Сравнение основных показателей тепловозной и электрической тяги (ТЭМ2У и ВЛ40)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Определение основного удельного сопротивления движению

1.1 Определение основного удельного сопротивления тепловоза

1.2 Определение основного удельного сопротивления электровоза

1.3 Определение общего полного сопротивления поезда

2. Определение средней скорости движения поезда, по участку используя различные режимы тяги

2.1 Определение средней скорости движения поезда, по участку используя различные режимы тяги для тепловоза

2.2 Определение средней скорости движения поезда, по участку используя различные режимы тяги для электровоза

3. Определение касательной мощности локомотива

3.1 Определение касательной мощности тепловоза

3.2 Определение касательной мощности электровоза

4. Определение расходов энергоресурсов различными видами тяги

4.1 Определение расхода топлива тепловозом на тягу поездов

4.2 Определение расходов электроэнергии электровозом

5. Сравнение электровозной и тепловозной тяги

5.1 Сравнение видов тяги по расходу энергоресурсов

5.1.1 Определение стоимости перевозок при различных видах тяги

5.2 Сравнение локомотивов по тяговым характеристикам

6. Индивидуальное задание

Список литературы

ЗАДАНИЕ

по выполнению курсовой работы «Локомотивы» (общий курс)

студент: Фёдорова А.Е. Группа: Л-1002 Вариант: 50

ДАНО:

1. Серия тепловоза: ТЭМ2У;

2. Число секций тепловоза: 1;

3. Серия электровоза: ВЛ40;

4. Число секций электровоза: 1;

5. Вес состава: 1200 т.;

6. Длина эксплуатируемого участка: 120 км.;

7. Расчётный подъём: 50/00;

8. Характеристика состава

8.1 Масса 4-х осных вагонов на роликовых подшипниках:780 т.(65%);

8.2 Масса 6-ти осных вагонов на роликовых подшипниках: 420т.(35%);

9. Тема индивидуального задания: «Взаимодействие колёс подвижного состава и рельсового пути».

НЕОБХОДИМО рассчитать или выбрать:

1. Удельное и полное сопротивление движение поезда по перегону.

2. Определить среднюю участковую скорость и время движения поезда по перегону.

3. Определить расход энергоресурсов на тягу поездов.

4. Провести сравнение двух видов тяги.

5. Выполнить индивидуальное задание.

Тепловоз ТЭМ2У

В конце 1978 г. Брянский машиностроительный завод построил опытный тепловоз ТЭМ2У, который в отличие от тепловозов ТЭМ2 имел измененную форму капота и кабины машиниста, а также ряд новых устройств (новый пульт управления, глушитель шума, поперечные стяжки подвесок тормозных колодок, препятствующие сползанию тормозных колодок с бандажей, улучшенную теплоизоляцию и др.). На тепловозе улучшена конструкция дизель-генератора, рессорного подвешивания, предусмотрен электрический подогрев воды в системе охлаждения. Сцепная масса тепловоза увеличена до 123,6 т. С 1984 г. завод начал серийное изготовление тепловозов ТЭМ2У.

Тепловоз ТЭМ2У- маневровый, односекционный, мощностью 882 кВт (1200 л. с.) предназначен для маневровой и вывозной работы.

Силовая установка тепловоза состоит из дизеля марки ПД1М и электрической передачи постоянного тока. Тяговый генератор марки ТП300Б прикреплен к дизелю через фланец. Привод колесных пар индивидуальный с опорно-осевой установкой тяговых двигателей марки ЭД118А.

Тепловоз может оборудоваться дистанционным приводом контроллера для обеспечения управления машинистом без помощника. На тепловозе применен механический отключаемый привод вентилятора холодильника.

В выпускной системе дизеля применено искро-гасящее устройство, а на всасывании -- глушитель шума.

Холодильник тепловоза оборудован секциями для охлаждения воды и масла дизеля. Секции охлаждения масла дизеля с турбулизаторами потока жидкости. Имеется система автоматического регулирования температуры воды и масла.

Кузов -- капотного типа. Доступ к оборудованию, расположенному под капотом, обеспечивается через двухстворчатые двери.

Тележки тепловоза -- трехосные с одноступенчатым сбалансированным рессорным подвешиванием.

Тепловоз ТЭМ2У является базовой моделью, на основе которой разработаны и могут выпускаться варианты конструктивного исполнения этого типа:

тепловоз ТЭМ2А, экипажная часть которого приспособлена для колен шириной 1520 и 1435 мм без замены тележек;

тепловоз ТЭМ2М, отличающийся от базовой модели применением дизеля типа 6Д49 (8ЧН26/ /26) вместо ПД1Мтепловоз ТЭМЗ, приспособленный для работы в климатических районах с низкими температурами и имеющий тележки с бесчелюстными буксами, унифицированные с тележками современных магистральных тепловозов;

тепловоз ТЭМ2Э, ТЭМ2Т и другие модификации, предназначенные для поставок на экспорт, в том числе в страны с тропическим климатом.

