Тяговые расчеты для грузовой работы локомотивов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Кафедра «Локомотивы»

тяговые расчеты для грузовой работы локомотивов

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине «Теория локомотивной тяги»

Задание

Шифр - 46-55;

Вагоны:

Четырёхосные с роликовыми подшипниками: ;

q = 66 т;

Шестиосные: ;

q = 110 т;

Восьмиосные: : ;

q = 160 т;

Доля тормозных осей в составе - 0,99;

Серия локомотива - 2ТЭ116;

Расчётная сила тяги - 50 600 кгс;

Расчётная масса - 276 т;

Расчётная скорость - 24,2 км/ч;

Тип пути - звеньевой;

Материал тормозных колодок - чугун;

Ограничение скорости 45 км/ч на элементе профиля № 21.

УДК 629.4.016.12:656.2

Реферат

Курсовая работа содержит 46 страницы, 7 таблиц, 6 источников, 3 приложения

Дизель, тяговой расчёт, расход, кривая тока, скорость, подъём, масса состава, крутизна, продольный профиль пути, тяга, участок, время хода, топливо.

Объектом исследования является грузовой состав, ведомый локомотивом 2ТЭ116 на заданном участке.

Целью работы является выполнение тягового расчёта, приобретение практических знаний при расчете таких параметров, как масса состава, время хода поезда, решение тормозных задач, построение и расчёт диаграмм удельных ускоряющих сил

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

Оглавление

Введение

1. Анализ и спрямление профиля пути

2. Определение массы состава

2.1 Масса состава по условию движения на расчётном подъеме с равномерной скоростью

2.2 Проверка массы состава на возможность преодоления короткого подъема крутизной больше расчётного

2.3 Проверка массы состава по длине приёмоотправочных путей

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

3. Расчёт и построение диаграммы удельных равнодействующих сил, действующих на поезд

4. Решение тормозных задач

4.1 Определение максимальной скорости движения по тормозам (тормозная задача 1 группы)

4.2 Определение необходимого количества тормозных осей в поезде (тормозная задача 2 группы)

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

5.1 Построение кривой скорости

5.2 Построение кривой времени хода поезда по участку

5.3 Построение кривой тока

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

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Введение

Теория локомотивной тяги является основой для анализа технических задач, связанных с механикой движения поездов на железных дорогах, рационального проектирования локомотивов, выбора и расчета их основных параметров, опенки тяговых возможностей локомотивов, расчета массы состава, времени хода поезда по перегонам, 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 вопросов в свою очередь служит основанием для составления графиков движения поездов и оборота локомотивов, определения пропускной и провозной способности участков, расчетов по размещению остановочных пунктов, тяговых подстанций, складов топлива, пунктов экипировки, размещению 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, они 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 спрямлять продольный профиль пути.

В тяге поездов принято крутизну подъемов обозначать со знаком плюс, а спусков - со знаком минус.

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

Расчетный подъем - это наиболее трудный для движения в данном направлении элемент профиля пути, на котором скорость поезда может упасть до расчетной, соответствующей расчетной силе тяги локомотива.

Если наиболее крутой подъем участка достаточно длинный, то он принимается за расчетный подъем. Если наиболее крутой подъем заданного участка имеет небольшую протяженность и ему предшествуют спуски и площадки (горизонтальные элементы), на которых поезд может развить высокую скорость, то такой подъем не может быть принят за расчетный, так как поезд преодолеет 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 расчетная скорость.

Спрямление профиля состоит в замене двух или нескольких смежных элементов продольного профиля пути одним элементом, длина которого Sс равна сумме длин спрямляемых элементов (S1, S2, S3, …, Sn), т.е.

Sс= 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 подъем и

максимально крутой подъемы, в группы для спрямления не включаются.

Для намеченной группы элементов сначала определяется крутизна ic` спрямленного уклона по формуле:

, (1.2)

где i1,i2, …, in - крутизна элементов спрямленного участка, 0/00.

Затем проверяется допустимость спрямления по условию:

, (1.3)

где Si - длина отдельного спрямляемого элемента, м;

Дi - абсолютная разность между крутизной спрямленного участка и крутизной проверяемого элемента, 0/00, т.е.

Дi = [ic-ii] (1.4)

Если какой-либо элемент в группе не удовлетворяет вышеприведенному условию, то делается новая группировка.

Кривые на спрямленном участке заменяются фиктивным подъемом ic``, крутизна которого определяется по формуле, 0/00:

, (1.5)

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

Окончательно крутизна спрямленного участка с учетом фиктивного подъема от кривой определяется по формуле, 0/00:

ic = ic`+ic``. (1.6)

В таблице 1.1 представлены исходные данные по профилю пути, выбранные по методическим указаниям в соответствии с номером варианта, и результаты расчетов по спрямлению.

Все расчеты по спрямлению профиля пути проведены с учетом правил тяговых расчетов для поездной работы. Указанная точность расчетов соответствует точности, требуемой правилами тяговых расчетов для поездной работы: расстояние - для элементов профиля в метрах - с одним знаком после запятой; уклоны - в промилле (0/00) с одним знаком после запятой.

