Теория локомотивной тяги

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

(МИИТ)

ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТА ТЕХНИКИ И ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА

(ИТТОП)

Кафедра: «Локомотивы и локомотивное хозяйство»

Курсовая работа

по дисциплине «Теория локомотивной тяги»

Выполнил: студент группы ТЛТ-451

Меркулов П.М.

Консультант: профессор

Руднев В.С.

2009

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ И ПОДГОТОВКА ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ПУТИ ДЛЯ ТЯГОВЫХ РАСЧЕТОВ

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСА СОСТАВА С УЧЕТОМ ОГРАНИЧЕНИЙ ПО УСЛОВИЯМ ЭКСПЛУАТАЦИИ

2.1 Расчет массы состава при условии движения с равномерной скоростью на расчетном подъеме

2.2 Уточнение веса поезда в соответствии с числом вагонов

2.3 Проверка массы поезда по длине приемо-отправочных путей

2.4 Проверка массы состава при трогании поезда на максимальный подъем

3. РАСЧЕТ УСКОРЯЮЩИХ И ЗАМЕДЛЯЮЩИХ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ПОЕЗД В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ДВИЖЕНИЯ

4. ДОПУСТИМЫЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ НА КАЖДОМ ЭЛЕМЕНТЕ СПРЯМЛЕННОГО ПРОФИЛЯ ПУТИ

5. ПРОВЕРКА ВЕСА СОСТАВА НА НАГРЕВАНИЕ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

6. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение

Наука о тяге поездов изучает комплекс вопросов, связанных с теорией механического движения поезда, рационального использования локомотивов и экономичного расходования электрической энергии и дизельного топлива.

Теория электрической и тепловозной тяги позволяет решать широкий круг практических вопросов эффективной эксплуатации железных дорог, рассчитывать основные параметры вновь проектируемых линий, участков, переводимых на новые виды тяги, намечать основные требования к вновь разрабатываемым локомотивам и вагонам. С их помощью в данной курсовой работе определяем силы, действующие на поезд; оцениваем их влияние на характер движения; определяем оптимальную массу состава для прохождения заданного профиля пути при выбранной серии локомотива; рассчитываем расход электрической энергии или дизельного топлива; находим коэффициент полезного действия локомотива; определяем наибольшие скорости движения, допустимые по имеющимся тормозным средствам при движении по спускам заданного участка.

На основании этих данных составляют график движения поездов, определяют пропускную и провозную способность железных дорог и рассчитывают эксплуатационные показатели локомотивного хозяйства.

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

Теория тяги поездов позволяет найти скрытые резервы в каждом из этих направлений и решить поставленные задачи наиболее рационально с меньшей затратой сил и средств.

При выполнении расчётов, связанных с тягой поездов, пользуются Правилами тяговых расчётов для поездной работы (ПТР), являющимися основным официальным документом. В них приведены методы и порядок проведения расчётов, расчётные формулы и нормативы, которыми руководствуются при выполнении расчётов. Все расчеты производятся в системе СИ.

1 АНАЛИЗ И ПОДГОТОВКА ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ПУТИ ДЛЯ ТЯГОВЫХ РАСЧЕТОВ

Уклон спрямленного профиля пути рассчитывается по формуле:

(1.1)

где i’ – уклон, полученный в результате замены группы

нескольких элементов профиля, ‰

i” – фиктивный подъем, полученный в результате замены кривых

участков пути, ‰.

Уклон спрямляемого элемента рассчитывается по формуле:

, ‰ (1.2)

где Si – длина элемента профиля, м

i – его уклон

Возможность спрямления следует проверять по формуле

(1.3)

Фиктивный уклон от кривой для спрямленных участков профиля рассчитывается по формулам:

, ‰ (1.4)

,‰ (1.5)

Фиктивный уклон от кривых для не спрямленных участков профиля:

(1.6)

(1.7)

где Sкр – длина кривой, м

Rкр – радиус кривой, м [1].

Спрямленный профиль пути.

