Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект

Теория электрической тяги

Введение

моторный поезд тяговый электровоз

Наука о тяге поездов изучает комплекс вопросов, связанных с теорией механического торможения поезда, рационального использования локомотивов и экономного расходования электрической энергии.

Теория электрической тяги позволяет решать широкой круг практических вопросов эффективной эксплуатации железных дорог, рассчитать основные параметры вновь проектируемых линий, участков, переводимые на новые виды тяги, намечать основные требования к вновь разработанным локомотивам. С их помощью определяют силы, действующие на поезд, оценивают их влияние на характер движения, определяют оптимальную массу состава при выбранной серии локомотива. Теория тяги позволяет рассчитать скорости движения в любой точке пути с учетом безопасности движения поездов и времена хода по каждому перегону и участку, определять расход электрической энергии или топлива и проверять использование мощности локомотива.

На основании перечисленных данных составляют график движения поездов, определяют пропускную свободность дорог, и рассчитывают эксплуатационные показатели локомотивного хозяйства.

На действующих линиях теория тяги позволяет найти рациональные режимы вождения поездов на различных участках и наиболее экономичные условия эксплуатации локомотивов. При разработке проектов электрификации дорог определяют токи, потребляемые электроподвижным составом в различных точках пути, пользуясь теорией электрической тяги. На их основании рассчитывают систему электроснабжения.

Цель курсовой работы - углубление и закрепление теоретических знаний по расчету режимов движения электроподвижного состава (ЭПС) однофазно - переменного тока, приобретение опыта самостоятельного выполнения тяговых расчетов с элементами исследования; изучение вопросов теории движения поездов; сил, действующих на поезд и его массу.

1. Тяговые характеристики электровоза и их ограничения

1.1 Электромеханические характеристики колёсно-моторного блока тягового двигателя НБ-418 (ВЛ80^с(3 секции))

Для построения тяговых характеристик необходимо иметь следующие зависимости:

v_п(I_д) - скоростные характеристики ТЭД для нормального поля ТЭД и для 1-й, 2-й и 3-й ступеней ослабления поля (ОП1 - ОП3) для 33-й позиции.

F_кд(I_д) - электротяговые характеристики одного ТЭД для нормального поля и ступеней ослабления поля для 33-й позиции.

Для заданного типа ТЭД зависимости v_п(I_д) и F_кд(I_д) на различных ступенях ослабления поля и 33-й позиции берем из ПТР (Правила Тяговых Расчетов).

В соответствии с заданным типом двигателя и данными взятыми из ПТР строят на миллиметровой бумаге в одних осях координат электромеханические характеристики колесно-моторного блока для полного и заданных ступеней ослабления поля ТЭД (см. рис. 1.1). По электромеханическим характеристикам колесно-моторного блока на ободе колесной пары строим характеристики электровоза (см. рис 1.2). Результаты расчетов сведены в таблицу 1.1.

1.2 Расчёт и построение тяговых характеристик электровоза

Силу тяги F_k на ободе колёсных пар электровоза рассчитывают по формуле:

, (1.1)

где F_k - касательная сила тяги одного ТЭД, (кгс);

F_кд - общая касательная сила тяги электровоза, (кгс);

n_д - количество ТЭД электровоза (n_д=12).

Величину F_k рассчитаем для полного возбуждения и всех ступеней ослабления возбуждения параллельного соединения ТЭД. По данным расчета строим на миллиметровой бумаге графики зависимостей F_к(v) для всех ступеней ослабления возбуждения ТЭД.

1.3 Ограничения тяговых характеристик

Реализация сил тяги электровоза ограничена:

- наибольшей допустимой скоростью движения;

- сцеплением колёсных пар с рельсами;

- наибольшим допустимым током ТЭД.

Ограничение по наибольшей допустимой скорости движения электровоза

Рассматриваемое ограничение наносим на тяговые характеристики F_к(v) в виде прямой линии, перпендикулярно оси скорости. Ограничение по скорости берём из задания на курсовую работу, где v_max = 100 км/ч.

Ограничение по условиям сцепления колёсных пар с рельсами

Силу тяги по сцеплению колёсных пар с рельсами электровоза F_ксц, кгс определяют по формуле:

F_ксц = 1000•P•_к, (1.4)

где P - сцепной вес электровоза, (тс);

Ш_к - расчётный коэффициент сцепления электровоза с рельсами.

Сцепной вес электровоза определяется по формуле:

P = P₀•n₀, (1.5)

где P₀ - вес, приходящийся на одну колёсную пару, P₀ = 23,5 тс;

n₀ - число сцепных осей электровоза = 12;

P₀, n₀ - берутся из курсового задания.

Следовательно, P = 23,5•12 = 282 тс

Масса локомотива равна m_л = 282т.

Расчётный коэффициент сцепления электровоза с рельсами определяется по формуле:

, (1.6)

где v - скорость, (км/ч).

По формулам (1.5), (1.6) и (1.4) рассчитываем соответственно значения P, Шк и Fксц для скоростей 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60 км/ч и заносим их в таблицу 1.2:

Таблица 1.2. Ограничение по сцеплению

v, км/ч	Шк	Fксц, кгс
0	0,36	101520
5	0,327	92214
10	0,31	87420
20	0,292	81216
30	0,279	78678
40	0,27	76140
50	0,261	73038
60	0,254	71628

F_кр и v_р -определяем по тяговым характеристикам. Так как самое первое ограничение - по сцеплению, то их значение определяем по точке пересечения этого ограничения с кривой при ПВ на 33-позиции.