подъем скорость тормозной поезд

Таблица 1.1

Результаты расчётов по спрямлению заданного профиля

Исходный	Спрямленный
№ элемента	i, ‰	R, м	Sкр, м	S, м	, м	, ‰	, ‰	, ‰	№ спрямлённого участка
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	0,0	Станция С	1300	1300	0,0		0,0	1
2	-10,0			1200	1700	-9,4		-9,4	2
3	-8,0			500
4	12,5			400	700	11,2		11,2	3
5	9,5			300
6	-6,0	600	250	1500	1500	-6,0	0,2	-5,8	4
7	8,5			800	1800	7,1		7,1	5
8	6,0			1000
9	1,0	1000	250	1800	1800	1,0	0,1	1,1	6
10	-16,0			700	700	-16,0		-16,0	7
11	12,5			600	600	12,5		12,5	8
12р	10,5			4500	4500	10,5		10,5	9
13	-2,0			800	800	-2,0		-2,0	10
14	1,8	Станция Т	2100	2100	1,8		1,8	11
15	-6,0			400	5500	-8,8		-8,8	12
16	-9,0			5100
17	9,5			1500	2100	9,1		9,1	13
18	8,0			600
19	-3,6	900	300	300	3000	-7,6	0,1	-7,5	14
20	-4,4			400
21	-8,0			1500
22	-10,0	1000	100	800
23	11,0	1000	150	700	700	11,0	0,2	11,2	15
24	0,0			500	500	0,0		0,0	16
25	-12,0			900	900	-12,0		-12,0	17
26	-0,4	Станция У	2200	2200	-0,4		-0,4	18
27	-14,0			600	600	-14,0		-14,0	19
28м	15,0			400	400	15,0		15,0	20
29	-7,0	500	100	1200	2600	-7,5	0,1	-7,4	21
30	-8,0	800	150	1400
31	7,0			400	400	7,0		7,0	22
32	-11,0			400	1000	-12,2		-12,2	23
33	-13,0			600
34	11,0			400	1200	9,7		9,7	24
35	9,0			800
36	0,0	Станция Ф	1000	1000	0,0		0,0	25

2. Определение массы состава

2.1 Масса состава по условию движения на расчётном подъеме с равномерной скоростью

Масса является одним из важнейших показателей работы железнодорожного транспорта. Увеличение массы составов позволяет повысить провозную способность железных дорог, уменьшить расход топлива и электроэнергии, снизить себестоимость перевозок. Поэтому массу грузового состава определяют, исходя из полного использования тяговых и мощностных качеств локомотива.

Массу состава определяем из условия установившегося равномерного движения поезда по выбранному расчетному подъему с расчетной скоростью по формуле, т:

(2.1)

где - расчетная сила тяги локомотива [1, таблица 22, стр. 43], Н;

Р - расчетная масса локомотива [1, таблица 22, стр. 43], т;

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

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

- крутизна расчетного подъема, ‰ ;

g - ускорение свободного падения,м/с2.

Основное удельное сопротивление движению локомотива подсчитывается по формулам, приведённых в Правилах Тяговых Расчётов [1] в зависимости от вида локомотива и типа пути, Н/кН:

; (2.2)

Основное удельное средневзвешенное сопротивление движению состава, состоящего из вагонов различных типов на подшипниках скольжения и качения, определяется по формуле, Н/кН:

, (2.3)

где - соответственно доли в составе по массе 4-осных вагонов с роликовыми подшипниками, 4-осных вагонов с подшипниками скольжения, 6-осных и 8-осных вагонов;

- соответственно основное удельное сопротивления 4-осных вагонов с роликовыми подшипниками и подшипниками скольжения, Н/кН;

- соответственно основное удельное сопротивление 6- и 8-осных вагонов, Н/кН.

Основное удельное сопротивление различных вагонов определяется по формулам, приведённых в Правилах Тяговых Расчётов [1] в зависимости от типа пути и нагрузки на ось вагонов, которая определяется по формуле, т:

(2.4)

где - масса брутто вагона, т;

- количество осей в вагоне.

Для 4-осных вагонов с роликовыми подшипниками,

(2.5)

Для 6-осных вагонов:

(2.6)

Н/кН;

Для 8-осных вагонов:

(2.7)

Н/кН;

Н/кН;

Вычисленную массу состава округлим в соответствии ПТР [1] до ближайших 50 тонн: Q = 4000 т.

2.2 Проверка массы состава на возможность преодоления короткого подъема крутизной больше расчётного

Если на участке встречается подъём небольшой длины, то необходимо проверить возможность его преодоления за счёт использования кинематической энергии, накопленной поездом на предшествующих «лёгких» элементах профиля.

Аналитическая проверка крутого подъёма на его преодоление выполняется по формуле:

(2.8)

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

и - скорость движения поезда в начале и в конце проверяемого подъёма соответственно, км/ч;

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

Удельная сила тяги и удельное сопротивления в пределах выбранного интервала изменения скоростей принимаются равными их значениям при средней скорости рассматриваемого интервала:

(2.9)

Эти удельные силы вычисляют по формулам, Н/кН:

 (2.10)

(2.11)

где - значение силы тяги для средней скорости, определяемое по тяговой характеристике тепловоза ПТР [1], Н;

- основное удельное сопротивление локомотива, определяемое по формуле (2.2) для средней скорости движения, Н/кН;

- основное удельное средневзвешенное сопротивление движению состава, определяемое по формулам (2.3)-(2.7) при средней скорости движения, Н/кН.

Значение пути S, вычисленного по формуле (2.8), должно быть не меньше длины проверяемого элемента, то есть:

(2.12)

Н/кН;

Н/кН;

Н/кН;

Н/кН;

Н/кН;

Н/кН;

Н/кН;

м.

