Теорія локомотивної тяги

p>

Для вагонів з підшипниками кочення:

wтр
i
=, (2.16)

де q0
i
–маса, яка приходиться на вісь вагона i-го типу, т.

Маса складу, що розрахована за умовами рушання з місця, повинна бути більше маси, обчисленої за розрахунковим підйомом - Qтр
≥Q.

При необхідності перевірки можливості рушання поїзда з місця при зупинках на перегонах слід виявити крутизну підйому, на якому головний локомотив може зробити рушання та розгін без допоміжного локомотива. Максимальна крутизна підйому, на якому забезпечується рушання з місця, визначається за формулою:

iтр
=, ‰ (2.17)

де К –коефіцієнт, який враховує зростання опору при рушанні поїзда з місця, через розтягнення вагонів на підйомі (можна прийняти К=0.77).

Розрахунки:

wтр
= ;

= т;

iтр
= ‰

Дана перевірка показала, що поїзд розрахованої маси зможе зрушити з місця зі всіх роздільних пунктів без допоміжного локомотива. На ділянках з підйомами i>iтр
повинно бути передбачено тільки рух без зупинок поїздів встановленої маси.

3. Розрахунок і побудова характеристик сил, діючих на поїзд

Для рішення рівняння руху поїзда та побудови кривої швидкості від колії V=f(S) графічним методом необхідно мати інформацію про величини питомих прискорюючих та сповільнюючих сил, діючих на поїзд у всьому дійсному діапазоні зміни швидкості поїзда при різних режимах його руху.

Характеристики питомих рівнодіючих сил розраховують і будують для умов руху поїзда за прямою та горизонтальною ділянкою колії.

Розрахунок питомих сповільнюючих сил при механічному гальмуванні відбувається за формулою:

Вт
=, (3.1)

де φкр
–розрахунковий коефіцієнт тертя колодок об колесо;

при чавунних колодках:

φкр
=, (3.2)

-розрахунковий гальмовий коефіцієнт складу:

=, (3.3)

де ni
–число осей відповідно у групах вагонів i-го типу;

Kpi
–розрахункові сили натиску гальмових колодок відповідно на вісі i-го типу вагонів (при чавунних колодках Kpi
=68.5 );

-відсоток гальмових осей у складі, %.

При визначенні розрахункового гальмового коефіцієнта вантажних поїздів на схилах до 20‰ маса та гальмові засоби локомотива не враховуються.

У курсовій роботі розраховуються дві характеристики сповільнюючих сил при гальмуванні: екстрене гальмування Bт
+w0
x
=f(V) та службове гальмування 0.5 Bт
+w0
x
=f(V).

Для рішення рівняння руху поїзда графічним методом та будови залежності V=f(S) необхідно спочатку накреслити діаграми питомих рівнодіючих сил.

n4=
вісі;

n8=
вісі.

=

Результати розрахунків наведені у таблиці 3.1

4. Гальмові розрахунки

Для забезпечення безпеки руху поїзда по ділянці необхідно знати макси-мально допустиму швидкість руху поїзда на схилах різної крутизни, тобто при екстреному гальмуванні поїзд на будь-якому схилі повинен бути зупиненим у межах заданого гальмового шляху.

У курсовій роботі граничний гальмовий шлях вантажного поїзда приймається 1000м на схилах крутизною до 6‰ та 1200м на схилах крутіше 6‰.

Допустимі швидкості початку гальмування можуть бути визначені аналітичним або графічним способом шляхом рішення гальмової задачі.

Як відомо, гальмовий шлях поїзда Sт
визначається за формулою:

, м (4.1)

де Sп
- підготовчий шлях вантажного поїзда, м;

Sд
- дійсний гальмовий шлях, на відстані якого поїзд рухається з діючими у повну силу гальмами, м.

Рівність (4.1) дозволяє визначити допустиму швидкість як величину, яка відповідає точці перетину графічних залежностей підготовчого шляху Sп
та дійсного гальмового шляху Sд
від швидкості руху поїзда у режимі гальмування.

Розрахунок підготовчого шляху ведеться за формулою:

, м (4.2)

де Vнт
–швидкість з початку гальмування, ;

tп
–час підготовки гальм до дії, с.

