Тяговые расчеты для поездной работы

12

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра электрической тяги

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему: «Тяговые расчеты для поездной работы»

по дисциплине: Подвижной состав

Проверил: Выполнил:

преподаватель студент группы БП - 414

Фетисова Н.Г. Пьянкова Ж.А.

Екатеринбург

2007

Содержание

Введение ………………………………………………………………………..…3

1 Исходные данные и задание на курсовую работу……………………….......4

1.1 Общие данные………………………………………………………………...4

1.2 Индивидуальные данные……………………………………………….........4

1.3 Задание …………………………………………………………………….….5

2 Содержание курсовой работы ………………………………………………...6

2.1 Определение основных технических данных локомотива ……………….6

2.2 Определение расчетной массы состава …………………………………..…6

2.3 Построение диаграммы удельных результирующих сил поезда ………... 9

2.4 Определение допустимой скорости движения поезда на спусках………12

2.5 Построение кривых движения поезда на участке ………………………..14

Заключение…………………………………………………………………….... 15

Список литературы ………..……………………………………………………16

Приложение А Диаграмма удельных результирующих сил…..……………..17

Приложение Б Графическое решение тормозной задачи….…..……………..18

Приложение В Кривые движения поезда…………..….…...………………...19

Введение

В теории тяги изучают управляемое движение поездов. При этом поезд рассматривают как управляемую систему, функционирующую в условиях переменных возмущающих воздействий внешней среды, наложения внутренних и внешних удерживающих связей и нормативных ограничений ее управляющих воздействий.

В тяге поездов принято считать, что локомотив и вагоны, связанные между собой автосцепками, движутся в пространстве и времени как единое целое - как система, не имеющая никаких других движений, кроме управляемого.

Очевидно, что автосцепки являются внутренними, а рельсы - внешними удерживающими связями, определяющими траекторию движения и направление сил, воздействующих на управляемое движение поезда.

Расчетную часть теории тяги поездов называют тяговыми расчетами. Тяговые расчеты используются для разработки графика движения поездов, изыскания и проектирования железных дорог, расчетов в области экономической эффективности перевозок. В данной курсовой работе рассчитываются важнейшие задачи по тяговым расчетам, которые являются основным расчетным инструментом в деле рационального функционирования, планирования и развития железных дорог: определение расчетной массы состава, построение диаграммы удельных результирующих сил поезда, определение допустимой скорости движения поезда на спусках, построение кривых движения поезда на участке.

1 Исходные данные и задание на курсовую работу

1.1 Общие данные

1.1.1 Участок А-Б-В имеет звеньевой путь.

1.1.2 Расположение осей станционных путей следующее:

- ось станции А расположена в начале первого элемента;

- ось станции Б расположена в середине элемента №13;

- ось станции В расположена в конце последнего элемента.

1.1.3 Длина станционных путей - 1250 м.

1.1.4 Допустимая скорость движения по состоянию путей:

- по перегонам ……………. 80 км/ч;

- по станциям ……………... 60 км/ч.

1.1.5 Допустимый тормозной путь при экстренном торможении - 1200 м.

1.1.6 Расчетный тормозной коэффициент поезда - 0,33.

1.1.7 Тормозные колодки - чугунные.

1.2 Индивидуальные исходные данные

1.2.1 Серия локомотива - ВЛ8, профиль пути участка А-Б-В № 16.

Таблица 1.1 - Профиль пути участка пути А-Б-В

Элемент пути	Длина, Lэ, м	Уклон, i, ‰	Элемент пути	Длина, Lэ, м	Уклон, i, ‰	Элемент пути	Длина, Lэ, м	Уклон, i, ‰
1	800	0,2	10	1000	0	19	1500	-4
2	1300	2,5	11	600	3	20	1600	-11
3	1300	5	12	1200	1	21	600	-3
4	1000	6	13	1500	0	22	800	0
5	800	3	14	900	2,5	23	1900	9
6	1700	5,5	15	1200	2	24	700	4
7	1200	4	16	1200	1	25	1500	1
8	1500	7,5	17	1400	0	26	1500	0
9	1900	9	18	1400	-3	27	1100	-0,5
Lуч, м	33100

1.2.2 Вагонный состав поезда

Доля (по массе) восьмиосных (б8) и четырехосных (б4) вагонов в составе поезда:

б8 = 0,2 + 0,02N, (1.1)

б8 = 0,2 + 0,02*16 = 0,52;

б4 = 1 - б8, (1.2)

б4 = 1 - 0,52 = 0,48.