Сравнивание значений S и :

Данное значение удовлетворяет условию (2.12).

2.3 Проверка массы состава по длине приёмоотправочных путей

Для выполнения этой проверки определим количество вагонов разных типов в составе по формулам:

1) 8-осных (2.13)

2) 6-осных, (2.14)

3) 4-осных,

(2.15)

где - количество вагонов различной осности в составе;

- доли соответствующих вагонов в составе по массе;

- масса брутто вагонов 8-, 6- и 4-осных вагонов на подшипниках скольжения и качения соответственно, т.

Общую длину поезда определим по формуле, м:

, (2.16)

где - длина и количество вагонов разного типа;

- длина и количество локомотивов в составе;

10 - запас на неточность остановки поезда, м.

Длины вагонов и локомотива примем в соответствии с ПТР [1,табл. 12].

Проверка возможности остановки поезда на приёмоотправочных путях раздельных пунктов (станций) участка выполняется по соотношению:

(2.17)

где - минимальная длина приёмоотправочных путей станций участка, м.

Данное значение удовлетворяет условию (2.17).

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

Крутизна максимального подъема определяется по формуле:

(2.18)

где - крутизна подъёма, ‰;

- сила тяги локомотива при трогании с места, Н;

- удельное сопротивление поезда при трогании с места, Н/кН.

Сила тяги локомотива при трогании с места указанная в ПТР [1].

Удельное сопротивление определяется как средневзвешенная величина с учётом удельных сопротивлений при трогании с места вагонов на различных подшипниках, Н/кН:

для вагонов на подшипниках скольжения:

(2.19)

для вагонов на подшипниках качения:

(2.20)

где - нагрузка от оси на рельсы для данной группы вагонов, т;

(2.21)

для четырёхосного вагона на подшипниках качения:

Н/кН;

для шестиосного вагона:

 Н/кН;

для восьмиосного вагона:

Н/кН;

Н/кН;

‰.

Проверка возможности трогание поезда с места на максимальном подъёме участка выполняется по соотношению:

(2.22)

где - максимальный подъем участка, ‰.

15 ‰ < 17,9 ‰.

Условие выполняется, следовательно, возможно трогание на всех подъемах участка.

3. Расчёт и построение диаграммы удельных равнодействующих сил, действующих на поезд

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

1) для режима тяги

2) для режима холостого хода (выбег)

3) для режима торможения:

при служебном регулировочном торможении

при экстренном торможении

Основное удельное сопротивление локомотива на холостом ходу для различных значений скорости определяется по формулам, приведённым в ПТР [1] в зависимости от вида локомотива и типа пути, Н/кН:

(3.1)

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

(3.2)

где Р - расчётная масса локомотива, т.

Удельные тормозные силы поезда вычисляем по формуле, Н/кН:

(3.3)

где bт - удельная тормозная сила, Н/кН;

- расчетный коэффициент трения композиционных колодок о колесо,

(3.4)

- расчетный тормозной коэффициент грузового поезда,

(3.5)

где - количество осей соответственно в группах 4-, 6- и 8-осных вагонов поезда;

- расчётные силы нажатия тормозных колодок соответственно на ось 4-, 6- и 8-осного вагона, т/ось;

- доля тормозных осей в составе.

.

При определении расчётного тормозного коэффициента грузовых поездов на спусках до 20 ‰ масса и тормозные средства локомотива не учитываем.

Полученные результаты расчётов сведём в таблицы 3.1 и 3.2; по этим результатам построим диаграмму удельных равнодействующих сил, в диапазоне скоростей от 0 до 100 км/ч, с учётом соответствующих масштабов [3, с. 16, таблица 2]:

удельные силы: 1 кгс/т = k = 6 мм;

скорость: 1 км/ч = m = 1 мм.

Диаграмма удельных равнодействующих сил представлена в приложении А.

Таблица 3.1

Удельных равнодействующих сил в режиме тяги

V, км/ч	Режим тяги
	Fk, Н	w0`, Н/кН	W0`, Н	w0``, Н/кН	W0``, Н	W0, Н	Fk-W0, Н	fк-w0, Н/кН
1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	797553,0	1,90	5144,36	1,01	39721,58	44865,95	752687,05	17,94
10	667276,2	2,01	5428,66	1,07	41845,09	47273,75	620002,45	14,78
19,5	596448,0	2,15	5824,13	1,14	44756,04	50580,17	545867,83	13,01
20	587619,0	2,16	5848,33	1,15	44933,37	50781,7	536837,3	12,8
24,2	496386,0	2,24	6064,96	1,19	46518,14	52583,1	443802,9	10,58
30	408782,7	2,37	6403,38	1,25	48986,41	55389,79	383392,91	8,42
40	311761,8	2,62	7093,81	1,38	54004,23	61098,04	250663,76	5,98
50	249860,7	2,93	7919,61	1,53	59986,81	67906,43	181954,27	4,34
60	207972,0	3,28	8880,8	1,71	66934,17	75814,96	132157,04	3,15
70	179915,4	3,69	9977,36	1,91	74846,29	84823,65	95091,75	2,27
80	157941,0	4,14	11209,3	2,13	83728,18	94932,48	63008,52	1,5
90	140675,4	4,65	12576,62	2,38	93564,84	106141,45	34533,95	0,82
100	126549,0	5,20	14079,31	2,66	104371,27	118450,58	8098,42	0,19

