Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I

Факультет «Транспортные и энергетические системы»

Кафедра «Локомотивы и локомотивное хозяйство»

Специальность 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог»

Специализация «Локомотивы»

КУРСОвой проект

по дисциплине: «Теория тяги поездов и управление локомотивом»

Тема:

Тяговый расчет поезда

Выполнил Пыпин В.Е.

Студент 4 курса гр. ПС-001

Руководитель:

доцент Курилкин Д.Н.



Содержание

• 1. Обработка исходных данных
• 2. Анализ продольного профиля пути. Приведение сопротивления от кривых
• 3. Определение основного сопротивления движению разнородного состава
• 4. Определение веса состава грузового поезда без учета запаса кинетической энергии
• 5. Определение длины и уточненного веса состава грузового поезда. Проверка веса состава грузового поезда по длине приемоотправочных путей. Корректировка веса поезда по длине приемоотправочных путей
• 6. Расчет диаграмм удельных сил, действующих на поезд в режимах тяги, холостого хода и служебного торможения
• 7. Расчет скорости движения поезда графическим методом
• 8. Определение перегонного времени хода графическим методом
• 9. Определение расхода топлива при движении на участке
• 10. Расчет нагревания тяговых двигателей аналитическим методом
• 10.1 Построение зависимости тока тяговых двигателей от скорости движения тепловоза
• 10.2 Определение температуры перегрева тяговых электрических машин в зависимости от пройденного пути
• Библиографический список


1. Обработка исходных данных

На первом этапе необходимо определиться с основными параметрами используемых грузовых вагонов. Для этого заполняется таблица №1.

В столбец 2 таблицы заносятся данные по типу и модели вагонов из исходных данных. После этого, при помощи приложения с исходными данными по параметрам грузовых вагонов или иной справочной литературы заполняются столбцы 3-5 таблицы.

Таблица 1

Обработка исходных данных

№ гр.	Тип и модель вагона	Тара вагона (), т	Грузопод. вагона (), т	Длина по осям автосцепок (), мм	Вес вагона нетто (), т	Вес вагона брутто (), т	Осевая нагрузка брутто (), т/ось
1	2	3	4	5	6	7	8
1	11-7094-1(K)	28,6	65,4	18720	55,6	84,2	21,5
2	19-9549-01(X)	23,5	76,0	14720	0	23,5	5,9
3	11-4150(K)	26,0	68,0	18720	61,2	87,2	21,8
4	11-2135(K)	28,5	65,5	18860	52,4	80,9	20,2

Вес вагона нетто (вес груза, находящийся в вагоне) определяется как произведение загрузки вагона (в %) на его грузоподъемность и деленный на 100%:

(1)

Расчёт:

1. Вагон модели 11-7094-1(K):

2. Вагон модели 19-9549-01(X):

3. Вагон модели 11-4150(K):

4. Вагон модели 11-2135(K):

Вес вагона брутто определяется как сумма веса тары вагона и находящегося в нем груза:

(2)

Расчёт:

1. Вагон модели 11-7094-1(K):

2. Вагон модели 19-9549-01(X):

3. Вагон модели 11-4150(K):

4. Вагон модели 11-2135(K):

Осевая нагрузка брутто (вес вагона брутто, приходящийся на одну ось) определяется из соотношений:

(3)

где - число осей у вагона.

Расчёт:

1. Вагон модели 11-7094-1(K):

2. Вагон модели 19-9549-01(X):

3. Вагон модели 11-4150(K):

4. Вагон модели 11-2135(K):

Полученные по зависимостям (1) - (3) результаты необходимо занести в столбцы (6) - (8) таблицы №1 для каждой группы вагонов.