Масса в тоннах, приходящихся на ось колесной пары, соответственно:

m08 = 13 + 0,2N, (1.3)

m08 = 13 + 0,2 * 16 = 16,2, т;

m04 = 15 + 0,2N, (1.4)

m04 = 15 + 0,2 * 16 = 18,2, т;

где N - порядковый номер студента по списку.

1.2.3 Начальные условия

Начальная километровая отметка участка Sо, км

Sо = 520 + 100N, (1.8)

Sо = 520 + 100*16 = 2120, км.

Cкорость движения поезда в начале участка Vо, км/ч

Vо = 5 + N, (1.9)

Vо = 5 + 16 = 21, км/ч.

Начальное значение времени движения поезда to, мин

to = 0,3N, (1.10)

to = 0,3*16 = 4,8, мин.

1.3 Задание

Определить расчетную массу состава.

Определить допустимую скорость движения поезда на спусках.

Построить зависимости V(S) и t(S) при движении поезда по участку с расчетной массой состава и оценить полученные результаты:

- по значениям технической и участковой скоростей движения;

- по режиму проследования расчетного подъема.

Тяговые расчеты должны быть выполнены при условии варианта:

без остановки на промежуточной станции и без учета предупреждения;

Тяговые расчеты должны быть произведены с наибольшим использованием тяговых свойств локомотива и допустимых скоростей движения поезда с целью получения наименьших значений перегонных времен хода.

2 Содержание курсовой работы

2.1 Определение основных технических данных локомотива

Основные технические данные локомотива серии ВЛ8:

- сила тяги при трогании с места Fк тр = 607 кН;

- расчетная сила тяги Fк р = 465 кН;

- расчетная скорость движения Vр = 43,3 км/ч;

- конструкционная скорость движения Vк = 80 км/ч;

- масса локомотива mл = 184 т;

- длина локомотива lл = 28 м.

Ограничение тяговой характеристики локомотива по сцеплению Fсц, кН:

Fсц = 9,81* mл*шк, (2.1)

где mл - масса локомотива, т;

шк - расчетный коэффициент сцепления:

шк = 0,25 + 8/(100+20*V) (2.2)

Vp = 43,3 км/ч: шк = 0,25 + 8/(100+20*43,3) = 0,258,

Fсц = 9,81* 184*0,258 = 466,0 кН;

Таблица 2.1 - Ограничение тяговой характеристики локомотива серии ВЛ8 по сцеплению

V, км/ч	0	10	20	30	40	43,3
Fсц, кН	596,0	500,0	480,5	471,5	467,5	466,0

Тяговую характеристику локомотива серии ВЛ8 Fк(V) и ее ограничение Fсц(V) (рисунок 2.1) строим на миллиметровой бумаге в удобном для пользования масштабе.

2.2 Определение расчетной массы состава

2.2.1 Расчет критической массы состава

Критическую массу состава mс кр, т, определяют по мощности локомотива из условия движения поезда по расчетному подъему с установившейся (равномерной) скоростью при работе локомотива в расчетном режиме V = Vр:

mс кр = (Fкр/g) - mл (w'o + ip), (2.3)

w''o + ip

где Fкр - расчетная сила тяги, Н;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

w'o - удельное основное сопротивление движению электровоза при езде под током, Н/кН;

ip - расчетный подъем, ‰;

w''o - удельное основное сопротивление движению состава, Н/кН.

Величину w'o рассчитывают по формуле

w'o = 1,9 + 0,01V + 0,0003V2, (2.4)

w'o = 1,9 + 0,01*43,3 + 0,0003*43,32 = 2,90, Н/кН,

где V - скорость движения, км/ч.

Для состава, сформированного из четырехосных и восьмиосных вагонов, величину w''o рассчитывают по формуле

w''o = б4* w''o4 + б8* w''o8, (2.5)

где w''o4 - удельное основное сопротивление движению четырехосных вагонов, Н/кН;

w''o8 - удельное основное сопротивление движению восьмиосных вагонов, Н/кН.

Удельное основное сопротивление движению груженых четырехосных и восьмиосных вагонов определяют по формулам:

w''o4 = 0,7 + 3+0,1V+0,0025V2 , (2.6)

mo4

w''o4 = 0,7 + 3+0,1*43,3+0,0025*43,32 = 1,36, Н/кН,

18,2

w''o8 = 0,7 + 6+0,038V+0,0021V2 , (2.7)

mo8

w''o8 = 0,7 + 6+0,038*43,3+0,0021*43,32 = 1,41, Н/кН,

16,2

w''o = 0,48* 1,36 + 0,52* 1,41 = 1,39, Н/кН,

mс кр = (465000/9,81) - 184(2,90 + 9) = 4351 ? 4350, т.