Таблица 3.2

Удельных равнодействующих сил в режиме холостого хода и торможения

V, км/ч	Режим х.х.	Режим торможения
	wx, Н/кН	Wx, Н	Wx+W0``, Н	w0,x, , Н/кН	цКР	bт, Н/кН	w0,x,+bт, Н/кН	w0,x,+0,5bт, Н/кН
0	2,40	6498,14	46219,73	1,10	0,270	100,29	101,39	51,25
10	2,55	6890,74	48735,83	1,16	0,198	73,55	74,71	37,93
19,5	2,75	7439,26	52195,30	1,24	0,163	60,68	61,93	31,58
20	2,76	7472,87	52406,23	1,25	0,162	60,17	61,42	31,34
24,2	2,87	7773,88	54292,01	1,29	0,152	56,36	57,66	29,48
30	3,05	8244,52	57230,93	1,36	0,140	52,15	53,51	27,44
40	3,40	9205,70	63209,93	1,51	0,126	46,80	48,31	24,91
50	3,83	10356,42	70343,23	1,68	0,116	42,98	44,66	23,17
60	4,32	11696,66	78630,82	1,87	0,108	40,12	41,99	21,93
70	4,89	13226,43	88072,72	2,10	0,102	37,89	39,99	21,04
80	5,52	14945,73	98668,91	2,35	0,097	36,10	38,46	20,40
90	6,23	16854,56	110419,40	2,63	0,093	34,65	37,28	19,95
100	7,00	18952,92	123324,19	2,94	0,090	33,43	36,37	19,65

4. Решение тормозных задач

Важнейшими показателями результатов процесса торможения являются: тормозной путь, скорость в начале и конце торможения, а характеристикой тормозной системы - тормозной коэффициент поезда.

Тормозные задачи принято делить на две группы:

1) определение тормозного пути, начальной или конечной скорости при известном тормозном коэффициенте поезда;

2) определение необходимого тормозного коэффициента и минимального количества тормозных осей в поезде при известном тормозном пути, начальной и конечной скорости.

Величина расчётного тормозного пути устанавливается МПС РФ и в настоящее время для грузовых поездов составляет 1000 м при уклонах ‰ и 1200 м при ‰.

4.1 Определение максимальной скорости движения по тормозам (тормозная задача 1 группы)

Полный тормозной путь определяем по формуле:

( 4.1)

где - подготовительный тормозной путь, м;

- действительный тормозной путь м.

Подготовительный тормозной путь считаем по формуле:

(4.2)

где - скорость в начале торможения, км/ч;

- время подготовки тормозов к действию, с.

Время подготовки тормозов к действию зависит от конструкции тормозов, длины состава (количества осей) и условий торможения и определяется по формуле, приведённой в ПТР [1], т. к. 200 < n < 300, то формула имеет следующий вид, с:

, (4.3)

где 10, 15 - коэффициенты, зависящие от конструкции тормозов и длины состава;

- величина приведенного уклона, на котором осуществляется торможение, ‰;

- удельная тормозная сила при начальной скорости торможения,Н/кН.

Действительный тормозной путь при аналитическом способе расчета определяем по выражению:

(4.4)

где n - количество интервалов, на которые разбивается весь диапазон скоростей от до ;

i - номер интервала;

- скорость в начале и конце соответствующего интервала, км/ч;

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

- основное удельное сопротивление движению поезда на холостом ходу, Н/кН.

Средняя скорость в интервале, км/ч:

(4.5)

Расчет максимальной скорости движения по тормозам проведём в следующей последовательности:

1) Зададимся произвольным значением начальной скорости ;

2) Определим , и ;

3) Полученное значение сравниваем с установленным МПС;

4) Выбираем новое значение , если получившееся значение выходит за границы интервала, установленного МПС;

Значение , при котором соответствует установленному МПС, принимаем искомой допустимой скоростью движения по тормозам.

Значение () для средней скорости будем выписывать из таблицы удельных равнодействующих сил (таблица 3.2).

Значение в данном случае составляет - -17 ‰.

Пусть км/ч, тогда:

Н/кН;



4.2 Определение необходимого количества тормозных осей в поезде (тормозная задача 2 группы)

Данную задачу будем решать графическим методом по следующей последовательности:

1) Зададимся тремя значениями расчётного тормозного коэффициента:

2) Для каждого значения по формуле (4.2) определим Sп для двух значений начальной скорости (0 и 100 км/ч). В результате получим три пары точек, которые соединим прямыми линиями. Результаты представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Расчет подготовительного тормозного пути

Параметр
tП, с	23,33	18,89	16,67	15,33
SП(V=0), м	0	0	0	0
SП(V=100), м	648,67	525,11	463,33	426,27

3) Строим диаграммы для каждого из принятых трёх значений , по предварительно рассчитанным значениям и для скоростей от 0 до 100 км/ч, через каждые 10 км/ч. Результаты расчета удельных тормозных сил в зависимости от представлены в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Расчет удельных тормозных сил

V, км/ч	, Н/кН
	= 0,2	= 0,3	= 0,4	= 0,5
1	2	3	4	5
0	55,10	82,10	109,10	136,10
10	40,76	60,56	80,36	100,16
20	33,65	49,85	66,05	82,25
30	29,44	43,48	57,52	71,56
40	26,71	39,31	51,91	64,51
50	24,82	36,39	47,96	59,53
60	23,47	34,27	45,07	55,87
70	22,50	32,70	42,90	53,10
76,6	21,84	31,72	41,59	51,46
80	21,79	31,51	41,23	50,95
90	21,29	30,61	39,94	49,27
100	20,94	29,94	38,94	47,94

4) Из точки, соответствующей концу тормозного пути, по методу МПС построим зависимости для каждого из значений расчётного тормозного коэффициента, используя соответствующие зависимости .