Час підготовки гальм до дії для складу, який має 200 осей і більше (до 300 осей включно) визначається за формулою:

, с (4.3)

Побудова залежності підготовчого гальмового шляху Sп
від швидкості виробляється за двома точками. Одна з точок відповідає значенню Vк
=0 (у цьому випадку Sп
=0), а друга може бути визначена для будь-якої вибраної швидкості Vнт
. Оскільки початкова швидкість гальмування невідома, побудова ведеться з кінця прийнятого гальмового шляху при швидкості V=0 заднім ходом. Проекція точки схрещення прямої Sп
=f(V) та ламаної кривої Sд
=f(V) на вісь ординат буде відповідати максимально допустимій швидкості поїзда при його русі по конкретному схилу.

Розрахунки:

с;

м;

с;

м;

с;

м;

Графічне рішення гальмової задачі відбувається у суворому співвідношенні з масштабами, які рекомендовані ПТР.

5. Побудова кривих швидкості руху та часу ходу поїзда

Крива швидкості будується для руху поїзда у визначеному заданому напрямку за таких умов:

- рух без зупинок при використанні у режимі тяги тільки максимальних тягових зусиль локомотива, що забезпечує пересування поїзда з найбільшими можливими швидкостями по кожному елементу профілю, та раціональних витрат енергоресурсів;

- рух поїзда з зупинками на проміжних станціях і урахування умов обмеження швидкості на окремих ділянках залізничного профілю;

- рух без зупинок при заданій середньотехнічній швидкості та забезпечення раціонального використання енергоресурсів.

Графічний спосіб визначення швидкості руху поїзда базується на геометричному зв’язку між діаграмами прискорюючих та сповільнюючих сил та швидкістю поїзда.

При проведенні розрахунків та побудові кривих руху поїзда необхідно врахувати наступне:

- рух поїзда розглядається як рух матеріальної точки, у якій зосереджена уся маса поїзда та яка розташована у центрі ваги поїзда, тобто у його середені;

- при графічному інтегруванні руху поїзда необхідно дотримувати рекомендовані масштаби;

- при побудові графіків V=f(S) та t=f(S) нижче вісі абсцис (S,м) наносять послідовно параметри випрямляючого профілю, параметри дійсного профілю, номери елементів дійсного профілю з прив’язкою до тих елементів, де вони розташовані, кілометрові відмітки, вісі станційних позначень у середині станційних елементів;

- при побудові кривої V=f(S) методом А.І. Липеця інтервали швидкості, у межах яких ведеться побудова у режимі тяги, приймаються не більше

10 до виходу на автоматичну частину тягової характеристики і не більше 5 при русі за автоматичної характеристикою; інтервали швидкості, при побудові кривої V=f(S) у режимі вибігу, приймаються не більше 10 ; інтервали швидкості у режимі службового гальмування при швидкостях 0...50 не більше 5 , а при більш високих швидкостях не більше 10 ;

- обираючи черговий інтервал швидкості, необхідно стежити за тим, щоб відрізок кривої швидкості не вийшов за межі елемента профілю;

- швидкість руху вантажного поїзда відповідно до нормативів ПТЕ неповинна перевищувати 90 , а також допустиму швидкість по гальмам для кожного елемента профілю;

- при побудові кривої швидкості необхідно враховувати перевірку гальм у шляху прямування, яка згідно з Інструкцією по експлуатації гальм виконується при досягненні поїздом швидкості 40...60 на площадці або схилі; зниження швидкості при цьому для вантажних поїздів допускати на 15...20 ;

- при прослідуванні елемента профіля з обмеженням швидкості необхідно враховувати, щоб не тільки центр ваги поїзда, але і його головна та хвостова частини пройшли по всьому елементу без перевищення швидкості, тому допустиму швидкість неохідно дотримувати не тільки в межах елемента, але і на відстані, яка дорівнює половині довжини поїзда до виїзду на даний елемент та після його закінчення;