1,39 + 9

2.2.2 Проверка массы состава по троганию с места

Масса состава, рассчитанная выше, должна быть меньше массы mс тр, полученной по формуле

mс тр = Fк тр/[g(wтр + iтр)] - mл, (2.8)

где mс тр - масса состава при трогании с места, т;

Fк тр - сила тяги при трогании с места, Н;

wтр - удельное основное сопротивление при трогании с места, Н/кН;

iтр - уклон участка пути, на котором происходит трогание поезда с места, ‰.

Удельное основное сопротивление движению при трогании поезда с места для вагонов на роликовых подшипниках определяется по формуле

wтрi = 28/ (moi + 7), (2.9)

где moi - масса, приходящаяся на ось вагона i - того типа,т.

wтр4 = 28/ (18,2 + 7) = 1,11, Н/кН;

wтр8 = 28/ (16,2 + 7) = 1,21, Н/кН.

Для состава из четырехосных и восьмиосных вагонов wтр определяют по выражению

wтр = б4 * wтр4 + б8 * wтр8, (2.10)

wтр = 0,48 * 1,11 +0,52 * 1,21 = 1,16, Н/кН,

mс тр = 607000/[9,81(1,16 + 0,2)] - 184 = 45313 ? 45300, т.

4350 < 45300 => mс кр < mс тр, то есть условие выполняется.

2.2.3 Проверка массы состава по размещению на станционных путях

Длина поезда не должна превышать полезной длины приемоотправочных путей на участках обращения данного поезда (с учетом допуска 10 м на установку поезда).

Длина поезда lп, м, определяется по формуле

lп = lс + nл*lл + 10, (2.11)

где lс - длина состава, м;

nл - количество локомотивов;

lл - длина локомотива, м.

Длина состава определяется по формуле

lс = ?(ni*li), (2.12)

где ni - количество вагонов i-того типа в составе;

li - длина вагона i-того типа, м. Принять l4 = 14м, l8 = 21м.

Количество вагонов определяется по выражению

ni = бi* mc/mi (2.13)

где бi - доля вагонов i-того типа (по массе);

mi - масса одного вагона i-того типа, т. Определяется по числу осей и массе, приходящейся на ось.

n4 = 0,48* 4350/18,2*4 = 28;

n8 = 0,52* 4350/16,2*8 = 17;

lс = (28*14) + (17*21) = 749, м;

lп = 749 + 1*28 + 10 = 787, м.

Так как длина приемоотправочных путей 1250 м, а длина поезда 787 м, то делаем вывод о том, что масса состава рассчитана верно.

2.2.4 Выбор расчетной массы состава

Из двух значений масс состава, полученных выше, для дальнейших расчетов принимается ее наименьшее значение, а именно - 4350 т.

2.3 Построение диаграммы удельных результирующих сил поезда

Для получения в дальнейшем кривых движения поезда графическим способом необходимо предварительно рассчитать удельные результирующие силы, действующие на поезд при движении его по прямому и горизонтальному участку пути. При этом удельные результирующие силы поезда рассчитывают и строят на графике в зависимости от скорости движения для всех трех возможных режимов ведения поезда: тяги - fт, выбега - fв, служебного механического торможения - fсл.т.. Совместное графическое изображение этих зависимостей принято называть диаграммой удельных результирующих сил поезда.

В тяговом режиме

fт = fк - wо, (2.14)

Таблица 2.2 - таблица удельных сил поезда. Сводная

V, км/ч	w'o, Н/кН	w''o4, Н/кН	w''o8, Н/кН	w''o, Н/кН	цкр	bт, Н/кН	tn, c	Sn, м	wx, Н/кН	wox, Н/кН	Fэкст.т., Н/кН	wo, Н/кН	Fк, Н/кН	fк, Н/кН	fт, Н/кН	fсл.торм., Н/кН
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
0	2,03	0,93	1,11	1,02	0,270	89,10	11,85	0	2,55	1,09	-90,26	1,06	596,0	13,40	12,39	-45,58
10	2,03	0,93	1,11	1,02	0,198	65,34	12,53	35	2,55	1,09	-66,42	1,06	500,0	11,24	10,18	-33,76
20	2,22	1,03	1,17	1,10	0,162	53,46	13,09	73	2,76	1,17	-54,63	1,15	480,5	10,80	9,66	-27,90
30	2,47	1,15	1,26	1,21	0,140	46,33	13,56	113	3,05	1,28	-47,61	1,26	471,5	10,60	9,34	-24,45
40	2,78	1,30	1,37	1,34	0,126	41,58	13,97	155	3,40	1,42	-43,00	1,40	467,5	10,51	9,11	-22,21
43,3	2,90	1,36	1,41	1,39	0,122	40,34	14,09	170	3,53	1,48	-41,82	1,45	466,0	10,48	9,03	-21,65
50	3,15	1,48	1,51	1,50	0,116	38,19	14,32	199	3,83	1,59	-39,78	1,56	280,0	6,30	4,73	-20,69
60	3,58	1,69	1,68	1,68	0,108	35,64	14,63	244	4,32	1,79	-37,43	1,76	143,0	3,22	1,45	-19,61
70	4,07	1,92	1,87	1,90	0,102	33,66	14,90	290	4,89	2,02	-35,68	1,98	89,0	2,00	0,02	-18,85
80	4,62	2,18	2,09	2,13	0,097	32,08	15,14	337	5,52	2,27	-34,35	2,23	62,0	1,39	-0,84	-18,31