5) Определяем точки пересечения зависимостей и , соответствующие каждому значению :

6) Строим в произвольном масштабе график зависимости по найденным точкам пересечения.

7) По заданной определяем потребный расчётный тормозной коэффициент :

8) По найденному значению определим минимально необходимое количество тормозных осей , которое должно быть включено в поезде, чтобы, двигаясь со скоростью по спуску iс, он смог остановиться на пути Sт:

 (4.6)

где Q - масса поезда, т;

- нажатие тормозных колодок на одну ось, т/ось.

9) Полученное значение сравним с фактическим количеством включённых тормозных осей в поезде. Фактическое количество включенных тормозных осей в поезде определяется по формуле:

nф = у?nос, (4.7)

где у - доля тормозных осей в составе;

nос - общее количество осей в поезде;

nф = 0,99?222 = 220осей;

;

Следовательно, движение данного состава с конструкционной скоростью по заданному максимальному спуску допустимо.

При построении зависимостей будем использовать следующие масштабы величин [3, с. 16, таблица 2]:

удельные силы: 1 кгс/т = k = 2 мм;

скорость: 1 км/ч = m = 2 мм;

путь: 1 км = y = 240 мм.

Графическое решение тормозной задачи второй группы приведено в Приложении Б. График зависимости приведён в Приложении В.

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 вести графическим способом МПС. Построение выполняется на листе миллиметровой бумаги формата 297 x 1000 мм, в левой части которого уже построены диаграммы удельных равнодействующих сил.

5.1 Построение кривой скорости

Предполагается, что в некотором интервале скорости ДV равнодействующая сила, приложенная к поезду, не изменяется. Интервал ДV в режиме тяги принимается не более 10 км/ч до выхода значения удельной силы тяги fк на автоматическую характеристику и не более 5 км/ч после выхода; в режиме выбега ДV = 10 км/ч , а в режиме торможения - не более 5 км/ч при скорости до 50 км/ч и не более 10 км/ч при скорости выше 50 км/ч.

Техника построения кривой скорости изложена в работах [2, 4]. Следует обратить внимание на следующие особенности построения кривой V = f(S).

1) Кривая скорости в последнем перед переломом профиля интервале должна заканчиваться точно на границе с рядом лежащим элементом, поэтому последняя хорда V = f(S) строится путем подбора последнего интервала скорости.

2) На спусках скорость доводится до максимально допустимой Vдоп (по тормозам, состоянию пути или конструкции подвижного состава), а в режиме тяги выключается при V = Vдоп-(5-10) км/ч; если необходимо, при достижении Vдоп производится поддтормаживание.

Кривая скорости при подтормаживании строится с использованием диаграммы удельных ускоряющих сил при регулировочном торможении f(V) = wo.x+0,5?bт, что соответствует второй ступени служебного торможения. Рекомендуется снижать скорость на 10-30 км/ч в зависимости от крутизны участка так, чтобы следующее торможение было через 1-2 мин (во избежание истощения тормозов).

При движении по затяжным спускам необходимо руководствоваться п. 1.4.8 ПТР [1], т.е. строить кривую в виде горизонтальной линии, проводимой ниже уровня допустимой скорости на величину поправки ДV.

3) При подходе к остановочным пунктам, на которых поезд принимается на боковой путь, необходимо уменьшать скорость перед входной стрелкой до Vстр, равной 40 - 60 км/ч (зависит от марки крестовины стрелочного перевода). Снижение скорости производится с помощью регулировочного торможения.

Кривая скорости при торможении строится в направлении против движения поезда от точки, находящейся от входной стрелки на расстоянии, равном половине длины поезда, чтобы поезд при проходе стрелки имел скорость V = Vстр. после прохода стрелки до остановки поезд можно вести в режиме тяги, холостого хода (выбега) или торможения, следя за тем, чтобы скорость не превысила допустимую для станционных путей.

Кривая скорости приведена в приложении А.

5.2 Построение кривой времени хода поезда по участку

Кривая t = f(S) строится с помощью ранее построенной кривой скорости V=f(S) на том же чертеже. Техника построения кривой t = f(S) изложена в работах [4, 5].

Кривая времени хода поезда приведена в приложении А.

5.3 Построение кривой тока

Кривые тока Iг = f(S) используется в тяговых расчетах для определения нагрева ТЭД или генераторов тепловозов, строятся они на чертеже, на котором ранее были построены кривые V = f(S) и t = f(S). Масштаб для тока выбирается произвольно.

При построении кривой тока следует руководствоваться кривой скорости V = f(S) и токовой характеристикой Iг = f(V) тягового генератора тепловоза. Токовые характеристики тепловозов приведены в ПТР [1].

В период трогания с места и разгона поезда значение тока Iг следует принимать в соответствии с ограничениями по сцеплению или пусковому току. После выхода на автоматическую характеристику, соответствующую крайнему (номинальному) положению контроллера машиниста (16-ое - для тепловоза ТЭ3, 15-е для остальных магистральных тепловозов), значение тока определяется по кривым Iг = f(V) с учетом режима работы ТЭД (ПП, ОП1, ОП2). Значение тока Iг определяется для скоростей, соответствующих начальной и конечной точкам каждого отрезка кривой V = f(S).