Род службы	Маневровый
Тип передачи	Электрическая
Число ведущих осей	6
Тип дизеля	V-образный четырёхтактный
Осевая формула	3о-3о
Ширина колеи, мм	1520
Мощность, кВт (л.с.)	882 (1200)
Число секций	1
Конструкционная скорость по экипажу, км/ч	100
Расчётная скорость по экипажу, км/ч	12
Масса тепловоза, т.	123,6-3%
Нагрузка на рельсы от каждой колёсной пары, кН.	196±3% (20±3%)
Минимальный радиус прохождения кривых, м.	80
Количество воды в системе, л	1000
Количество масла в системе, л	430
Запас, кг:
-топлива	5400
-песка	2000

Электровоз ВЛ40

Род тока и напряжение в контактной сети	переменный, 25 кВ, 50 Гц
Конструкционная скорость	110 км/ч
Длительная мощность ТЭД	4x740 кВт
Скорость длительного режима	56 км/ч

В начале 60-х годов на Новочеркасском и Тбилисском электровозостроительных заводах велось проектирование четырехосных электровозов переменного тока для обслуживания пассажирского движения. Мощность этих локомотивов составляла всего 3000--3200 кВт, сцепной вес порядка 84 тс. Новочеркасский электровозостроительный завод ограничился лишь проектом электровоза Н40. Тбилисский электровозостроительный завод им. В. И. Ленина построил два опытных образца четырехосных электровоза (по проекту тип Т40). Электровоз, получивший обозначение ВЛ40-002, был изготовлен в 1966 г., а электровоз ВЛ40-001 --в 1969 г.

Кузова электровозов выполнены из профильной и листовой стали; отдельные элементы сварены между собой. Электровоз ВЛ40-002 имеет двухосные тележки, колесные пары каждой из которых приводятся одним тяговым электродвигателем. Конструкция тележек разработана ВНИИЭМ, изготовлены тележки на Ворошиловградском тепловозостроительном заводе им. Октябрьской революции.

Опоры кузова люлечного типа с вертикальным расположением подвесок имеют упругие боковые упоры с регулируемым предварительным натягом пружин. Буксы выполнены с поводками (бесчелюстными) с демпфирующими и амортизирующими устройствами, подшипники с цилиндрическими роликами без разбега, вращающий момент на колесную пару передается через шарнирно-карданную муфту. Передаточное отношение редуктора (29:43)*(43:64)=1:2,207. Диаметр новых колес 1250 мм. Тяговое усилие от тележек к кузову передается наклонными тягами. Каждое колесо имеет двустороннее нажатие гребневых колодок от собственного тормозного цилиндра. Длина электровоза по осям автосцепок 19 020 мм, общая колесная база 11 400 мм и колесная база тележки 2200 мм.

В кузове электровоза установлен трансформатор, переключатель ступеней и переходные реакторы по типу аналогичного оборудования электровозов ВЛ80к, т. е. напряжение регулируется на вторичной стороне трансформатора.

Каждый тяговый электродвигатель получает питание от вторичных обмоток силового трансформатора через свою выпрямительную установку, состоящую из кремниевых вентилей ВКД-200 9--10-го классов. Схема выпрямленная, двухполупериодная, мостовая. Плечо состоит из 17 параллельных ветвей по четыре последовательно соединенных вентиля в каждой. Для пуска электровоза и регулирования его скорости имеется 33 ступени напряжения и три ступени ослабления возбуждения (69, 50 и 40%). По первоначальному проекту намечалось применение высоковольтного регулирования напряжения.

Тяговый электродвигатель ЭТ-1600, разработанный и изготовленный ВНИИЭМ, представляет собой восьмиполюсную машину пульсирующего тока с последовательным возбуждением без компенсационной обмотки. Все изоляционные материалы, примененные в нем, рассчитаны на рабочие температуры, допускаемые для изоляции класса Н. Магнитопровод остова изготовлен из листовой стали. При общем весе тележки 22 тс с тяговым электродвигателем (6,6 тс) необрессоренный вес составляет всего 5,5 тс (2,25 тс на колесную пару). Тяговые электродвигатели ЭТ-1600 при напряжении на выводах 950 В имеют следующие параметры:

Режим	Мощность, кВт	Ток, А	Частота вращения якоря, об/мин
Часовой режим	1600	1790	800
Длительный режим	1440	1620	895

Редуктор выполнен совместно с тяговым электродвигателем в виде отдельного блока, подвешенного к раме тележки.

Тяговыми электродвигателями управляют с помощью контроллера машиниста с двумя рукоятками: главной и реверсивной. Главная рукоятка имеет следующие положения: экстренное выключение, нулевое, автоматическое выключение, ручное выключение, фиксация, ручной пуск и автоматический пуск. У реверсивной рукоятки шесть положений: «назад», «О», «вперед», «ОП1», «ОП2» и «ОПЗ».