- при досягненні поїздом максимально допустимої швидкості на схилах дозволяється спрощувати техніку побудування кривої за рахунок проведення горизонтальної лінії V=f(S) до кінця даного елемента, яка проводиться нижче допустимого значення швидкості на поправку ΔV (при крутизні схилу менше i=-4‰ ΔV=0; при схилах i=-4…10‰ ΔV=4 ; при схилах i=-12‰ ΔV=5 ; при схилах i=-14‰ ΔV=6 );

- на кривій швидкості необхідно виділяти точки зміни рижимів руху поїзда: Т –тяга; ХХ –холостий хід; Г –гальмування;

- при підході до зупиночних пунктів, на яких поїзд може бути прийнятий на бокову колію, слід зменшити швидкість перед вхідними стрілками до 50 ;

- у місці зупинки поїзда криву швидкості будують від швидкості, яка дорівнює нулю у задньому порядку; момент початку гальмування визначається точкою схрещення кривої швидкості при гальмуванні з раніше побудованими ділянками кривої V=f(S);

- якщо крива швидкості при гальмуванні схрещувалася з кривою перед гальмуванням, побудованою для режиму тяги, необхідно за 400-500м до схрещення перейти з тяги на вибіг та будувати відрізки лінії до схрещення з кривою при гальмуванні;

- при побудові кривої часу слід мати на увазі, що ця графічна залежність зростає, тому дану залежність t=f(S) будують окремими відрізками, які відповідають 10хв інтервалам.

6. Визначення технічної швидкості руху поїзда по перегонам та в цілому по ділянці

Для складання графіка руху поїздів слід визначити технічну швидкість руху поїзда по перегонам. Під технічною розуміють середню швидкість, яка не враховує час стоянки на проміжних станціях.

Розраховані дані з визначення часу руху поїзда по перегонам приймаються за кривою t=f(S) з точністю до 0.1 хв. Для графіка руху поїздів значення часу округлюється з точністю до 1хв.

Результати виконаних розрахунків наводять у таблиці 6.1.

Таблиця 6.1-Визначення технічної швидкості руху поїзда

Перегони	Довжина, км	Час руху за розрахунком, хв		Час руху для графіка, хв
		Без зупинок	З зупинками	Без зупинок	З зупинками
А-Б	15,800	29,3	31,0	30	31
Б-В	13,050	15,7	22,5	16	23
В-Г	12,350	14,0	15,5	14	16
По ділянці	41,200	59,0	69,0	60	70

Технічна швидкість поїзда по ділянці визначається за формулою:

, (6.1)

де L –довжина ділянки, км;

tАБ
, tБВ
, tВГ
–відповідно час ходу поїзда по перегонах з заданої ділянки, хв. Технічна швидкість підраховується для двох варіантів руху поїзда – без зупинок та з зупинками.

Розрахунки:

;

.

7. Визначення часу ходу поїзда приблизним способом

На практиці виникає необхідність здійснення наближених розрахунків часу ходу поїзда без витрат великої кількості часу. У цьому випадку можуть бути використані різні спрощені методи, з яких найбільшого поширення отримав метод усталених швидкостей. Цей метод заснований на припущенні, що на всій довжині кожного елемента профілю колії поїзд рухається зі встановленою швидкістю, а при переході з одного елемента на наступний швидкість миттєво змінюється до нового встановленого значення. Рівномірну або встановлену швидкість руху поїзда визначають за діаграмою питомих прискорюючих сил. Виконані розрахунки заносять у таблицю 7.1.

Сумарний час руху поїзда по ділянці визначається за формулою:

, хв (7.1)

де 3 –час у хвилинах на розгін поїзда (2 хв) та його сповільнення (1 хв).

Значення швидкості Vвст
не повинно бути нижче розрахункової швидкості локомотива Vр
та не повинно перевищувати значень допустимої швидкості руху.

Різниця у визначенні часу точним (методом Лебедєва) та наближеним способом залежить від правильності побудови діаграм питомих прискорюючих сил, довжини ділянок, особливостей чергування схилів та інших факторів. Порівняні розрахунки з використанням методу встановлених швидкостей та графічного методу, показали, що різниця у технічних швидкостях руху та часу ходу може досягати 4…7 % при електричній тязі та 11…17.5 % при тепловозній.