Так Fкр = 73800 кгс, vр = 49,5 км/ч.

Ограничение по наибольшему допустимому току двигателя при пуске

Ограничения по току наносим на тяговые характеристики 33-позиции и всех степеней возбуждения. Максимальный ток определяют по формуле:

I_max=1,5•I_{д ч}, (1.7)

где I_max - максимально допустимый ток ТЭД, (А);

I_{д ч} - часовой ток ТЭД, (А).

Таким образом, для электровоза ВЛ80^с (3 секции) с двигателем НБ-418К для которого I_дч=880А,

I_max=880•1,5=1320А.

Точки пересечения всех скоростей ослабления поля с максимальным током переносим на тяговые характеристики и строим ограничения по току.

2. Подготовка профиля и плана пути для тяговых расчётов

Для облегчения расчётов необходимо произвести перед построением кривых движения подготовку профиля и плана пути к тяговым расчётам, которую выполняют в следующем порядке: вначале проводят спрямление продольного профиля пути, а затем замену сопротивления движения поезда от кривых фиктивными подъёмами.

2.1 Спрямление продольного профиля пути

Уменьшение числа элементов профиля пути позволяет облегчить расчёты. Это осуществляется путём спрямления продольного профиля пути, при котором несколько элементов с разными уклонами заменяют одним - спрямлённым участком, имеющим длину S_c, равную сумме их длин. Кроме того, спрямление позволяет сгладить изменение сил дополнительного сопротивления движению поезда при переходе с элемента на элемент, так как в расчётах подобное изменение сил считается мгновенным. В реальности поезд имеет определённую длину, и при движении от одного элемента профиля пути к другому, его сопротивление от уклона изменяется постепенно по мере движения. Спрямление элементов профиля перегонов и станций не разрешается. Горизонтальные элементы, имеющие длину меньше длины поезда, присоединяются к спускам или к подъёмам. Спрямлять можно только элементы с уклонами одного знака.

Крутизну спрямлённого уклона i_c', ‰ находят по формуле:

, (2.1)

где i_j - уклон (крутизна) любого действительного элемента профиля пути (‰);

S_j - длина любого действительного элемента профиля пути, входящего в спрямлённый элемент, м;

S_c - длина спрямляемого элемента.

, (2.2)

‰.

Возможность спрямления проверяют для каждого элемента действительного профиля пути, входящего в спрямлённый участок, по формуле:

, (2.3)

где i - абсолютная разность между уклоном спрямлённого элемента и действительным уклоном отдельного (проверяемого) элемента действительного профиля пути, (‰):

(2.4)

‰,

‰,

Проверяют все элементы спрямлённой группы профиля пути. Если при проверке длина хотя бы одного из спрямлённых элементов профиля не удовлетворяют условию (2.3), то такое спрямление вводить в дальнейшие расчёты не разрешается.

2.2 Приведение фиктивных подъёмов

Кривые участки пути спрямляют в плане, заменяя их так называемым фиктивным подъёмом i_с», имеющим крутизну, на котором создаётся дополнительное сопротивление движению, равное дополнительному сопротивлению от кривых. Крутизну спрямлённого участка в плане пути i_с» при наличии кривых в пределах этого элемента определяют по формулам:

, (2.5)

или при задании кривой центральным углом:

, (2.6)

где S_kpi, R_i - длина и радиус кривой в пределах спрямляемого элемента, м;

б_i - центральный угол кривой в пределах спрямляемого элемента, град.

Окончательный угол (крутизну) спрямлённого элемента в продольном профиле и плане пути i_c,‰ определяют следующим образом:

(2.7)

Знак i_c» всегда положительный, а знак i_c' зависит от того, что представляет из себя уклон: подъём (+) или спуск (-).

Пример расчета при наличии кривой в пределах 6 элемента

‰.

‰

Пример расчета при задании кривой центральным углом на 3 элементе

‰.

‰.

Результаты расчётов сведём в таблицу 2.1

Таблица 2.1

Заданный профиль пути	Спрямлённый профиль пути
№ эл-та	Si, м	i, ‰	Sкр, м	Rкр	б°	Sc, м	ic',‰	i»,‰	ic,‰	примечания
1.	1500	0				1500	0	0	0	Станция А
2.	2400	+1.5				2400	3.1		3.1
3.	1950	+3.6			50	1950	13.3	0.3	13,6
4.	1300	+6.4				1300	+6.4	0	+6.4
5.	1350	+12.2				1350	+12.2	0	+12.2
6.	2650	+8.5	600	900		2650	+8.5	0	+3.8
7.	1850	+3.8				1850	+3.8	0	+3.8
8.	1100	0				1100	0	0	0	Станция Б
9.	1700	+1.5				1700	+1.5	0	+1.5
10.	1850	+10.3	1350	1620		3130	+10.1	+0.2	+10.3
11.	1280	+9.8				1350	+5.4	0	+5.4
12.	1350	+5.4
13.	2100	+1.3				3900	+1.5	0	+1.5
14.	1800	+1.7
15.	1400	0				1400	0	0	0	Станция В
16.	1400	-6.6				4230	-7.1	0	-7.1
17.	2830	-7.3
18.	1620	-11.5				1620	-11.5	0	-11.5
19.	1900	-2.8				1900	-2.8	0	-2.8
20.	2230	-6.5				4080	-5.9	+0.1	+5.8
21.	1850	-5.1			30
22.	1950	+1.3				1950	+1.3	0	+1.3
23.	1100	0				1100	0	0	0	Станция Г

Расчётный подъём составляет 12.2 ‰.

