Сравнительный анализ электрической и тепловозной тяги

Сравнительный анализ электрической и тепловозной тяги

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Улан-Удэнский институт железнодорожного транспорта (филиал)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Иркутский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВПОУУИЖТ ИРГУПС)

Факультет Высшего профессионального образования

Кафедра «Транспортные системы»

Курсовая работа

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЗНОЙ ТЯГИ

РУКОВОДИТЕЛЬ РАБОТЫ: А.А. Гордеева

ИСПОЛНИТЕЛЬ: А.М Залуцкая

студент гр. ПСЖ. 1-11-2

Дано

.        Серия тепловоза: 2ТЭ70

. Число секций тепловоза: 2

. Серия электровоза: ВЛ85

.        Число секций электровоза: 2

.        Вес состава: 6000 кН

.        Длина эксплуатируемо участка: 440 км

.        Расчетный подъем: 18%о

.        Характеристика состава

.1 Масса 4-х осных вагонов на роликовых подшипниках: 50%

.2 Масса 6-ти осных вагонов на роликовых подшипниках: 50%

. Тема индивидуального задания:

Содержание

Введение

. Определение основного сопротивления движению поезда при различных видах тяги

.1 Определение основного удельного сопротивление движению локомотивов

.2 Определение основного удельного сопротивления движению состава поезда (вагонов)

.3 Определение общего полного сопротивления движению поезда

. Определение средней скорости движения и времени хода поезда по участку

.1 Определение средней скорости движения поезда по участку при использовании различных режимов тяги

.2 Определение времени хода поезда по участку

. Определение касательной мощности локомотивов

. Определение расхода энергоресурсов различными видами тяги

.1 Определение расхода топлива тепловозом на тягу поездов

.2 Определение расхода электроэнергии электровозом постоянного тока

. Сравнение тепловозной и электрической тяги

.1 Определение стоимости перевозок при различных видах тяги

.2 Сравнение локомотивов по тяговым характеристикам

. Колесная пара

Список литературы

Введение

Современный грузовой тепловоз 2ТЭ70 с двумя шестиосными секциями мощностью 8160 л.с., конструкционной скоростью 110 км/ч, первый опытный образец которого был построен в 2004 году. Локомотив унифицирован по основным узлам с пассажирскими тепловозами ТЭП70, ТЭП70БС, ТЭП70У. Тепловоз предназначен для вождения грузовых поездов на магистральных железных дорогах колеи 1520 мм на не электрифицированных участках железных дорог России. Возможна эксплуатация в странах СНГ и Балтии.

Конструкционные решения и внедрение ряда усовершенствований обеспечивают высокие технические и потребительские качества - 2ТЭ70 создан с учетом современных требований по экологии и безопасности движения. Конструкционные решения и внедрение ряда усовершенствований обеспечивают высокие технические и потребительские качества - 2ТЭ70 создан с учетом современных требований по экологии и безопасности движения. Тепловоз 2ТЭ70 состоит из двух одинаковых однокабинных секций, управляемых с одного (любого) поста кабины и соединённых автосцепкой СА-3. При необходимости каждая из секций может быть использована как самостоятельный тепловоз. Для перехода из секции в секцию в задней стенке секций имеются двери и переходная площадка, закрытая резиновым суфле. Все силовое и вспомогательное оборудование расположено в кузове, выполненном с несущей главной рамой.

Технические характеристики:

Род службы - грузовой (пассажирский при модернизации)

Осевая формула - 2×(3О−3О)

Ширина колеи, мм - 1520

Мощность, кВт (л.с.) - 2×2250.6 (2×3060)

Служебная масса, т - 2×138

Осевая нагрузка, кН (тс) - 226 (23)

Конструкционная скорость, км/ч - 100

Транспортируемая скорость, км/ч - 120

Минимальный радиус проходимых кривых, м - 125

Диаметр колеса по кругу катания при среднеизношенных бандажах, мм - 1050

Сила тяги длительного режима, кН (тс) - 2×248 (2×25,3)

Скорость длительного режима, км/ч - 24

Электровоз ВЛ85 (Владимир Ленин, тип 85) -грузовой магистральный электровоз <#"872908.files/image001.gif">,кН700600410320250210170160140100

Nк,кВт

194,4

333,3

341,6

355,5

347,2

350

330,5

355,5

350

277,7

Pк,кВт

272,2

511,1

7416,6

944,4

112,5

116,6

855,5

755,5

700

555,5

Рисунок 1 - График зависимости касательной мощности 2ТЭ70 от силы тяги

Рисунок 2 - График зависимости касательной мощности ВЛ85 от силы тяги

Вывод:

По данным таблицы 2 и рисунков 1 и 2 можно определить, что касательная мощность электровоза значительно больше касательной мощности тепловоза.

