Тяговые расчеты
Федеральное Агентство железнодорожного транспорта
Уральский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Электрическая тяга»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: «Подвижной состав и тяга поездов»
на тему «Тяговые расчеты»
Екатеринбург 2013г.
РЕФЕРАТ
Ключевые слова:
расчетный подъем- подъем не самый крутой, но достаточно длинный, на котором может быть достигнута равномерная скорость движения поезда;
тормозной путь- расстояние, проходимое поездом от начала торможения (с момента поворота ручки крана машиниста или стоп- крана) до его остановки;
спрямление профиля пути- используется для учета влияния кривых и уклонов пути на сопротивление движению поезда при расчете массы состава, определении скорости движения и времени хода.
В курсовой работе произведен анализ заданного профиля пути, выбран расчетный и проверяемый подъем. По массе состава и расчетному подъему выбрана серия локомотива, выполнено спрямление профиля пути. Построены диаграммы удельных равнодействующих сил, графически решена тормозная задача. Построены графики скорости и времени движения хода поезда, рассчитаны техническая и участковая скорости движения поезда. Определен расход электроэнергии на тягу поезда.
ВВЕДЕНИЕ
Тяга поездов и тяговые расчеты - это научная дисциплина, которая изучает силы, действующие на поезд и движение поезда под действием этих сил. Расчетная часть дисциплины- это тяговые расчеты. С помощью тяговых расчетов устанавливают вес состава, скорости и времена следования поездов. Определяют размещение тяговых средств на сети железных дорог, рассчитывают себестоимость перевозок и т. д.
Методы тяговых расчетов включают в себя целый комплекс методов и приемов. Определение веса поездов, скорости движения и времени хода их по перегонам, расходы топлива и т. д.
В данной курсовой работе на основе исходных данных необходимо произвести расчеты массы состава по выбранному расчетному подъему, расчет длины поезда и ее сопоставления с заданной длиной приемо- отправочных путей, на станции произвести спрямление профиля пути, рассчитать расход электроэнергии.
Велика роль тяговых расчетов в определение важнейших норм и показателей эксплуатационной работы дороги. Она еще больше возрастает с расширением сферы использования тяговых расчетов.
Очевидно, теория тяги служит научной основой функционирования всей системы транспорта.
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Вариант 434
Род тяги электрическая
Род тока переменный
Состав поезда в % по массе:
-осных вагонов 8
-осных вагонов 92
Масса вагона брутто:
-осного 162
-осного 74
Тормозные колодки композиционные
Масса состава, т 7700
Номер профиля пути № 3
Таблица 1.1-Профиль к заданию на курсовую работу
Номер элементаКрутизна уклона, о/ооДлина элемента, мКривые(радиус и длина в м)Станции участка123451-1,51250Ст. В20,07003-3,08004+2,012005+8,05000R=150;S=5006-3,05007-4,03008+10,09009-3,0450010-1,01000R=210;S=50011+2,01050Ст.Б12-10,0180013+2,060014+1,01200R=700;S=60015+3,0190016-8,0480017-3,060018-1,01200R=900;S=10019+2,0160020+1,0900R=800;S=50021-2,01150Ст.А
. АНАЛИЗ ПРОФИЛЯ ПУТИ И ВЫБОР РАСЧЕТНОГО ПОДЪЕМА
Расчетный подъем - это наиболее трудный для движения в данном направлении элемент профиля пути, на котором достигается расчетная скорость, соответствующая расчетной силе тяги локомотива. Если наиболее крутой подъем участка достаточно длинный, то он принимается за расчетный. Если же наиболее крутой подъем заданного участка имеет небольшую протяженность и ему предшествует «легкие» элементы профиля, на которых поезд может развить высокую скорость, то такой подъем не может быть принят за расчетный, так как поезд преодолевает его за счет накопленной кинетической энергии. В этом случае за расчетный следует принять подъем меньшей крутизны, но большей протяженности, на котором может быть достигнута равномерная скорость.
Расчетным подъемом будет элемент, имеющий крутизну iр=+8,50/00 и длину S=5000 м, так как он наибольшей длины.
i//с=(700/4800)(500/150)= +0,50/00
i=8+0,5= +8,50/00
Проверяемый уклон iпр=+10 о/оо.
. ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР СЕРИИ ЛОКОМОТИВА
Условием движения с постоянной скоростью является равенство касательной силы тяги локомотива полной силе сопротивления движению поезда. Применительно к движению на расчетном подъеме это условие выражено формулой
Fкр=mс*q(w//о+iр)+mл*q(w/о+iр)(3.1)
где mл- расчетная масса локомотива;
w/о и w//о- основное удельное сопротивление движению
соответственно локомотива и состава, Н/кН;
iр- крутизна расчетного подъема, 0/00.