3. Вес состава и его проверка

3.1 Определение веса состава

Вес состава Q, тс определяем при условии движения поезда с равномерной (установившейся) скоростью v_р на расчётном (наиболее тяжёлом) подъёме i_p с учётом запаса кинетической энергии перед ним, по формуле:

, (3.1)

где F_кр - расчётная сила тяги электровоза при скорости v_р, F_кр =73800 кгс;

Р - полный вес электровоза, равный произведению веса, приходящегося на одну колёсную пару, на число сцепных осей:

P= 23.5•12 = 282 тс

щ₀' - основное удельное сопротивление движению электровоза в режиме тяги, кгс/тс;

щ_х - основное удельное сопротивление движению электровоза в режиме механического торможения и выбега, кгс/тс;

щ₀» - основное удельное сопротивление движению состава, кгс/тс.

Величины щ₀', щ_х, щ₀» определяем при скорости v_р.

F_кр и v_р - были найдены во время определения ограничения по максимально допустимой скорости.

Для звеньевого пути щ₀', щ_х, щ₀» определяем по формулам:

; (3.2)

; (3.3)

, (3.4)

где щ_04p», щ_04с», щ₀₈» - основное удельное сопротивление движению 4-х осных вагонов с подшипниками качения (роликовые), скольжения и 8-ми осных вагонов соответственно; б, в, г - соответствующие доли вагонов по весу состава, приведённые в курсовом задании: б =0, в= 0,30, г=0.70. Иными словами состав имеет 4-ёх осные вагоны с подшипниками качения и скольжения.

щ_04р», щ_04с» - находим по выражениям:

(3.5)

(3.6)

где q_04р и q_04с - среднее значение веса, приходящегося на одну колёсную пару вагона соответствующего типа, равное отношению веса вагона к числу его осей (вес вагона приведён в задании). Найдём эти значения:

т,

т

Теперь определим щ₀', щ_х, щ₀₈», щ_04с» щ₀»:

кгс/тс;

кгс/тс;

кгс/тс;

кгс/тс;

кгс/тс.

Отсюда найдём вес состава Q:

Q округляем до величины, кратной 50 тс.

Вес состава принимаем Q = 5100т.

3.2 Проверка веса состава при трогании с места

Вес состава проверяем на возможность трогания электровоза с места на остановочных пунктах

, (3.6)

где F_ктр - сила тяги электровоза при трогании с места, кгс. Её определяем по тяговым характеристикам при скорости v=0 по ограничению по сцеплению, так как оно находится ближе всего к началу координат F_ктр = 101520 кгс.

i_тр - крутизна остановочного пункта, i_тр=0 ‰. i_тр=13,6 ‰.

щ_тр - дополнительное удельное сопротивление движению состава при трогании с места, кгс/тс. Его определяют для вагонов с подшипниками скольжения и качения, по формуле:

, (3.7)

, (3.8)

где q_0ср - вес состава, приходящийся на одну колёсную пару, тс, который определяют делением веса состава на количество осей в составе.

Сначала определим вес вагонов разных типов:

Р_04р=Q•б=5100•0,7=3570 тс,

Р_04с=Q•=5100•0,3=1530 тс

Число вагонов соответствующих типов n_04с и n₀₈ равно отношению общего веса этих вагонов Р_04с и Р₀₈ к весу одного вагона брутто, указанного в задании р_04р=140 тс и р_04с=80 тс:

,

Число осей каждого вида вагонов T равно произведению числа вагонов соответствующего типа на их число осей:

осей,

осей

Общее число осей в составе равно:

T_04с + T₀₈ = 208 + 76 = 284 оси.

.

Теперь определим щ_тр.с и Q_тр:

,

,

,

40489 тс?5100 тс

Следовательно локомотив сможет взять вес поезда на площадке, при тронгании.

Вес состава был рассчитан правильно, если Q_тр ?Q:

6629 тс ? 5100 тс

Поскольку расчет верный поезд можно будет остановить на расчетном подъеме.

3.3 Проверка веса состава по длине приёмо-отправочных путей

В обычных условиях организации движения длина поезда не должна превышать полезной длины приёмо-отправочных путей (с запасом 10 м на точность остановки поезда). Необходимая длина приёмо-отправочных путей l_п.о.п состоит из суммарной длины состава l_c, электровоза l_эл=50 м и 10-ти метров на точность остановки:

(3.8)

Длина состава l_c равна сумме произведений _длины каждого вагона k-го типа по осям автосцепок l₀₄=14 м и l₀₈=20 м на число этих вагонов n₀₈=26 и n_04с=19:

(3.9)

Длина приёмоотправочных путей будет:

В задании длины станций составляют 1500, 1100, 1400, 1100 метров, что значительно выше полученной длины приёмо-отправочных путей, следовательно, расчёты произведены правильно, без значительных погрешностей.

4. Расчёт удельных сил, действующих на поезд

4.1 Расчёт основного удельного сопротивления движению поезда в режиме тяги и выбега электровоза

Расчёт основного удельного сопротивления движению поезда в режиме тяги щ₀, кгс/тс и выбега локомотива щ_0x, кгс/тс для различных типов вагонов и электровоза выполним по формулам (3.2) - (3.5) и (4.1). Расчёт значений щ₀ и щ_0х сначала проводим для скоростей движения от 0 км/ч до скорости выхода на безреостатную характеристику полного возбуждения тяговых двигателей электровоза не более чем через 10 км/ч. Затем рассчитаем их при скоростях перехода с одной ступени регулирования возбуждения на другую и далее не более чем через 5 км/ч до максимальной скорости движения. Результаты расчётов основного удельного сопротивления движению при езде под током и без тока сведём в таблицу 4.1.