Вспомогательные машины получают питание через статический фазорасщепитель, который представляет собой фазосдвигающий трансформатор. Он имеет три обмотки: первичную, конденсаторную и выходную. К выходной обмотке присоединены зажимы двух двухфазных электродвигателей быстроходных компрессоров и шесть двухфазных электродвигателей осевых вентиляторов.

На электровозе ВЛ40-001 применены тележки и тяговые электродвигатели ТЛ-1, спроектированные Тбилисским электровозостроительным заводом. Оборудование, установленное в кузове, не отличается от оборудования электровоза ВЛ40-002. Тяговый односторонний редуктор помещен в раме тележки и его корпус является несущим элементом рамы. Редуктор имеет пять зубчатых колес, из них два промежуточных. Передаточное отношение редуктора (39:44)-(44:61)=1:1,56,4. Длина и колесная база электровоза ВЛ40-001 такие же, как у электровоза ВЛ40-002.

Тяговый электродвигатель ТЛ-1 весом 8000 кгс выполнен в виде двенадцатиполюсной машины без компенсационной обмотки. При напряжении на выводах 950В электродвигатель имеет следующие параметры:

Режим	Мощность, кВт	Ток, А	Частота вращения якоря, об/мин
Часовой режим	1600	1800	530
Длительный режим	1530	1720	550

В связи с тем, что к концу 60-х годов локомотивы мощностью 3200 кВт и сцепным весом порядка 88 тгс уже не могли обеспечить нормальное обслуживание пассажирских поездов, а из Чехословацкой Социалистической Республики начали поступать шестиосные пассажирские электровозы мощностью 5100 кВт, дальнейшие работы по четырехосным электровозам были прекращены.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ПОЕЗДА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ТЯГИ

1.1 Определение основного удельного сопротивления движению локомотивов

Неуправляемые внешние силы, направленные в сторону противоположную направлению движения поезда, и, следовательно, препятствующее его движению, называются действительными силами сопротивления движению.

Сопротивлением движению поезда называют эквивалентную силу, приложенную в зонах (точках) касания колёс с рельсами, на преодоление которой затрачивается такая же работа, как и на преодоление всех неуправляемых действительных сил, препятствующих движению.

Классификация сил сопротивления основана на их разделении по следующим признакам, с соответствующими обозначениями:

а) по отношению к весу подвижного состава различают:

-полное сопротивление -W,Н;

-удельное сопротивление - w,Н/кН.

б) по условиям эксплуатации:

-основное сопротивление - W0,w0;

-дополнительные сопротивления -Wдоп,wдоп;

-добавочное сопротивление при трогании с места -Wтр,wтр;

-общее сопротивление -Wк,wк.

Общее сопротивление движению подвижного состава представляет собой алгебраическую сумму основного, дополнительных и добавочного сопротивлений.

Определение основного удельного сопротивления движению локомотивов производится по следующей эмпирической зависимости, Н/кН

щ0'=1,9+0,01*V+0,0003*V2 ,(1)

где V - Скорость движения локомотива, км/ч

Для тепловоза - определяются два значения основного удельного сопротивления движению локомотива w0: при движении с расчётной vр и конструкционной vк скоростями; значения расчётной vр и конструкционной vк скоростей движения принимаются по данным ПТР.

Для электровозов - расчёты величины w0 проводятся для скоростей движения: длительного режима v? и конструкционной vк; значения скорости длительного режима v? и конструкционной скорости vк движения принимаются по данным ПТР.

1.1.1 Определение основного удельного сопротивления тепловоза.

vк=100 км/ч; vр=12 км/ч.

щ0'=1,9+0,01*100+0,0003*1002 (для vк)

щ0'=4,9 Н/кН

щ0'=1,9+0,01*12+0,0003*122 (для vр)

щ0'=2,06 Н/кН

1.2 Определение основного удельного сопротивления электровоза

vк=110 км/ч; v?=56 км/ч.

щ0'=1,9+0,01*110+0,0003*1102 (для vк)

щ0'=6,63 Н/кН

щ0'=1,9+0,01*56+0,0003*562 (для v?)

щ0'=3,4 Н/кН

1.2 Определение основного удельного сопротивления движению поезду (вагонов).

Основное удельное сопротивление движению грузового состава поезда, состоящего из четырёх- и шестиосных вагонов, определяется по следующей формуле:

щ0”=бщ04”+вщ06” (2)

где б, в - доля веса четырёх- и шестиосных вагонов в составе поезда, соответственно (из задания).

щ04” - основное удельное сопротивление движению четырёхосных вагонов на роликовых подшипниках, Н/кН;

щ06” - основное удельное сопротивление движению щестиосных вагонов, Н/кН.