Таблица №1.1

Действительный профиль		Спрямляемый профиль			Проверка
						№
п/п	S, м	I,‰	I,‰	S, м		№
п/п
1	2000	0	0	2000	1	Станция "А"
2	1200	-7	-6,1	2200	2	1200≤2222
3	1000	-5	1000≤1818
4	1600	0	0	1600	3
5	2000	4	4	2000	4
6	1200	0	0	1200	5
7	2200	-4	-4,4	3700	6	2200≤5000
8	1500	-5	1500≤3333
9	1500	-9	-9	1500	7
10	600	0	0	600	8
11	1200	11	11	1200	9
12	5800	8	8	5800	10	расчетный
13	1600	0	0	1600	11
14	900	-4	-3,5	2000	12	900≤3636
15	1100	-3	1100≤4444
16	750	0	0	750	13
17	650	6	7,2	1550	14	650≤1666
18	900	8	900≤2500
19	2200	2	1,2	3800	15	2200≤2500
20	1600	0	1600≤1666
21	1000	2	2	1000	16
22	1500	0	0	2500	17	Станция "В"

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСА СОСТАВА С УЧЕТОТМ ОГРАНИЧЕНИЙ ПО УСЛОВИЯМ ЭКСПЛУАТАЦИИ

2.1 Расчет массы состава при условии движения с равномерной скоростью на расчетном подъеме

Расчетный вес грузового поезда:

,кН (2.1)

Основное удельное сопротивление движению локомотива на звеньевому пути:

(2.2)

где Vр
– расчетная скорость,;

Н/кН

Основное удельное сопротивление движению для четырехосных вагонов на роликовых подшипниках:

(2.3)

mво
– масса, приходящаяся на ось колесной пары вагона, т

Н/кН

Основное удельное сопротивление движению шестиосных вагонов на роликовых подшипниках:

(2.4)

Н/кН

Основное удельное сопротивление движению восьмиосных вагонов на роликовых подшипниках:

(2.5)

Н/кН

Основное удельное сопротивление движению состава определяется по формуле:

(2.6)

Н/кН

Тогда расчетная вес поезда:

кН

2.2
Уточнение веса поезда в соответствии с числом вагонов

кН (2.7)

где m–масса грузового вагона i-го типа, т

n-число вагонов i-го типа в составе поезда

(2.8)

Число 4-осных вагонов:

Число 6-осных вагонов:

Число 8-осных вагонов:

Тогда кН

2.3 Проверка массы поезда по длине приемоотправочных путей

Длина поезда lп
не должна превышать полезной длины приемоотправочных путей lпоп
=1250м на участках обращения данного поезда с учетом допуска 10 м на установку поезда [1].

Длина поезда определяется из выражения:

, (2.9)

где lл
=36м – длина локомотива;

м

Условие lп <lс выполняется.

2.4 Проверка массы состава при трогании поезда на максимальный подъем

Максимальный подъем при трогании поезда определяется по формуле, рекомендованной ВНИИЖТом:

, ‰ (2.9)

Удельное сопротивление состава при трогании с места:

, Н/кН (2.10)

н/кН

н/кН

н/кН

Тогда:

Н/кН (2.11)

н/кН

‰

Масса грузового поезда Мп , с учетом ограничений по условиям эксплуатации,

(2.12)

т

С учетом всех проверок выбираем массу состава МП
=5500 т.

3. РАСЧЕТ УСКОРЯЮЩИХ И ЗАМЕДЛЯЮЩИХ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ПОЕЗД В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ДВИЖЕНИЯ

На поезд действуют силы: касательная сила тяги Fк
, сила сопротивления движению поезда Wк
и тормозная сила Bт
. Или в удельных единицах к весу поезда:

, Н/кН (3.1)

, Н/кН (3.2)

, Н/кН (3.3)

где m – масса поезда, m=mсостава
+mлокомотива
, т.

Режимы движения поезда (в удельных силах к весу поезда):

1. Режим тяги: fу(з)
=fк
-wк
;

2. Режим выбега: fу(з)
=-wк
;

3. Режим торможения: fу(з)
=-(bт
+wк
).

Силы сопротивления движению поезда бывают основные и дополнительные. Основные возникают при движении поезда на прямом горизонтальном участке пути при нормальных условиях. К дополнительным относят сопротивления на подъемах уклонах, сопротивления от кривых, ветра, температуры. Основные удельные сопротивления рассчитываются по эмпирическим формулам [1]:

Для четырехосных вагонов на роликовых подшипниках для звеньевого пути:

, Н/кН (3.4)

где mв0
– средняя масса вагона, приходящаяся на ось колесной пары, т;

V – скорость движения, км/ч.