2. Анализ продольного профиля пути. Приведение сопротивления от кривых

Таблица 2

Ведомость приведения кривых участков пути

№ п/п	Длина элемента, м	Уклон элемента, ‰	Длина кривой на элементе, м	Радиус кривой, м	Сопротивление от кривой, кгс/т	Расчетный уклон «туда», %	Расчетный уклон «обратно», %
1	2	3	4	5	6	7	8
А - В
1	800	2,5	-	-	0	2,5	-2,5
2	600	2,6	-	-	0	2,6	-2,6
3	400	1,2	900	400	0,8	2,0	-0,4
4	500	-2,4	900	300	0,5	-1,9	2,9
5	2500	9,6	800	700	0,3	9,9	-9,3
6	400	5,3	-	-	0	5,3	-5,3
7	700	3,7	-	-	0	3,7	-3,7
8	500	0,8	-	-	0	0,8	-0,8
9	1100	6,0	-	-	0	6	-6
10	800	-0,8	-	-	0	-0,8	0,8
В - С
1	900	-0,8	-	-	0	-0,8	0,8
2	500	-7,9	-	-	0	-7,9	7,9
3	400	-6,4	-	-	0	-6,4	6,4
4	400	-5,6	-	-	0	-5,6	5,6
5	900	-0,7	-	-	0	-0,7	0,7
6	500	10,2	800	300	0,5	10,7	-9,7
7	800	6,2	800	400	0,8	7,0	-5,6
			700	300
8	900	4,8	700	300	0,3	5,1	-4,5
9	800	2,4	-	-	0	2,4	-2,4
10	1000	1,7	-	-	0	1,7	-1,7
11	600	0,8	-	-	0	0,8	-0,8

Сопротивление от кривой, в этом случае определяем по формуле (для 7 участка В-С):

(4)

Расчетный уклон, определяется по зависимости (5) отдельно в обоих направлениях:

«туда» (5)

«сюда»

3. Определение основного сопротивления движению разнородного состава

В практике тяговых расчетов для определения основного удельного сопротивления движению используются эмпирические зависимости, полученные для разных типов подвижного состава и железнодорожного пути.

Основное удельное сопротивление движению состава можно определять по следующей зависимости:

(6)

где - постоянные, зависящие от типа и степени загрузки вагонов в составе и типа железнодорожного пути.

Коэффициент a можно получить, просуммировав для конкретного состава содержимое первых скобок и умножив их на долю вагонов в составе по весу (в долях, а не %), коэффициент b получается путем суммирования вторых скобок с умножением их на долю в составе по весу, а коэффициент c соответственно путем суммирования третьих скобок с умножением их на долю данной группы вагонов по весу в составе.

Общее сопротивление вагонов складывается из сопротивления всех вагонов:

(7)

где - доля вагонов по весу в составе.

на бесстыковом участке пути для четырехосных грузовых вагонов:

(8)

где - осевая нагрузка брутто, т.е. вес вагона брутто, приходящийся на одну ось вагона (тс/ось);

- скорость в (км/ч).

Для упрощения понимания данного вопроса перепишем выражение (10) в несколько ином виде:

на звеньевом участке пути для четырехосных грузовых вагонов:

(9)



Рассчитаем коэффициенты a, b, c:

Подставим полученные значения в уравнение (9):

4. Определение веса состава грузового поезда без учета запаса кинетической энергии

Одной из задач решаемых тягой поездов является определение весовой нормы поезда. Для правильного решения данной задачи прежде всего необходимо определиться с величиной затяжного (расчетного) подъема, согласно варианту задания. Затяжной подъем может быть задан как в прямом, так и в обратном направлении. При выборе затяжного подъема необходимо ориентироваться на величину уклона и его протяженность, а также на возможность предварительного разгона поезда при отправлении с ближайшей станции. При возникновении затруднений и наличии сомнений в правильности выбора рекомендуется проконсультироваться с преподавателем.

Затяжным называют такой подъем, в конце которого скорость движения поезда равна расчетной скорости движения локомотива.

Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме тяги для звеньевого пути определяется по эмпирической зависимости:

(10)

При решении данной задачи скорость принимается равной расчетной скорости движения локомотива:

Формула для определения веса состава на затяжном подъеме:

(11)

где - расчетная сила тяги локомотива (кгс);

- расчетный вес локомотива (тс);

- величина расчетного (затяжного) подъема (‰).

5. Определение длины и уточненного веса состава грузового поезда. Проверка веса состава грузового поезда по длине приемоотправочных путей. Корректировка веса поезда по длине приемоотправочных путей

Для определения длины поезда необходимо на начальном этапе определить количество вагонов всех групп, входящих в состав данного поезда.