Величины щ04” и щ06” определяются по эмпирическим формулам в зависимости от загрузки вагонов q0, скорости движения v и типа пути.

щ04”= 0,7+, (3)

щ06”= 0,7+, (4)

q04= 1200*0,65=780; б=0,65;

q06= 1200*0,35=420 в=0,35

а) расчёты основного удельного сопротивления движению состава поезда для тепловоза:

для четырёхосных вагонов:

щ04”= 0,7+ (при vк);

щ04”=1,19 Н/кН

щ04”= 0,7+ (при vр);

щ04”=0,76 Н/кН

для шестиосных вагонов:

щ06”= 0,7+ (при vк);

щ06”=1,72 Н/кН

щ06”= 0,7+ (при vр);

щ06”=0,93 Н/кН

щ0”=0,65*1,19+0,35*1,72 (при vк);

щ0”=1,38 Н/кН

щ0”=0,65*0,76+0,35*0,93 (при vр);

щ0”=0,82 Н/кН

б) расчёты основного удельного сопротивления движению состава поезда для электровоза:

для четырёхосных вагонов:

щ04”= 0,7+ (при vк);

щ04”=1,27 Н/кН

щ04”= 0,7+ (при v?);

щ04”=0,91 Н/кН

для шестиосных вагонов:

щ06”= 0,7+ (при vк);

щ06”=1,87 Н/кН

щ06”= 0,7+ (при v?);

щ06”=1,21 Н/кН

щ0”=0,65*1,27+0,35*1,87 (при vк);

щ0”=1,48 Н/кН

щ0”=0,65*0,91+0,35*1,21 (при v?);

щ0”=1,015 Н/кН

1.3 Определение общего полного сопротивления движению поезда

Общее полное сопротивление движению поезда Wк представляет собой алгебраическую сумму основного и дополнительного сопротивления от уклона профиля пути сопротивлений, Н

Wк= W0+ Wi (5)

где W0 - основное положение сопротивления движению поезда, Н

W0= щ0'P+ щ0”Q (6)

где щ0' - основное удельное сопротивление движению локомотива, Н/кН; определяется по уравнению (1);

щ0” - основное удельное сопротивление движению состава поезда, Н/кН; определяется по формуле (2)

P - сцепной вес локомотива, кН; определяется по данным ПТР; Pт=2380 кН; Pэ=1840 кН;

Q - вес состава поезда, кН; (из задания); Q=30000 кН;

Wi - дополнительное сопротивление движению поезда от уклона профиля пути, Н; определяется по следующей зависимости:

Wi=ip(P+Q) (7)

ip - крутизна расчётного уклона (подъёма),0/00 (из задания). ip=50/00

Подставив (6) и (7) в уравнение (5), после простейших алгебраических преобразований получим, Н

Wк=(щ0'+ ip)* P+( щ0”+ ip)*Q (8)

а) определение Wк для тепловоза - при ведении поезда с расчётной vр:

Wк=(2,06+ 5)* 2380+( 0,82+5)*30000=191402,8

при ведении поезда с конструкционной vк:

Wк=(4,9+5)* 2380+( 1,38+5)*30000=207822

б) определение Wк для электровоза - при ведении поезда со скоростью длительного режима v?:

Wк=(3,4+5)* 1840+( 1,015+5)*30000=195906

при ведении поезда с конструкционной vк:

Wк=(6,63+5)* 1840+( 1,48+5)*30000=215799,2

Таблица 1

Результаты расчётов величины общего полного сопротивления движению поезда Wк

Расчётная	Тепловоз	Электровоз
	vр км/ч	vк км/ч	v? км/ч	vк км/ч
щ0',Н/кН	2,06	4,9	3,4	6,63
щ04”,Н/кН	0,76	1,19	0,91	1,27
щ06”, Н/кН	0,93	1,72	1,21	1,87
щ0”, Н/кН	0,82	1,38	1,015	1,48
Wк, кН	191402,8	207822	207822	215799,2

Вывод:

По данным таблицы 1,можно определить, что общее полное сопротивление движения электровоза, превышает общее полное сопротивление движения тепловоза.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ И ВРЕМЕНИ ХОДА ПО УЧАСТКУ

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

Для определения скорости и времени хода поезда по участку предлагается использовать способ равновесных скоростей, который относится к числу приближённых методов.

Равновесной скоростью называют скорость установившегося равномерного движения на уклоне известной крутизны (например, на расчётном подъёме) продольного профиля пути.

Скорость равномерного движения поезда v^, на уклоне крутизной ip находят решением уравнения движения поезда из условия равновесия силы тяги локомотива Fк и общего полного сопротивления движения поезда Wк.

Таким образом можно записать:

Fк=Wк (9)

Определение средней (равновесной) скорости движения по участку графическим методом сводится к определению точек пересечения тяговой характеристики Fк=f(v) заданной серии локомотива и кривой общего полного сопротивления движению поезда Wк=f(v), ведомого этим локомотивом.