Таблица 4.1. Основное удельное сопротивление движение поезда в режиме тяги и выбега

V, км/ч	w	Pw	w4c	Bw4c	w4 р	Lw4 р	Lw4 р+Bw4c	wQ	w0	wx	Pwx	w0x
0	1,90	262,20	1,13	0,28	0,84	0,63	0,92	1922,03	0,98	2,40	331,2	1,01
10	2,03	280,14	1,20	0,30	0,90	0,68	0,98	2051,25	1,04	2,55	351,2	1,07
20	2,22	306,36	1,29	0,32	0,99	0,74	1,06	2232,16	1,13	2,76	380,9	1,17
30	2,47	340,86	1,42	0,35	1,09	0,82	1,17	2464,76	1,25	3,05	420,2	1,29
40	2,78	383,64	1,56	0,39	1,22	0,92	1,31	2749,05	1,40	3,40	469,2	1,44
50	3,15	434,70	1,74	0,44	1,38	1,03	1,47	3085,03	1,57	3,83	527,9	1,61
51	3,19	440,26	1,76	0,44	1,40	1,05	1,49	3121,47	1,59	3,87	534,2	1,63
55	3,36	463,34	1,84	0,46	1,46	1,10	1,56	3272,41	1,67	4,06	560,8	1,71
56,5	3,42	472,33	1,87	0,47	1,49	1,12	1,59	3331,14	1,70	4,14	571,2	1,74
60	3,58	494,04	1,94	0,49	1,56	1,17	1,65	3472,70	1,77	4,32	596,2	1,82
62	3,67	506,90	1,99	0,50	1,60	1,20	1,69	3556,44	1,82	4,43	611,0	1,86
65	3,82	526,82	2,05	0,51	1,66	1,24	1,76	3685,92	1,88	4,59	633,9	1,93
66,5	3,89	537,05	2,09	0,52	1,69	1,26	1,79	3752,41	1,92	4,68	645,7	1,97
70	4,07	561,66	2,17	0,54	1,76	1,32	1,86	3912,06	2,00	4,89	674,1	2,05
75	4,34	598,58	2,30	0,57	1,87	1,40	1,98	4151,12	2,12	5,19	716,7	2,18
80	4,62	637,56	2,43	0,61	1,99	1,49	2,10	4403,11	2,25	5,52	761,8	2,31
85	4,92	678,62	2,57	0,64	2,11	1,58	2,22	4668,02	2,39	5,86	809,2	2,45
90	5,23	721,74	2,71	0,68	2,24	1,68	2,36	4945,84	2,53	6,23	859,1	2,59
95	5,56	766,94	2,87	0,72	2,37	1,78	2,49	5236,60	2,68	6,60	911,3	2,75
100	5,90	814,20	3,02	0,76	2,51	1,88	2,64	5540,27	2,84	7,00	966,0	2,91

4.2 Расчёт удельных ускоряющих сил

Удельные ускоряющие силы в режиме тяги f_y, кгс/тс при движении поезда по прямому горизонтальному пути определяют по формуле:

, (4.2)

где силу F_k при движении на естественных характеристиках берём из построенных в самом начале тяговых характеристик, а при скоростях от нуля до выхода на естественную характеристику полного возбуждения её принимаем постоянной и равной F_p, т.е. 34000 кгс.

f_y рассчитываем для тех же скоростей, что и для основного сопротивления движению. Величину щ₀ берём из таблицы 4.1.

Результаты заносим в таблицу 4.2.

Таблица 4.2. Расчет величины удельных ускоряющихся сил

V,	Полная сила тяги, кгс	щ0,
км/ч		кгс/тс	сила тяги, кгс/тс
	Fнв	Fов1	Fов2	Fов3		fунв	fуов1	fуов2	fуов3
0	34000				0,98	14,21
10	34000				1,04	14,15
20	34000				1,13	14,06
30	34000				1,25	13,94
40	34000				1,40	13,79
50	34000				1,57	13,62
51	34000				1,59	13,60
55	27500				1,67	10,62
56,5	25500	29000			1,70	9,69	11,26
60	21750	25000			1,77	7,95	9,40
62	19750	23250	27000		1,82	7,00	8,57	10,24
65	17000	20750	24250		1,88	5,72	7,39	8,96
66,5	16250	19750	23500	26000	1,92	5,34	6,90	8,58	9,70
70	14000	17500	20250	23000	2,00	4,26	5,82	7,05	8,28
75	11000	14750	17500	19750	2,12	2,80	4,47	5,70	6,70
80	8500	12500	15250	17250	2,25	1,55	3,34	4,56	5,46
85	6500	11000	13250	15250	2,39	0,51	2,53	3,53	4,42
90		9500	11500	13500	2,53		1,71	2,61	3,50
95		8500	10500	12000	2,68		1,12	2,01	2,68
100		7500	9250	11000	2,84		0,51	1,29	2,08

4.3 Расчёт удельной замедляющей силы при торможении

Расчёт удельной замедляющей силы b_зсл, кгс/тс ведём в режиме механического торможения с использованием чугунных колодок. При применении служебного и экстренного торможения эту величину определяем по формулам:

, (4.3)

,

где b_т - удельная тормозная сила, кгс/тс

, (4.4)

где ц_кр - расчётный коэффициент трения колодки о бандаж. Для чугунных колодок его определяем по формуле:

, (4.5)

где v - скорость движения в км/ч.