Крутизну расчетного подъема определяют по формуле
р= iд+ iф(3.2)
где iд- крутизна действительного подъема, 0/00;
iф- крутизна фиктивного подъема, 0/00.
Крутизна фиктивного подъема
ф=(700/R)*(Sкр/S)(3.3)
где R- радиус кривой, м;
Sкр- длина кривой, м;
S- длина элемента, м.
w/0 = 1,9+0,01V+0,0003V2(3.4)
Величины w/0 и w//0 определяют для расчетной скорости локомотива Vр.
При электрической тяге Vр принимаем равной 42 км/ч и mл=190 т.
w/0 = 1,9+0,01*42+0,0003*422=2,85 Н/кН
Основное удельное сопротивление состава в Н/кН определяется по формуле:
-для четырехосных вагонов на роликовых подшипниках
w//04 = 0,7 +(3+0,1V+0,0025V2)/m 04(3.5)
Основное удельное сопротивление 8-осных вагонов
w//08 = 0,7 +(6+0,038V+0,0021V2)/m08(3.6)
Здесь m 04, m 08 -масса, приходящаяся на одну колесную пару
соответственно 4-, 8-осного вагона, т/ось.
04 = m 4/4, m 08 = m 8/8(3.7)
где m 4, m 8 -масса брутто соответственно 4-, 8-осного вагона.
m 04 = 74/4=18,5 т/ось, m 08 = 162/8=20,25 т/ось
w//08 = 0,7 +(6+0,038*42+0,0021*422)/20,25=1,26 Н/кН
w//0 =(8*1,26 + 92*1,33)/100=1,32 Н/кН
Основное удельное сопротивление движению состава, сформированного из вагонов различных типов, определяют по формуле
w//0=(р8*w//08+р4*w//04)/100(3.8)
где р8, р4-процент соответственно восьмиосных и четырехосных вагонов.
F/ кр=7700*9,81(1,32+8,5)+190*9,81(2,85+8,5)=741773Н=742 кН
Т.к. F/ кр ≥ F кр, значит уменьшаем массу состава.
. F/ кр=5100*9,81(1,32+8,5)+190*9,81(2,85+8,5)=512460Н=513 кН
. F/ кр=5050*9,81(1,32+8,5)+190*9,81(2,85+8,5)=507643Н=508 кН
Выбираем массу состава 5050 т.
Проверяем правильность выбора серии локомотива по условию:
Fкр=(1,0-1,05)F/кр(3.9)
Выбираем локомотив серии ВЛ80р с расчетной силой тяги 512 кН.
Расчетные параметры локомотива ВЛ80р
Расчетная сила тяги Fкр , Н 512000
Расчетная скорость Vр , км/ч 43,5
Расчетная масса mл, т 192
Конструкционная скорость Vконстр , км/ч 110
Сила тяги при трогании с места Fк тр , Н 691000
Длина локомотива lл , м 33
w/0 = 1,9+0,01*43,5+0,0003*43,52=2,9 Н/кН
w//04 = 0,7 +(3+0,1*43,5+0,0025*43,52)/18,5=1,35 Н/кН
w//08 = 0,7 +(6+0,038*43,5+0,0021*43,52)/20,25=1,27 Н/кН
w//0 =(8*1,27 + 92*1,35)/100=1,34Н/кН
F/ кр=5050*9,81(1,34+8,5)+192*9,81(2,9+8,5)=508951Н=509 кН
. ОЦЕНКА ПРАВИЛЬНОСТИ ВЫБОРА СЕРИИ ЛОКОМОТИВА, РАСЧЕТНОГО И ПРОВЕРЯЕМОГО ПОДЪЕМА
Сделаем проверку рассчитанной массы состава на возможность надежного преодоления встречающегося на участке короткого подъема крутизной больше расчетного с учетом использования кинетической энергии, накопленной на предшествующих «легких» элементах профиля.
При этом используется расчетное соотношение
S = (4,17*(V2к - V2Р))/(fк - wк )ср(4.1)
где Vн - скорость в начале проверяемого подъема (Vн=70-75 км/ч);
Vк - скорость в конце проверяемого подъема (Vк ³ Vр), км/ч.
Vср =(Vн + Vр)/2.