Для тепловоза: vср=13 км/ч;

Для электровоза: vср=58 км/ч.

2.2 Определение времени хода поезда по участку.

Время хода поезда по участку во главе с локомотивом данного типа можно определить по следующей формуле:

ti= (мин) (10)

где S - длина участка обращения локомотивов, км;

Vсрi - средняя (равновесная) скорость движения поезда во главе с локомотивом i-го типа, км/ч.

tтеп==553,85; tэл==124,14

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАСАТЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ЛОКОМОТИВОВ

Касательной мощностью локомотива называют мощность, развиваемую на его ведущих колёсах и используемую для движения поезда.

Касательную мощность (на ободе колёс) локомотива целесообразно определять по параметрам тяговой характеристики тепловоза или электровоза.

Так, касательная мощность тепловоза Nк может быть определена из следующего выражения, кВт

Nк= (11)

где vi - текущее значение скорости, км/ч;

Fki - текущее значение касательной силы тяги, Н; определяется по тяговой характеристике Fк=f(v) локомотива с учётом числа секций. Касательная мощности электровоза Pк, кВт

Pк= (12)

3.1 Определение касательной мощности тепловоза

(vср=10)Nк=(23000*10)/3600=63,9; (vср=60)Nк=(4000*60)/3600=66,7;

(vср=20)Nк=(11500*20)/3600=63,9; (vср=70)Nк=(3500*70)/3600=68,1;

(vср=30)Nк=(8000*30)/3600=66,7; (vср=80)Nк=(3000*80)/3600=66,7;

(vср=40)Nк=(6000*40)/3600=66,7; (vср=90)Nк=(2000*90)/3600=50;

(vср=50)Nк=(4600*50)/3600=63,9; (vср=100)Nк=(1500*100)/3600=41,7.

3.2 Определение касательной мощности электровоза

(vср=10)Pк=(38500*10)/3600=107; (vср=60)Pк=(20000*60)/3600=333;

(vср=20)Pк=(36500*20)/3600=203; (vср=70)Pк=(12500*70)/3600=243;

(vср=30)Pк=(36000*30)/3600=300; (vср=80)Pк=(9000*80)/3600=200;

(vср=40)Pк=(35500*40)/3600=394; (vср=90)Pк=(6500*90)/3600=163;

(vср=50)Pк=(31000*50)/3600=431; (vср=100)Pк=(5000*100)/3600=139.

Таблица 2

v,км/ч	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
,кН	23000	11500	8000	6000	4600	4000	3500	3000	2000	1500
Nк,кВт	63,9	63,9	66,7	66,7	63,9	66,7	68,1	66,7	50	41,7
,кН	38500	36500	36000	35500	31000	20000	12500	9000	6500	5000
Pк,кВт	107	203	300	394	431	333	243	200	163	139

Вывод:

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

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ ТЯГИ

4.1 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

= Gмин *nС*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 vср определить величину Gмин; Gмин= 5,8 кг/мин.

nc - число секций тепловоза;

tТ - время хода поезда во главе с тепловозом;

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

= (14)

где - значение силы тяги при движении тепловоза со средней (равновесной) скоростью движения vсрi Н; определяется по тяговой характеристике тепловоза Fк=f(v);

S - длина эксплуатационного участка, км (из задания)

??min - средний кпд тепловозной тяги; (можно принять 0,3-0,32);

- удельная теплота сгорания дизельного топлива, кДж/кг;

можно принять =42700 кДж/кг.

=5,8*1*553,85 =3212,33

=1946,81

4.2 Определение расхода электроэнергии электровозом постоянного тока.

Расход электроэнергии электровозом определяется двумя способами :

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

= (15)

где Uкс - напряжение на контактной сети постоянного тока, В; можно принять Uкс=3000В;

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 Iэ=f(v), затем по кривой Iэ=f(v), для скорости vср определить величину Iэср.

Iэср=1540 А.

б) Определение расхода электроэнергии электровозом по выполненной механической работе, кВт*ч:

(16)

где Fкср - значение силы тяги при движении электровоза постоянного тока со средней (равновесной) скоростью движения vср, Н; определяется по тяговой характеристике электровоза Fк=f(v);

vср - средняя скорость движения электровоза;

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

эт - средний к.п.д. электрической тяги4 можно принять 0,34 - для электрической тяги постоянного тока и 0,44 - электрической тяги переменного тока.

=95587,8

=126942,82

5.СРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОЗНОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ

5.1 Сравнение видов тяги по расходу энергоресурсов.