Для шестиосных вагонов на роликовых подшипниках для звеньевого пути:

, Н/кН (3.5)

Для восьмиосных вагонов на роликовых подшипниках для звеньевого пути:

, Н/кН (3.5)

Основное удельное сопротивление движению локомотива для звеньевого пути в режиме тяги:

, Н/кН (3.6)

Основное удельное сопротивление движению локомотива для звеньевого пути в режиме выбега:

, Н/кН (3.7)

Основное удельное сопротивление состава определяется по формуле:

, Н/кН (3.8)

Основное удельное сопротивление движению поезда в режиме тяги:

, Н/кН (3.9)

где mл
и mс
– массы локомотива и состава соответственно, т.

Основное удельное сопротивление движению поезда в режиме выбега:

, Н/кН (3.10)

Удельная тормозная сила поезда:

, Н/кН ( 3.11)

где - расчетный коэффициент трения:

(3.12)

- расчетный тормозной коэффициент, =0,33

Во время экстренного торможения на поезд действует сила , а при служебном торможении - , Н/кН.

По данным таблицы 3.1 строим графики зависимостей: , и (рис.3.1, 3.2)

Ускоряющие и замедляющие силы, действующие на поезд в режимах тяги, выбега, служебного и экстренного торможений в зависимости от скорости движения.

Таблица 3.1

№	Расчетный параметр	0	10	19,5	24,2	30	40	50	60	70	80	90	100
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1	Fk	813000	680200	608000	506000	416700	320000	256800	210000	183400	161000	143400	129000
2	fk	15,137	12,664	11,320	9,421	7,758	5,958	4,781	3,910	3,415	2,998	2,670	2,402
3	wo`	1,900	2,030	2,209	2,318	2,470	2,780	3,150	3,580	4,070	4,620	5,230	5,900
4	wo4``	0,950	1,054	1,192	1,274	1,388	1,617	1,888	2,200	2,554	2,950	3,388	3,867
5	wo6``	1,406	1,516	1,662	1,749	1,869	2,112	2,399	2,730	3,105	3,524	3,988	4,495
6	wo8``	1,144	1,188	1,258	1,304	1,369	1,506	1,674	1,873	2,104	2,365	2,658	2,981
7	wo``	0,983	1,084	1,219	1,299	1,411	1,636	1,902	2,210	2,559	2,949	3,381	3,854
8	wo	1,029	1,132	1,269	1,350	1,464	1,694	1,965	2,279	2,635	3,034	3,474	3,957
9	fk-wo	14,108	11,533	10,051	8,071	6,294	4,264	2,816	1,631	0,779	-0,036	-0,804	-1,555
10	wx	2,400	2,545	2,748	2,871	3,045	3,400	3,825	4,320	4,885	5,520	6,225	7,000
11	wox	1,054	1,158	1,296	1,378	1,493	1,725	1,999	2,317	2,677	3,079	3,525	4,013
12	bt	89,100	65,340	53,911	50,073	46,332	41,580	38,186	35,640	33,660	32,076	30,780	29,700
13	0,5bt+wox	45,604	33,828	28,251	26,415	24,659	22,515	21,092	20,137	19,507	19,117	18,915	18,863
14	bt+wox	90,154	66,498	55,207	51,452	47,825	43,305	40,185	37,957	36,337	35,155	34,305	33,713

4. ДОПУСТИМЫЕ СКОРОРСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА НА КАЖДОМ ЭЛЕМЕНТЕ СПРЯМЛЕННОГО ПРОФИЛЯ ПУТИ

Согласно графику допустимых скоростей движения поезда на основе решения тормозной задачи второго типа в зависимости от уклона, определяем допустимые скорости движения на каждом из участков спрямленного профиля пути. Причем максимальная скорость движения поезда не должна превышать 80 км/ч .

Допустимые скорости движения поезда на каждом элементе спрямленного профиля пути.