.

_р - расчётный тормозной коэффициент, находится по выражению:

, (4.6)

комотива, тс;

УК_р(в) - сумма расчётных тормозных нажатий тормозных колодок вагонов, тс.

На спусках до 20% тормозную силу электровоза и его вес в расчёт не принимаем, поэтому формула (4.6) примет вид:

, (4.7)

где К_р(в) - расчётная сила нажатия чугунных тормозных колодок на одну ось, тс. Для грузовых вагонов на гружёном режиме К_р(в)=7 тс.

УК_р(в) находится путём произведения общего числа тормозных осей на К_р(в), т.е. на 7 тс. Общее число тормозных осей определяется с учётом доли тормозных осей в составе - для 4-ёх осных вагонов с подшипниками скольжения эта доля составляет 1, а для 4-х осных вагонов с подшипниками качения она равна 0,97. Тогда число тормозных осей в составе равно (должно быть кратно числу осей в вагонах данного типа - 4):

Т_04с•1=28•1=28,

Т_04р•0,97=76•0,97=73,7274

28 + 74 = 102 - число тормозных осей в составе.

УК_р(в) = 102• К_р(в) = 102•7 =714 тс,

,

Далее расчёт b_T и b_зсл ведём для скоростей, полученных в пункте 4.1, в данном случае при v=10 км/ч.

,

Результаты расчётов удельной замедляющей силы , b_зсл сведём в представленную ниже таблицу 4.3.

По таблицам 4.1 - 4.3 построили характеристики сил, действующих на поезд f_y (v) и щ_0х(v) - на одном листе миллиметровой бумаги, рис. 4.1, а b_зсл(v) на отдельном, рис. 4.2, рис. 4.3.

Таблица 4.3. Расчет величины удельной замедляющей силы при служебном торможении

V, км/ч	Fkp	bt	w0x	bзсл
0	0,27	94,5	1,01	48,3
10	0,20	69,3	1,07	35,7
20	0,16	56,7	1,17	29,5
30	0,14	49,1	1,29	25,9
40	0,13	44,1	1,44	23,5
50	0,12	40,5	1,61	21,9
51	0,11	40,2	1,63	21,7
55	0,11	39,1	1,71	21,2
56,5	0,11	38,7	1,74	21,1
60	0,11	37,8	1,82	20,7
62	0,11	37,3	1,86	20,5
65	0,10	36,7	1,93	20,3
66,5	0,10	36,4	1,97	20,2
70	0,10	35,7	2,05	19,9
75	0,10	34,8	2,18	19,6
80	0,10	34,0	2,31	19,3
85	0,10	33,3	2,45	19,1
90	0,09	32,6	2,59	18,9
95	0,09	32,0	2,75	18,8
100	0,09	31,5	2,91	18,7

5. Тормозные расчеты

5.1 Решение тормозной задачи

В данном курсовом проекте будем решать тормозную задачу, для которой известно:

вес поезда P + Q;

профиль пути i, ‰;

расчетный тормозной коэффициен ;

длина тормозного пути S_т = 1000 м,

требуется определить допустимые скорости движения v_max.

Для обеспечения безопасности движения поездов установлен наибольший тормозной путь:

S_т = S_п + S_д, (5.1)

где: S_п - путь подготовки тормозов к действию, м;

S_д - действительный тормозной путь, м.

Путь подготовки тормозов к действию определяется по формуле:

, (5.2)

где: t_п - время подготовки тормозов к действию, с;

v_н - скорость в начале торможения, м.

Принимаем v_н = v_max = 100 км/ч.

Время подготовки тормозов к действию для грузовых составов длиной менее 200 осей определяется по формуле:

, (5.3)

где: i_c - величина спуска, ‰;

Принимаем i_c равными: i_c1 = - 12.2 ‰;

i_c2 = - 6.1 ‰;

i_c3 = 0 ‰.

Значение ц_кр при v = 100 км/ч берем из таблицы 4.3. ц_кр = 0,09.

с;

с;

с;

м;

м;

м;

Для решения тормозной задачи используем построенную кривую удельных замедляющих сил в режиме экстренного торможения b_тэ(v)

Решение тормозной задачи приведено на рис. 5.1. С помощью кривой b_тэ(v) строим кривую v(S_т), по которой определяем максимальные скорости движения поезда на уклонах . Определив эти скорости, можем построить кривую . Она изображена на рис. 5.2. Значения скоростей:

89 км/ч

81 км/ч

72.5 км/ч

Из решения тормозной задачи можно сделать вывод, что максимальная скорость движения по самому большому уклону должна быть снижена до 72,5 км/ч, в противном случае на максимальном уклоне длина тормозного пути при экстренном торможении превысит заданное значение (1000 м).