в режиме выбега

fв = - wох, (2.15)

в режиме служебного механического торможения

fсл.т. = - (0,5*bт + wох), (2.16)

где fк - удельная сила тяги, Н/кН;

wо - удельное основное сопротивление движению поезда при езде локомотива под током, Н/кН;

wох - удельное основное сопротивление движению поезда при езде локомотива без тока, Н/кН;

bт - удельная тормозная сила при механическом торможении, Н/кН.

В свою очередь

wо = (mл* w'о + mс* w''о) / (mл+ mс), (2.17)

wох= (mл* wх + mс* w''о) / (mл+ mс), (2.18)

fк = Fк / [(mл+ mс)*g], (2.19)

bт = 1000цкр* хр; (2.20)

где wх - удельное основное сопротивление движению электровоза при езде без тока, Н/кН;

Fк - сила тяги электровоза, Н;

цкр - расчетный коэффициент трения колодок о бандаж;

хр - расчетный тормозной коэффициент, 0,33.

Для всех серий электровозов

wх = 2,4 + 0,011V + 0,00035V2. (2.21)

Для чугунных тормозных колодок

цкр = 0,27(V+100) / (5V+100). (2.22)

Расчет значений удельных сил поезда выполняют для скоростей движения в диапазоне от нуля до конструкционной скорости с интервалом 10 км/ч. В диапазоне скоростей движения от нуля до скорости выхода на характеристику полного возбуждения силу тяги принимают равной силе сцепления. Сопротивление движению локомотива и состава при скоростях 0…10 км/ч принимают неизменным и равным его величине при скорости движения V = 10 км/ч.

V = 10 км/ч: цкр = 0,27(10+100) / (5*10+100) = 0,20;

wх = 2,4 + 0,011*10 + 0,00035*102 = 2,55,Н/кН;

bт = 1000*0,198* 0,33=65,34 Н/кН;

fк = 500000 / [(184+ 4350)*9,81] = 11,24 Н/кН;

wох= (184* 2,55 + 4350* 0,97) / (184+ 4350) = 1,09, Н/кН;

wо = (184* 1,9 + 4350* 0,97) / (184+ 4350) = 1,06,Н/кН;

fт = 11,24 - 1,06 = 10,18, Н/кН;

fв = - 1,09, Н/кН;

fсл.т. = - (0,5* 65,34 + 1,09) = - 33,76, Н/кН.

Полученные данные заносятся в таблицу 2.2, по данным граф 11, 16 и 17 строится диаграмма удельных результирующих сил поезда (приложение А).

2.4 Определение допустимых скоростей движения поезда на спусках

Определение допустимых скоростей движения поезда на спусках производится с целью недопущения проследования поездом участков пути, имеющих спуски, со скоростями движения, превышающими допустимые значения по тормозным средствам поезда. Такая задача называется тормозной задачей и решается путем расчета режима экстренного торможения поезда, когда по заданным значениям тормозного пути Sт, профиля пути iс и тормозным средствам поезда bт определяется максимально допустимое значение скорости начала торможения Vнт.

Тормозной путь Sт, м, имеет две составляющие

Sт = Sп + Sд, (2.23)

где Sп - подготовительный тормозной путь, м;

Sд - действительный тормозной путь, м.

Путь Sп, пройденный поездом за время подготовки тормозов к действию, находится по формуле

Sп = 0,278* Vнт*tп, (2.24)

где Vнт - скорость движения поезда в момент начала торможения, км/ч;

tп - время подготовки тормозов к действию, с.