По результатам обработки исходных данных определяем вагоны имеющие наименьшую длину по осям автосцепки и на первом этапе исключаем их из расчета. Для остальных групп вагонов, количество вагонов в каждой группе Ni определяется по зависимости:

(12)

где - вес вагона брутто i-й группы.

Доля вагонов i-й группы по весу в составе бi подставляется в долях, а не в %, как в задании. Количество вагонов в группе округляется до целого числа в ближайшую по правилам округления сторону.

Вычислим количество вагонов в группах:

После этого количество «лёгких» вагонов, имеющий наименьший вес брутто определяется по следующей зависимости:

(13)

Уточнённый вес состава с учётом определённого выше количества вагонов равен:

(14)

Следующим этапом определяется длина состава lс, как сумма длин всех вагонов в него входящих

(15)

где - длина вагона i-й группы по осям автосцепок.

Длина вагонов по осям автосцепок выбирается при помощи приложения справочных данных к курсовому проекту или по Альбому-справочнику грузовых вагонов в соответствии с типом и моделью грузового вагона. В справочных данных длины вагонов по осям автосцепок приведены в мм, а длину состава нужно получить в метрах, поэтому приведенную в справочниках длину требуется разделить на 1000.

Длина поезда lп определяется как сумма длины состава и длины локомотива lлок:

(16)

Для возможности размещения поезда при остановке на станции его длина должна соответствовать условию размещения на станции:

(17)

где - длина приемоотправочных путей станции (по заданию курсового проекта)

Проверим выполнение условия:

условие (17) не выполняется, требуется корректировка длины и веса состава по длине приёмоотправочных путей.

Вес, допустимый по длине приемоотправочных путей:

Вычислим количество вагонов в группах:

Для определения числа вагонов, имеющих наименьшую длину, используем следующую зависимость:

После этого необходимо заново определить вес состава, его длину и длину поезда и повторно проверить выполнение условия. Если все вычисления выполнены верно и округления производились по указанным выше условиям, то условие (17) должно быть выполнено. В случае, если условие выполняется, то для дальнейших расчетов будут использоваться полученные значения веса состава и его длина.

Проверим выполнение условия:

Условие выполняется!

длина вес скорость грузовой поезд тяговый двигатель



6. Расчет диаграмм удельных сил, действующих на поезд в режимах тяги, холостого хода и служебного торможения

Так как кривая скорости рассчитывается графоаналитическим методом, то для его корректного использования должна выдерживаться связь между масштабами пройденного пути y, скорости движения m, и удельных сил, действующих на поезд k. Данное соотношение имеет вид:

(18)

где m - масштаб скорости движения (мм/км/ч);

k - масштаб удельных сил, действующих на поезд (мм/кгс/т);

y - масштаб пройденного пути (мм/км);

о - единичное ускорение поезда (км/ч² /кгс/т).

- масштаб удельных сил, действующих на поезд k = 5мм/1кгс/т;

- масштаб пройденного пути y = 50мм/1км.

Единичное ускорение поезда определяется исходя из соотношения:

(19)

где поезда - коэффициент, учитывающий инерционные свойства вращающихся масс поезда. Коэффициент поезда определяется по эмпирической формуле:

(20)

где лок - коэффициент, учитывающий инерционные свойства вращающихся частей локомотива.

Определяем основное удельное сопротивление движению состава , локомотива и поезда в режиме тяги:

(21)

(22)

(23)

При этом стоит отметить, что зависимости для основного сопротивления движению локомотива и состава были определены для скоростей движения поезда не менее 20 км/ч. Если скорость движения поезда менее 20 км/ч, то необходимо 8 учитывать сопротивление движению поезда от низких скоростей. При этом необходимо воспользоваться следующей зависимостью:

(24)

где - основное удельное сопротивление движению локомотива или состава при скорости меньше 20 км/ч;

- основное удельное сопротивление движению локомотива или состава полученное по приведенным выше зависимостям при скорости движения поезда 20 км/ч.

После этого выполняется расчет зависимости для принятых ранее скоростей движения поезда.

(25)

После определения единичного ускорения поезда, необходимо перевести из размерности кгс/т в мм, умножив на масштаб удельных сил (k), а скорость движения из км/ч в мм, умножив на масштаб скорости (m).