Таблиця 7.1-Визначення часу ходу поїзда приблизним способом

N	S,м	i,‰	Vвст.,км/год
1	1600	0	78	1,2
2	3850	+7,6	20,5	11,3
3	2450	+7,5	20,5	7,2
4	700	0	78	0,5
5	6500	-8,1	83	4,7
6	1400	0	78	1,1
7	6400	+4,3	34	11,3
8	4000	-3,1	82	2,9
9	1200	+11,4	20,5	3,5
10	1500	0	78	1,2
11	3000	-2,0	83	2,2
12	1400	-10,7	79	1,1
13	500	0	78	0,3
14	5300	+5,1	30	10,6
15	1400	0	78	1,1
				60,2

t=60,2+3=63,2 хв

Різниця у технічних швидкостях руху та часу ходу поїзда між точним та приблизним методом:

γ=

8. Побудова кривих струму

Криві струму I=f(S) як функції від пройденого поїздом шляху будують для розрахунку нагрівання електричних машин локомотивів, а також для визначення витрат електроенергії на тягу поїздів електрорухомим складом.

Криві I=f(S) будують на тому ж графіку, де зображені залежності V=f(S) та t=f(S) у масштабі, рекомендованому ПТР, з використанням кривої V=f(S) та струмових характеристик I=f(V) локомотивів.

Методика побудови кривих струму зводиться до наступного. Для кожної точки перелому кривих швидкості V=f(S) визначається значення швидкості руху поїзда. За струмовою характеристикою з ПТР знаходять величину струму, відповідну цим значенням швидкості. На вертикальних лініях, які проходять через точки перелому кривої швидкості, у прийнятому масштабі наносять точки, які відповідають велечинам струмів, найдених за струмовими характеристиками. Отримані точки з’єднують відрізками прямої лінії, які утворюють криву струму I=f(S).

Для тепловозів криві струму використовуються тільки для контролю температури обмоток тягових елктромашин. У вантажних тепловозів ТЕ3, 3ТЕ3 перевіряється нагрівання обмоток якоря генератора, а у тепловозів 2ТЕ10Л, В,М, 2М62, 2ТЕ116 та тепловозів більш пізньої побудови - обмотки якорів тягових електродвигунів.

На кривій струму обов’язково повинні бути позначені переходи з одного виду з’єднання тягових електродвигунів на інший. При цьому одному і тому ж значенню швидкості відповідає два значення струму.

Слід пам’ятати, що електричні машини працюють під навантаженням тільки у режимі тяги. У режимах холостого ходу і гальмування струм відсутній, і крива V=f(S) обривається до нуля.

9. Перевірка маси складу за нагріванням обмоток електричних машин

Нагрівання обмоток тягових двигунів або головних генераторів локомотивів залежить від величини струму, який протікає через них, та тривалості його дії. Можливість проведення складу розрахованої маси по усій ділянці з використанням обраних режимів руху перевіряють за нагріванням електричних машин. В основі методу перевірки температури нагрівання електричних машин лежить рівняння нагрівання однорідного тіла. Наближений вигляд цього рівняння:

,0
С (9.1)

де τ∞
- встановлене перевищення температури при визначеному струмі, 0
С; t -проміжок часу за який протікає даний струм, хв; Т –теплова постійна часу, хв; τ0
–початкове значення температури для розрахованого проміжку часу, 0
С. При відсутності струму відбувається охолодження (τ∞
=0) і вираз (9.1) набуває вигляду:

, (9.2)

Початкову температуру перегріву обмоток тягових електродвигунів та головного генератора τ0
при умові наявності тривалої стоянки поїзда перед початковим моментом руху слід приймати 15 0
С.

Розрахунок ведеться для кожного відрізка часу t, на протязі якого струм двигуна є постійним. Середнє значення струму береться між двома точками кривої струму, незалежно від елемента колії.

Значення струму тягових електродвигунів для тепловозів 2М62, 2ТЕ116, 2ТЕ10М визначається діленням струму генератора Iгср
на шість.

Для тепловозів ТЕ3 на нагрівання перевіряється обмотка головного генератора.