Vср =(80 + 43,5)/2=61,8 км/ч
Удельную силу тяги fк ср и удельное сопротивление wк ср вычисляют по формулам
(fк-wк ) ср =(Fк-(w/0 +i пр)mл*g-(w//0 +iпр)mс*g)/(mл+mс)g(4.2)
w/0 = 1,9+0,01*61,8+0,0003*61,82=3,66 Н/кН
w//04 = 0,7 +(3+0,1*61,8+0,0025*61,82)/18,5=1,71 Н/кН
w//08 = 0,7 +(6+0,038*61,8+0,0021*61,82)/20,25=1,51 Н/кН
w//0 =(8*1,51+ 92*1,71)/100=1,69 Н/кН
(fк-wк ) ср =(420000-(3,66 +10)192*9,81-(1,69 +10)5050*9,81)/(192+5050)*
*9,81=-3,59 Н/к Н
S = (4,17*(43,52 - 802))/(-3,59)=5236 м³ 900 м- условие выполняется.
Вывод: локомотив с массой состава 5050 т сможет преодолеть подъем с уклоном +10о/оо.
Произведем проверку массы состава на возможность трогания с места на раздельных пунктах.
Масса состава на возможность трогания с места на станции или на раздельных пунктах проверяется по формуле
тр= (Fктр/(wтр+iтр)*g)-Р(4.3)
где Fктр- сила тяги локомотива при трогании состава с места, Н;
iтр- крутизна наиболее трудного элемента на раздельных пунктах,о/оо;
wтр- удельное сопротивление поезда при трогании с места, Н/кН
wтр= р04* wктр4 + р08* wктр8(4.4)
где wктр4, wктр8- удельные сопротивления при трогании с места соответственно для 4- осных и 8- осных вагонов на подшипниках качения, Н/кН ;
р04, р08 - соответственно доли 4- осных и 8- осных вагонов на подшипниках качения в составе.
Для вагонов на подшипниках качения
ктр =28/(mо+7)(4.5)
ктр4 =28/(18,5+7)=1,1 Н/кН
wктр8 =28/(20,25+7)=1,03 Н/кН
wтр =0,92*1,1+0,08*1,03=1,09 Н/кН
На ст.Б iтр= +2,0 о/оо:
mтр= (691000/(1,09+2)*9,81)-192=22604=22600 т ³ 5050 т
Вывод: локомотив с данной массой состава 5050 т сможет тронуться с места на раздельном пункте Б, станции А и В располагаются на спуске.
. РАСЧЕТ ДЛИНЫ ПОЕЗДА
Длину поезда учитывают при тормозных расчетах, при построении графика скорости, для определения возможности приема поезда на заданный путь.
Количество вагонов в составе
=(mc/mв)*(рi/100)(5.1)
где mв- масса вагонов данного типа, т;
рi- доля вагонов данного типа.
n8=(5050/162)*(8/100)=3 ваг
n4=(5050/74)*(92/100)=63 ваг
Длина поезда с учетом запаса 10м на неточность его установки в пределах пути
п=Snili+lл+10(5.2)
li- длина вагона данного типа, м.
lп=3*20+63*15+33+10=1048 м £ Lпоп (1250 м, 1050 м, 1150 м)
Вывод: состав с данным количеством вагонов сможет разместиться на приемо- отправочных путях раздельных пунктов.
6. СПРЯМЛЕНИЕ ПРОФИЛЯ ПУТИ
Для повышения точности результатов тяговых расчетов, а также для сокращения объема последних и, следовательно, времени на их выполнение, необходимо спрямлять профиль пути.
Спрямление профиля состоит в замене двух или нескольких смежных элементов продольного профиля пути одним элементом, длина которого Sс равна сумме длин спрямленных элементов (S1, S2, …, Sn), т. е.
с=S1+S2+…+Sn(6.1)
Крутизна iс вычисляется по формуле
с =(i1S1+i2S2+…+InSn)/(S1+S2+…+Sn)(6.2)
где i1, i2, …, in -крутизна элементов спрямляемого участка, 0/00.
Проведем проверку возможности спрямления группы элементов профиля по формуле
(2000/êi)³ Si(6.3)
где Si - длина спрямляемого элемента, м;
êi - абсолютная величина разности между уклоном спрямляемого
участка и уклоном проверяемого элемента , о/оо, т.е. |i/c-ii|.
Кривые на спрямленном участке заменяются фиктивным подъемом, крутизна которого определяется по формуле
//с =(700/Sс)*S(Sкр i/Ri)(6.4)
где Sкр I и Ri - длина и радиус кривых в пределах спрямленного участка, м.