Результаты вычислений требуется представить в виде таблицы №3.

Таблица 3

Расчет удельных сил, действующих на поезд в режиме тяги

№ п/п	v	Fk	wo'	wo''	Wo'	Wo"	Wo	fk-wo	(fk-wo)*k	v*m
Полное поле (ПП)
1	0	79460	5,04	2,50	1401,1	10579,7	11980,8	14,9	74,7	0
2	10	66700	3,02	1,50	840,7	6347,8	7188,5	13,2	65,9	14,3
3	15	62490	2,52	1,25	700,6	5289,8	5990,4	12,5	62,6	21,5
4	24,7	56600	2,25	1,13	625,5	4770,4	5395,9	11,3	56,7	35,3
5	28,4	54840	2,33	1,17	647,4	4973,7	5621,2	10,9	54,5	40,6
6	30	51800	2,37	1,20	657,5	5066,4	5723,9	10,2	51,0	42,9
7	35	43950	2,49	1,27	691,2	5374,6	6065,8	8,4	41,9	50,1
8	40	37960	2,62	1,35	728,4	5710,8	6439,1	7,0	34,9	57,2
Ослабленное поле первой ступени (ОП1)
9	35	43950	2,49	1,27	691,2	5374,6	6065,8	8,4	41,9	50,1
10	40	37960	2,62	1,35	728,4	5710,8	6439,1	7,0	34,9	57,2
11	45	33550	2,77	1,43	769,0	6075,0	6844,0	5,9	29,6	64,4
12	50	30120	2,93	1,53	813,2	6467,2	7280,3	5,1	25,3	71,5
13	53	28450	3,03	1,58	841,3	6716,0	7557,3	4,6	23,1	75,8
14	58	26100	3,21	1,69	891,0	7153,0	8044,0	4,0	20,0	82,9
Ослабленное поле второй ступени (ОП2)
15	53	28450	3,03	1,58	841,3	6716,0	7557,3	4,6	23,1	75,8
16	58	26100	3,21	1,69	891,0	7153,0	8044,0	4,0	20,0	82,9
17	70	21780	3,69	1,96	1024,4	8316,1	9340,6	2,8	13,8	100,1
18	80	19130	4,14	2,22	1150,9	9408,7	10559,6	1,9	9,5	114,4
19	90	17070	4,65	2,50	1291,3	10613,3	11904,6	1,1	5,7	128,7
20	100	15410	5,20	2,82	1445,6	11930,0	13375,6	0,5	2,3	143,0



Следующий этап заключается в расчете удельных сил, действующих на поезд в режиме выбега и служебного торможения.

Определяем основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме выбега:

(26)

При этом для скоростей меньше 20 км/ч необходимо использовать выражение (24) для низких скоростей движения локомотива.

Определяем основное удельное сопротивление движению состава , локомотива и поезда в режиме выбега:

(27)

(28)

(29)

Рассчитываем основное удельное сопротивление движению поезда в режиме выбега и торможения:

(30)

Определяем удельную тормозную силу, действующую на поезд при служебном торможении:

(31)

где - расчетный тормозной коэффициент (для грузового поезда принимаем равным 0,33).

Расчетный коэффициент трения стандартных чугунных тормозных колодок рассчитывается по формуле:

(32)

Сложив удельную тормозную силу при служебном торможение с основным удельным сопротивлением движению поезда в режиме выбега и торможения, получим результирующую удельную силу, действующую на поезд в режиме торможения.

Скорость движения поезда и удельные силы откладываем в тех же масштабах, что и при расчете удельных сил в режиме тяги.

Результаты расчета представляются в виде таблицы №4.

Таблица 4

Расчет удельных сил, действующих на поезд в режимах выбега и служебного торможения

7. Расчет скорости движения поезда графическим методом

При построении кривой скорости мы выбираем один из трех возможных режимов ведения поезда:

- режим тяги (кривая fк-wo);

- режим холостого хода (кривая wox);

- режим служебного торможения (кривая bт сл+wox).