При скорости, соответствующей переходу из одного режима работы ТЭД в другой, необходимо определить два значения тока (для обоих режимов работы) и нанести их на чертеж (при этих значениях, т.е. при скоростях, при которых происходит переключение режимов работы, на кривой Iг = f(V) ток изменяется «скачком»). Около каждой из этих точек ставится условное обозначение режима работы ТЭД (ПП, ОП1, ОП2).

Нанесенные таким образом на график точки соединяются прямыми линиями, которые и образуют графическую зависимость Iг = f(S).

В местах выключения тока кривую обрывают и проводят от точки обрыва вертикальную линию вниз до нуля. Включение тока показывается вертикальной линией от нуля до значения тока, соответствующего скорости движения поезда в данной точке пути.

Кривая тока тягового генератора приведена в приложении А.

6. Техническая скорость поезда

Техническую скорость поезда по участку определяем по формуле, км/ч:

(6.1)

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

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

определяем по ранее построенной кривой времени .

7. Определение времени хода поезда способом равномерных скоростей

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

Для подъемов более крутых, чем расчетный, значение равномерной скорости принимаем равной расчетной. На элементах, где равномерная скорость получается выше максимально допустимой, принимаем равномерную скорость равной максимально допустимой.

Ко времени хода по перегонам, полученному при расчете приближенным способом, добавим 2 минуты на разгон и 1 минуту на замедление.

Все расчёты сведём в таблицу 7.1.

Таблица 7.1

Расчёт времени хода способом равномерных скоростей

Номер элемента спрямленного профиля	Длинна элемента S, км	Крутизна уклона i, ‰	Vрав, км/ч	, мин/км	, мин	Время на разгон и замедление, мин
1	2	3	4	5	6	7
1	0,65	0	76,6	0,78	0,51	2
2	1,7	-9,4	76,6	0,78	1,33	-
3	0,7	11,2	24,2	2,48	1,74	-
4	1,5	-5,8	76,6	0,78	1,17	-
5	1,8	7,1	35	1,71	3,09	-
6	1,8	1,1	76,6	0,78	1,41	-
7	0,7	-16	76,6	0,78	0,55	-
8	0,6	12,5	24,2	2,48	1,49	-
9	4,5	10,5	24,2	2,48	11,16	-
10	0,8	-2	76,6	0,78	0,63	-
11	2,1	1,8	73	0,82	1,73	-
12	5,5	-8,8	76,6	0,78	4,31	-
13	2,1	9,1	29	2,07	4,34	-
14	3	-7,5	76,6	0,78	2,35	-
15	0,7	11,2	24,2	2,48	1,74	-
16	0,5	0	76,6	0,78	0,39	-
17	0,9	-12	76,6	0,78	0,70	-
18	2,2	-0,4	76,6	0,78	1,72	-
19	0,6	-14	76,6	0,78	0,47	-
20	0,4	15	24,2	2,48	0,99	-
21	2,6	-7,4	76,6	0,78	2,04	-
22	0,4	7	36	1,67	0,67	-
23	1	-12,2	76,6	0,78	0,78	-
24	1,2	9,7	27	2,22	2,67	-
25	0,5	0	76,6	0,78	0,39	1

Общее время хода поезда по участку определяем по формуле, мин.:

(7.1)

t=0,65+1,33+1,74+1,17+3,09+1,41+0,55+1,49+11,16+0,63+1,73+4,31+4,34+2,35+1,74+0,39+0,7+1,72+0,47+0,99+2,04+0,67+0,78+2,67+0,39+2+1=51,36 мин.

В результате получим , откуда видно, насколько оно отличается от определённого по кривой времени (t = 48,7 минут).

8. Проверка тяговых электрических машин на нагревание

Проверку на нагревание электрических машин тепловоза выполним, руководствуясь построенной кривой тока и кривой времени . У тепловоза 2ТЭ116 на нагревание проверим обмотки якорей тяговых электродвигателей.

Для расчетов по проверке обмоток электромашин на нагревание при движении локомотива в режиме тяги будем пользоваться следующим выражением:

(8.1)

где - превышение температуры обмоток тягового электродвигателя над температурой окружающей среды, °С;

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

- промежуток времени, в течение которого величина тока принимается постоянной, мин;

- установившееся превышение температуры обмоток электромашины над температурой окружающего воздуха, °С;

T - тепловая постоянная времени (для данного значения тока), мин.

Расчетные интервалы времени будем выбирать так, чтобы было выдержано соотношение:

(8.2)

Изменение температуры обмоток электромашин при движении тепловоза в режимах холостого хода и торможении (когда ток в силовой цепи отсутствует) определяем по формуле:

(8.3)

Первоначальное превышение температуры обмоток тяговых электродвигателей в момент отправления поезда со станции принимаем 15 °С.

Все расчёты по определению температур обмоток тяговых электромашин тепловоза сведём в таблицу 8.1.

Как видно из таблицы максимальная температура перегрева обмоток якоря тягового электродвигателя составляет 54,59°С.

Проверим перегрев обмотки якоря по формуле:

(8.4)

где - допускаемое превышение температуры обмоток ТЭД для класса F, .

Значит, обмотка перегреваться не будет и изоляция не разрушится.