Таблица 4.1

№эл	i, ‰	V, км/ч	Примечание
1	0,0	70	Стрелка, крестовина марки 1/11
2	-7.8	76	По обеспечению поезда тормозами
3	0	80	По состоянию вагонов и пути
4	+12	80	По состоянию вагонов и пут и
5	0	80	По состоянию вагонов и пути
6	+10	80	По состоянию вагонов и пути
7	0	80	По состоянию вагонов и пути
8	-7.1	78	По обеспечению поезда тормозами
9	0	80	По состоянию вагонов и пути
10	+5.95	80	По состоянию вагонов и пути
11	0	80	По состоянию вагонов и пути
12	+8	80	По состоянию вагонов и пути
13	0	70	Стрелка, крестовина марки 1/11

Наносим значения допустимых скоростей на диаграмму скорости и времени хода поезда по участку и строим графики скорости V(S) и времени хода t(S), руководствуясь литературой .

5 ПРОВЕРКА ВЕСА СОСТАВА НА НАГРЕВАНИЕ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Пользуясь данными ПТР находим характеристики Iгн=f(V), T=f(V), . По построенным графикам средний ток тяговых двигателей на каждом промежутке скорости и определяем их нагрев.

Полученные данные сводим в таблицу 5.1

Таблица 5.1

№	Iгн	Iгк	Iгср	Iтэд	∆t		T			τ0		τ
													1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11,00	12	13	14
6200	5400	5800	967	0,5	240	44	0,011	0,989	15,00	2,727	14,830	17,56
1	5400	4975	5188	865	0,4	170	38	0,011	0,989	17,56	1,789	17,372	19,16
	4975	3800	4388	731	0,5	120	34	0,015	0,985	19,16	1,765	18,880	20,64
3800	3475	3638	606	0,3	82	31	0,010	0,990	20,64	0,794	20,445	21,24
3475	3100	3288	548	0,3	75	29	0,010	0,990	21,24	0,776	21,018	21,79
2	3100	3300	3200	533	0,7	72	28	0,025	0,975	21,79	1,800	21,249	23,05
	3300	3650	3475	579	0,8	76	30	0,027	0,973	23,05	2,027	22,435	24,46
3650	3500	3575	596	0,5	81	30	0,017	0,983	24,46	1,350	24,054	25,40
3	3500	3400	3450	575	1,5	76	30	0,050	0,950	25,40	3,800	24,134	27,93
4	3400	3650	3525	588	0,5	76	30	0,017	0,983	27,93	1,267	27,468	28,73
	3650	4000	3825	638	0,7	90	32	0,022	0,978	28,73	1,969	28,106	30,07
4000	3750	3875	646	1,0	91	32	0,031	0,969	30,07	2,844	29,135	31,98
3750	3800	3775	629	1,5	89	32	0,047	0,953	31,98	4,172	30,480	34,65
3800	3850	3825	638	0,7	90	32	0,022	0,978	34,65	1,969	33,894	35,86
3850	3875	3863	644	1,0	91	32	0,031	0,969	35,86	2,844	34,742	37,59
5	3875	3900	3888	648	1,0	91	32	0,031	0,969	37,59	2,844	36,411	39,25
	3900	3975	3938	656	1,0	92	32	0,031	0,969	39,25	2,875	38,028	40,90
3975	4025	4000	667	1,0	93	32	0,031	0,969	40,90	2,906	39,625	42,53
4025	4075	4050	675	1,0	95	33	0,030	0,970	42,53	2,879	41,242	44,12
4075	4125	4100	683	1,0 0,3	96 100	33 33	0,030 0,009	0,970 0,991	44,12 45,69	2,909 0,909	42,784 45,278	45,69 46,19
4125	4150	4138	690
6	0	0	0	0	0,5	93	32	0,016	0,984	46,19	1,453	45,465	46,92
	0	0	0	0	1,7	77	31	0,055	0,945	46,92	4,223	44,345	48,57
0	0	0	0	0,3	72	28	0,011	0,989	48,57	0,771	46,727	48,82
7	0	0	0	0	1,2	72	28	0,043	0,957	48,82	3,086	46,727	48,57
0	0	0	0	0,6	72	28	0,021	0,979	49,81	1,543	48,745	48,82
0	0	0	0	0,4	75	29	0,014	0,986	50,29	1,034	48,047	48,18
8	0	0	0	0	0,8	76	30	0,027	0,973	50,63	2,027	46,727	47,79
0	0	0	0	0,3	75	29	0,010	0,990	51,31	0,776	48,745	47,60
9	3350	3275	3313	552	1,2	74	28	0,043	0,957	51,55	3,171	49,341	52,51
3275	3400	3338	556	0,5	74	28	0,018	0,982	52,51	1,321	51,575	52,90
10	3400	3650	3525	588	1,0	76	30	0,033	0,967	52,90	2,533	51,133	53,67
3650	3700	3675	613	0,2	82	31	0,006	0,994	53,67	0,529	53,320	53,85
11	3700	4000	3850	642	1,5	91	32	0,047	0,953	53,85	4,266	51,325	55,59
	4000	4050	4025	671	0,2	95	33	0,006	0,994	55,59	0,576	55,254	55,83
12	4050	4000	4025	671	1,5	95	33	0,045	0,955	55,83	4,318	53,292	57,61
13	4000	3550	3775	629	2,5	89	32	0,078	0,922	57,61	6,953	53,109	60,06
3550	3750	3650	608	0,7	82	31	0,023	0,977	60,06	1,852	58,706	60,56
14	3750	3800	3775	629	2,4	89	32	0,075	0,925	60,56	6,675	56,016	62,69
3800	3875	3838	640	1,1	90	32	0,034	0,966	62,69	3,094	60,536	63,63
3875	3400	3638	606	0,3	82	31	0,010	0,990	63,63	0,794	63,014	63,81
15	3400	3550	3475	579	1,0	75	29	0,034	0,966	63,81	2,586	61,607	64,19
3550	3250	3400	567	0,8	74	28	0,029	0,971	64,19	2,114	62,359	64,47
0	0	0	0	0,9	0	25	0,036	0,964	64,47	0,000	62,152	62,15
0	0	0	0	1,0	0	25	0,040	0,960	62,15	0,000	59,666	59,67
16	0	0	0	0	0,3	0	25	0,012	0,988	59,67	0,000	58,950	58,95
	0	0	0	0	0,3	0	25	0,012	0,988	58,95	0,000	58,243	58,24
0	0	0	0	0,3	0	25	0,012	0,988	58,24	0,000	57,544	57,54
0	0	0	0	0,9	0	25	0,036	0,964	57,54	0,000	55,472	55,47
0	0	0	0	2,0	0	25	0,080	0,920	55,47	0,000	51,035	51,03
0	0	0	0	1,4	0	25	0,056	0,944	51,03	0,000	48,177	48,18
17	0	0	0	0	0,2	0	25	0,008	0,992	48,18	0,000	47,791	47,79
0	0	0	0	0,1	0	25	0,004	0,996	47,79	0,000	47,600	47,60
0	0	0	0	0,1	0	25	0,004	0,996	47,60	0,000	47,410	47,41

6. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВА

Общий расход топлива тепловозом на перемещение состава определяется как сумма расходов топлива за отрезки времени, соответствующие постоянному расходу топлива и средней постоянной скорости движения в режиме тяги, и расхода топлива за время движения на холостом ходу:

, кг (5.1)

где G – расход топлива, соответствующий скорости движения поезда при используемой позиции контроллера машиниста, кг/мин

Dt – время работы дизеля, в пределах которого скорость движения поезда принята постоянной;

gх
– расход топлива тяговыми силовыми установками тепловоза на холостом ходу, gх
=0,76 кг/мин;

tх
– время движения поезда по участку на холостом ходу, мин .

кг

Удельный расход натурального дизельного топлива на единицу работы:

, (5.2)

кг

где Sуч
– длина участка, Sуч
=31900 м;

Q– масса поезда, Q =69950 кН.

Удельный расход условного топлива:

,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсового проекта произвели спрямление заданного профиля пути, определили расчетную массу поезда, построили диаграммы ускоряющих и замедляющих сил, определили допустимые скорости движения поезда по спускам участка на основе решения тормозной задачи второго типа. Также построили диаграммы скорости и времени хода поезда по участку, рассчитали показатели локомотива графическим способом.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОТЧНИКОВ

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

2. Михаилиди К.Г., Долгачев Н.И., Чернышов Л.А., Математическое моделирование в среде MathCad: Методическое указание к лабораторным занятиям. Часть 1.-М.: МИИТ, 2005.-68с.

3. Правила технической эксплуатации железных дорог РФ. М.: Дом печати, 2002.-189с.

4. Осипов С.И., Осипов С.С., Основы локомотивной тяги. М.: Транспорт, 1979.-440с.