5.1.1 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= (18)

б) Стоимость перевозок при электрической тяге, руб

Cэ=cэ*Aср (19)

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= (20)

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

Э= (21)

Eср=(3,21233+1,94681)/2=2,58

Cт=14592*2,58=37647,36

Aср=(95587,8+126942,82)/2=111265,31

Cэ=2,853*111265,31=317439,93

Э=317439,93*37647,36=8,43

5.2 Сравнение локомотивов по тяговым характеристикам

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

Относительная касательная сила тяги Fк локомотива определяется по следующему выражению:

Fк= (22)

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

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

Относительная скорость движения локомотива определяется по формуле:V= (23)

где - текущее значение скорости, км/ч; при расчётах можно принять шаг изменения скорости ?v=10 км/ч; в расчёты желательно включить скорости: порогового режима v*, расчётную для тепловозов и длительного режима для электровозов;

- конструкционная скорость движения локомотива, км/ч.

По данным таблицы 3 нужно построить совмещённый график Fк=f(v) для тепловоза и электровоза и произвести качественное сравнение двух локомотивов по тяговым характеристикам.

Тяговые характеристики тепловозной и электрической тяги

Таблица 3

V,км/ч	10	12	20	30	40	50	56	60	70	80	90	100
v	0,1	0,12	0,2	0,3	0,4	0,5	0,56	0,6	0,7	0,8	0,9	1
,кН	23000	20782	11500	8000	6000	4600	4100	4000	3500	3000	2100	1500
	15	13,9	7,7	5,3	4	3	2,7	2,6	2,3	2	1,3	1
,кН	38500	38000	36500	36000	35500	31000	21579	20000	12500	9000	6500	5000
	7,7	7,6	7,3	7,2	7,1	6,2	4,3	4	2,5	1,8	1,3	1

ВЫВОД: При выполнении курсовой работы, я научилась определять различные сопротивления локомотива (тепловоза и электровоза), сравнивать основные показатели тепловозной и электрической тяги. Научилась строить тяговые характеристики. Определила, что электрическая сила тяги намного больше тепловозной, зато тепловозная тяга в несколько раз экономичнее электрической.

6. ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Взаимодействие колёс подвижного состава и рельсового пути.

Колеса являются одним из основных и наиболее нагруженных элементов ходовой части железнодорожного подвижного состава, непосредственно взаимодействуя с путем. При проектировании колесных пар следует учитывать ряд конструктивных ограничений, связанных с особенностями их эксплуатации.

Колесные пары должны соответствовать принятым ширине колеи, габариту подвижного состава и осевым нагрузкам. По габаритным требованиям оси и буксы должны находиться на определенной высоте над УГР, кроме того, диаметр колес должен быть увязан с конструкцией рессорного подвешивания. Спроектированная с учетом этих условий колесная пара должна выдерживать заданный уровень динамических нагрузок и сил, возникающих во взаимодействии как между экипажем и колесными парами, так и между колесами и рельсами.

Максимальная статическая нагрузка от колесной пары на рельсы включает массу груженой (заполненной, экипированной) единицы подвижного состава и собственную массу колесной пары, которая при оси диаметром 150 мм и двух колесах диаметром 1000 мм составляет примерно 1,45 т. На железных дорогах Великобритании (BR) максимально допускаемая осевая нагрузка составляет25т.

Масса кузова и тележек обычно передается на колесные пары через буксы, размещенные с наружной стороны колес (встречаются конструкции, в которых буксы расположены внутри колесной пары). Колесные пары подвергаются значительным циклическим динамическим нагрузкам, в результате которых в колесах накапливаются усталостные дефекты. При этом следует иметь в виду, что колесо диаметром 1 м на пути длиной 3140 км совершает 1 млн. оборотов. Согласно теории усталостного сопротивления металлов для изделий, подвергающихся циклическому нагружению, величина допускаемых напряжений значительно ниже, чем для работающих в условиях статического нагружения.

Для обеспечения безопасности движения и предотвращения излома колесных пар под подвижным составом на железных дорогах установлен строгий контроль за качеством изготовления колес и их состоянием в эксплуатации. При этом определены предельные отклонения размеров и виды дефектов, с которыми колесные пары можно допускать к эксплуатации. Производится периодическая проверка колесных пар с помощью ультразвуковых и магнитных средств дефектоскопии.

Функции колёсных пар

Колесные пары выполняют следующие функции: опирания и направления подвижного состава при движении по рельсовому пути; обеспечения требуемого уровня ускорения при разгоне и замедления при торможении; пропускания тяговых токов в землю и токов короткого замыкания от напольных устройств СЦБ. Все эти функции реализуются в зоне контакта колеса и рельса, и их анализ позволяет разработать требования к контактирующим поверхностям взаимодействующих тел.

Согласно классической теории механики, коэффициент трения есть отношение силы трения скольжения к вертикальной нагрузке. Для сухих металлических поверхностей он находится в пределах 0,25 - 0,40. Сопротивление качению современных вагонов со стальными колесами не превышает 10 кг/т, что равноценно коэффициенту трения 0,01. Иначе говоря, трение скольжения на практике присутствует только при проскальзывании колес относительно рельсов, а также в буксах, имеющих подшипники скольжения, причем в последнем случае скольжение происходит в контролируемых условиях и при постоянном наличии смазки. Если же буксы оснащены подшипниками качения, трение скольжения вообще сводится к минимуму и проявляется лишь в местах контакта металл/металл внутри подшипника.