Таблиця 9.1-Перевірка маси складу за нагріванням обмоток електричних машин

Визначаючим параметром у розрахунках є найбільше значення перегріву τmax
. Максимальна температура обмоток двигуна при роботі на розглянутій ділянці з поїздом розрахованої маси буде:

tmax
= τmax
+tнв
, 0
С (9.3)

де tнв
–температура навколишнього повітря, 0
С (tнв
=25 0
С).

tmax
=45,9+25=70,9.

Розрахована температура перегріву не перевищує допустимого значення.

10. Визначення витрат палива на тягу поїздів

Витрати на паливо є одним з найважливіших елементів у собівартості перевезень, і тому точне визначення її величини необхідно для встановлення норм та різних техніко-економічних розрахунків.

Витрати натурального палива тепловозом визначаються за формулою:

, кг (10.1)

де Gi
–витрати палива тепловозом в режимі тяги, ; Δti
–інтервали часу, при яких питомі витрати можна вважати незмінними, хв; gхх
–витрати палива тепловозом в режимі холостого ходу та на стоянках, ; tхх
–час роботи дизеля на холостому ходу, хв. Для розрахунку палива використовуються раніше побудовані інтегральні криві V=f(S), t=f(S), а також витратна характеристика G=f(V) тепловоза заданої серії та залежність gхх
=f(ng
) у режимі холостого ходу. Всі розрахунки заносимо в таблицю 10.1. Питомі витрати натурального палива складає:

, (10.2)

Для планування витрат палива як одиницю вимірювання приймають питомі витрати умовного палива:

, (10.3)

де Э=1.43 –тепловий еквівалент, який дорівнює відношенню питомої кількості теплоти згоряння натурального та умовного палива.

Таблиця 10.1- Визначення витрат палива на тягу поїздів

Розрахунки:

кг;

;

11. Визначення коефіцієнта трудності ділянки

Режим руху поїзда та роботи локомотива, кількість енергії, яка необхідна для переміщення поїзда, залежить від характеристики профілю колії: крутизни, кривизни, відстані та сполучення суміжних елементів профілю. Для наближеної оцінки трудності профілю уведено поняття віртуального коефіцієнта ділянки (коефіцієнта трудності ділянки).

Коефіцієнт трудності ділянки показує відношення механічної роботи, затраченої локомотивом на переміщення складу по заданій ділянці, до механічної роботи, затраченої тим же локомотивом на переміщення складу тієї ж маси по прямій горизонтальній ділянці колії довжиною, яка дорівнює довжині заданої ділянки.

Таким чином, коефіцієнт трудності ділянки показує у скільки разів профіль колії даної ділянки за витратами механічної роботи трудніше прямої та горизонтальної колії тієї ж довжини.

Для спрощення розрахунків у курсовій роботі віртуальний коефіцієнт трудності заданої ділянки визначається як відношення відповідних витрат палива, тобто:

, (11.1)

де Е –реальні витрати палива на заданій ділянці, кг;

Е0
–умовні витрати палива на прямій горизонтальній ділянці колії тієї ж довжини, кг.

Умовні витрати палива на прямій горизонтальній ділянці колії визначаються за формулою:

, кг (11.2)

де t0
–час ходу поїзда по площині, хв.

G –витрати палива тепловозом у режимі тяги, .

Час ходу поїзда по площині визначається за формулою:

, хв. (11.3)

де V0
–рівномірна швидкість на площині (визначається за кривою режиму тяги діаграми питомих рівнодіючих сил), .

Розрахунки:

хв;

кг;

.

Перелік використаних джерел

1 Правила тяговых расчетов для поездной работы. – М.: Транспорт, 1985.- 286 с.

2 Бабичков А.М., Гурский П.А., Новиков А.П. Тяга поездов и тяговые расчеты. – М.: Транспорт, 1971.- 280 с.

3 Методичні вказівки до курсового проектування з дисципліни ’’Теорія

локомотивної тяги’’ (Профілі шляху).- Харків.: ХарДАЗТ, 2000.

4 Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине ’’Подвижной состав и тяга поездов’’ с использованием ЭВМ.- Харьков: ХИИТ, 1988.