4 Определение расхода энергоресурсов различными видами тяги

.1 Определение расхода топлива тепловозом на тягу поездов

Расход топлива тепловозом можно определить двумя способами: по данным ПТР и выполненной тепловозом механической работы:

а) определение расхода топлива тепловозом Е по данным ПТР можно выполнить по следующей зависимости, кг

ETПТР = Gмин * nc * tТ (13)

где Gмин- минутный расход топлива одной секцией тепловоза, кг/мин; определяется следующим образом: нужно по данным ПТР построить в

масштабе кривую Gмин=f(v) для максимальной позиции рукоятки контроллера машиниста, затем по кривой Gмин =f(v) для скорости vcp определить величину Gмин; Gмин= 5,8 кг/мин. nc - число секций тепловоза:

nc = 2 ;

tT- время хода поезда во главе с тепловозом;

ETПТР = 5,8* 2* 377,1 = 4374,36 кг

б)определение расхода топлива тепловозом Емех по выполненной механической работе, кг

ETмех = (FkсрТ * S)/(QнР * ηмм) (14)

где FkсрТ -значение силы тяги при движении тепловоза со средней (равновесной) скоростью движения vcpi; определяется по тяговой характеристике тепловоза FK=f(v): FkсрТ = 600 кН;

S - длина эксплуатационного участка, км ; S=440 км

ηмм - средний кпд. тепловозной тяги; ηмм = 0,3;

 - удельная теплота сгорания дизельного топлива, кДж/кг;

=42700 кДж/кг.

ETмех = (600000* 440)/(42700000 * 0,3) = 2060,8 кг

.2 Определение расхода электроэнергии электровозом постоянного тока

Расход электроэнергии электровозом определяется тремя способами:

а) Расчет расхода электроэнергии электровозом постоянного тока по данным ПТР можно выполнить по следующей зависимости, кВт·ч

АПТРП = (Uкс * Iэср * tЭ)/(60 * 1000) (15)

АПТРП =3000*1300*1320/60*1000=85,800 МВт

где Uкс-напряжение в контактной сети постоянного тока, В; можно принять UKC=3000B;

tэ- время хода поезда во главе с электровозом, мин;

Iэср- среднее значение силы тока электровоза, А; определяется следующим образом: нужно по данным ПТР построить в масштабе кривую , затем по кривой ,для скорости vcp определить величину Iэср. Iэср=1300А

б) Определение расхода электроэнергии электровозом по выполненной

механической работе, кВт·ч:

Амех = (FkсрТ * υср * tЭ)/(3600 * ηмм) (16)

где FkсрТ - значение силы тяги при движении электровоза постоянного тока со средней скоростью движения vср, определяется по тяговой характеристике электровоза FK=f(v): FkсрТ = 1300кН;

vср- средняя (равновесная) скорость движения электровоза, vср = 70 км/ч;

tэ - время хода поезда во главе с электровозом постоянного тока, tэ = 1320 мин;

ηмм - средний к.п.д. электрической тяги: ηмм = 0,44.