Таблица 8.1

Расчёт температур обмотки якоря тягового электродвигателя тепловоза 2ТЭ116 на заданном участке

Элементы спрямлённого профиля	Iг ср, А	Iд ср, А	Дt, мин	ф?, °С	Т, мин				, °С
№	Крутизна i, ‰	Длина S, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1	0	1300	5820	970	0,5	240,00	45	0,011	0,989	2,67	15	14,83	17,50
			5225	870,8333	0,3	182	39,3	0,008	0,992	1,39	17,50	17,37	18,76
			4410	735	0,5	116	34	0,015	0,985	1,71	18,76	18,48	20,19
			3495	582,5	0,6	76	30	0,020	0,980	1,52	20,19	19,78	21,30
2	-9,4	1700	3075	512,5	0,2	65	28,5	0,007	0,993	0,46	21,30	21,15	21,61
			3420	570	0,3	74	29,5	0,010	0,990	0,75	21,61	21,39	22,14
			3120	520	0,3	66	28,6	0,010	0,990	0,69	22,14	21,91	22,60
			3680	613,3333	0,1	83	30,5	0,003	0,997	0,27	22,60	22,53	22,80
			0	0	0,6	0	24,3	0,025	0,975	0,00	22,80	22,24	22,24
			3415	569,1667	0,6	74	29,5	0,020	0,980	1,51	22,24	21,78	23,29
3	11,2	700	3175	529,1667	0,4	67	29	0,014	0,986	0,92	23,29	22,97	23,89
			3355	559,1667	0,4	73	29,2	0,014	0,986	1,00	23,89	23,57	24,57
4	-5,8	1500	3355	559,1667	0,3	73	29,2	0,010	0,990	0,75	24,57	24,31	25,06
			3120	520	0,4	66	28,6	0,014	0,986	0,92	25,06	24,71	25,64
			3680	613,3333	0,2	83	30,5	0,007	0,993	0,54	25,64	25,47	26,01
			3540	590	0,5	80	30	0,017	0,983	1,33	26,01	25,58	26,91
			3400	566,6667	0,2	73,5	29,4	0,007	0,993	0,50	26,91	26,73	27,23
5	7,1	1800	3400	566,6667	0,3	73,5	29,4	0,010	0,990	0,75	27,23	26,95	27,70
			3560	593,3333	1	80,6	30,1	0,033	0,967	2,68	27,70	26,78	29,46
			3740	623,3333	0,5	86	31	0,016	0,984	1,39	29,46	28,98	30,37
			3740	623,3333	0,6	86	31	0,019	0,981	1,66	30,37	29,78	31,45
6	1,1	1800	3630	605	1	81,5	30,21	0,033	0,967	2,70	31,45	30,41	33,10
7	-16	700	3510	585	0,2	79,5	29,9	0,007	0,993	0,53	33,10	32,88	33,41
			0	0	0,5	0	24,3	0,021	0,979	0,00	33,41	32,73	32,73
8	12,5	600	3600	600	0,6	81	30,2	0,020	0,980	1,61	32,73	32,08	33,69
9	10,5	4500	3820	636,6667	0,7	90	31,5	0,022	0,978	2,00	33,69	32,94	34,94
			4130	688,3333	0,4	101	32,2	0,012	0,988	1,25	34,94	34,50	35,76
			3570	595	0,6	80,5	30,15	0,020	0,980	1,60	35,76	35,05	36,65
			4005	667,5	1,1	97	32	0,034	0,966	3,33	36,65	35,39	38,72
			3585	597,5	0,2	80,8	30,18	0,007	0,993	0,54	38,72	38,47	39,00
			3730	621,6667	0,2	86	31	0,006	0,994	0,55	39,00	38,75	39,30
			4075	679,1667	2,2	100	32	0,069	0,931	6,88	39,30	36,60	43,48
			4350	725	3,4	115	34	0,100	0,900	11,50	43,48	39,13	50,63
10	-2,2	800	4075	679,1667	0,5	100	32	0,016	0,984	1,56	50,63	49,84	51,40
			3490	581,6667	0,5	76	29,6	0,017	0,983	1,28	51,40	50,53	51,82
			3075	512,5	0,3	64	28,5	0,011	0,989	0,67	51,82	51,27	51,94
			3485	580,8333	0,2	76	29,6	0,007	0,993	0,51	51,94	51,59	52,11
11	1,8	2100	3340	556,6667	0,8	74	29,5	0,027	0,973	2,01	52,11	50,69	52,70
			3160	526,6667	1,7	67	29	0,059	0,941	3,93	52,70	49,61	53,54
12	-6,2	900	3390	565	0,7	74	29,5	0,024	0,976	1,76	53,54	52,27	54,02
13	-8,8	5500	3000	500	0,1	63,2	28,3	0,004	0,996	0,22	54,02	53,83	54,06
			3700	616,6667	0,1	83	30,5	0,003	0,997	0,27	54,06	53,88	54,15
			3570	595	0,5	80,5	30,15	0,017	0,983	1,33	54,15	53,25	54,59
			0	0	2,05	0	24,3	0,084	0,916	0,00	54,59	49,98	49,98
			0	0	2,05	0	24,3	0,084	0,916	0,00	49,98	45,77	45,77
14	9,1	2100	3500	583,3333	1	100	32,1	0,031	0,969	3,12	45,77	44,34	47,46
			3850	641,6667	0,6	91	31,5	0,019	0,981	1,73	47,46	46,55	48,29
			3550	591,6667	0,6	80,5	30,1	0,020	0,980	1,60	48,29	47,32	48,93
			4155	692,5	0,4	103	32,3	0,012	0,988	1,28	48,93	48,32	49,60
			3640	606,6667	0,1	82	30,3	0,003	0,997	0,27	49,60	49,43	49,70
15	-7,5	3000	0	0	2,05	0	24,3	0,084	0,916	0,00	49,70	45,51	45,51
			0	0	2,05	0	24,3	0,084	0,916	0,00	45,51	41,67	41,67
			3000	500	0,2	63,2	28,3	0,007	0,993	0,45	41,32	41,03	41,47
			3385	564,1667	0,7	74	29,5	0,024	0,976	1,76	41,47	40,49	42,24
16	11,2	700	3440	573,3333	0,7	74,5	29,6	0,024	0,976	1,76	42,24	41,25	43,01
17	0	500	3520	586,6667	0,7	75	29,7	0,024	0,976	1,77	43,01	41,99	43,76
18	-12	900	3190	531,6667	0,2	67,5	29,1	0,024	0,976	1,62	43,76	42,71	44,33
			3560	593,3333	0,3	81	30,1	0,007	0,993	0,54	44,33	44,04	44,58
			0	0	0,1	0	23,4	0,013	0,987	0,00	44,58	44,00	44,00
19	-0,4	2200	0	0	2	0	23,4	0,004	0,996	0,00	44,00	43,82	43,82
20	-14	600	0	0	0,5	0	23,4	0,085	0,915	0,00	43,82	40,07	40,07
21	15	400	3300	550	0,4	73,5	29,4	0,017	0,983	1,25	40,07	39,39	40,64
22	-7,4	2600	3300	550	0,4	73,5	29,4	0,014	0,986	1,00	40,64	40,09	41,09
			0	0	1,7	0	23,4	0,017	0,983	0,00	41,09	40,38	40,38
23	7	400	0	0	0,4	0	23,4	0,073	0,927	0,00	40,38	37,45	37,45
24	-12,2	1000	0	0	1,3	0	23,4	0,017	0,983	0,00	37,45	36,81	36,81
25	9,7	1200	3840	640	1,7	91	31,5	0,041	0,959	3,76	36,81	35,29	39,05
26	0	1000	3680	613,3333	0,5	83	30,5	0,056	0,944	4,63	39,05	36,87	41,50
			0	0	0,7	0	23,4	0,021	0,979	0,00	41,50	40,61	40,61