Выполнение расчета будет связано с непрерывным выбором режимов ведения поезда и предположением о характере изменения скорости движения. На каждом шаге расчета необходимо определиться, что, по нашему мнению, будет происходить со скоростью движения: рост на величину до 10 мм, падение на величину до 10 мм, рост или падение на меньшую величину, постоянство скорости при движении на данном участке в данном режиме.

При выборе режимов ведения поезда необходимо избежать потенциально аварийных режимов работы, как локомотива, так и всего поезда. С этой целью на выбор режимов ведения поезда накладываются следующие ограничения:

1. Для перехода из режима тяги в режим торможения поезд должен предварительно находиться в режиме холостого хода не менее 1 минуты;

2. При переходе из режима тяги в режим холостого хода обратное включение тяги осуществляется не менее чем через 2 минуты;

3. После выполнения ступени служебного торможения следующая ступень служебного торможения выполняется не ранее чем через 1 минуту движения поезда в режиме холостого хода.

8. Определение перегонного времени хода графическим методом

Для того чтобы узнать расчетное время хода поезда по перегону (например, A-B) достаточно определить общий подъем кривой времени от нуля с учетом 10 см сброса (если он есть). Количество сантиметров будет соответствовать количеству прошедших минут, а количество мм десятым минуты.

Результаты определения времени хода заносятся в графу «Расчетное время хода» таблицы №5. Расчетное время хода на участке A-C определяется как сумма времени хода по перегонам.

Таблица 5

Результаты определения перегонного времени хода

Перегон	Расчетное время хода tр, мин	Графиковое время хода tгр, мин	Длина участка Sуч, км	Техническая скорость движения vтех, км/ч
Прямое направление
A-B	13,7	14,0	8,900	38,1
B-C	9,3	9,0	7,700	51,3
A-C	23,0	23,0	16,600	43,3
Обратное направление
C-B	9,8	10,0	7,700	46,2
B-A	9,1	9,0	8,900	59,3
C-A	18,9	19,0	16,600	52,4

Графиковое время хода поезда по перегону определяется путем округления расчетного времени хода сначала всего участка (A-C или C-A). Округление производится с точностью до минуты в случае времени хода по участку (перегону) восемь и более минут и с точностью до 0,5 минуты в случае времени хода по участку менее восьми минут. После этого общее время хода разбивается по перегонам (A-B, B-C или C-B, B-A) с той же точностью. Общее время хода по участку должно равняться сумме времен хода по перегонам.

Длины перегонов определять, как расстояние от оси станции до оси станции суммированием длин элементов профиля.

Техническую скорость для перегонов и участка в целом определять по формуле:

(33)

9. Определение расхода топлива при движении на участке

Масштаб роста расхода топлива:

(34)

Масштабы пройденного пути и скорости движения были заданы при нанесении профиля и построении скорости, а масштаб минутного расхода топлива задавался произвольно. Таким образом, при графическом определении расхода топлива локомотивом мы можем задаваться либо удобным масштабом минутного расхода топлива или масштабом роста расхода топлива .

После этого можно определить расход топлива при движении локомотива в режиме тяги

(35)

где - суммарный подъем кривой расхода топлива (мм).

Расход топлива при движении локомотива в режиме тяги в прямом направлении

Расход топлива при движении локомотива в режиме тяги в обратном направлении

Следующим шагом необходимо определить расход топлива локомотивом при движении в режимах холостого хода и торможения. Для этого с помощью кривой времени необходимо определить сколько времени в течении поездки поезд двигался в режимах холостого хода и торможения (t_хх). Умножим данное время на расход топлива локомотивом в режиме холостого хода (gхх) получим расход топлива локомотивом при движении в режимах холостого хода и торможения

(36)

Этим мы учтем то, что в режиме холостого хода и торможения при построении кривой расхода топлива проводили горизонтальную линию.

Расход топлива локомотивом при движении в режимах холостого хода и торможения в прямом направлении

Расход топлива локомотивом при движении в режимах холостого хода и торможения в обратном направлении

Общий расход топлива локомотивом за поездку составит

(37)

Общий расход топлива локомотивом в прямом направлении

Общий расход топлива локомотивом в обратном направлении

Однако величина расхода топлива никак не характеризует эффективность использования локомотивов с точки зрения экономичности локомотивной тяги. Для сравнения показателей работы локомотивов и умения машинистов выбирать экономически обоснованные режимы работы, а также для задания норм расхода топлива на тягу поездов используют показатель расхода топлива на измеритель выполненной работы.