В идеальном случае для обеспечения минимального взаимодействия с путем экипаж должен двигаться в рельсовой колее прямолинейно, без набегания гребнями колес на рельсы. Однако под воздействием неровностей верхнего строения пути и на поверхности катания колес колесная пара совершает сложные пространственные перемещения, которые через буксы и рессорное подвешивание передаются экипажу. Конусность поверхности катания колес и подуклонка рельсов способствуют прямолинейному движению экипажа в прямых участках без набегания гребня колес на рельсы. Она же облегчает вписывание экипажа в кривые, компенсируя разность касательной скорости колес, катящихся по наружному и внутреннему рельсам, до того момента, пока наружное колесо не начнет направляться наружной рельсовой нитью. С этого момента колесо начинает проскальзывать по рельсу и возникают дополнительные поперечные силы между гребнем колеса и рабочей гранью наружного рельса. Это приводит к повышенному боковому износу рельсов и гребней колес, скрипу, уширению колеи и возникновению условий для вкатывания колеса на рельс.

Если современный вагон разогнать и отцепить, на горизонтальном пути он будет постепенно снижать скорость с замедлением порядка 0,1 м/с2. Для повышения эффективности торможения и снижения потерь времени на замедление разработаны различные конструкции тормозов, от простейших фрикционных до усложненных электродинамических, которые позволяют быстро и плавно останавливать поезд. Максимальная величина замедления при торможении у современных пригородных поездов, обращающихся на участках с интенсивным движением, достигает 1,2 м/с2, у других пассажирских поездов не превышает 0,9 м/с2. При таких высоких величинах замедления коэффициент трения между колесом и рельсом должен быть не менее 0,09 - 0,12, иначе может произойти заклинивание, и колеса вместо качения будут скользить по рельсам. В результате этого на бандажах колес могут образовываться ползуны, от ударного воздействия которых в рельсах

возникают повреждения.

Если при торможении поезда к колесам прикладывается тормозная сила, которая замедляет вращение колес, то при разгоне к ним прикладывается крутящий момент, который увеличивает частоту вращения. Как и при торможении, коэффициент трения в контакте колеса и рельса ограничивает крутящий момент при разгоне до величины, при которой не будет пробуксовки колес. Для предотвращения чрезмерного буксования и вызываемого им образования дефектов рельсов в виде лысок в настоящее время все тяговые единицы оборудуются специальными устройствами. При этом в связи с буксованием и проскальзыванием колес при разгоне и торможении следует учитывать, что, во-первых, при этом происходит истирание поверхности катания рельсов и увеличение коэффициента трения для последующих колесных пар, во-вторых, для повышения трения между колесом и рельсом применяются различные методы, наиболее распространенным из которых является подача сухого песка в зону контакта, хотя это иногда приводит к нежелательным побочным последствиям.

Особенностью рельсового транспорта является то, что в результате качения стальных колес по стальным рельсам на поверхности катания образуется чистая блестящая продольная полоса, через которую могут проходить обратные токи. Это обстоятельство способствовало разработке и внедрению электрической тяги. Однако при этом возникают проблемы. Специалисты полагают, что особое внимание следует уделять токопроводящим элементам не только на тяговых единицах, но на всех видах подвижного состава, обращающегося по электрифицированным железным дорогам. Это связано с тем, что из-за сопротивления рельсов обратные токи имеют тенденцию к перетеканию от тяговой единицы на путь к точке заземления рельсов через колеса и рамы других экипажей. Чтобы предотвратить прохождение этих токов через буксы, все вагоны должны иметь заземлители. Вместе с тем имеет место положительный эффект от обратных токов, проходящих через зону контакта колеса и рельса, проявляющийся в том, что они способствуют удалению пленочных изолирующих покрытий, ухудшающих сцепление колес с рельсами, особенно если они влажные, с поверхности контактирующих тел.

Наличие токопроводящих дорожек на колесах и рельсах позволило специалистам по СЦБ и связи использовать колесные пары в качестве короткозамыкающих или переключающих устройств для определения местонахождения поездов через рельсовые цепи низкого напряжения. Благодаря этому стала возможной централизация управления сигналами и стрелочными переводами с постами управления движением, оборудованными дисплеями, на которых отображается местонахождение поезда в любой момент времени. Современные системы СЦБ, использующие принцип токопроводимости контактных поверхностей колес и рельсов, в достаточной степени обеспечивают безопасность движения поездов.