Таблица 5.1. Расчет удельных тормозных сил при экстренном торможении

V, км/ч	bt, кгс/тс	w0x, кгс/тс	bэ, кгс/тс
0	94,5	1,01	95,51
10	69,3	1,07	70,37
20	56,7	1,17	57,87
30	49,1	1,29	50,39
40	44,1	1,44	45,54
50	40,5	1,61	42,11
51	40,2	1,63	41,83
55	39,1	1,71	40,81
56,5	38,7	1,74	40,44
60	37,8	1,82	39,62
62	37,3	1,86	39,16
65	36,7	1,93	38,63
66,5	36,4	1,97	38,37
70	35,7	2,05	37,75
75	34,8	2,18	36,98
80	34,0	2,31	36,31
85	33,3	2,45	35,75
90	32,6	2,59	35,19
95	32,0	2,75	34,75
100	31,5	2,91	34,41

5.2 Реостатное торможение

Реостатное торможение широко используют для поддержания постоянной скорости на затяжных спусках, а также снижения скорости движения. Построим кривые реостатного торможения. Расчет будем производить, опираясь па тормозные характеристики локомотива ВЛ 80С.

Расчет удельных замедляющих тормозных сил при электрическом торможении будем вести аналогично расчету ускоряюших сил. Формула для расчета:

, (5.4)

где B - тормозная сила;

щ₀ - основное удельное сопротивление движению поезда с электровозом находящимся в режиме электрического торможения, кгс/тс. Эти значения были уже рассчитаны в пункте 4, берем их из таблицы 4.1.

Для примера произведем расчет точки характеристики 13 позиции при скорости 60 км/ч. По характеристике находим тормозную силу в нашем случае она составляет 3250 кгс. По таблице 4.1 находим щ₀ = 1.77 кгс/тс.

Аналогичным образом будем производить дальнейший расчет. Результаты сводим в таблицу 5.2

Таблица 5.2

V, км/ч		Номера тормозных позиций
		9	13	17	21	25
						Iд / Iв
						1,0	1,25	1,5	2,0
40	Вт, кгс	4000	11000
	щ0, кгс/тс	1.40	1.40
	bз, кгс/тс	3.19	6.32
50	Вт, кгс		5750	12500	28000
	щ0, кгс/тс		1.57	1.57	1.57
	bз, кгс/тс		4.14	7.16	14.08
60	Вт, кгс		3250	6500	11250	21500
	щ0, кгс/тс		1.77	1.77	1.77	1.77
	bз, кгс/тс		3.22	4.67	6.8	11.38
70	Вт, кгс			4500	7500	11500	15500	20000
	щ0, кгс/тс			2.00	2.00	2.00	2.00	2.00
	bз, кгс/тс			4.01	5.35	7.14	8.93	10.94
80	Вт, кгс			3500	5500	7500	9700	12250	19000
	щ0, кгс/тс			2.25	2.25	2.25	2.25	2.25	2.25
	bз, кгс/тс			3.8	4.7	5.6	6.58	7.72	10.74
90	Вт, кгс				4000	5750	7250	9500	14000
	щ0, кгс/тс				2.53	2.53	2.53	2.53	2.53
	bз, кгс/тс				4.32	5.1	5.77	6.77	8.79
100	Вт, кгс				2750	4750	5750	7750	11000
	щ0, кгс/тс				2.84	2.84	2.84	2.84	2.84
	bз, кгс/тс				4.07	4.96	5.41	6.3	7.76

Построенная удельно-замедляющая сила при реостатном торможении представлена на рис. 5.1.

6. Построение скорости движения и времени хода поезда по участку

При выполнении курсовой работы приходиться решать уравнение движения поезда, а именно определить зависимость между ускорением движения поезда, ускоряющей силой и массой поезда. Для решения уравнения движения поезда мы используем графический метод решения уравнения движения поезда рекомендованный МПС.

6.1 Построение кривой скорости V(S)

Построение кривой скорости V(S), производим, используя графики удельных ускоряющих сил тяги и замедляющих сил в режиме выбега и механического торможения.

Согласно заданию на курсовую работу выбираем 1-ый масштаб для построения кривых скорости и времени, приведённый выше.

При построении кривых V(S) и t(S) уклон участка учитываем следующим образом: если уклон положительный, откладываем его численное значение не в ‰, а в кгс/тс на горизонтальной оси в соответствующем масштабе влево от начала координат; если отрицательный, то вправо. И линейку тогда прикладываем к полученной точке.

Вначале строим планшет участка, согласно выше указанному масштабу, где указываем спрямлённый профиль, станции и ограничения скорости (в нашем случае это ограничения по входным и выходным стрелкам станций при остановке на этой станции).

Поезд не должен превышать допустимые скорости на стрелках и остановочных пунктов, в нашем случае ограничение по стрелкам станций составляет 40 км/ч (подразумевается наличие станций на боковых путях, имеющих стрелки); равнодействующая сила на переломах профиля пути изменяется мгновенно, что отмечается переносом начала координат диаграммы равнодействующих сил в новую точку, соответствующую крутизне и знаку нового уклона (рассматривалось выше).

Интервалы скорости в режиме тяги при движении по характеристике f_у(V) до выхода на ходовую позицию принимаем не более 10 км/ч, а при следовании на ходовой позиции контроллера машиниста, как с ослаблением возбуждения, так и без него - не более 5 км/ч.

Интервалы скорости при движении по характеристике щ_0х(V) берём не более 10 км/ч, по тормозной характеристике b_зсл и при скоростях следования от 0 до 50 км/ч - не более 5 км/ч, при скоростях следования свыше 50 км/ч - не более 10 км/ч.

На кривой скорости в местах изменения режима движения применяем следующие обозначения: движение в режиме выбега (щ_0х); при следовании на ходовой позиции (НВ), (ОВ1), (ОВ2), (ОВ3), режим торможения (b_зсл).

Для определения затрат времени на разгон при остановке на станции Б строим две кривые V(S) - одну с остановкой на станции Б, другую - без остановки.