Амех = (380000 * 70* 1320)/(3600 * 0,44) = 22,16 МВт

5 Сравнение тепловозной и электрической тяги

.1 Определение стоимости перевозок при различных видах тяги

а) Стоимость перевозок при тепловозной тяге, руб

Cт = cт * Eср (17)

где cт - цена одного килограмма дизельного топлива, руб; по данным ОАО «РЖД» отпускная цена дизельного топлива в среднем по сети железных дорог на 1 ноября 2009 года составила 14592 рубля за 1 тонну дизельного топлива;

Eср - средний расход топлива тепловозом, кг

Eср = (ETПТР + Eмех )/2 (18)

Eс = (4374,36+2060,88)/2 = 3217,58 кг

б) Стоимость перевозок при электрической тяге, руб

Cэ = cэ * Aср (19)

Cт =14592 * 3,217= 46942,464 руб

где cэ - средняя цена одного киловатт-часа электроэнергии, руб./кВт*ч; по данным ОАО «РЖД» тариф на электроэнергию в среднем по сети железных дорог на 1 ноября 2009 года составил 2,853 руб./кВт * ч

Aср - средний расход электроэнергии электровозами, кВт * ч

Aср = (АПТР + Амех )/2 (20)

Aср = (85,8 + 22,16)/2 = 53,98 МВт

Cэ = 2,853 * 53980 = 154004,94 руб

Оценку эффективности тепловозной и электрической тяги по расходу энергоресурсов можно выполнить по следующей формуле:

Э = Сэ/Ст (21)

Э = 154004,94/46942,464 = 3,2

Сравнение тепловоза и электровоза заданных серий целесообразно произвести по безразмерным величинам касательной силы Fк и скорости движения υ.

Относительная касательная сила тяги Fк локомотива определяется по следующему выражению:

Fк = Fкi/ Fкvk (22)

где Fki - текущее значение касательной силы тяги локомотива, Н; определяется по его тяговой характеристике Fк=f(v) для текущих значений скорости.

Fкvk - значение касательной силы тяги локомотива при конструкционной скорости, определяется по его тяговой характеристике Fк=f(v).

Относительная скорость движения локомотива определяется по формуле:

υ = υi/υk (23)

где  - текущее значение скорости, км/ч; - конструкционная скорость движения локомотива, км/ч.

Таблица 3

υ,км/ч	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
υ	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
Fkiэ, кН	700	600	410	320	250	210	170	160	140	100
Fkэ	7,5	5	3,5	3,1	2,2	1,9	1,8	1,5	1,3	1,2
Fkiт, кН	980	920	890	850	810	700	440	340	280	200
Fкт	4,7	4,5	4,3	4,1	4	3,3	2,3	1,7	1,3

Рисунок 3 - Тяговые характеристики тепловозной и электрической тяги

По итогам данной главы можно сделать вывод, что эксплуатирование электровоза в плане потребления ресурсов обходится дороже, но с другой стороны электровоз обеспечивает большую мощность, что позволяет перевозить груз большей величины, либо перевозить один и тот же груз, но с более высокой скоростью.

ВЫВОД: При выполнении курсовой работы, я научилась определять сопротивление движению поезда (тепловоза υ∞=1177,3км/ч ,υк,= 1144,7 км/ч и электровоза υ∞=1178км/ч ,υк,= 1128,7 км/ч ). Сопротивление тепловозной тяги выше, чем у электровозной. Средняя скорость движения тепловоза по участку гораздо ниже, чем у тепловоза. Сравнивать основные показатели тепловозной( Cт =46942,464 руб. ) и электровозной( Cэ = 154004,94 руб. ) тяги, тем самым узнала, что электровозная тяга намного экономичнее и экологичнее, чем тепловозная. Научилась строить тяговые характеристики. Во время выполнения работы я научилась пользоваться правилами тяговых расчетов, использовала технические характеристики локомотивов. Доля электрифицированных железных дорог в России составляет 50,6 % .Поэтому несмотря на то, что тепловозная тяга во многом уступает тяге электровозной ее значимость остается на российских железных дорогах. Помимо огромного значения, особенно в безводных районах, является также ближайшим резервом электровоза на электрифицированных магистральных направлениях и чрезвычайно выгодным двигателем для маневровой работы. Тепловоз имеет то сходство с электровозом, что он также почти не требует водоснабжения, сокращает потребность в топливе (он везет с собой нефть и воду на 1 тыс. км) и сокращает эксплуатационные расходы, но все же его экономическая эффективность менее значительна, чем у электровоза. Усложняющими моментами в отношении введения тепловоза является его большая стоимость. Преимущества тепловоза перед электровозом состоят в том, что он не связан с электропроводом, что очень существенно в условиях изменения объема работы отдельных направлений.