Крутизна спрямленного участка с учетом фиктивного подъема от кривой
=ic/+i//c(6.5)
Результаты расчетов по спрямлению заданного профиля пути сводятся в таблицу 6.1.
Спрямляем 2 и 3 участки.
iс =(0*700-3*800)/(700+800)= -1,6о/оо
êi2=|-1,6-0|=1,6о/оо
êi3=|-1,6+3,0|=1,4о/оо
(2000/1,6)=1250 ³ 700 м
(2000/1,4)=1429 ³ 800 м
Спрямляем 6 и 7 участки.
iс =(-3*500-4*300)/(500+300)=-3,4о/оо
êi6=|-3,4+3,0|= 0,4о/оо
êi7=|-3,4+4,0|=0,6о/оо
(2000/0,4)=5000³ 500 м
(2000/0,6)=3333³ 300 м
Спрямляем 13,14 и 15 участки.
iс =(2*600+1*1200+3*1900)/(600+1200+1900)=+2,2о/оо
i//с=(700/3700)*(600/700)=0,2о/оо
ic=2,2+0,2=2,4о/оо
êi13=|2,4-2,0|=0,4о/оо
êi14=|2,4-1,0|=1,4о/оо
êi15=|2,4-3|=0,6о/оо
(2000/0,4)=5000³ 600 м
(2000/1,4)=1429³ 1200 м
(2000/0,6)=333³ 1900 м
Спрямляем 17 и 18 участки.
iс =(-3*600-1*1200)/(600+1200)=-1,7о/оо
i//с=(700/1800)*(100/900)=0,1о/оо
ic= -1,7+0,1= -1,6о/оо
êi19=|-1,6+3,0|= 1,4о/оо
êi20=|-1,6+1,0|=0,6о/оо
(2000/1,4)=5000³ 600 м
(2000/0,6)=3333³ 1200 м
Спрямляем 19 и 20 участки.
iс =(2*1600+1*900)/(1600+900)=+1,6о/оо
i//с=(700/2500)*(500/800)=0,2о/оо
ic=1,6+0,2=1,8о/оо
êi19=|1,8-2,0|= 0,2о/оо
êi20=|1,8-1,0|=0,8о/оо
(2000/0,2)=10000³ 1600 м
(2000/0,8)=2500³ 900 м
скорость тяга поезд подъем
Таблица 6.1-Таблица спрямления профиля пути
Действительный профильСпрямленный профиль№ элемента путиS, мi. %oR, мSкр, мSс , мi/c . %oi//c.%oiс . %o№ элемента пути12345678910Ст.В1250-1,51250-1,5--1,5127000,01500-1,6--1,623800-3,041200+2,01200+2,0-+2,0355000+8,01505005000+8,00,5+8,546500-3,0800-3,4--3,457300-4,08900+10,0900+10,0-+10,0694500-3,04500-3,0--3,07101000-1,021005001000-1,00,2-0,88Ст.Б1050+2,01050+2,0-+2,09121800-10,01800-10,0--10,01013600+2,03700+2,20,2+2,411141200+1,0700600151900+3,0164800-8,04800-8,0--8,01217600-3,01800-1,70,1-1,613181200-1,0900100191600+2,02500+1,60,2+1,81420900+1,0800500Ст.А1150-2,01150-2,0--2,015
. ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ УДЕЛЬНЫХ РАВНОДЕЙСТВУЮЩИХ СИЛ
Для построения диаграммы удельных ускоряющих и замедляющих сил предварительно составляются таблицы для трех режимов ведения поезда по горизонтальному участку:
-режим тяги ( таблица 7.1)
-режим холостого хода ( таблица 7.2)
режим торможения (таблица 7.3).
удельная равнодействующая сила в режиме тяги - это fк-wо; в режиме холостого хода - wох; в режиме торможения различают удельные равнодействующие силы при служебном регулировочном торможении wох+0,5bт и при экстренном торможении wох+bт.
Основное удельное сопротивление локомотива на холостом ходу для разных значений скорости:
wх=2,4+0,011V+0,00035V2, Н/кН(7.1)
wтр=(28/(m08+7)*(р8/100)+(28/(m04+7)*(р4/100), Н/кН(7.2)
Величины w/о, wх, w//о и wох определяются указанным путем для скоростей, начиная с 10 км/ч и выше. Значения этих величин при V=0 принимаются соответственно такими же, как при V=10 км/ч.
Удельные тормозные силы поезда в Н/кН вычисляют по формуле
bт=1000jкрJр(7.3)
где jкр- расчетный коэффициент трения колодок о колесо:
-при чугунных колодках