6.2 Построение кривой времени t(S)

Кривая времени t(S) строится на основе кривой скорости V(S).

При построении кривой времени t(S) необходимо соблюдать следующие правила: сверху кривую t(S) ограничивают временем 15 или 20 минут (в этих местах делают временные спады), в этой работе выберем 20 мин. Также временные спады делаем по осям станций при остановке, в частности на промежуточной станции Б график времени при трогании с неё снова строим из нуля (из середины станции при V=0).

Полученные времена хода с ограничением и без ограничения по скорости необходимо сравнить между собой. Сравнение проводим путём определения разницы для технической скорости движения, т.е. считаем её снижение по отношению к такой же скорости, но без ограничения.

Сначала рассчитаем среднетехническую скорость по времени хода V_T, определив по графику время прохождения без ограничения Т_бо и с ограничением Т_со:

Т_бо= 36.2 мин, Т_со=39.2 мин;

, (6.1)

где S - длина участка, S=40.460 км

T - время прохождения поезда по этому участку.

Cреднетехническая скорость по времени хода без ограничения:

Cреднетехническая скорость по времени хода с ограничением:

Таким образом, снижение среднетехнической скорости с ограничением V_Tсо по отношению к среднетехнической скорости без ограничения V_Tбо составило:

V= V_Tбо - V_Tсо = 67 - 61.9=5.1 (км/ч)

7. Определение расхода электроэнергии на тягу поездов

При определении нагрева тяговых электродвигателей и расхода энергии для электроподвижного состава однофазного тока со статическими преобразователями и тяговыми электродвигателями постоянного тока необходимо также построение токовых характеристик. Наличие преобразовательной установки на электровозе, а также изменение коэффициента мощности вызывает необходимость построения следующих кривых: тока тяговых двигателей Iд(S) - для определения нагрева их обмоток; действующее значение активного тока электровоза (на первичной обмотке трансформатора) Ida(S) - для определения расхода электроэнергии.

Расход электроэнергии в курсовом проекте определяем при помощи кривой тока, потребляемой электровозом при движении по данному железнодорожному участку. Кривую тока можно построить двумя способами:

- с помощью токовых характеристик электровоза;

- в точках перелома кривой скорости - (S) при следовании в режиме тяги определяем силу тяги электровоза, из ее величины находим силу тяги одного ТЭД, по силе тяги определяем его ток, по которому определяем ток электровоза.

7.1 Построение кривой тока электровоза

Кривые Iд(S) и Ida(S) строят на том же планшете, где были построены кривые v(S) и t(S). Масштаб при этом выбирают исходя из удобства пользования токовыми характеристиками и соблюдая масштабные ряды.

Построение кривой Iд(S) для электровозов переменно тока ведут, используя характеристики v(S). По этой характеристике определяют ток тягового двигателя (согласно токовым характеристикам электровоза) в режиме тяги (или в режиме реостатного торможения) в точках излома кривой скорости. Режим работы двигателей устанавливают по тем особым отметкам, которые были нанесены при построении кривой скорости V(S). Аналогично строим кривую Ida(S) в режиме тяги. Кривые Iд(S) и Ida(S) приведены в приложении 8.

7.2 Определение общего и удельного расхода электроэнергии на тягу поездов

Локомотивы совершают механическую работу, затрачиваемую на передвижение поезда. Эту работу электроподвижной состав выполняет, используя электрическую энергию, получаемую от систем электроснабжения электрифицированной железной дороги. При расчете полного расхода электроэнергии, потребляемой электроподвижным составом, ее подразделяют на отдельные составляющие: энергия, расходуемая на тягу поезда и энергия, расходуемая на собственные нужды электровоза.

Расход электроэнергии на тягу поезда можно определить графо - аналитическим способом при использовании кривых тока и времени. Для этого кривую тока разбивают на участки, в пределах которых ток принимают постоянным и равным среднему арифметическому значению в начале (н) и конце (к) участка:

(7.1)

По кривой времени определяется длительность интервала , мин, действия этого тока

Расход электроэнергии на тягу поездов , кВч • ч, определяют по формуле:

, (7.2)

где - напряжение на токоприемнике, В

Для тягового режима на участках постоянного тока В.

Удельный расход электроэнергии, Вт•ч/(ткм)

, (7.3)

где S - пробег поезда, км.

Удельный расход электроэнергии на собственные нужды, Вт•ч/(ткм) определяем по формуле:

, (7.4)

где - полный расход энергии на собственные нужды электровоза, кВч•ч,

,

где t - время работы электровоза на участке, мин;

- среднее значение электроэнергии, потребляемых вспомогательными машинами электровоза (кВтЧч), для ВЛ-80 данный параметр составляет 100 кВчЧч

Отсюда удельный расход электроэнергии на тягу поездов кВт•ч/(•ткм)



Пример: Необходимо определить удельный расход электроэнергии на тягу поезда на основании кривых и t(S) при напряжении на токоприемнике 25000 В.

1) Рассчитаем средние значения тока на каждом участке:

на участке с остановкой 8-9

мин

на участке с остановкой 8-9

?t=0.3 мин и т.д.

Результаты расчетов сведены в таблицы 8.2 - 8.3.

A•м; А•м.