6. Колесная пара

Колёсная пара - основной элемент ходовой части транспортного средства. Колёсные пары в подавляющем большинстве являются глухими, то есть оба колеса жёстко насажены на цельную ось. Такая конструкция фактически из одной детали отличается высокой надёжностью. Пробег колёсных пар локомотивов с колёсами бандажного типа может достигать нескольких млн. км при нагрузке 20-25 тс при сменных бандажах. Вписывание в кривые больших радиусов (порядка 500 м и более) осуществляется за счёт разности диаметров колёс по кругам катания, возникающей при смещении колёсной пары поперёк пути. Эта разность обусловлена тем, что поверхность катания колёс (профиль колеса) не цилиндрическая, а коническая или образована вращением некоторой кривой вокруг оси колёсной пары. При смещении колёсной пары поперёк пути, например, вправо важно, чтобы увеличивался радиус катания правого колеса, а левого - уменьшался. В этом случае обеспечивается устойчивое движение колёс подвижного состава в пути и вписывание в пологие кривые, не сопровождающееся интенсивным изнашиванием колёс и рельсов.

В крутых кривых колёсная пара направляется силами, возникающими в контакте внутренней боковой поверхности рельса и гребнем наружного колеса. Силы, действующие в контакте колеса и рельса и направляющие движение подвижного состава, называются силами крипа (от англ. creep - ползти). Они обусловлены тем, что материалы колеса и рельса не есть абсолютно твёрдые тела, а являются упруго-пластическими телами. В контакте наблюдаются микродеформации рельса и колеса, это определяет постепенное нарастание силы крипа с ростом относительного проскальзывания колеса по рельсу. Для поддержания профиля ж.д. колёс, обеспечивающих нормальное движение, применяется обточка колёс, а в случае бандажных колёс - и смена бандажей. Основной параметр колёсной пары - это расстояние между внутренними поверхностями гребней колёс колёсной пары. Для наших дорог (колеи 1520 и 1524 мм) это расстояние равно 1440 мм с допусками (+)(-)3 мм.

Ввиду высоких требований по прочности и надёжности, предъявляемых к колёсным парам, разработаны и существуют правила формирования и ремонта колёсных пар строго нормирующие весь технологический процесс: токарную и фрезерную обработку заготовок (в частности даже радиусы галтелей, класс чистоты обработанной поверхности), температурные режимы при формировании колёсных пар, допуски, посадки и т. д.

Колёсная пара вагонной тележки воспринимает нагрузку от вагона и служит для направления движения вагона по рельсам. Колёсная пара состоит из цельнокатаных колёс, напрессованных на ось. На наружные концы оси через буксы и рессоры опирается рама тележки.

Цельнокатаное вагонное колесо состоит из ступицы, диска и обода. У обода обращённого внутрь колеи имеется выступ, называемый гребнем или ребо́рдой. Гребень предохраняет колёсную пару от выхода из пределов колеи.

Некоторые типы вагонов используют дисковые тормоза. Колёсные пары таких вагонов оборудованы тормозными дисками. На ось между колёсами напрессовываются два (четыре поверхности трения) или три (шесть поверхностей трения) тормозных диска.

Список используемой литературы

электрический тепловозный тяга поезд

1. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М. : Транспорт, 1985 - 287 с.

. Гребенюк П.Т., Долганов А.Н., Скворцова А.И. Тяговые расчеты: Справочник. -М: Транспорт, 1987.-272с.

. Осипов СИ., Осипов С.С. Основы тяги поездов-М.:УМК МПС России, 2000 «592с.

. Тепловозы. Под. ред. В.Д. Кузьмича. -М: Транспорт, 1991. -352с.

. Электрические передачи локомотивов. Под. Ред. В.В. Стрекопытова. - М: Маршрут, 2003. - 310с.

. Локомотивное хозяйство. Под ред. С.Я. Айзинбуда. - М.: Транспорт, 1986.-263с.

. Исаев И.П., Фрайфельд А.В. Беседы об электрической железной дороге. - М: М: Транспорт, 1989. - 359с.

. Железные дороги. Общий курс. Под ред. ММ. Уздина. - М.: Транспорт, 1991.-295с

. Сидоров Н.Н. Как устроен и работает электровоз. М: Транспорт, 1980. - 223с