9. Определение расхода дизельного топлива на передвижение поезда по участку

Расход дизельного топлива тепловозом на заданном участке определяем по формуле, кг:

(10.1)

где G - расход дизельного топлива тепловозом на режиме тяги при 15-том положении рукоятки контроллера, кг/мин;

- суммарное время работы тепловоза в режиме тяги, мин;

- расход топлива тепловозом при выключенном токе (режимы холостого хода и торможения), кг/мин;

- суммарное время движения тепловоза в режимах холостого хода и торможения, мин.

кг/мин;

кг/мин;

кг/мин;

Удельный расход топлива на измеритель, кг/(104?т•км),

(10.2)

где Q - масса состава, т;

L - длина участка, для которого выполнены тяговые расчёты, км.

Удельный расход топлива приведём к удельному расходу условного топлива, кг/(104·т•км):

(10.3)

где Э - эквивалент дизельного топлива.

10. Определение коэффициента трудности участка

Коэффициент трудности участка (виртуальный коэффициент) представляет собой отношение механической работы, затраченной локомотивом на перемещение состава по заданному участку, к механической работе, затраченной тем же локомотивом на перемещение состава той же массы по прямому горизонтальному участку пути длиной, равной длине заданного участка. Следовательно, виртуальный коэффициент показывает, во сколько раз данный участок по затрате механической работы на ведение поезда труднее прямого горизонтального пути той же протяжённости.

Виртуальный коэффициент заданного участка определяется как отношение соответствующих расходов топлива:

(11.1)

где Е - расход топлива на заданном участке, кг;

Е0 - расход топлива на прямом горизонтальном участке пути (площадке) той же длины, кг,

(11.2)

где - время хода поезда по площадке, мин,

(11.3)

где - равномерная скорость на площадке, км/ч;

G - расход дизельного топлива тепловозом на режиме тяги, кг/мин.

Данный участок в 1,03 раза труднее, чем прямой горизонтальный участок пути (площадка) той же длины.

Заключение

Выполнен анализ профиля пути в результате чего выбраны: ‰ , ‰; а также выполнено спрямление пути. Определена масса состава , с учётом её проверки по длине приёмоотправочных путей, раздельных пунктов. Определён максимальный подъем, на котором возможно трогание с места: ‰. Построены диаграммы удельных равнодействующих сил для режимов тяги, холостого хода и торможения. Определены максимально допустимые скорости движения поезда на более крутом спуске участка при заданных тормозных средствах км/ч.

По кривой времени определено время хода по перегонам мин. и техническая скорость движения поезда на участке км/ч. Рассчитано время хода поезда по участку способом равномерных скоростей t = 52,26 мин. Проверены тяговые электродвигатели тепловоза на нагревание °С не превысило допустимой температуры обмоток якорей ТЭД °С над температурой окружающего воздуха.

Определён расход топлива кг и коэффициент трудности участка .

Библиографический список

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