2) Рассчитаем расход электроэнергии на тягу поезда по формуле (7.2)

кВт•ч;

кВт•ч;

3) Удельный расход энергии:

кВт•ч/(•ткм)

кВт•ч/(•ткм)

4) Полный расход энергии на собственные нужды электровоза:

кВт•ч; кВт•ч;

5) Удельный расход энергии на собственные нужды:

кВт•ч/(•ткм)

кВт•ч/(•ткм)

6) Удельный расход электроэнергии на тягу поезда:

кВт•ч/(•ткм)

кВт•ч/(•ткм)

На основании этих расчетов определяем разницу в расходе электроэнергии при движении с остановкой и без остановки.

кВт•ч/(•ткм)

8. Расчет нагрева тяговых электродвигателей

При определении веса поезда наибольшую силу тяги принимают с учетом ограничения по коммутации тяговых электродвигателей или по сцеплению колес с рельсами. Однако, кроме этих ограничений, необходимо учитывать еще и ограничения по использованию мощности или нагреванию тяговых двигателей. Части тяговых электродвигателей, изолированных материалами различных классов, можно нагревать до разных температур. Изоляция класса В является менее теплостойкой. Больше теплостойкой обладает изоляция класса F. Еще более устойчива и надежна в работе при повышенных температурах - изоляция класса Н. В зависимости от класса изоляции в ПТР для полезной работы установлены следующие предельные температуры нагрева обмоток тяговых электродвигателей, которые приведены в таблице 8.1

Таблица 8.1. Допускаемые превышения температур обмоток ТЭД

ОБМОТКИ	для класса изоляции
	В	F	Н
ОБМОТКИ ЯКОРЯ	120	140	160
ОБМОТКИ ПОЛЮСОВ	130	155	180

Исходя из закона нагревания однородного тела, превышение температуры ф тяговых электродвигателей или главных генераторов при нормальных для данной машины условиях охлаждения определяют аналитически по упрощенной формуле:

, (8.1)

где Т - тепловая постоянная времени электрической машины, мин, соответствующая такому условному времени, в течении которого нагрелась бы обмотка тягового электродвигателя до установившейся температуры при полном отсутствии теплоотдачи;

- начальное превышение температуры для расчетного промежутка времени.

Данная формула справедлива при условии

Постоянная времени Т и установившееся превышение температуры, являются тепловыми параметрами данной обмотки тягового электродвигателя. При расчете нагревания электродвигателя на втором отрезке за начальное превышение температуры принимают превышение температуры , которое он имеет в конце первого отрезка. Расчет превышения температур тягового электродвигателя или генератора на последующих участках выполняют аналогично. При следовании локомотива без тока на выбеге или при использовании автоматических тормозов превышение температуры на данном участке определяют по формуле:

(8.2)

в случаях применения на электроподвижном составе электрического торможения расчет выполняют обычным порядком, как и при следовании в тяговом режиме.

Пример:

1. для определения превышения температуры подчитаем среднее значение тока ТЭД (как в режиме тяги так и электрического торможения) на каждом отрезке, ограниченного точками излома кривой скорости V(S). Соответствующие данные заносим в таблицу 8.2 (движение без остановки на промежуточной станции) и 8.3 (движение с остановкой на промежуточной станции).

2. Определяем промежутки времени по кривой времени t(S), за которые электровоз следовал без тока =0. Соответствующие данные заносим в таблицу 8.2 и 8.3.

3. Далее по тепловым характеристикам обмотки ТЭД НБ-418К (ПТР) определяем установившуюся температуру нагрева при соответствующем . Данные заносим в таблицы 8.2 и 8.3.

4. После проверяем выполнение условий для всех отрезков времени .

Тепловая постоянная времени ТЭД НБ-418К Т=23 мин. Для примера покажем разбиение участка кривой тока Iд(S):

мин, очевидно, условие выполняется

Дальнейшие расчеты ведем подобным образом.

Максимально допустимое превышение температур обмотки якоря ТЭД НБ-418К составляет 120 (см. таблицу 8.1). Найдем значение наибольшей температуры нагрева обмоток якоря нашего ТЭД по формуле:

где наибольшее значение превышения температуры обмотки якоря, полученное из расчетов;

коэффициент, учитывающий снегозащиту, (летом);

коэффициент приведения превышения температуры обмоток якоря к расчетной температуре окружающего воздуха, .

После заполнения таблиц 8.2 и 8.3 наибольшее значение превышения температуры обмотки якоря ТЭД в обоих случаях движения составил

Найдем наибольшую температуру нагрева обмотки якоря:

Выводы

По проделанной работе можно сделать выводы: рассчитали вес состава, который составил в соответствии с заданными характеристиками и параметрами электровоза составил 2100т.

Cреднетехническая скорость по времени хода без ограничения по скорости составила 67 км/ч. Cреднетехническая скорость по времени хода с ограничением по скорости равна 61.9 км/ч. Снижение среднетехнической скорости с ограничением по скорости по отношению к среднетехнической скорости без этого ограничения составило 5.1 км/ч.

Допустимое значение нагрева тяговых двигателей не было достигнуто.

Очевидно, ограничение по скорости должно увеличивать расход электроэнергии и снижать среднетехническую скорость, что подтвердилось на практике в ходе выполнения курсового проекта.

Список литературы

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

Осипов С.И., Осипов С.С. Основы тяги поездов. Учебник для студентов техникумов и колледжей ж/д транспорта.-М.: УМК МПС России, 2000.-592 с.

Методические указания по оформлению расчетно-пояснительной записки по дипломному и курсовому проектированию для студентов специальности «Локомотивы». Составители: Ротанов В.Н., Озеров М.И., Чумоватов А.И.-М.:МИИТ, 1992,-8 с.

Размещено на Allbest.ru