В зависимости от количества осей в грузовом составе находят время. Количество осей в составе определяется по формуле

No = 4n4 + 8n8, (2.25)

No = 4*28 + 8*17 = 248;

tп = 10 - 15*iс / bт, (2.26)

При V= 10 км/ч tп = 10 - 15*(-11) / 65,34 = 12,5, с;

Sп = 0,278* 10*12,5 = 35, м.

Зависимость действительного тормозного пути от скорости начала торможения Sд(Vнт) определяют путем решения графическим методом основного уравнения движения поезда в режиме его экстренного торможения, когда удельная равнодействующая сила поезда fэкст.т равна

fэкст.т = - bт - wox. (2.27)

При V= 10 км/ч fэкст.т = - 65,34 - 1,09 = - 66,42, Н/кН.

Учитывая, что зависимость Sп(Vнт) начинается в начале заданного тормозного пути и имеет нарастающий характер, а зависимость заканчивается в конце заданного тормозного пути и имеет убывающий характер, то очевидно, что две эти зависимости на интервале тормозного пути пересекаются, а точка их пересечения и есть решение тормозной задачи (приложение Б).

Если решить тормозную задачу для нескольких значений спусков на участке, начиная с самого крутого, то можно получить зависимость допустимой скорости движения поезда с расчетной массой состава от величины спусков на заданном участке Vдоп(iс) (рисунок 2.2).

Второй по величине спуск составляет -4‰. При решении тормозной задачи для этого спуска точка пересечения графиков зависимостей Sп(Vнт) и Sд(Vнт) оказалась значительно выше конструкционной скорости локомотива ВЛ8 (80км/ч). Поэтому принимаем ограничение скорости только на элементе профиля со спуском величиной - 11‰, а на остальных спусках скорость равна конструкционной скорости локомотива ВЛ8.

2.5 Построение кривых движения поезда

2.5.1 Кривые движения поезда V(S) и t(S) - это зависимости, соответственно, скорости движения поезда и времени его хода от пути. Эти кривые получаются в результате решения основных дифференциальных уравнений движения поезда:

V(dV/dS) = 120f, (2.28)

dS/dt = V, (2.29)

где V - скорость движения поезда, км/ч;

S - путь, пройденный поездом, км;

f- удельная результирующая сила, действующая на поезд, Н/кН;

t- время движения поезда, ч.

Значения f определяем по формулам (2.14), (2.15) или (2.16) в зависимости от режима ведения поезда, они приведены в таблице 2.2 и на диаграмме удельных результирующих сил поезда f(V).

В курсовом проекте используем графический метод интегрирования уравнений (2.28), (2.29). Сначала строим кривую скорости V(S), а затем кривую времени t(S),ось времени t располагаем параллельно оси скорости V. Для уменьшения размеров графика кривую t(S) строим со сбросами на нуль через каждые 10 мин.

Полюсное расстояние: Д = mV*mt/mS = 2*3600/240 = 30 мм.

Кривые движения поезда приведены в приложении В.

2.5.2 По результатам построения кривых движения поезда по участку А-Б-В (без остановки на промежуточной станции Б) определяем:

- техническую скорость движения поезда

VT = Lуч*60/Тх, (2.30)

VT = 33,1*60/39,5 = 50,3 км/ч,

- участковую скорость движения поезда

Vуч = Lуч*60/(Тх + Тст), (2.31)

Vуч = 33,1*60/(39,5 + 0) = 50,3 км/ч,

где Lуч - длина участка А-Б-В, км;

Тх - время движения поезда по участку, мин;

Тст - время стоянки поезда на промежуточной станции, мин.

Заключение

В данной курсовой работе был выбран расчетный и проверяемый подъемы (+9‰ и -11‰ соответственно), определена расчетная масса состава (4350 т), определена длина поезда (787 м), рассчитаны удельные равнодействующие силы и построена их диаграмма, решена тормозная задача, определена допустимая скорость движения поезда на максимальном спуске - 79 км/ч, построены графики зависимости скорости V(S) и времени t(S) от пути, определено время хода поезда по перегонам (39,5 мин), рассчитаны техническая и участковая скорости, равные между собой - 50,3 км/ч.

Список литературы

1. Э.И.Бегагоин, О.И.Ветлугина. Тяговые расчеты для поездной работы: Методическое руководство к курсовому проекту.-Екатеринбург:

УрГУПС, 2004.

2. Подвижной состав и тяга поездов / Под ред. Н.А.Фуфрянского и В.В.Деева. - М.: Транспорт, 1971.

3. Правила тяговых расчетов для поездной работы (ПТР). - М.: Транспорт, 1985 г.