Однако эта функция может оказаться ненадежной в эксплуатации, если контактирующие поверхности загрязнены. Образующаяся изолирующая пленка в виде слоя ржавчины, песка или опавших листьев существенно снижает токопроводимость рельсовых цепей. (Рост числа отказов рельсовых цепей по этой причине связан с техническим прогрессом в других областях. Например, вследствие замены паровозов локомотивами других видов и уменьшения опасности пожаров сократилась вырубка деревьев и кустарника вдоль железнодорожных линий. Это повысило устойчивость земляного полотна и улучшило экологию окружающей среды, но в то же время увеличило объем листвы на пути.) Кроме того, совершенствование рессорного подвешивания подвижного состава повысило устойчивость движения и снизило интенсивность виляния тележек. В результате уменьшились поперечные перемещения колес по рельсам и, соответственно, взаимное трение контактирующих поверхностей, "очищающее" токопроводящие дорожки. Из-за этого загрязнения с них удаляются менее интенсивно, и надежность работы рельсовых цепей снижается. Для повышения их надежности приходится использовать различные технические решения.

Требования к контактирующим поверхностям

Основным требованием к контактирующим поверхностям колес и рельсов является обеспечение высокой величины коэффициента трения для поддержания такого уровня сцепления, при котором колеса могли бы катиться по рельсам без проскальзывания даже в режиме торможения или разгона. При проектировании экипажей максимальный коэффициент трения при разгоне принимается 0,25, а минимальный при торможении 0,12, хотя закладываемые в конструкцию резервы обеспечивают безопасную эксплуатацию при коэффициентах трения, выходящих за эти пределы.

При движении экипажа по пути по большей части имеет место соприкосновение гребня колеса с боковой поверхностью рельса, что приводит к возникновению дополнительных боковых сил. Для сведения этих сил к минимуму необходимо создание соответствующих профилей поверхности катания колес и рельсов. Состояние пути и колесных пар оказывает решающее влияние на вертикальные и горизонтальные силы. Качение колеса по рельсу осуществляется по узкой полосе контакта. При этом требуются идеально круглое колесо и плоская поверхность катания рельса. Если у колеса имеется ползун или овальность, при каждом обороте колеса рельс будет подвергаться ударным нагрузкам, и реакция от этих ударов будет передаваться на подрельсовое основание, а также на рессорное подвешивание и кузов подвижного состава (следовательно, на пассажиров и груз), расстраивая конструкцию и ухудшая условия перевозки. Подобные же явления происходят при наличии неровностей у рельсов. С учетом того, что колесная пара имеет неподрессоренную массу 1,5 т, динамическое воздействие получается весьма значительным. Оно будет еще больше, если на оси смонтированы тяговый двигатель и передаточный механизм.

При рассмотрении этих воздействий следует принимать во внимание влияние множественности колесных пар. Через экипаж осуществляется связь между всеми колесными парами единицы подвижного состава, а через сцепные приборы - с другими вагонами поезда. Поэтому динамическое поведение колесных пар нельзя рассматривать изолированно. К тому же следует иметь в виду, что статическая нагрузка от экипажа равномерно распределяется по колесным парам, но при разгоне или торможении она может перераспределяться.

Величина динамического воздействия зависит от параметров рессорного подвешивания, неподрессоренных масс, эксцентриситета вращающихся масс, упругих характеристик пути, а также размера и длины волнообразных неровностей на поверхности катания рельсов.

Помимо вертикальных и боковых, при разгоне и торможении поезда в контакте колеса и рельса возникают продольные силы. При вилянии колесной пары также возникают продольные силы, которые стремятся вернуть ее в среднее положение относительно оси пути. О поперечных силах, возникающих при набегании гребня колеса на боковую грань головки рельса, особенно в кривых, сказано выше. Действием этих сил колесная пара стремится отжать рельс наружу кривой. Вертикальная составляющая поперечной силы в кривой в сочетании с неудовлетворительными параметрами рессорного подвешивания при определенных условиях может вызвать вкатывание колеса на головку рельса и последующий сход.

Рассмотренный спектр сил следует учитывать при проектировании колесных пар. Динамические нагрузки и их циклический характер предъявляют повышенные требования к материалам, из которых изготавливают колесные пары. Предпочтительнее изготовлять их путем ковки стальных отливок, обладающих высоким пределом текучести, повышенной износостойкостью и ударной вязкостью. В процессе изготовления колес необходимо соблюдать высокую технологическую точность - отклонения от проектных размеров не должны превышать 0,25 мм. В эксплуатации следует осуществлять строгий контроль за состоянием колесных пар и своевременно выявлять дефекты, которые могут перерасти в трещины с последующим разрушением колес.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

тепловоз электровоз тяга скорость

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

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

3. Осипов С.И., Осипов С.С. Основы тяги поездов - М:УМК МПС Россия, 2000 - 592 с.

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

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

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

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

8. Железные дороги. Общий курс. Под. ред. М.М.Уздина. - М: Транспорт, 1991 - 259 с.

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

Размещено на Allbest.ru