Таким образом, расход дизельного топлива на единицу работы (измеритель) за поездку определяется по формуле:

(38)

где - расстояние от оси станции A до оси станции C.

Расход дизельного топлива на единицу работы (измеритель) за поездку в прямом направлении

Расход дизельного топлива на единицу работы (измеритель) за поездку в обратном направлении

Для определения величины расхода условного топлива за поездку в пересчете на единицу работы необходимо умножить расход дизельного топлива в расчете на измеритель работы на топливный эквивалент дизельного топлива

(39)

Расход условного топлива при движении в прямом направлении

Расход условного топлива при движении в прямом направлении

10. Расчет нагревания тяговых двигателей аналитическим методом

Построение зависимости тока тяговых двигателей от скорости движения тепловоза

В данном пункте необходимо построить график зависимости тока тяговых двигателей в зависимости от скорости движения в масштабе скоростей на основном графике и режимов работы тяговой передачи тепловоза, т.е. включения или выключения ослабления поля.

Целью расчета является переход к зависимости от тока тяговых двигателей. Для этого ток генератора необходимо разделить на число параллельно включенных ветвей тяговых двигателей.

Ток, протекающий через тяговый двигатель тепловоза равен току тягового генератора (на выходе выпрямительной установки для генераторов переменного тока) деленному на число параллельных ветвей.

В случае тепловоза 2ТЭ116У ток генератора распределяется по шести параллельным ветвям.

Дальнейший расчет сводится в таблицу 6.

Таблица 6

Расчет токовой характеристики тяговых двигателей

поле	скорость	ток тг	ток тэд	ток тэд в масштабе	скорость в масштабе
пп	0	6099	1017	102	0
	5	5758	960	96	7
	10	5422	904	90	14
	15	5124	854	85	21
	24,7	4710	785	79	35
	28,4	4600	767	77	41
	30	4542	757	76	43
	35	4060	677	68	50
	40	3706	618	62	57
оп1	35	5063	844	84	50
	40	4586	764	76	57
	45	4201	700	70	64
	50	3879	647	65	72
	53	3715	619	62	76
	58	3494	582	58	83
оп2	53	4944	824	82	76
	58	4683	781	78	83
	70	4215	703	70	100
	80	3910	652	65	114
	90	3653	609	61	129
	100	3474	579	58	143

Расчет и построение вспомогательной кривой тока тягового двигателя и кривой нагревания осуществляется в наиболее тяжелом с точки зрения движения поезда направлении, т.е. в том направлении, где локомотивом реализуется долгое время большое значение силы тяги. Как правило, на этом направлении находится расчетный подъем и расходуется больше топлива за поездку.

Целью дальнейшего построения является нанесение графика изменения тока тягового двигателя в зависимости от пройденного пути I = f(s), с помощью ранее построенной токовой характеристики. Масштаб тока тяговых двигателей будем брать таким же, как и для токовой характеристики 6 тепловоза 1мм=10А, но откладывать линию будем относительно вертикальной, а не горизонтальной оси. При этом в качестве границ отрезков будем брать изменение скорости в пределах 10 мм. Также обязательно брать точки перехода с одной токовой характеристики на другую (включение ослабления поля) и точки включения/выключения тяги.

Определение температуры перегрева тяговых электрических машин в зависимости от пройденного пути

На каждом шаге расчета в режиме тяги температура в конце расчетного интервала фк определяется по следующей зависимости:

(40)

где t tк tн - время (мин.), прошедшее на рассматриваемом интервале;

фн - температура перегрева (?) в начале рассматриваемого интервала;

tн - время по кривой времени в начале рассматриваемого интервала;

tк - время в конце рассматриваемого интервала.

При движении в режиме холостого хода и торможения ток тяговых двигателей равен нулю, а, следовательно, равна нулю и максимальная температура перегрева двигателей в данном режиме. В этом случае выражение (41) примет вид:

(41)

Таблица 7

...