,05	-55,56
40	3,40	1,70	-1,79	0,30	54,95	-25,69	-53,16
50	3,83	2,11	-2,20	0,29	53,21	-24,41	-51,01
60	4,32	2,61	-2,70	0,28	51,74	-23,17	-49,04
70	4,89	3,20	-3,29	0,27	50,46	-21,94	-47,17
80	5,52	3,86	-3,95	0,27	49,35	-20,73	-45,41
90	6,23	4,61	-4,70	0,26	48,38	-19,49	-43,68
100	7,00	5,45	-5,53	0,26	47,51	-18,23	-41,98
110	7,85	6,37	-6,45	0,25	46,74	-16,92	-40,30

Диаграмма удельных ускоряющих и замедляющих сил смотри в Приложении Б.



4. Определение наибольших допустимых скоростей движения поездов по условиям торможения

При движении поезда по длинному спуску его скорость не должна превышать величину V_дm, при которой, применяя экстренное торможение, поезд может быть остановлен на расстоянии S_Т (тормозной путь). Такая скорость называется допускаемой по условиям торможения. Тормозным путем называется, проходимое поездом от начала торможения (с момента поворота ручки крана машиниста или стоп-крана) до его остановки. При этом путь, проходимый поездом до полной остановки, не должен превышать установленного значения для грузового поезда -11,4‰ - 1200м (для данного задания).

Тормозной путь в метрах равен суммы пути подготовки к торможению S_П и пути действительного торможения S_Д, м:

.(4.1)

Путь подготовки тормозов к действию в метрах определяется по формуле:

(4.2)

где любая выбранная скорость в начале торможения, км/ч (обычно её принимают равной максимальной скорости электровоза); - время подготовки тормозов к действию, с.

Время подготовки тормозов к действию, с, определяем по формуле, с:

(4.3)

где a и e - коэффициенты, определяемые от числа осей; b_т - удельная тормозная сила при скорости начала торможения, Н/кН; i - величина уклона на котором решается тормозная задача (спуск со знаком "-" или подъём со знаком "+"), ‰.

При количестве тормозных осей а = 7 и е=10.

При = 0,25 (см. табл. 3.2)

Время подготовки тормозов к действию на спуске определяем:

Для i = 0 ‰

Для i = - 6 ‰

Для i = - 11,4 ‰

С учетом этого подготовительный (предтормозной) путь определяют при по формуле (4.2):

При i = 0 ‰

При i = - 6 ‰

При i = -11,4 ‰

Действительный тормозной путь определяется по формуле

(4.4)

где и - начальная и конечная скорости в расчетном интервале, км/ч; - замедляющая сила при экстренном торможении при средней скорости в каждом интервале, Н/кН; - замедление поезда при действии удельной замедляющей силы в 1 Н/кН, км/ч ² (для грузовых и пассажирских поездов 120 ).

В данной работе допустимую скорость находим графическим способом. Для этого необходимо построить две кривые: v(S) и Ордината их пересечения и есть . График определения допустимых скоростей движения поезда по условиям торможения представлен на рисунке 4.1.

Графическое определение допускаемых скоростей по тормозам смотри в Приложении В.



5. Определение скорости и времени движения поезда методом установившихся скоростей

Способ установившихся (равномерных) скоростей основан на предположении, что на протяжении каждого элемента профиля пути поезд движется с равномерной скоростью, соответствующей крутизне профиля данного элемента.

Для подъема круче расчетного, величина равномерной скорости принимается равной расчетной скорости локомотива.

Используя данные табл. 1.3, по диаграмме удельных сил находим средние скорости движения для каждого элемента и определяем время движения по каждому элементу и по всему участку. Результаты вычислений сводим в табл. 5.1.

Таблица 5.1. Профиль пути

Спрямленный профиль пути (табл.1.3)	Режим работы электровоза	Равномерная скорость км/ч	Время хода Тдв=?60•Sj/vj мин
Номер элемента	Длина элемента S, км	Уклон элемента туда i, ‰
Ст. А 1	0,85	0	тяга	101	0,50
2	1,85	-3,22	выбег	80	1,39
3	0,6	0,64	тяга	97	0,37
4	1,4	11,7	тяга	35	2,40
5	0,9	0	тяга	101	0,53
6	5,1	9,65	тяга	101	3,03
7	1,15	2,14	тяга	87	0,79
8	0,85	0	тяга	101	0,50
9	1,3	-2,21	выбег	85	0,92
10	4,5	-9,03	выбег	87	2,67
Ст. Б 11	1,0	0	торможение	101	0,59
12	1,5	-11,4	выбег	83	2,57
13	0,5	0	тяга	101	0,30
14	1,35	6,54	тяга	98	0,83
15	0,8	3,7	тяга	77	0,62
Ст. В 16	0,85	0	торможение	101	0,50

Определяем ходовую скорость движения поезда на участке А - В по формуле:

(5.1)

где - ходовая скорость, км/ч; L - длина участка, км; - среднее,...